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互联网进化论--刘锋

 
 
 

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中国科学院研究生院虚拟经济与数据科学研究中心客座研究员,威客理论和互联网进化论创始人,intevl.com负责人

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欧美大脑计划存在的问题和忽视的重要元素,互联网大脑计划系列三  

2015-11-17 10:25:00|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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前言:本文是互联网大脑计划启动建议的第三篇,互联网大脑计划是在新世纪新的科技背景下,将互联网、人工智能与脑科学领域进行交叉研究,从而建立具有中国特色的“大脑计划”,其特点可以总结为:““三个支点,两个目标,一个基础“。本章将重点介绍欧美大脑计划存在的问题和忽略的一个重要因素-互联网,正是这个缺失导致了目前欧美脑计划出现了战略上的问题。

欧美大脑计划存在的问题和忽视的重要元素,互联网大脑计划系列三 - 刘锋 - 互联网进化论--刘锋


1.欧美脑计划存在的问题


在欧美脑计划引起巨大反响的同时,质疑的声音也不断产生,“这是因为缺少一个脑科学的统一框架。”美国哥伦比亚大学神经学家拉斐尔•尤斯特说,科学家现在只能研究其中的个体或小部分,就像是“通过一个像素来理解电视节目一样”。这些连接之间的每一层次都有各自的运作法则。但是,“这些运作法则,我们目前几乎一无所知”。

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对于2005年启动的蓝脑计划,其发起人马克莱姆教授认为这样的模型有助于我们更深层的了解大脑是如何工作的,但是其他神经学家持有异议,他们认为此模型与更简单更抽象的神经回路模拟相比,没什么更大的用处,要说有什么区别,只不过前者占用了大量宝贵的运算能力和超算资源。


欧洲脑计划受到的质疑更大,2014年,200多名神经学领域科学家宣称将要抵制欧盟的人脑计划(HumanBrainProject,HBP),声称这个耗资12亿欧元的大型计划没有得到妥善的管理,因此无法达成其模拟人脑内部运作的宏伟目标。伦敦大学学院计算神经科学部门的主任PeterDayan告诉卫报,构建更大规模的大脑模拟的目标显示是根本不成熟的。“这是在浪费金钱,它会吸干宝贵的神经科学研究的经费,并让资助这项工作的公众失望。”  


上述质疑背后的核心问题依然是千年来存在的问题延续:还原论与整体论整合困难的问题,历史上,神经科学家研究大脑之谜主要采用了两条截然不同的思想线路:还原论和整体论。还原论又被称为自下而上的研究方法。该方法试图通过研究单个分子、细胞或回路等神经系统的基础元素的特性来理解神经系统。整体论又被称为自上而下的研究策略。它主要是从研究功能入手来理解神经系统,该方法主要关心的方面是系统的活动如何调节或是反映在行为上。


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从文艺复兴到现在,人类对神智与脑关系的认识虽已取得多方面的重大进展,然而困惑依旧存在,主要集中于两点,一是整体论如何与还原论相整合,二是主观的神智现象如何用客观方法来研究。


整体论与还原论的整合,怎样在研究中使整体论与还原论平衡并相互补充,还远未得到解决。虽然整体论方向,脑科学取得了诸如大脑皮层功能分区,系统性理解感知的形成机理等成果,但迄今为止脑科学研究中还原论思想过多占据了主导位置,在一系列问题上突出地显露出当前神经科学的局限性。


例如,存在复杂树突的整合功能问题。迄今对中枢突触的研究还局限于中枢模式兴奋性突触,而对于树突树的研究,特别是关于树突棘如何激活、如何汇聚信号并整合成为神经元胞体的兴奋,探讨的路途尚很遥远。另外又有神经回路与脑功能的问题。神经传导和突触传递要能够上升为脑区的活动,需有特定神经回路的活动等问题。


除此之外几千年以,人类研究大脑的功能结构的困难,还有一个重要原因是复杂精密的活体大脑很难通过直接解剖或磁共振扫描发现其结构与外在功能的一一对应。


2.欧美脑计划忽视一个重要新因素-互联网


每一次人类社会的重大技术变革都会导致新领域的科学革命,大航海时代使人类看到了生物的多样性和孤立生态系统对生物的影响。无论是达尔文还是华莱士都是跟随远航的船队才发现了生物的进化现象。


大工业革命使人类无论在力量的使用还是观察能力都获得的极大的提高。为此后100年开始的物理学大突破,奠定了技术基础。这些突破包括牛顿的万有引力,爱因斯坦的相对论,和众多科学家创建的量子力学大厦,这些突破都与”力“和”观测“有关。


互联网革命对于人类的影响已经远远超过了大工业革命。与工业革命增强人类的力量和视野不同,互联网极大的增强了人类的智慧,丰富了人类的知识。而智慧和知识恰恰与大脑的关系最为密切.


如果我们观察近20年来互联网出现的新应用和新功能,可以直观的发现互联网与大脑结构具有越来越多的相似性。这些现象包括:打印机,复印机的远程操控,医生通过远程网络进行手术;中国水利部门在土壤,河流,空气中安放传感器,及时将气温,湿度,风速等数据通过互联网传输到信息处理中心,形成报告供防汛抗旱决策使用;Google推出了“街景“服务,在城市中安装安装多镜头摄像机,互联网用户可以实时观看丹佛、拉斯维加斯、迈阿密、纽约和旧金山等城市的风貌等。


这些新互联网现象分别具备了运动神经系统,躯体感觉神经系统,视觉神经系统的萌芽,基于以上互联网新现象,从2008年9月开始,中国的一批科学家将这种现象进行总结,并在多个SCI期刊,EI期刊,国内核心期刊,国际学术会议上发表“互联网进化规律的发现与分析”,“互联网与神经学的交叉对比研究”等论文,与2012年出版《互联网进化论》一书。


欧美大脑计划存在的问题和忽视的重要元素,互联网大脑计划系列三 - 刘锋 - 互联网进化论--刘锋


从2008年开始中国研究者第一次在世界上从学术角度提出了互联网与脑科学交叉研究的思路和方法,提出:“互联网将向着与人类大脑高度相似的方向进化,互联网将具备自己的视觉、听觉、触觉、运动神经系统,也会拥有自己的记忆神经系统、中枢神经系统、自主神经系统。另一方面,人脑至少在数万年以前就已经进化出所有的互联网功能,不断发展的互联网将帮助神经学科学家揭开大脑的秘密。科学实验将证明大脑中也经拥有Google一样的搜索引擎,Facebook一样的SNS系统,IPv4一样的地址编码系统,思科一样的路由系统。。。”


直到2010年以后,美国和欧洲科学家逐渐也意识到互联网与脑科学之间的关系,并通过论文,科普刊物发表类似观点和研究,我们将在"互联网大脑计划系列四“中详细介绍


互联网与脑科学的结合研究,使得互联网作为新科技技术为脑科学提供突破性支撑。在这种情况下我们并不需要通过组合亿万个硅基神经元模拟人脑,而且仅仅堆积芯片并不能自然得到人类大脑一样的功能和智慧。从科技发展史看,一个原本异常复杂的难题,在经过科技发展的足够程度后,也许会诞生出一个异常简单的解。


通过观察互联网如何在科学研究和商业利益的推动下,如何从一个分裂的,不完整的网络结构进化成一个与人类大脑高度相似的组织结构。利用互联网这面镜子作为脑整体论研究的突破点。结合脑还原论的细节研究(如分子神经生物学、细胞神经生物学、系统神经生物学、行为神经生物学、发育神经生物学、比较神经生物学等)。


回到美国哥伦比亚大学神经学家拉斐尔•尤斯特的那个比喻,没有参照物,我们无法用像素了解整个画面,但如果互联网与脑科学的交叉研究为我们从另外一个方向制作了一个高度类似模型(虽然它还在变动中),那我们就很容易知道这个像素在图像中的位置和起到的作用。如下图所示,A图是人类大脑全景图,B是由于客观原因人类能观察到的大脑功能结构,C是互联网进化中的结构,那么通过研究和观察C,人类就可以从B推导出A的全貌。



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附录:关于互联网大脑计划


2015年11月9日建议启动的“互联网大脑计划”提议从“三个支点,两个目标,一个基础“作为中国大脑计划的方向和基础,走出有中国特色的大脑计划。


 

三个支点是:以互联网,人工智能,脑科学三个领域作为支点进行跨学科交叉研究,从而形成21世纪中国原创的重要科学成果;


两个目标是:1)通过脑科学预测互联网和人工智能未来发展趋势;

2)利用互联网作为研究大脑的参照系,建立以互联网架构为参考的人脑模型,从而为揭开神经学科学难题建立一条新的科学路径;


一个基础是:以形成中国原创的互联网神经学学科作为未来脑计划的基础。


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