建造一個人類大腦，可能嗎

陳重威

使用世界上運算速度最快的96臺計算機，對人類大腦進行迄今為止最大規模的模擬。

“robot”橫空出世

1920年捷克劇作家創作了科幻戲劇《洛蘇姆萬能機器人公司》，描述了人類與自己制造的機器人之間一場兩敗俱傷的戰爭；故事的結尾，是唯一存活下來的了解機器人秘密的工程師，聽到了地球上最后兩個機器人的笑聲；他們已經獲得了人類的思想和情感，甚至有了性別之分，成了新的亞當和夏娃。正是該劇的上演，讓“robot”（機器人）一詞橫空出世。這個源自捷克文和波蘭文的單詞，很快被各種語言吸收采納，成了世界性詞匯。如今，機器人早已走出了科學幻想，成為人類生活中的現實。

1997年以來，一年一度的機器人世界杯賽，已經包括機器人足球賽、機器人武術擂臺賽、舞蹈機器人賽、水中機器人賽、空中機器人賽、機器人救援賽、機器人仿真賽等等，其中最受青少年關注的當屬機器人足球賽和機器人武術擂臺賽。

日本大阪大學的一位教授，制造了一個與自己一模一樣的機器人，當他們兩個坐在一起時，不明真相的人會以為他們是一對雙胞胎，絕對可以以假亂真。他讓自己的替身去學校給學生上課，而他只需在家中遙控就可以遠程與學生交流。有中國學生因此戲言，以后上課前先得對走上講臺的老師“驗明正身”，以免“浪費感情”。

機器人咄咄逼人

隨著科技的進步，在與人類的智力較量中，機器人真可謂咄咄逼人。1997年，美國IBM公司的機器人“深藍”，以壓倒性優勢擊敗了國際象棋的世界冠軍，全世界為此而震驚。2011年，在美國最受歡迎的電視競猜節目《危險邊緣》中，來自IBM的機器人“沃森”，擊敗了兩個人類對手。他們都是此前歷次比賽中最強大的獲勝者，但“沃森”硬是擊敗了他們，贏得了100萬美元的獎金。

競猜節目中的題目涵蓋范圍很廣，歷史、文學、語言、藝術、科學、文化等都有涉及，競猜的形式，是參賽者在收到短語提示后，根據這些提示用問句的方式搶答出那些短語所描述的對象。競猜的內容涉及對自然語言的理解和聯想能力。例如，“你好”這兩個字，在不同的場合，不同的語音、語調中，既可以是熱情的問候，又可以是諷刺甚至疑問。而正確地理解其確切的含義，通常被認為是人類思維優于計算機的方面。

即便是用速度最快的處理器，一臺計算機至少需要兩個小時才能答出一道涉及自然語言的題目。對于一個電視競猜節目，這完全是不可接受的。想要獲勝，必須在三秒鐘之內作答。因此，“沃森”不僅使用了分布在90個服務器上的2880個處理器，還儲存了多達兩億頁的結構化或非結構化的“知識”，包括維基百科的全文，但競賽時它并沒有連接互聯網。

在對自然語言的處理上，“沃森”采用的是同時執行數以千計的語言分析算法，并從結果中尋找共性。只有當“沃森”確信自己得到了正確答案時才會搶答，如果對于答案不那么有把握，它會保持沉默，不冒險搶答，以免被倒扣得分。雖然，“沃森”的成功并不表明它能夠像人類那樣去理解語言，但至少證明它成功處理了人類語言中雙關、模糊的一面。

“我要吃一根香蕉”

有人認為，機器人再聰明也還是機器，因為它沒有一顆人類的大腦。機器人研制者對此耿耿于懷。2012年，IBM公司的計算機專家，使用了世界上運算速度最快的96臺計算機，試圖建造一個包含5300億個神經元和100萬億個突觸的人造“大腦”。這是迄今為止對人類大腦的最大規模的模擬。該項目的初始目標，是模擬出經常被用來做實驗的恒河猴的大腦。有人因此戲稱，一旦人造的恒河猴“大腦”誕生，它說的第一句話一定是“我要吃一根香蕉”。

請注意，人造“大腦”里的神經元和突觸并不是生物學意義上的。對于計算機來說，一個神經元就是一個計算中心，每一個神經元能夠從周邊成千上萬的其他神經元那里接收到輸入信號，對數據進行分析處理，然后再發射出去；突觸是用于連接神經元的，它是記憶和學習發生的地方。也就是說，這個人造“大腦”只是“神經形態工程學”意義上的。

人腦只需20瓦電力

“神經形態工程學”是受生物腦的功能和結構的啟發，對計算機進行改進的。例如，現在你我所使用的計算機，是依靠數量巨大的晶體管的打開與關閉來運行的，這意味著大量的電力消耗，而人腦只需要20瓦的電力就夠了。如果以目前的計算機技術來建立一個與人腦規模相當的計算機網絡，其耗電量將相當于一個小城市的用電量。人腦之所以如此省電的一個重要原因，就是人腦是“事件驅動”的；只有當某些神經元被激活時才會比較消耗能量。又如，人腦突觸的失誤率非常高，在30%-90%的情況下，其動作是失敗的；盡管如此，人腦仍工作得很好。相比之下，咱們現在所用的計算機，晶體管的一次失誤就可能導致死機。

IBM公司的最新研究成果，是將用來模擬人腦的計算機也設計成了“事件驅動”的，電力消耗因此大幅降低。但現有的成果并不是生物學上或功能上的精確模擬，計算機仍然不能思考或感受。

對于用電腦模擬人腦，最終在計算機上建造一個人類大腦，有不少科學家認為要走的路還相當遙遠，因為人類對自己的大腦如何運行的了解還實在太少、太少。在神經科學解決最基本的問題之前，人工智能不大可能取得重大突破。

并非不可能

也有一些科學家對建造一個人類大腦顯得比較樂觀。他們相信計算機的運算能力每18～24個月就會翻倍的“摩爾定律”。“沃森”的研發者就指出，在“深藍”戰勝國際象棋世界冠軍僅僅5年之后，計算機專家就做到了僅靠連接8臺個人電腦就達到了與龐然大物“深藍”相等的運算能力。另一計算機科學家認為，依照現在電腦的發展速度，在“沃森”獲勝之后僅需7年，單獨一個處理器就能做到它在《危險邊緣》中完成的壯舉；僅僅10年之后，個人計算機也將能達到這個水平。

瑞士有一位神經科學家，自2005年起就一直在主持一項被稱為“藍腦計劃”的項目，其目標就是用計算機模仿出人腦的生理學過程。在2009年的一次學術演講中，這位科學家宣稱：“建造一個人類大腦并非不可能，我們將用10年的時間做到。”他想象中的人造大腦將擁有人類的智力水平和相似的行為方式。

圖靈測試

一名美國的未來學家也對能建造一個人類大腦持樂觀態度。他預言，到2029年就會有計算機通過圖靈測試，并愿意為此賭上兩萬美元。

所謂圖靈測試，是科學家圖靈在1950年提出的一個游戲；讓一個人類的審問者去審問一個機器人和一個自然人，這個審問者看不見對方，更不知道對方的身份；機器人的目標是讓審問者把自己誤當成人，而真的人則要幫助審問者正確識別出機器人。如果機器人成功迷惑了審問者，則這個機器人就通過了圖靈測試。

如果由你擔任審問者，你打算怎樣識別那個企圖“忽悠”你的機器人呢？

從最簡單的開始

更多的科學家相信，“爭”破嗓子，不如甩開膀子。他們正腳踏實地從最簡單的開始做起。“秀麗隱桿線蟲”是一種生命只有幾天的看上去非常簡單的生物：它身長大約1毫米，由959個細胞組成，其中有302個是神經元，95個是肌細胞。早在1980年，生物學家們就搞清楚了它的302個神經元的連接方式；然而，在過去的27年中，所有嘗試用計算機模擬其完整神經系統的努力均以失敗而告終。最新研究表明，盡管它只有302個神經元，卻含有6393個化學突觸、890個縫隙連接、1410個肌肉神經接點。最大的困難在于，盡管人們已經很清楚神經元的連接方式，卻對突觸是如何行為的知之甚少。

或許，建造一個人類大腦的最終實現，將從如何取得這個最簡單的成功開始。