类脑思维的实现框架

 

类脑的集中控制

 

认可脑的集中控制特性是构建类脑基础结构的前提.与现今类脑计算结构的'无中心'(Decentralized)思想不同,本文认为脑是有中心的,即通过一个中央控制系统控制其它部件的状态和工作模式.

 

虽然大脑在物理结构上没有办法区分出神经元之间的领导与被领导的层级关系,然而我们从人类的意识行为上可以看出,人的思考和决策过程明显是高度集权化的.即有一个统治着所有的高级决策,思考和记忆的中央控制逻辑,这个逻辑在本文中称作'意识子系统'.

 

虽然很多低级感知系统可以不受控的采集外界信息,但采集的信息是否被响应,是否被过滤(不被记忆)也常常受控于'意识子系统'.

 

这种高度集权和专注的原因是,高级思考需要调用一些模块用于进行复杂思考,即规则短时记忆,数据短时记忆区,长期记忆的读取模块,推理过程所需要的意识子系统,这几个部分都不具有并行性.

 

"一心不可二用"引发的思考

 

人类进行思考时具有大量'一心不可二用'的例子,比如我们很难同时听两个人说话,很难同时用两只手干不相干的事,不可能同时发表演讲的同时临摹一幅画等等.因此,我们可以得到的结论是,脑一个时间只能处理一个高级思考过程.

 

当人在思考问题时,比如聆听,阅读等等时候,如果被其它输入打扰,例如某种意外,则其它输入会被看成是一个'申请紧急处理的中断',大脑会暂停当前的过程,并选择如何处理这个中断.

 

一个简单的例子是老师讲课的过程被学生打断,老师会听取学生的问题,并作出相应的回答,之后回想自己讲到什么位置了,并继续讲下去.

 

如果强迫大脑实现多个高级思考过程,并实时输出,那么脑会工作在分时逻辑,即将其它部分暂存,先思考一个过程,思考完这一过程的一个子阶段,并输出一些控制后,暂存状态,并恢复另一个思考过程,继续思考另一个过程.

 

高级智能的框架结构

 

类脑思考的框架需要充分考虑感知,短时记忆,长期记忆,分析和行为输出的关系,以及意识的中央控制作用.另一方面,用基于状态转移的规则进行工作是高层思考的核心,因此短时记忆分为数据的记忆和规则的记忆,规则和数据可以来源于输入,也可以来源于长期记忆.框架中的子模块的工作内容划分如下.

 

记忆(存储)子系统:提供记忆片的存取能力.记忆片的构成为"特征-线索"对,特征指五官,文字,语言等特征序列,线索包括时间线索,空间线索,特征线索,逻辑线索等.记忆子系统分为长期记忆和短期记忆.短期记忆存储最近一段时间频繁调用或输入的信息.长期记忆存储历史信息,长期记忆的内容可以调入到短期记忆中,也可以从短期记忆写回.

 

主观意识(中控)子系统:负责根据分析结果调取长期记忆片到短期记忆,根据短期记忆结果和规则进行分析,并运用这些规则做决策.规则可以是复杂的序列,嵌套等.

 

感知结构化子系统:将五官信号映射为恒定表征,形成记忆片,并存储于短时记忆中.映射过程有可能是多层级的.意识可以控制滤除不需要的特征,只保留需要关注的输入.但不是所有不需要的输入都会被滤除,它也可以依靠完全来自于输入的某些信息发出中断用于打断意识子系统的工作.

 

短时记忆子系统:用于给感知子系统提供输入缓冲.进行快速处理和决策.一般而言,短时记忆非常少,但却可以提供灵活的与各种规则交互的能力,即规则只需要和短时记忆交互.

 

分析子系统:根据规则和数据实现推断,并得出输出,分析包括逻辑,选择,推断(寻找下一个规则)等.它受意识子系统的控制.

 

行为驱动子系统:用于根据分析的结果,控制执行器件.

 

综上,类脑高级智能的框架结构如图1所示.短时记忆分为规则和数据两部分,它们从长期记忆中存储和读取数据.感知结构化子系统将获取的输入信息进行结构化并输出给短时记忆.另外,一些不需要进行分析的结构化记忆(如陈述性记忆)存储在结构化信息缓冲区中,并输出到长期记忆.分析子系统根据意识子系统的要求,通过规则对数据进行分析,并将结果返回给规则,并可选的同时作出行为.即有些分析的步骤并不作出行为.分析子系统挑选合适的规则进行分析,控制规则的调入.长期记忆是打散存储在很多记忆单元的,长期记忆接口负责将记忆片打散存储到长期记忆,并从长期记忆分布存储的信息收集回来.所有模块统一受控于意识子系统.感知结构化系统可以以中断的方式打断意识子系统的工作状态.

 

类脑思维的实现框架_第1张图片

图1.高级思维处理整体框架

 

 

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