“未來(lái)已來(lái)”，這是在路邊廣告牌上看到的一句廣告語(yǔ)。在整理《人工智能的未來(lái)》這本書(shū)的內(nèi)容時(shí)，我的大腦皮層上不知道哪一塊功能區(qū)接到一種莫名的輸入信息，隨后發(fā)生了一系列的自-聯(lián)想記憶，便不由自主地記起這個(gè)詞。

這本書(shū)是霍金斯十多年前寫(xiě)的。里面主要介紹什么是智能及大腦的工作原理。他認(rèn)為，“人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)體系框架并不適用于制造智能機(jī)器”，“現(xiàn)在（注：2002年左右）就是開(kāi)始設(shè)計(jì)和制造類(lèi)似腦皮層記憶系統(tǒng)的時(shí)機(jī)。這一領(lǐng)域?qū)⒃诳茖W(xué)和商業(yè)上都無(wú)比重要。在未來(lái)的10年內(nèi)，建立在層級(jí)體系記憶之上的這個(gè)新行業(yè)將會(huì)出現(xiàn)諸如Intel和Microsoft這樣的企業(yè)。”【這不是預(yù)言，事實(shí)已經(jīng)有這樣的企業(yè)。谷歌，不是嗎？】

對(duì)于彼時(shí)的作者來(lái)說(shuō)，我現(xiàn)在的閱讀行為是在“未來(lái)”發(fā)生的；但對(duì)于現(xiàn)在的我來(lái)說(shuō)，作者的那個(gè)“未來(lái)”已經(jīng)發(fā)生。從這種意義上說(shuō)，未來(lái)已來(lái)。當(dāng)然，作者在書(shū)中提到的一些關(guān)于人工智能的研究和探索，也是如此。

一

全書(shū)分8章。在第一章中，作者介紹自己走上大腦研究之路的經(jīng)歷和上世紀(jì)70年代末科學(xué)界對(duì)人工智能研究的主要觀(guān)點(diǎn)。

1979年6月，作者從康奈爾大學(xué)畢業(yè)進(jìn)入Intel公司在波特蘭市的工業(yè)園，最初的工作是分析并修復(fù)芯片上的錯(cuò)誤。當(dāng)年9月，《科學(xué)美國(guó)人》雜志出了一期關(guān)于大腦研究的專(zhuān)刊，喚起作者孩童時(shí)代就萌生的研究大腦、制造智能機(jī)器的夢(mèng)想。1980年，作者被調(diào)往英特爾駐波士頓分公司，給客戶(hù)和員工講解如何設(shè)計(jì)微處理器。在這期間，他曾向公司提出專(zhuān)攻大腦工作原理研究的建議，結(jié)果未獲支持。

1981年，申請(qǐng)MIT研究生院，因觀(guān)點(diǎn)得到不認(rèn)可被拒。1982年，作者舉家搬至加州，在硅谷一個(gè)名為Grid Systems的小公司工作，期間他發(fā)明了一種被命名為Grid Task的高級(jí)程序語(yǔ)言，為公司發(fā)展做出突出貢獻(xiàn)，但此時(shí)作者對(duì)大腦研究有著揮之不去的興趣。所以，后來(lái)他參加了人體生理學(xué)的函授課程自學(xué)，在有了一定的基礎(chǔ)之后，于1985年左右成功申請(qǐng)加州大學(xué)伯克利分校的生物物理學(xué)研究項(xiàng)目的全日制研究生，從此踏上大腦研究之路。【注：作者的經(jīng)歷再次證明，興趣可以帶來(lái)持久的動(dòng)力。同時(shí)也說(shuō)明，僅有興趣是不行的，還要為興趣而行動(dòng)。】

文章回顧了當(dāng)時(shí)人工智能研究的主要理論以及在計(jì)算機(jī)科學(xué)方面的實(shí)踐成果，從英國(guó)數(shù)字家阿蘭·圖靈提出“萬(wàn)能計(jì)算”“圖靈實(shí)驗(yàn)”，到神經(jīng)生理學(xué)家活倫·麥卡洛克（Warren McCulloch）和數(shù)學(xué)家Walter Pitts解釋“神經(jīng)元是如何數(shù)字化工作”，再到20世紀(jì)上半葉占主導(dǎo)地位的“行為主義”心理學(xué)思潮對(duì)人工智能研究的影響，幾乎通過(guò)圖靈測(cè)試的“Eliza”程序、IBM的“深藍(lán)”等。作者當(dāng)時(shí)認(rèn)為，人工智能面臨一個(gè)根本的錯(cuò)誤，即它無(wú)法圓滿(mǎn)解決什么是智能的問(wèn)題。

二

作者在第2章神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，回顧了在加州大學(xué)伯克利分校最初的學(xué)習(xí)研究經(jīng)歷，講述了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不足，以及形成自對(duì)人工智能研究的認(rèn)識(shí)和解釋。

從1986年1月開(kāi)始，作者在加州大學(xué)伯克利分校的第一件事就是整理、匯編有關(guān)智能和大腦功能理論的研究成果，閱讀很多來(lái)自不同領(lǐng)域的論文，包括解剖學(xué)、生理學(xué)、哲學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、計(jì)算機(jī)和心理學(xué)等。期間，他閱讀了大量科學(xué)論文，整理了智能研究的歷史，并時(shí)刻關(guān)注著人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的變化。

淹沒(méi)在無(wú)數(shù)細(xì)節(jié)中的學(xué)習(xí)研究，并沒(méi)有使作者對(duì)大腦的作用以及工作原理有全面的理解。作者對(duì)此開(kāi)始反省，認(rèn)識(shí)到“有了合適的大框架，細(xì)節(jié)才會(huì)有意義、可操控”（p20）【作者的研究，大致遵循“閱讀——整理——前沿——反思”的流程，而且是無(wú)限循環(huán)。】

20世紀(jì)60年代后期，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)，但與人工智能的研究相對(duì)，得不到投資隨后消沉，只有少數(shù)人堅(jiān)持下來(lái)。直到80年代中期才重見(jiàn)天日，原因之一是人工智能研究不斷失利。建立在神經(jīng)系統(tǒng)之上的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模型相對(duì)簡(jiǎn)單（沒(méi)有反饋），同時(shí)科學(xué)界以及媒體對(duì)“大腦的工作原理以及什么是智能毫無(wú)興趣”，讓作者感到失望。

作者認(rèn)為功能主義將人工智能研究引入歧途。為了走上“正途”，他說(shuō)，“智能是大腦的一個(gè)內(nèi)部特征，因此我們必須研究大腦的內(nèi)部以探究什么是智能。在觀(guān)察大腦，尤其是新大腦皮層的過(guò)程中，我們必須仔細(xì)甄別什么是以前進(jìn)化過(guò)程中形成的多余的‘凍結(jié)的偶然事件’，并且肯定在大腦的重要特征之中混雜有許多無(wú)用之物。......神經(jīng)回路之中一定潛藏有某種精確的巨大能量等待我們?nèi)グl(fā)挖掘，而這種能量將超過(guò)任何最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)”。作者認(rèn)為，“半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，我們調(diào)動(dòng)了人類(lèi)的全部聰明才智致力于計(jì)算機(jī)智能化的嘗試。......，但智能機(jī)器卻仍然不見(jiàn)蹤影。要想取得成功，我們必須從天然的智能引擎——新大腦皮層——開(kāi)始探索，必須從大腦的內(nèi)部提取智能。除此之外，別無(wú)他途。”（p23）

1987年，在一次神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會(huì)議上，接觸了一個(gè)能識(shí)別手寫(xiě)文字的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。僅用兩天時(shí)間，作者就設(shè)計(jì)出一種速度更快人、體積更小、使用更靈活的手寫(xiě)識(shí)別器，但它并不使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，而是某種規(guī)則系統(tǒng)，這促使十年之后作者發(fā)明PalmPilot掌上電腦。

在此時(shí)，作者逐漸形成了對(duì)大腦解讀的三種標(biāo)準(zhǔn)：一是大腦功能的時(shí)間概念，即真正的大腦是在快速地處理大量不斷變化的信息流，在中間沒(méi)有任何東西是靜止的。二是反饋的重要性。如，1根神經(jīng)纖維向大腦皮層輸入信息，就有10根神經(jīng)纖維在向感覺(jué)器官傳遞信息。作者的這種認(rèn)識(shí)主要來(lái)自于神經(jīng)解剖學(xué)家。三是任何大腦模型或理論都應(yīng)該能夠解釋大腦的物理結(jié)構(gòu)。

一些理論家提出不以行為為中心的“自—匹配記憶”，成為作者關(guān)注的焦點(diǎn)。作者認(rèn)為，人的大腦就是利用某種類(lèi)似“自—匹配記憶”的回路來(lái)學(xué)習(xí)的。

三

第3章人腦，作者從解剖學(xué)角度講述了大腦是如何工作的。

他說(shuō)自己是新大腦皮層至上主義者。大腦最外面的部分被稱(chēng)為新大腦皮層。他的觀(guān)點(diǎn)是，所有與智能有關(guān)的內(nèi)容，都與它（新大腦皮層）有關(guān)。

新大腦皮層是什么樣的？ 作者用了一個(gè)形象的對(duì)比，6張名片疊在一起的厚度，約2亳米。相對(duì)其他生物來(lái)說(shuō)，人的大腦皮層的面積與體型的比例要大的多。這6個(gè)層次中，每一層的細(xì)胞密度、形態(tài)和連接都是變化的。【這一點(diǎn)很重要。】

大腦皮層中遍布神經(jīng)細(xì)胞，也稱(chēng)神經(jīng)元。有解剖學(xué)家估計(jì)人的大腦皮層包含約300億個(gè)神經(jīng)元。這些神經(jīng)元構(gòu)成了一個(gè)人的記憶、知識(shí)和技能，并可以不斷積累。所有的愛(ài)、思想、感覺(jué)，三觀(guān)，都是來(lái)自這一層薄薄的細(xì)胞。這些細(xì)胞是如何創(chuàng)造出人類(lèi)思想的，這正是作者想要找到答案的問(wèn)題。

在作者看來(lái)，新大腦皮層的功能是一種層級(jí)結(jié)構(gòu)。“大腦皮層的所有功能區(qū)都分布在回旋的腦皮層上，決定它們之間高低的關(guān)鍵在于相互之間的連接。”（p27）

在大腦皮層中，低級(jí)區(qū)域通過(guò)特定的神經(jīng)連接方式向高級(jí)區(qū)域傳輸信息；而高級(jí)區(qū)域用另一種方式向低級(jí)區(qū)域反饋信息。不同區(qū)域之間也存在連接。低級(jí)感知區(qū)是最低的功能區(qū)，也是感知信息最先到達(dá)的大腦皮層區(qū)域，它處理最原始、最基本的信息。顯示各種物體的視覺(jué)記憶區(qū)，處在大腦視覺(jué)皮層的較高層級(jí)。某些區(qū)域也可以接收來(lái)自多種感覺(jué)的輸入信息，成為“聯(lián)合區(qū)”。大腦前葉有幾個(gè)區(qū)域?qū)９苓\(yùn)動(dòng)輸出。

對(duì)大腦的描述多數(shù)都會(huì)用流程圖。但這種流程圖反映出來(lái)的對(duì)層級(jí)結(jié)構(gòu)的看法極為簡(jiǎn)單。作者認(rèn)為，并不完全準(zhǔn)確。因?yàn)椋竽X皮層的信息也會(huì)反向傳播，而且向下傳播比向上的要多。所以不能認(rèn)為所有的信息流都是單向的。

神經(jīng)元的特征。圓形，帶有樹(shù)枝狀的軸突和樹(shù)突。當(dāng)一個(gè)細(xì)胞的軸突接觸至另一個(gè)細(xì)胞的樹(shù)突時(shí)，會(huì)形成連接，叫做“神經(jīng)突觸”。突觸的形成和強(qiáng)度是促成記憶存儲(chǔ)的關(guān)鍵。【關(guān)鍵】

大腦皮層是由眾多神經(jīng)元組成，最大的一類(lèi)被稱(chēng)為金字塔形神經(jīng)元，占到總細(xì)胞數(shù)的五分之四。大腦皮層6層結(jié)構(gòu)中，最上層有長(zhǎng)達(dá)幾千米的軸突區(qū)幾乎沒(méi)有細(xì)胞。其他五層都有。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的金字塔形細(xì)胞有幾千個(gè)突觸，密度大、個(gè)體小，數(shù)量不可知。如果一個(gè)普遍金字塔細(xì)胞有1000個(gè)突觸（實(shí)際上這個(gè)數(shù)接近5000~10000），那么大腦皮層約有30兆個(gè)突觸。

如何去理解這個(gè)復(fù)雜到極點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。作者認(rèn)為，神經(jīng)學(xué)家Vernon Mountcastle于1978年發(fā)表的論文《大腦功能的組織原則》，是神經(jīng)科學(xué)界最重要的發(fā)現(xiàn)。Mountcastle認(rèn)為，所有大腦皮層的功能區(qū)域都遵循一個(gè)共同的算法，視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)，甚至運(yùn)動(dòng)輸出之間，沒(méi)有任何差異。還認(rèn)為，大腦皮層的連接方式是由基因決定的。作者說(shuō)，令人難以置信的是，大多數(shù)的科學(xué)家和工程師要么不相信，要么不理睬。

大腦皮層具有極強(qiáng)的靈活性和可塑性。細(xì)胞在形成之初并沒(méi)有專(zhuān)門(mén)從事觸覺(jué)、視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)的區(qū)分。作者認(rèn)為，大腦各區(qū)域是根據(jù)傳入的信息種類(lèi)而發(fā)展出專(zhuān)門(mén)的功能。基因決定了大腦皮層的整個(gè)建構(gòu)，包括各個(gè)區(qū)域之間相互連接的具體細(xì)節(jié)，但在此結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，系統(tǒng)卻具有極大的靈活性。【所以不要說(shuō)自己笨的話(huà)，我們的大腦很靈活的。】

在這種理解基礎(chǔ)上，作者說(shuō)，不同的大腦皮層區(qū)域有著一個(gè)相同的、強(qiáng)大的通用算法，如果將這些區(qū)域按照合適的層級(jí)結(jié)構(gòu)連接起來(lái)并輸入信息，它就能學(xué)會(huì)了解周?chē)沫h(huán)境。【智能就在這里。】由此，作者認(rèn)為，未來(lái)的智能機(jī)器不必具有和人類(lèi)相同的直覺(jué)和能力，它不依賴(lài)于我們的生物大腦。【如果說(shuō)智能都不需要依賴(lài)于生物大腦，那么更不需要具有人形，智能機(jī)器可以是多種形態(tài)；智能的核心是人造機(jī)器皮層，以及運(yùn)作其上的皮層算法。】

這很讓人吃驚。更甚于此的是作者認(rèn)為，進(jìn)入大腦皮層的輸入信息是基本相同的。【如果沒(méi)有理解錯(cuò)的話(huà)，應(yīng)該可以這么比喻，就像計(jì)算機(jī)一樣，無(wú)論你在計(jì)算機(jī)看到的是什么色彩、聲音、形狀，對(duì)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，這些內(nèi)容都是由1、0組成的數(shù)據(jù)串所表式的電子脈沖。】對(duì)大腦皮層來(lái)說(shuō)，輸入大腦的信息，都是由軸突傳遞的，被稱(chēng)為“動(dòng)作電位”“電脈沖”的神經(jīng)信號(hào)。這種信號(hào)同時(shí)具有化學(xué)特性和電子特性。

頭腦中的所有信息都是作為軸突上的空間-時(shí)間模式進(jìn)入的。作者以視覺(jué)為例解釋了所謂的“空間-時(shí)間模式”。我們看到一幅畫(huà)面，離不開(kāi)眼掃描（每秒快速移動(dòng)3次）和快速變化的模式。“自然的視覺(jué)模式像一條河流進(jìn)大腦，與其說(shuō)它是一幅圖，還不如說(shuō)它像一首歌。”（p37）

接著分析聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等其他知覺(jué)。結(jié)論是，大腦皮層不直接感知外部世界，它所知道的只輸入軸突上的模式流。大腦是模式機(jī)器，模式才是實(shí)質(zhì)。由此，對(duì)智能來(lái)說(shuō)，不一定必須具有某種知覺(jué)或任何知覺(jué)的特殊連接。模式是智能的基本媒介。

大腦認(rèn)識(shí)世界要借助一系列的感覺(jué)，感覺(jué)形成模式傳入大腦皮層，經(jīng)過(guò)相同的算法處理之后形成世界的模型，然后很巧妙地存于記憶之中。

四

第4章記憶。與晶體管相比，神經(jīng)元要慢得多。一個(gè)神經(jīng)元將突觸上傳來(lái)的輸入信息收集起來(lái)并組合，約需5亳秒，即每秒運(yùn)算200次左右。而現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度比神經(jīng)元快上百萬(wàn)倍。但是，看起來(lái)大腦更優(yōu)秀。

為什么會(huì)這樣？作者認(rèn)為，這是因?yàn)榇竽X并不需要“計(jì)算”問(wèn)題的答案，而只是從記憶中取出答案。

作者舉了人抓球的例子，如果將同樣的任務(wù)交給機(jī)器來(lái)完成，那么需大量的數(shù)學(xué)計(jì)算。而人完成這樣的任務(wù)卻用了不同的方法。作者認(rèn)為這其中的關(guān)鍵就是記憶。大腦皮層不像計(jì)算機(jī)，它不會(huì)計(jì)算問(wèn)題的答案，而是用存儲(chǔ)的記憶來(lái)解決問(wèn)題，做出反應(yīng)。【果真如此嗎？所謂的靈感是怎么回事？這也是靠記憶嗎？】

在記憶方面，大腦與計(jì)算機(jī)有四點(diǎn)根本區(qū)別：
大腦皮層可以存儲(chǔ)模式序列；
大腦皮層以自-聯(lián)想方式回憶起模式；
大腦皮層以恒定的形式儲(chǔ)存模式；
大腦皮層按照層級(jí)結(jié)構(gòu)儲(chǔ)存模式。

【第一點(diǎn)很容易理解。小學(xué)生做乘法時(shí)經(jīng)常會(huì)有一種表現(xiàn)，從“一八得八”開(kāi)始，依次背誦出來(lái)，然后才能找到“四八三十二”。這說(shuō)明記憶有一個(gè)存儲(chǔ)模式序列的問(wèn)題。另外，字母表也是如此。如果你問(wèn)K后面是什么字母，那么他會(huì)從ABCD開(kāi)始背誦，然后找到L。對(duì)歌曲的記憶也是如此，你不可能從后往前唱一首歌，雖然整首歌都在你的記憶之中。這些還都容易理解。實(shí)際上，其他感覺(jué)記憶也是如此，如作者所說(shuō)的對(duì)沙子的感覺(jué)，對(duì)天鵝絨的感覺(jué)，毛巾擦身體的感覺(jué)，都是第3章所說(shuō)的時(shí)間-空間模式，都是一個(gè)序列模式。】

所有的記憶都存儲(chǔ)在神經(jīng)元之間的突觸連接點(diǎn)上。每一次記憶提取的過(guò)程只有少數(shù)有限的突觸和神經(jīng)元在起作用。

而計(jì)算機(jī)的記憶則不是這樣，計(jì)算機(jī)的記憶被稱(chēng)為RAM，即隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)。如果要計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)順序模式存儲(chǔ)，需要軟件的支持。所以序列存儲(chǔ)是大腦皮層記憶系統(tǒng)的特性。

自-聯(lián)想是記憶的第二個(gè)特性。自-聯(lián)想是指模式可以和自我聯(lián)系在一起，自-聯(lián)想系統(tǒng)是指能夠根據(jù)不完整或混亂的輸入信息回想起全部模式的系統(tǒng)。無(wú)論何時(shí)，一個(gè)記憶片斷可以激活全部的記憶，這是自-聯(lián)想記憶的精髓。【遺忘又是怎么一回事？一個(gè)信息輸入大腦皮層之后，是不是能夠永久保存下來(lái)？如果不能永久保存，那么可以保存多久？為什么有的事情雖然過(guò)去許多年，卻可以不費(fèi)多少氣力就可以清楚地回憶起來(lái)。而有的事情卻老也記不住？】

人的大腦就是一個(gè)復(fù)雜的自-聯(lián)想系統(tǒng)。在清醒的時(shí)候，大腦皮層的每一個(gè)功能區(qū)都保持警覺(jué)，等待模式輸入。這一切都是自動(dòng)發(fā)生的。【這種狀態(tài)有些像計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一些守護(hù)進(jìn)程，一旦處于運(yùn)行狀態(tài)，都保持警覺(jué)。與大腦不同的是，這些守護(hù)進(jìn)程一直等待接收特定的模式，而大腦幾乎對(duì)所有的輸入信息進(jìn)行自-聯(lián)想處理。】

大腦皮層的第三個(gè)特征：恒定表征。大腦記憶不象計(jì)算機(jī)記憶，從某種程度上說(shuō)計(jì)算機(jī)記憶是固定的，如你存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)在非物理?yè)p壞或人為破壞的情況，其數(shù)據(jù)是不變的；從硬盤(pán)拷貝到其他介質(zhì)上，其內(nèi)容是完全一致的。而人腦記憶并非如此。

以視覺(jué)為例，一個(gè)熟悉的臉只要出現(xiàn)在你的視線(xiàn)里，不論它的大小、位置、方向如何，大腦皮層的面孔辨別區(qū)的一些細(xì)胞會(huì)一直保護(hù)穩(wěn)定的激活狀態(tài)。這種細(xì)胞激活的穩(wěn)定狀態(tài)就是一種恒定表征。對(duì)于大腦皮層是如何形成恒定表征的，仍是最大的科學(xué)謎團(tuán)之一。【不知道現(xiàn)在的研究進(jìn)展哪里了。】

作者認(rèn)為，大腦皮層的每一個(gè)區(qū)域都有抽象的功能。記憶能夠被存儲(chǔ)，是因?yàn)樽プ×讼嗷リP(guān)系的精髓，而不是某個(gè)瞬間的細(xì)節(jié)。當(dāng)你在看、在感覺(jué)、在聽(tīng)時(shí)，大腦皮層接收到詳細(xì)的高度特化的輸入信息，并將它們轉(zhuǎn)化成一種恒定形成。【了解這一點(diǎn)，應(yīng)該有助于記憶，即注意特化。比如說(shuō)，用一組數(shù)字來(lái)幫助記憶多個(gè)句子。這應(yīng)該就是一種抽象和特化。但是這種有意為之的抽象和特化與大腦皮層自動(dòng)進(jìn)行的特化，是不是一回事？】

作者說(shuō)，被存儲(chǔ)的實(shí)際上是恒定形式，與每一個(gè)新的輸入模式相比較的也是恒定形式。記憶的存儲(chǔ)、記憶的喚醒以及記憶的識(shí)別，都發(fā)生在恒定形式的基礎(chǔ)之上。計(jì)算機(jī)中沒(méi)有與之相同的概念。由此引出大腦皮層的一個(gè)重要功能，即如何利用記憶進(jìn)行預(yù)測(cè)。

本章討論的有關(guān)大腦皮層記憶的三大特征（存儲(chǔ)序列、自-聯(lián)想記憶和恒定表征），是根據(jù)過(guò)去記憶推測(cè)未來(lái)的必要因素。而智能的必要因素是預(yù)測(cè)。“預(yù)測(cè)未來(lái)的能力才是智能的關(guān)鍵”（p4）【舍恩伯格說(shuō)，大數(shù)據(jù)思維的重要特征是預(yù)測(cè)未來(lái)。那么，大數(shù)據(jù)思維就是智能嗎？】

五

智能理論新架構(gòu)。從本章開(kāi)始，作者對(duì)智能理論提出一種新的架構(gòu)。這種新架構(gòu)源于作者的觀(guān)察。作者認(rèn)為，“我們的大腦在利用記憶不斷地對(duì)我們看到的，聽(tīng)到的和感覺(jué)到的東西進(jìn)行預(yù)測(cè)。”為了證明這種想法，霍金斯做了“改變了的門(mén)”的實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，他提出了進(jìn)一步的觀(guān)點(diǎn)，即預(yù)測(cè)不僅是大腦所做的事情，還是大腦皮層的主要功能，是智能的基礎(chǔ)。“腦皮層是一個(gè)預(yù)測(cè)器官，如果解讀什么是智能，什么是創(chuàng)造力，大腦是如何工作的以及如何建造智能機(jī)器，我們必須了解這些預(yù)測(cè)的本質(zhì)，并搞清楚它們是如何形成的，甚至對(duì)作為預(yù)測(cè)副產(chǎn)品的行為都要透徹地了解。”（p61）

在這里作者對(duì)這種觀(guān)點(diǎn)進(jìn)行了廣泛的思考，以證明預(yù)測(cè)對(duì)于智能的重要作用。還討論了預(yù)測(cè)和行為的關(guān)系。從進(jìn)化論的角度，說(shuō)明人和爬行動(dòng)物最顯著的區(qū)別在于新大腦皮層，后者不具備新大腦皮層。哺乳動(dòng)物更加聰明，這是因?yàn)椴溉閯?dòng)物也擁有新大腦皮層。

六

大腦皮層工作原理。可能是因?yàn)樽髡呱镂锢韺W(xué)的知識(shí)背景，以及不了解大腦就談不上智能的觀(guān)點(diǎn)，使得本章成為這本書(shū)的重點(diǎn)，份量很重，約占全書(shū)的三分之一左右。這里作者全面探討了大腦皮層的層級(jí)結(jié)構(gòu)，并一步一步探討大腦皮層的記憶-預(yù)測(cè)模型是如何工作的。

關(guān)于恒定表征。以視覺(jué)區(qū)域?yàn)槔ＵJ(rèn)別物體涉及4個(gè)視覺(jué)區(qū)域，從下向上分別是：V1，V2，V4，IT。其中從下向上信息流不斷輸入，從上向下則是“反饋連接”。信息向上流動(dòng)，期待向下流動(dòng)。當(dāng)向下傳遞的信息匯入到不斷輸入的信息時(shí)，就會(huì)對(duì)我們接下來(lái)要經(jīng)歷的事進(jìn)行預(yù)測(cè)。在腦皮層區(qū)域中位置越高，能看到的變化越少。視覺(jué)是基于時(shí)間的輸入流，同聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)一樣。

關(guān)于整合感覺(jué)。對(duì)于視覺(jué)輸入的結(jié)果，我們會(huì)有一個(gè)期待。比如說(shuō)，我現(xiàn)在正在打字，要輸入一個(gè)“好”字，用五筆字型可以輸入vb。這個(gè)輸入的過(guò)程，用觸覺(jué)。當(dāng)如果我輸入了vb之后，期待電腦屏幕上會(huì)出現(xiàn)“好”字。觸覺(jué)上的輸入動(dòng)作，是通過(guò)視覺(jué)上的反饋連接，來(lái)驗(yàn)證輸入是否正確。當(dāng)然，這個(gè)“是否正確”，會(huì)牽涉到更多的大腦皮層活動(dòng)。這個(gè)過(guò)程，就是大腦皮層將各個(gè)感覺(jué)整合在一起。

作者對(duì)此的結(jié)論是，整個(gè)新大腦皮層及所有的感覺(jué)和聯(lián)合區(qū)都行動(dòng)如一。什么意思呢？代表著這是一個(gè)完整的感覺(jué)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)將視覺(jué)、聽(tīng)到、觸覺(jué)以及更多的感覺(jué)結(jié)合在一起，所有這些都在一個(gè)單一的多分支的體系中同時(shí)向上、向下流動(dòng)。

此外還有，所有的預(yù)測(cè)都是是從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)的。而所謂的“經(jīng)驗(yàn)”，正是大腦皮層上存儲(chǔ)的各種模式。

關(guān)于V1區(qū)新說(shuō)。腦皮層體系較高的區(qū)域形成恒定表征。為什么這個(gè)重要功能只出現(xiàn)在較高區(qū)域呢？

任何一個(gè)腦皮層區(qū)域的工作就是要弄清它的這些輸入是如何關(guān)聯(lián)的，然后記憶這些輸入之間的關(guān)聯(lián)序列，并用這個(gè)記憶來(lái)預(yù)測(cè)這些輸入將有何種表現(xiàn)。腦皮層各處的工作都是一樣的，這就是通用的腦皮層工作原理。

關(guān)于世界的模型。世界上的一切事物都是由同時(shí)出現(xiàn)的較小事物組成的。這就是作者所說(shuō)的嵌套結(jié)構(gòu)。一個(gè)人對(duì)于自己家的記憶并不存在于腦皮層的某一個(gè)區(qū)域里。它存儲(chǔ)在腦皮層的整個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu)里，而這又反映了你家的層級(jí)結(jié)構(gòu)。【曾看過(guò)一個(gè)記憶方法“記憶的宮殿”，其工作原理實(shí)際上就是將需要記憶的事物附著在一個(gè)熟悉的空間結(jié)構(gòu)中，以達(dá)到記憶效果。現(xiàn)實(shí)世界的模型是一個(gè)巨大無(wú)比的樹(shù)形結(jié)構(gòu)。linux操作系統(tǒng)的文件目錄就有這樣的結(jié)構(gòu)，所有的數(shù)據(jù)都統(tǒng)一于一個(gè)“/”根目錄之下。此外，數(shù)據(jù)庫(kù)軟件底層實(shí)現(xiàn)有很多樹(shù)形結(jié)構(gòu)。樹(shù)形結(jié)構(gòu)在存儲(chǔ)/記憶信息方面具有優(yōu)勢(shì)。這些計(jì)算機(jī)軟件是在模擬大腦么？或者說(shuō)當(dāng)初的設(shè)計(jì)者們從大腦皮層的層級(jí)結(jié)構(gòu)中獲得過(guò)啟示嗎？】

“腦皮層有一個(gè)巧妙的學(xué)習(xí)算法，它能自然地發(fā)現(xiàn)存在著的任何層級(jí)結(jié)構(gòu)并捕獲它。”（p90）【掌握這種學(xué)習(xí)算法，并且用計(jì)算機(jī)模擬出來(lái)，會(huì)是什么樣的結(jié)果？與現(xiàn)在深度學(xué)習(xí)有什么樣的關(guān)系？】

“在任何一個(gè)時(shí)刻，你只能體驗(yàn)到世界的一個(gè)子集。在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，你只能在你家里的一個(gè)房間里，看著一個(gè)方向。”“腦皮層的較高區(qū)域追蹤著大的圖像，而較低的區(qū)域則積極地處理快速變化著的小細(xì)節(jié)。”

“腦皮層的每個(gè)區(qū)域都看到一股這樣的模式流。如果模式都是如此相互關(guān)系著，而皮層區(qū)域能夠?qū)W會(huì)預(yù)測(cè)接下來(lái)將出現(xiàn)什么模式的話(huà)，我們就說(shuō)腦皮層區(qū)域?qū)@一序列形成了穩(wěn)定的表征，或者叫記憶。產(chǎn)生真實(shí)世界中的物體的恒定表征的最基本要素就是要記住序列。”（p91）

關(guān)于序列的序列。作者在這里以背誦、打印同一篇演講稿為例進(jìn)行說(shuō)明：在任何一個(gè)區(qū)域里，恒定表征都能分為兩支，分別沿著不同的路徑向下傳播。系統(tǒng)中最底層的簡(jiǎn)單對(duì)象的表征能夠被各種更高級(jí)的序列反復(fù)利用。【這里類(lèi)似設(shè)計(jì)模式中的MVC模式，即同一份數(shù)據(jù)可以在控制器的幫助下，顯現(xiàn)出迥然不同的樣子。】

“如果腦皮層中較低的區(qū)域無(wú)法預(yù)測(cè)它們看到的是什么模式，它們就會(huì)認(rèn)為這是一個(gè)錯(cuò)誤并且將這一錯(cuò)誤向上傳遞。這一步驟重復(fù)進(jìn)行直到某一區(qū)域確能預(yù)測(cè)出這一模式。”【這些描述不是很眼熟嗎？這與某些程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中的異常處理機(jī)制是非常相似的。這些編程語(yǔ)言在設(shè)計(jì)時(shí)，是不是也參考了腦皮層的這種機(jī)制？】

腦皮層的每一個(gè)區(qū)域都在努力存儲(chǔ)并且提取序列。每個(gè)區(qū)域都會(huì)先將輸入分類(lèi)，將它們歸到有限的幾種可能中，然后再尋找能與之對(duì)應(yīng)的序列。作者認(rèn)為，將信息分類(lèi)和序列化是產(chǎn)生恒定表征所必需的兩個(gè)步驟，也是皮層中每個(gè)區(qū)域都要進(jìn)行的兩個(gè)步驟。

多半情況下，人是意識(shí)不到自己在利用大腦中的序列記憶來(lái)填充模棱兩可或不完全的信息的。序列記憶不但能讓你消除當(dāng)前輸入中的歧義，還能幫助你預(yù)測(cè)接下來(lái)的輸入會(huì)是什么。識(shí)別出一個(gè)模式序列后，大腦皮層區(qū)域就會(huì)預(yù)測(cè)接下來(lái)的輸入模式會(huì)是什么，并告訴下面的區(qū)域該期待什么。

在大腦皮層的各區(qū)域中，“自下而上”的分類(lèi)，和“自上而下”的序列化總是相互作用，它們?cè)谀愕囊簧锌傇谧兓＿@就是學(xué)習(xí)的本質(zhì)。實(shí)際上，皮層的所有區(qū)域都有“可塑性”——它們都可以因經(jīng)驗(yàn)而改變。形成新的分類(lèi)和新的序列就是你存儲(chǔ)世界的方式。

從人的視覺(jué)和機(jī)器視覺(jué)來(lái)看，電腦與人腦的區(qū)別在于，“你所記住的并不是視網(wǎng)膜所看到的事物的快照，也是耳蝸或皮膚所接受的模式的快照。大腦皮層的層級(jí)結(jié)構(gòu)保證了對(duì)事物的記憶分布于皮層的層級(jí)結(jié)構(gòu)中，而并不集中存于一點(diǎn)。并且，因?yàn)樵谄芋w系中每一個(gè)區(qū)域都形成恒定的記憶，所以典型的皮層區(qū)域所學(xué)得的就是恒定表征序列，這些序列本身也是恒定記憶的序列。人腦中是找不到杯子或其他物體的圖像的。”（p98）

“你的大腦記住的是世界的本質(zhì)，而不是它看上去的那個(gè)樣子。當(dāng)你對(duì)世界進(jìn)行思考時(shí)，你是在提取那些對(duì)應(yīng)于世界上物體的存在和表現(xiàn)方式的模式，而不是它們?cè)谀骋豢掏ㄟ^(guò)你的任何感官所表現(xiàn)出來(lái)的樣子。......你賴(lài)以體驗(yàn)世界的序列就是世界的真正結(jié)構(gòu)，也就是大腦皮層所要記憶的內(nèi)容。”（p98）

“大腦皮層里任一區(qū)域中的恒定表征，都能通過(guò)將模式沿皮層體系向下傳播而被轉(zhuǎn)化為你感官將要感知的樣子的細(xì)節(jié)性預(yù)測(cè)。”（p98）

關(guān)于大腦皮層區(qū)域會(huì)是什么樣子。皮層區(qū)域的結(jié)構(gòu)，皮層區(qū)域中的細(xì)胞如何學(xué)習(xí)并提取模式序列的，形成恒定表征和進(jìn)行預(yù)測(cè)的最必要的元素。

這里介紹了垂直柱的結(jié)構(gòu)。這些垂直柱內(nèi)的各層是通過(guò)上下延展的軸突連接，形成縱向的突觸。每個(gè)垂直柱中的細(xì)胞彼此有很強(qiáng)的聯(lián)系不，會(huì)對(duì)同一刺激產(chǎn)生反應(yīng)。

為什么會(huì)形成這些垂直柱？在胚胎期，單個(gè)的前身細(xì)胞從內(nèi)腦室移動(dòng)到皮層最終成形的地方，每個(gè)細(xì)胞都分裂成大約100個(gè)神經(jīng)元，被叫作microcolumn，它們與垂直柱連接起來(lái)。人類(lèi)的大腦皮層大約有好幾億個(gè)微型柱。

信息在第1層中水平流動(dòng)，第2至5層中縱向流動(dòng)。每個(gè)垂直柱中，細(xì)胞上突觸有超過(guò)90%是與外部相連的。1979年蒙卡斯?fàn)柼岢鰡我坏钠铀惴〞r(shí)，指出皮層垂直柱是皮層中的基本計(jì)算單位。作者認(rèn)為，垂直柱是預(yù)測(cè)的基本單位。一個(gè)垂直柱要興奮并能進(jìn)行預(yù)測(cè)，就必須知道其他地方都發(fā)生了什么，因此就有了從各處而來(lái)突觸。一個(gè)垂直柱中的細(xì)胞連接到大腦中其他地方的大量突觸，能為每一個(gè)垂直柱提供它在許多不同情境下預(yù)測(cè)下一步興奮狀態(tài)所必要的上下文信息。

解剖學(xué)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)軸突離開(kāi)第6層到達(dá)其他地方時(shí)，它們都被包裹在一種叫做髓磷脂的白色脂肪物質(zhì)里。這種白質(zhì)如同絕緣層，有助于信號(hào)互不干擾，并能使信息傳遞更快。信號(hào)以大約每小時(shí)320千米的速度傳播。當(dāng)軸突離開(kāi)白質(zhì)時(shí)，就進(jìn)入了第6層中新的皮層垂直柱。

第5層細(xì)胞與丘腦。

關(guān)于皮層區(qū)域的詳細(xì)工作原理。3種回路：沿皮層體系而上的匯聚模式、沿皮層體系而下的擴(kuò)散模式、經(jīng)由丘腦的延遲反饋。可以解釋皮層區(qū)域是如何完成它所具有的功能。

皮層區(qū)域?qū)⑤斎霘w成是一組垂直柱的興奮狀態(tài)。細(xì)胞需要信息以幫助它們預(yù)測(cè)自己何時(shí)會(huì)被下面的區(qū)域驅(qū)動(dòng)。通常情況下，鄰近垂直柱中的興奮有著很強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。因此，我們能看到有許多伸展到鄰近垂直柱的直接連接。

作者在這里給出了自己對(duì)恒定表征形成過(guò)程的解釋。

如何對(duì)未見(jiàn)過(guò)的事件進(jìn)行預(yù)測(cè)。作者認(rèn)為，唯一途徑是利用最后的特定信息將恒定預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)化為具體預(yù)測(cè)。從大腦皮層的角度說(shuō)，必須將前饋信息（實(shí)際的輸入）與反饋信息（恒定形式的預(yù)測(cè)）相結(jié)合。

“白日夢(mèng)”完全是大腦皮層自身所做的保健操。本來(lái)應(yīng)該將輸出信息向較低皮層區(qū)域的，再次成為輸入，回流到輸入流中。第6層細(xì)胞除了把信息投射到較低的皮層區(qū)域外，它們還將輸出信息發(fā)送回自己所屬垂直柱的第4層細(xì)胞。如此一來(lái)，我們的預(yù)測(cè)就成了輸入。有人將這種情況稱(chēng)為folded feed-back，可作者稱(chēng)之稱(chēng)imaging。

知覺(jué)和行為幾乎就是同一的。只要你的行為有所涉及，你的預(yù)測(cè)就不但要先于感覺(jué)，而且還會(huì)決定感覺(jué)。【所謂的心理暗示嗎？】思考、預(yù)測(cè)和行動(dòng)都屬于沿皮層體系下行序列的同一個(gè)展開(kāi)過(guò)程。

通過(guò)思考而“行動(dòng)”，以及知覺(jué)和動(dòng)行作為的平行展開(kāi)過(guò)程，是所謂面向目標(biāo)的行為的核心內(nèi)容。面向目標(biāo)的行為是機(jī)器人研究的神圣目標(biāo)，它被置入皮層的結(jié)構(gòu)之中。

“思考做某事”確實(shí)是我們完成這件事的開(kāi)始。

關(guān)于上行與下行。這個(gè)部分解釋信息如何在皮層體系內(nèi)上下流動(dòng)的。在理想狀態(tài)下，如果一個(gè)世界是已知的并且是可預(yù)測(cè)的，那么大部分的上下模式流主要是快速地發(fā)生在皮層的較低區(qū)域。大腦迅速地嘗試著找到自己世界模型中與預(yù)料外輸入相一致的部分。只有在這個(gè)時(shí)候，大腦才能有理由知道接下來(lái)要期待什么。【做數(shù)學(xué)題會(huì)碰到自己不會(huì)做的題型，思考這種題的過(guò)程，就是輸入信息流從低層區(qū)域不斷向上傳遞，高層區(qū)域就會(huì)有越來(lái)越多的皮層區(qū)域參與，直至上方有一個(gè)區(qū)域認(rèn)為自己可以解決這個(gè)問(wèn)題，就是產(chǎn)生一個(gè)新的預(yù)測(cè)，然后沿著這個(gè)層級(jí)體系盡可能向下傳播。如果沒(méi)有找到或者新的預(yù)測(cè)不對(duì)，就會(huì)檢測(cè)到錯(cuò)誤，然后大腦皮層重要這個(gè)過(guò)程。如果怎么想都是不會(huì)做，那說(shuō)明在大腦皮層中沒(méi)有這種模式存在。可以這樣解釋嗎？】

用去很長(zhǎng)時(shí)間忽然間找到。頓悟就是這種感覺(jué)。用這個(gè)模型可以解釋“頓悟”。

關(guān)于反饋。神經(jīng)元的樹(shù)突到底是如何工作的，這仍然是個(gè)謎。一般認(rèn)為，沿皮層體系向上傳遞的信息是通過(guò)靠近細(xì)胞體的突觸來(lái)傳遞的。沿體系向下傳播的反饋信息是通過(guò)遠(yuǎn)離細(xì)胞體的突觸傳遞的。但是作者認(rèn)為，神經(jīng)元中遠(yuǎn)距離的樹(shù)突上的突觸對(duì)細(xì)胞興奮有著積極和明確的作用。

關(guān)于大腦皮層如何學(xué)習(xí)。作者認(rèn)為，學(xué)習(xí)和記憶存在于所有的層次和所有的垂直柱中，以及所有的皮層區(qū)域中。海布學(xué)習(xí)法則：如果兩個(gè)神經(jīng)元同時(shí)興奮，它們之間的突觸就會(huì)得到加強(qiáng)。這種觀(guān)點(diǎn)是正確的，但不是終極理論，實(shí)際情況更為復(fù)雜。神經(jīng)系統(tǒng)有許多海布學(xué)習(xí)法則的變體。

什么是學(xué)習(xí)？對(duì)于大腦皮層來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)的兩個(gè)基本要素就是形成對(duì)模式的分類(lèi)和建立序列。當(dāng)一個(gè)皮層區(qū)域?qū)W習(xí)序列的時(shí)候，到達(dá)第4層細(xì)胞的輸入就在變化。因此，這些第4層細(xì)胞就會(huì)學(xué)著進(jìn)行新的分類(lèi)，并改變投射回第1層的模式，進(jìn)而對(duì)序列產(chǎn)生影響。

形成序列的基本過(guò)程是將屬于同一事物的模式歸為一個(gè)組。有一種方法就是將時(shí)間上連續(xù)發(fā)生的模式歸為一組。還有的需要借助外部指令來(lái)決定哪些模式是一個(gè)整體。在反復(fù)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，對(duì)象的表征會(huì)沿著皮層體系向下移動(dòng)。【結(jié)合“關(guān)于上行與下行”部分的內(nèi)容，可以這么認(rèn)為，熟練的記憶是通過(guò)加強(qiáng)相關(guān)突觸的強(qiáng)度，將記憶對(duì)象的表征逐漸地壓低到皮層體系的下層。可以這么看嗎？】

作者認(rèn)為，并不是說(shuō)大腦將它們向下轉(zhuǎn)移，而是它們不得不一次又一次地重新學(xué)習(xí)。作者也坦言，記憶的實(shí)際形成過(guò)程更為復(fù)雜。他認(rèn)為，第4層的模式分類(lèi)是先從底部開(kāi)始，然后往上移動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，形成序列，隨后這些序列向下移動(dòng)（更準(zhǔn)確地說(shuō)是對(duì)模式的記憶會(huì)在皮層的越來(lái)越低的區(qū)域中重新形成）隨著簡(jiǎn)單地表征往下移，位于皮層底部的區(qū)域就能學(xué)習(xí)更復(fù)雜、更細(xì)微的模式了。【這不正是基礎(chǔ)知識(shí)越扎實(shí)，就可以更快地學(xué)習(xí)復(fù)雜的新知識(shí)嗎？這對(duì)如何學(xué)習(xí)，有直接啟示。】

隨后作者解釋如何成為一名專(zhuān)家。他說(shuō)，如果你反復(fù)研究某一類(lèi)事物，你的大腦皮層將在較低的層級(jí)中形成對(duì)它們的記憶表征，這就把皮層中的較高層級(jí)給釋放出來(lái)了，可以利用它來(lái)學(xué)習(xí)更細(xì)微、更復(fù)雜的關(guān)系。根據(jù)這一理論，專(zhuān)家就是這樣被培養(yǎng)出來(lái)的。【《學(xué)習(xí)的藝術(shù)》一書(shū)中，作者學(xué)習(xí)太極拳的方法正是如此。大前研一在《問(wèn)題解決力》《專(zhuān)業(yè)主義》也曾描述過(guò)這種類(lèi)似經(jīng)歷，通過(guò)分析2000多個(gè)案例奠定咨詢(xún)行業(yè)的基礎(chǔ)。】

關(guān)于海馬：處于最高層。新皮層下有三個(gè)可以相互溝通的大腦結(jié)構(gòu)：基底神經(jīng)節(jié)、小腦和海馬。這個(gè)三個(gè)結(jié)構(gòu)都是先于新皮層而存在。粗略地說(shuō)，基底神經(jīng)節(jié)是原始的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，小腦主要學(xué)習(xí)事件間精確的時(shí)間關(guān)系，海馬則儲(chǔ)存具體事件及地點(diǎn)有關(guān)的記憶。

海馬對(duì)形成新的記憶至關(guān)重要。沒(méi)有海馬，可以照常說(shuō)話(huà)、走路、看和聽(tīng)，但是記不住所有新的事物。能記起失去海馬前許多年認(rèn)識(shí)的朋友，卻記不起一個(gè)新遇見(jiàn)的人。它對(duì)學(xué)習(xí)很重要，但是我們掌握的大部分知識(shí)最后儲(chǔ)存在新皮層，而不是海馬。【感覺(jué)海馬像是一個(gè)緩沖區(qū)，新的事物都需要在這個(gè)緩沖區(qū)里不斷地強(qiáng)化，直到達(dá)到某一個(gè)閥值，才能最終儲(chǔ)存到新皮層。但是作者不是這么認(rèn)為。】

作者認(rèn)為，一切感覺(jué)數(shù)據(jù)流，都直接流入皮層的感覺(jué)區(qū)，而不是先經(jīng)過(guò)海馬。2002年，紅杉神經(jīng)科學(xué)研究中心的Bruno Olshausen指出，海馬與新皮層之間的連接表明海馬是新皮層的最高區(qū)域，而不是一個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。【參照“關(guān)于上行和下行”部分的內(nèi)容，里面并沒(méi)有說(shuō)明，一個(gè)識(shí)別不出的模式不斷上行后的最終去向。作者這里作了回答。如果皮層每個(gè)區(qū)域都理解不了輸入，這些無(wú)法解釋也沒(méi)有預(yù)期到的事物的新記憶就進(jìn)入海馬，并儲(chǔ)存在那里。但是這些信息并不會(huì)一直存在。它們要么被轉(zhuǎn)移到皮層，要么就永久的丟失。】

一個(gè)較為普遍的現(xiàn)象，隨著年歲增長(zhǎng)，人要記住新事物起來(lái)越難，而孩子較很容易。對(duì)此，作者覺(jué)得這可能是因?yàn)檫@些新事物對(duì)孩子來(lái)說(shuō)是真的新，而對(duì)成年人來(lái)說(shuō)并不新，過(guò)去的記憶中有很多雷同之事（物），所以這樣的信息并不會(huì)到達(dá)成年人的海馬。【這是作者的推測(cè)。】

海馬是一個(gè)非均質(zhì)的結(jié)構(gòu)，由若干專(zhuān)門(mén)化的區(qū)域組成。它最擅長(zhǎng)的就是快速記住它所看到的任何的模式。它處于金字塔的頂端，能讓新事物的記憶轉(zhuǎn)存在皮層體系中。皮層體系存儲(chǔ)記憶是一個(gè)稍慢的過(guò)程，而在海馬里，可以快速記住一件新事物。但是，你必須再三體驗(yàn)同一件事物，不管是實(shí)際體驗(yàn)還是在想象，它才會(huì)永久地存于皮層中。【這對(duì)于學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)，是有啟示意義的。知道了記憶的原理，要想記憶長(zhǎng)久，必須反復(fù)記憶。重要事物說(shuō)三遍。】

關(guān)于上溯體系的第二通路。大腦皮層還有第二個(gè)主要通道可使信息在區(qū)域間傳遞，還可以使信息在層級(jí)體系中向上傳遞。從有軸突伸入丘腦（不同于前面探討的部分）的第5層細(xì)胞開(kāi)始，然后經(jīng)由丘腦一直延伸到皮層中緊接著的較高區(qū)域。每當(dāng)皮層的兩個(gè)區(qū)域上下彼此直接相連時(shí)，它們也通過(guò)丘腦間接地相連。第二通道只向上傳統(tǒng)信息，不向下傳遞。

第二通道是受控制的。在第一種狀態(tài)下，通道基本關(guān)閉，信息不能通過(guò)。第二種狀態(tài)下，信息在兩個(gè)區(qū)域間精確地流動(dòng)。Murray Sherman，Ray Guillery兩位科學(xué)家描述過(guò)第二通道。對(duì)此，作者的猜測(cè)是，丘腦的第二通道就是我們?nèi)プ⒁馄綍r(shí)不會(huì)注意到的細(xì)節(jié)的機(jī)制。它繞過(guò)第2層對(duì)序列的分類(lèi)，直接將原始信息送到皮層的較高區(qū)域。比如，讀一個(gè)單詞時(shí)，你幾乎不會(huì)注意單詞的每一個(gè)字母。

生物學(xué)家指出，開(kāi)啟第2條通道有兩種途徑。一種是皮層較高區(qū)域發(fā)生信號(hào)。另一種是從下方傳來(lái)很強(qiáng)的預(yù)料外的信號(hào)。

作者說(shuō)，這一章中提出了很多關(guān)于新皮層工作原理的設(shè)想。也許細(xì)節(jié)上需要修改，但核心思想?yún)s可以保留。

大腦的新皮層并不是由超高速的組件組成，其運(yùn)行的規(guī)則也并不復(fù)雜，它確實(shí)有著一個(gè)分級(jí)結(jié)構(gòu)，里面包含著上億個(gè)神經(jīng)元和上萬(wàn)億的突觸。作者認(rèn)為，我們能理解它，正如能研制出計(jì)算機(jī)來(lái)一樣，最終也能研制出與新皮層有著同樣工作原理的智能機(jī)器來(lái)。

七

意識(shí)和創(chuàng)造力。所有的哺乳動(dòng)物，都具有古腦，其頂部是新大腦皮層，從老鼠到貓，再到人類(lèi)，它們都具有智力，只是程度高低不同而已。

作者認(rèn)為，智能的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期，每個(gè)時(shí)期都利用了記憶和預(yù)測(cè)。第一個(gè)時(shí)期是生物將DNA作為記憶的載體，通過(guò)基因?qū)⑹澜绲挠洃泜鹘o后代。第二個(gè)時(shí)期始于可以快速形成記憶的神經(jīng)系統(tǒng)的出現(xiàn)。第三個(gè)時(shí)期，也是最后一個(gè)時(shí)期，是人類(lèi)所特有的。語(yǔ)言的產(chǎn)生和新皮層的擴(kuò)展。

關(guān)于創(chuàng)造力。創(chuàng)造力并不僅僅發(fā)生在大腦皮層的某個(gè)特定區(qū)域， 也不是固定在皮層某個(gè)特定的結(jié)構(gòu)或回路上。它是皮層各區(qū)域所固有的一種屬性，是預(yù)測(cè)的必要組成部分。

在作者眼中，創(chuàng)造力并不神秘，它可以被簡(jiǎn)單地看成是通過(guò)類(lèi)推而進(jìn)行預(yù)測(cè)的一種活動(dòng)而已。它發(fā)生在大腦皮層的各個(gè)角落，只要人醒著，它就時(shí)時(shí)發(fā)生。【類(lèi)推】

預(yù)測(cè)就是將恒定記憶序列應(yīng)用于新的情況，因此腦皮層的所有預(yù)測(cè)都是通過(guò)類(lèi)推而形成的，我們通過(guò)類(lèi)比過(guò)去而預(yù)測(cè)未來(lái)。【這不就是歷史的作用嗎？】

只有當(dāng)記憶-預(yù)測(cè)系統(tǒng)在做高層次的抽象活動(dòng)時(shí)，也就是當(dāng)它利用非同尋常的類(lèi)推而做出非同尋常的預(yù)測(cè)時(shí)，此刻的行為才是創(chuàng)造性的。【AlphaGo是不是表示出來(lái)智能的創(chuàng)造性？】

創(chuàng)造力就是將過(guò)去曾經(jīng)體驗(yàn)過(guò)的模式與未來(lái)生活將要認(rèn)識(shí)的模式彼此糅合、匹配。

關(guān)于某些人更富有創(chuàng)造力。人與人的創(chuàng)造力存在差別的原因，一是與環(huán)境因素有關(guān)，二是與自然屬性有關(guān)。環(huán)境方面，每個(gè)人都在腦皮層里形成對(duì)世界的不同模型和記憶，而做出的類(lèi)推和預(yù)測(cè)也不盡相同。自然屬性方面，大腦表現(xiàn)出自然的差異性，有些是基因決定的，如區(qū)域的大小，腦細(xì)胞的多少和連接類(lèi)型也有所不同。

在解決問(wèn)題時(shí)，有一些方法是可以培養(yǎng)我們找到有用的相似點(diǎn)。首先要假設(shè)自己面對(duì)的問(wèn)題是有答案的。不要輕易放棄，要為此而堅(jiān)持長(zhǎng)時(shí)間的思考。其次，要讓自己的思想任意馳騁，在大腦充分的時(shí)間和空間。

找到一個(gè)問(wèn)題的解答實(shí)際上是要找到存儲(chǔ)在大腦皮層中與當(dāng)前要解決的問(wèn)題相似的模式。如果對(duì)某個(gè)問(wèn)題不解，記憶-預(yù)測(cè)模型建議你從不同的角度去觀(guān)察它，這會(huì)提高找到答案的可能性。【六頂帽子思考法的理論基礎(chǔ)應(yīng)該在于此。】

如果在某個(gè)問(wèn)題上卡住了，那么暫時(shí)將它放在一邊，先做點(diǎn)別的事情，然后再重新開(kāi)始，將問(wèn)題改變一下提法。如果這樣反復(fù)多遍，可能花上一些時(shí)間，但問(wèn)題遲早會(huì)有些眉目，你會(huì)在過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)中找到相似的情況。要想成功，就要反復(fù)琢磨問(wèn)題，同時(shí)還要做點(diǎn)其他事情。這樣，大腦皮層就會(huì)有機(jī)會(huì)找到一些相似的記憶。【這種道理很早就被教導(dǎo)，只是不知所以然】

錯(cuò)誤的類(lèi)推是危險(xiǎn)的。創(chuàng)造力也有可能讓人誤入歧途。

作者認(rèn)為，記憶-預(yù)測(cè)模型可以部分地解釋意識(shí)是什么這個(gè)問(wèn)題。意識(shí)有兩種：一種是日常理解的意識(shí)，這是一種陳述性記憶，即你能回憶起來(lái)并告訴他的記憶。另一種是可感受性。作者覺(jué)得平衡自行車(chē)這件事就是不能確切地解釋出來(lái)的。這與古腦有關(guān)。

作者本沒(méi)有完全解釋清楚意識(shí)。他覺(jué)得可以有兩種原因，要么跟生物結(jié)構(gòu)有關(guān)，要么跟模式有關(guān)。但他認(rèn)為，不管意識(shí)如何界定，可以肯定的是，記憶與預(yù)測(cè)對(duì)于意識(shí)的產(chǎn)生起著決定性作用。

除意識(shí)之外，還有心智、靈魂、想象力。想象需要一種神經(jīng)機(jī)制將預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)檩斎耄础罢郫B反饋”。

心智不過(guò)是大腦工作的標(biāo)志，它不是操控大腦細(xì)胞或與大腦細(xì)胞共存的某種獨(dú)立的東西。神經(jīng)元就是細(xì)胞。沒(méi)有什么神秘的力量會(huì)改變單個(gè)或多個(gè)神經(jīng)細(xì)胞的正常工作方式。

大腦皮層的通用算法，就是表現(xiàn)記憶和預(yù)測(cè)的能力。

八

智能之未來(lái)。這一章是對(duì)未來(lái)的想象。作者認(rèn)為人類(lèi)可以制造出智能機(jī)器，但不會(huì)你想像的那種樣子。人型機(jī)器人仍然是存在幻想中。原因有幾個(gè)方面，首先，人的心智不僅靠新大腦皮層，還需要古腦的情感體系和人體復(fù)雜結(jié)構(gòu)。制造和維護(hù)類(lèi)人機(jī)器人需要花費(fèi)更多的精力。

作者給出自己對(duì)智能機(jī)器制造的路線(xiàn)圖。首先是需要一組感覺(jué)器官，通過(guò)它們從世界提取模式。【就是各種傳感器】其次，跟這些感官相連的是一個(gè)以大腦皮層工作原理而運(yùn)作的分層存儲(chǔ)系統(tǒng)。接下來(lái)需要像教育孩子一樣去訓(xùn)練這個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)。通過(guò)反復(fù)的訓(xùn)練，智能機(jī)器構(gòu)建一個(gè)它自己的關(guān)于世界的模型。

智能機(jī)器必須通過(guò)觀(guān)察它周?chē)氖澜鐏?lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)，必要時(shí)也包括接受訓(xùn)練者的輸入。當(dāng)智能機(jī)器建立起一個(gè)關(guān)于世界的模型，它就能依據(jù)過(guò)去的經(jīng)歷來(lái)做出類(lèi)推，從而對(duì)未來(lái)事件做出預(yù)測(cè)，為新問(wèn)題提供解決方案，并且還可以幫助我們得到某些知識(shí)。

智能機(jī)器的物理形態(tài)可以多種多樣的。

作者認(rèn)為，制造智能機(jī)器最大挑戰(zhàn)是建立記憶。面臨的是記憶容量和連通性方面的挑戰(zhàn)。【研究智能機(jī)器，那些具備龐大數(shù)據(jù)量和超級(jí)計(jì)算能力的機(jī)構(gòu)具備很大的優(yōu)勢(shì)。】但是作者說(shuō)，大腦皮層約有32萬(wàn)億個(gè)突觸【2016年2月，百度吳恩達(dá)說(shuō)他們已經(jīng)建起了1000億個(gè)連接點(diǎn)】。如果只有2個(gè)bit表示一個(gè)突觸【為什么是用2個(gè)bit來(lái)表示？2個(gè)bit可以表示4種狀態(tài)？00/01/10/11】，約需要8萬(wàn)億字節(jié)的容量。【現(xiàn)在TB的硬盤(pán)已經(jīng)常見(jiàn)了，粗略相當(dāng)于8塊1TB的硬盤(pán)容量】智能機(jī)器將需要智能記憶芯片。

連通性問(wèn)題。作者認(rèn)為，連通性是研制智能機(jī)器過(guò)程中面臨的最大技術(shù)難題。一旦技術(shù)難題解決，就沒(méi)有什么根本性的問(wèn)題可以阻擋我們制造真正在的智能系統(tǒng)。

該不該制造智能機(jī)器。沒(méi)什么問(wèn)題。

智能機(jī)器可以做什么？從語(yǔ)音識(shí)別變成語(yǔ)音理解。短期內(nèi)可以提高現(xiàn)有語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的性能。視覺(jué)識(shí)別。自動(dòng)駕駛方面，可以在汽車(chē)下線(xiàn)時(shí)永久地固化記憶，也可以設(shè)計(jì)成售后可繼續(xù)學(xué)習(xí)型，如果條件允許，可以將記憶重新配置，成為升級(jí)版。【未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車(chē)的商業(yè)模式是什么樣？可以想象的是，買(mǎi)來(lái)一輛車(chē)并不能馬上自動(dòng)駕駛，還是會(huì)像手機(jī)、有線(xiàn)電視、網(wǎng)絡(luò)一樣，只有硬件是不行的。只是不知將是按公里付費(fèi)，還是包月。如果是這樣的自動(dòng)駕駛汽車(chē)，你會(huì)怎么選？】

作者認(rèn)為，智能機(jī)器在4個(gè)方面會(huì)超過(guò)人腦的能力：速度、容量、可復(fù)制性和感覺(jué)系統(tǒng)。速度不用說(shuō)。容量方面，可以通過(guò)增加層次，導(dǎo)致更深入的理解。可以擴(kuò)大區(qū)域容量，讓機(jī)器捕捉更多細(xì)節(jié)，變得更敏銳。還可以擴(kuò)展感覺(jué)系統(tǒng)，建立更好的世界模型。

在高科技領(lǐng)域有一種說(shuō)法：變化比你的短期預(yù)期要長(zhǎng)，但比你的長(zhǎng)期預(yù)期要短。作者認(rèn)為，這一領(lǐng)域現(xiàn)在正處在轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，很快就會(huì)騰飛。【谷歌的庫(kù)茲韋爾說(shuō)的奇點(diǎn)來(lái)臨？還需要20年嗎？】

20世紀(jì)90年代被稱(chēng)為“大腦的十年”（the decade of the brain）

九

《人工智能的未來(lái)》由杰夫·霍金斯（Jeff Hawkins）、桑德拉·布拉克斯莉（Sandra Blakeslee）合著。后者是美國(guó)一位著名科普作家，對(duì)本書(shū)進(jìn)行了潤(rùn)色。中文版由賀俊杰、李若子、楊倩翻譯，西安陜西科學(xué)技術(shù)出版社2006年出版。

閱讀這本書(shū)原來(lái)打算是用4天晚上，每晚兩章，結(jié)果有一天晚上有事耽擱，5天才看完。一邊看一邊記，留下1萬(wàn)5千字左右的記錄。

如果把這本書(shū)比作一座礦山，那這些記錄就是自己在山里挖掘到的一些礦石。但是由于技術(shù)不精，都是些粗礦，有些好東西還有礦山里沒(méi)能挖掘來(lái)。對(duì)礦山還需要繼續(xù)發(fā)掘，對(duì)粗礦還需要進(jìn)行精煉。

括號(hào)內(nèi)的文字是閱讀、記錄過(guò)程中的即時(shí)感受或聯(lián)想，沒(méi)有多少深入思考，只是作為一個(gè)標(biāo)記，僅僅代表“哦，我在這里停頓了一下，這段內(nèi)容讓我產(chǎn)生一段有趣的聯(lián)想”。看完之后不了解的、不知道的和想知道的都變更多了。

如果這本書(shū)是一片美麗的風(fēng)景，這五天里自己慢慢游覽，看到多處美景。能不能形成恒定記憶呢？那還得要下一番功夫。

本書(shū)結(jié)語(yǔ)中還提到了另一本書(shū)：《生命是什么》（Erwin Schrodinger，1944）。什么時(shí)候找來(lái)翻翻也好。