人工脑连接体：类脑人工智能的奇点时刻来临

来源：华春雷科学网博客

最近，Mindputer实验室制造出世界首个“人工脑连接体”（True-Brain）的信息刚刚发布（详见《会议通报：中国Mindputer实验室首次造出人工脑连接体》。做为一个高前沿性的专业技术概念，许多业内人士都还不熟悉这个新事物。什么是“人工脑连接体”？它是怎么被制造出来的？它与生物脑的不同或相同？它与脑计划的关系？它对人工智能和类脑人工智能的影响？等等。以下，我们就这几个重点问题做一解说。

当今世界几个主要技术大国都在展开自己的脑计划，其首要目标是：希望通过发展高尖端技术工具，来实现对生物脑的全部微观连接网络及其内部功能过程的精密测量和全时记录；在此基础上，建立起生物脑连接组数据库。这是欧-美-中等脑计划所共同遵循的基本技术路径。我们称其为“摹写-复制方法”。但是这个技术路径的难度极高。

“人工脑连接体”是另一个新技术路径，它不是对生物脑连接组的人工复制品或人工仿真品；而是使用深构造脑模型特有的专长——深构造网络组装——按照组装规则和连接计算方法，从无到有，从小到大，从简单到复杂，逐步地组装出一个原生的人工脑皮层。

True-Brain的基本框架是这样的，分为12个功能模块（脑功能亚区），4个梯级（脑发育/进化层次），每个功能模块设有36个多丛异分器（MCTP）。每个异分器的神经元承载量10－30个。神经元数量总计在4320个-12960个范围内调动。实验中，分许多个局部性的组装任务，从最低层开始逐渐向较高层发展。

 图1 核心元件 多丛异分器（Multi-Clusters Transforming Processor MCTP）

 

图2  True-Brain基本框架示意图  12个功能模块 X 36个多丛异分器 

True-Brain是我们实验室经过一年多制造出来的世界第一个高逼真性的人工脑连接体。一方面，这个人工脑连接体是以在Mindputer样机中的数字信号形态而存在着的，不是以生物的肉体细胞状态存在着的；因此，在外形上我们找不到脑的实体感觉。但是另一方面，实际的测试结果已经反复得到确认，这个机器中的“数字脑”在5个最基础的结构-功能特征上，与实生物脑具有高度相近的可比较性。以下简述之：

１/ True-Brain中的核心元件是多丛异分器（Multi-Clusters Transforming Processor)。

它可以使每一个神经元的树突按照丛枝状的结构建立连接。不同突触之间在树突上的位置和距离上的差异，可以建立起对不同突触之间所产生的同时性信号的优先让步秩序的调制。这是深构造网络内部形成各种信号竞争有序性的技术基础。

２/ 在True-Brain中，所有的虚拟记忆单位间，不论其网络规模有多大，也不论这些记忆单位形成深构造复合结构，它们都能够保持清晰的边界和单个记忆单位的可提取性。

任何一个神经元都可以分属于不同记忆单位，以及可以被不同的工作流程所使用。由此，许多记忆单位或工作流程因它们共用神经元的载体方式而形成了“记忆的共融性存储”，这种边界清晰的“多记忆的共融性载体存储构造”是又一个高逼真基本特征。

３/ 同一载体上不仅可以实现对许多记忆内容的存储；

而且可以在载体上不断增加新的记忆内容，而原有的记忆内容继续保存且不需要抹除。新旧两种记忆内容可以并存。这样，深构造网络有效地解决了现有人工神经网络技术中难以解决的“灾难性失忆”问题。

4/ 通过一年多的组装实验，我们总结出一个规律：

从低层向高层的每一次新的竞争调制，都意味着新的更高层的中枢分化。按照这种规律，可以预测组装过程中的更高层级新功能区的形成趋势；反之也可预测和解读较高等级功能区对较低等级功能区的反馈回路的形成原因。

５/ 在对True-Brain的测试中，测定任何一个虚拟的工作任务，都可追踪到与这个特定功能过程相对应的突触连接路径。

可以通过追踪在脑中被激活的某些部位或某些局部来研究功能与结构的对应关系。在True-Brain实验中，我们的追踪可以落实到跨多个层次中的多个模块区中的任何相关的单体网络及其它们全部的回路上，可具体化到每一个相关细胞和每一根相关突触上。

True-Brain做为一个人工脑连接体，与现在欧美中脑连接组计划正在进行的实验项目项目相比，在可以追踪显示的白质和灰质的细胞和突触的细微程度上与全覆盖范围上都是最高的。

回过头再来看欧美中各个脑计划，可以凸显出理想与现实的巨大差距。从理想的目标来看，各脑计划都不约而同地采用了“自下而上”的逆向研究路径。即从生物脑的微观层面的实验数据和知识入手，通过逐渐整合，向上寻找中观和宏观层面上的结构关系规律，最终希望建立起整体的结构-功能的脑连接组模型。但现实是，如此大规模的微观海量的数据和碎片化的实验知识的“拼图工程”，需要消耗超长周期的时间和财力。而人工脑连接体方法与“摹写-复制”技术相比，拥有两个突出的优势：

1/ 生物脑连接组的技术创新是在挑战物理和化学的极限。

在目前技术条件下，只能够获得大面积的白质粗纤维图像，更无法对灰质纤维实行大面积的记录。而人工脑连接体组装却能够同时对白质和灰质纤维在神经元和突触水平上进行大面积的网络解析和追踪。

2/ 现有技术水平下的脑连接组研究，只能在死亡的脑组织上进行较大规模突触水平的连接网络的记录。

人工脑连接体方法却能够演示“活体”状态下的全规模微观突触活动过程，可实现细胞和突触水平上的大规模的动态网络的追踪，可以实时显示在生物脑实验中难以观察到的活体细节过程。

谈到这里，有读者自然会问到：既然人工脑连接体已经能够这么逼近于生物脑的结构和功能细节，那么，是否意味着“类脑人工智能”或“人工思维”的梦想正在变为现实呢？我们的回答是：YES！任何一位脑科学的专业人士或人工智能的行内人士都能够理性地做出这个推断。

1/ 在True-Brain组装实验中，同一套神经元做为载体，可以实现对许多记忆内容的存储；

且载体上可不断增加新的记忆内容，同时原记忆内容不需要抹除。新旧两种记忆并存，且不影响各自的独立调用。进一步地观察发现，这些不同的记忆内容，不论它们属于什么样的信息类型，也不论它们是什么样的环境对象，或者是什么样的特定原有载体形式；True-Brain中的人工神经元都解决对它们的负载。

2/ 在True-Brain实验中我们还发现：

对已有的记忆网络单位，可以按人的需要，任意选取其中的某个局部，然后将它们单独摘取重组后形成一个新记忆内容。用这种方法，可以实现对任何已有的记忆内容进行任何重组，通过设定新的突触连接而组装成一个新内容网络，而原各记忆网络的工作流程可继续保留。

上述两项新的发现，时间还不长，后续的实验还在进行中。但已经足以说明人工脑连接体的出现标志着类脑人工智能这个梦想已经开始落地了，奇点时刻已经到来。

我们需要时间思考，需要认真思考霍金的预言，需要好好想想人类的命运问题！

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