大脑密码——神经元、智能与人工智能

作者简介

张潇，博士，国家重大人才工程A类入选者，毕业于美国威斯康星大学计算机专业，美国国立卫生医药研究院(NIH)主任科学家，长期从事医学人工智能和大数据领域科研创新和产业投资实践，现任徐州医科大学医学信息工程学院院长，教授、博士研究生导师；担任国家重点研发计划、国家科技支撑计划项目等重大科技项目首席科学家，多次担任国家级奖项、重大及重点专项、重大人才工程等评委及评审组组长(召集人) 。 刘昱，医学硕士、神经生物学博士，研究领域涉及G 蛋白偶联受体的功能、后顶叶皮层的认知功能、疼痛与工作记忆、动机的社会约束与生理约束模型，在PNAS、JNS、JNP等国际知名杂志上以第一作者和通讯作者发表多篇文章，获得国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、青蓝工程等多项资助，主编教材《医用科技发展简史》获批江苏省"十三五”重点教材。目前的研究重点为循环神经网络及其在麻醉深度监测中的应用。

内容简介

第一节 漩涡中的点点星 光 神经元、智能与人工智 能，这是个已经讨论了上百 年，却仍旧对现今乃至未来 的工业和社会产生深远影响 的话题。在20世纪，人们通 过科幻小说和影视作品对智 能技术进行遐想、推理，并 且表达自我的恐慌。当时间 步入21世纪，有些技术取得 了令人震惊的突破，科技公 司踌躇满志地开始打出了“ 未来已来”的旗号，却有更 多的问题浮出水面，人们了 解的大概只是冰山一角。因 此，旧事重提，再说点什么 似乎也有了必要性。 对智能的探讨将是一个 漫长的篇幅，在开始之前， 我们先要做一点儿准备，以 避免不必要的质疑和争论。 但是由于这个领域的内在特 征，我们所做的准备可能还 远远不够。在本书里，作者 们竭尽全力去讨论两种智能 ：一种是已经演化了上万年 ，也可以说上亿年的“自然 智能”，且演化仍在缓慢地 、不易察觉地继续着。这种 智能我们了解的很多，能做 的却很少。第二种是近100 年，尤其是近20年出现的新 兴的智能运算方法，通常被 认为是“人造智能”。人造智 能这个名字有些呆板和拗口 ，由于在语言的传递中，呆 板和拗口常常被灵动和流畅 所替代，工业领域也是如此 ，因而人们逐渐偏爱于“人 工智能”这种说法。对人工 智能，我们知道的很少，能 做的却很多，这可以从最近 5年至10年人工智能对制造 业和大众生活的改变中，略 微窥得一二。 到此，我们试着和各位 科学前辈和工程巨匠们接轨 ，称前一种“智能”为“智能” ，称后一种“智能”为“人工 智能”。无论如何争辩，智 能的核心都是“计算”。人们 没有办法避开计算谈智能， 因而在书的最初两章，我们 先探讨一下自然演化中完成 “智能”运算的区域——大脑 。 要观察大脑，首先需要 剥开它，就像是剥开一枚种 子。很多种子在成熟后具有 包裹在外的、起保护作用的 硬壳结构，像瓜子和花生， 剥开需要花费一些工夫。并 且如果考虑壳的硬度和包裹 的厚度，大脑更像是一个坚 果，如榛子或者夏威夷果， 剥开需要大费周章。如果剥 开了，配合着荧光成像和显 微技术，我们将看到大脑就 像一个微小的星空，体积虽 然不大，但构造的精密度是 迄今为止所有人工制造的物 品无法企及的。大脑十分恢 宏，和银河系有很多相似之 处。 要窥视大脑，这个完成 了绝大部分“智能”运算的结 构，至少有十几层覆膜需要 被层层分解。这些覆膜就像 坚果外面的果壳，而埋藏在 这些覆膜深处的，是一个软 软的、闪烁着电和化学的光 辉的世界。包裹大脑的覆膜 包括毛发、表皮、真皮、结 缔组织与反射着银白色光泽 的骨膜，以及骨密质、骨松 质，还有硬脑膜、硬脑膜下 腔、软脑膜、软脑膜下腔、 蛛网膜、蛛网膜下腔等充满 着鲜红血液的柔润结构。 层层覆膜戍卫着内部深 藏的计算网络，尽最大的可 能保障微观环境的稳定，包 括充足的养分供给、减少物 理上的冲击和振荡、阻碍病 毒和细菌的侵入等。这一切 都是为了保障内部小小的计 算单元——神经元的高效工 作。在覆膜包裹的黑暗中， 神经元们伸出了轴突和树突 ，与同僚们交换信息，并组 成了数十兆的连接位点，电 的火光在其中闪烁不停。 人类的思维活动在很大 程度上是由神经元构成的神 经网络进行信息处理的结果 ，在平均约含有860亿个神 经元（按照人脑计算）的大 脑中，神经元通过树突和轴 突与其他神经元交流，在这 些交流的节点（即突触）， 信号是通过释放和检测被称 为神经递质的化学物质传递 的，偶尔还通过电突触进行 更快的传递。 P4-5