《人工智慧的未來:揭露人類思維的奧祕》人工智慧的研究,從大腦開始

2015.08.07 by
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摘自《人工智慧的未來》前言 智慧可以超越自然的侷限,依照本身的想法改變世界,是宇宙間最重要的一種現象。智慧幫助我們人類克服生物遺傳的...
摘自《人工智慧的未來》前言

智慧可以超越自然的侷限,依照本身的想法改變世界,是宇宙間最重要的一種現象。智慧幫助我們人類克服生物遺傳的侷限,並在演化過程中改變自己。而且在所有物種中,唯有人類能做到這一點。

人類的智慧可以從「能對資訊進行編碼」這件事開始說起,這也是讓演化得以發生的促成因素。宇宙為何如此運轉,這件事本身就是個有趣的故事。物理學的「標準模型」必須精準設定幾十個常數,否則就不可能產生原子,也不會有恆星、行星、大腦,更不會有跟大腦相關的書籍出現。有些人認為,是上帝創造了這個世界;有些人則認為,這世界不過是具有豐富資訊的許多平行宇宙之一員,那些不具資訊的無聊宇宙已經在演化過程中滅絕了。但是,無論我們的宇宙是如何演化到今天的模樣,這個故事依舊可以從「以資訊為基礎的世界」開始講起。

演化的故事還延伸到更抽象的層面。原子──尤其是碳原子,能以四種不同方向的連結,創造出豐富的資訊結構──形成更多複雜的分子。結果,物理學催生了化學。

十億年後,名為DNA(去氧核糖核酸)的複雜分子演化完成,能被精確編碼為長串的資訊,並利用這些「程式」描述生物。因此,化學催生了生物學。

生物以快速增長的速率演化出所謂的神經系統,負責溝通與決策等功能,並能協調日益複雜的生理結構與維生行為。神經元組成的神經系統集結成大腦,而且大腦能夠做出更加明智的行為。如此一來,隨著大腦成為儲存與處理資訊的最重要部位,生物學就催生了神經學。因此,我們從原子擴大到分子,再到DNA,再延伸到大腦,下一步就是獨一無二的人類。

哺乳動物的大腦有一種特有的天賦,這種天賦在其他動物身上尚未發現,那就是我們能夠進行層級思考(hierarchical thinking),也能理解由不同成分、依照某種模式所組成的結構,並以一種符號代表這種結構,再利用該符號做為更複雜結構中的一種成分。這種能力發生於大腦新皮質(neocortex)的結構中。人類的這種能力已經發展到某種複雜和理解的層次,因此,我們可以將這類模式稱為想法(idea)。透過一種無止盡的反覆循環過程,我們可以構建更為複雜的想法。我們將這種遞迴連結的龐大想法稱為知識(knowledge)。知識基礎是智人(意即現代人)才有的,而且人類透過本身演化,讓知識呈現指數成長,並代代相傳下去。

人類的大腦還創造出另一層級的抽象意識,因為我們在利用大腦智慧的同時,還能運用雙手來掌握環境並製造工具。這些工具代表一種新形式的演化,因此神經學催生出技術。而且,人類也因為這些工具,才讓知識基礎能無限制地發展下去。

口語是我們人類的第一個發明,口語讓我們能用不同的話語來表達想法。之後發明的書寫語言,又讓我們能用不同的形式來表達想法。書寫語言庫讓我們在沒有外力援助的情況下,大幅延伸大腦的能力,讓我們能夠維持並擴充遞迴結構式想法的知識基礎。

我之前出版過三本跟技術有關的書:《智慧型機器時代》(The Age of Intelligent Machines)於1989年出版;《心靈機器時代》(The Age of Spiritual Machines)於1999年出版;《奇點臨近》(The Singularity Is Near)於2005年出版。這三本書主要闡述一個本身不斷加快的演化過程(因為抽象的程度不斷提升所致),以及這個過程的產物其複雜度和能力都呈現指數成長。我把這種現象稱為「加速回報定律」(the law of accelerating returns, LOAR),這個定律跟生物演化和技術發展有關。

有關加速回報定律最受人矚目的例子就是,資訊技術的能力和性價比都呈指數成長,而且這種成長速度是可預測的。技術發展過程勢必讓電腦能力不斷提升,電腦能力的提升大幅擴展我們的知識基礎,讓我們能夠透過某個領域的知識,跟另一領域的知識進行大規模的聯繫,達到觸類旁通的效果。網路本身就是說明層級系統之能力的最佳實例。網路包含大量的知識,同時又維持固有的結構。我們所處的世界也跟網路一樣,內部是依照階層劃分,比方說:樹有枝、枝有葉、葉有脈。建築物裏面有樓層,樓層有房間,房間有門、窗、牆壁和地板。

我們也開發出其他工具並利用這些工具,讓我們現在能以精確的資訊術語理解人類的生物學。同時,我們正迅速運用逆向工程(reverse engineering),分析包括大腦結構在內的生物學構成資訊。我們現在擁有以人類基因體形式存在的生命目的碼,這項成就本身也是發展呈指數成長的一個顯著實例。過去二十年來,全球已定序的基因資料數量呈指數成長,每年幾乎是加倍成長。我們現在可以利用電腦模擬,判斷鹼基序列如何形成氨基酸序列,再折疊成三維結構的蛋白質,所有生物結構就由此衍生。隨著電腦資源持續呈指數成長,我們對於蛋白質折疊複雜度的模擬能力也跟著穩步提升。我們對於生物學的日漸理解,就是發現演化賦予人類智慧奧祕的一個重要面向,因為有了這些理解之後,我們就能運用生物學啟發的典範,創造出更有智慧的科技。

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現在,成千上萬名科學家和工程師正共同參與一項重大計畫,這群人努力理解智慧發展的最佳範例:人類大腦。這可說是「人類—機器」文明史上最為重要的工作。我在《奇點臨近》一書中提過,加速回報定律的一個必然結果就是:其他智慧物種可能不存在。簡單講就是,想想看人類在相當短的時間內,就能從只具備落後技術(1850年時在美國國內傳遞資訊的最快方式是透過驛馬快信),發展到擁有能到達其他星球的技術;那麼,如果真有其他智慧物種存在,我們應該早就發現他們了。從這個角度來看,對人類大腦進行逆向工程可能是全宇宙最重要的計畫。

在本書中,我提出一個名為「思維模式辨識理論」(pattern recognition theory of mind, PRTM)的觀點,我認為這個理論描述了大腦新皮質(主要負責感知、記憶和批判性思考的大腦區域)的基本演算法。在這本書的前幾章,我會說明近代的神經科學研究和人類所進行的思想實驗如何產生這項必然的結果:大腦新皮質所運用的正是思維模式辨識這一套方法。而「思維模式辨識理論」和「加速回報定律」的結合意謂著:我們將能巧妙利用大腦運作的這些原則,大幅擴展人類本身智慧的力量。

實際上,這個過程已在進行當中。以前必須仰賴人類智慧才能完成的許多工作和活動,現在已能完全交由電腦執行,而且電腦執行的精準度更高,規模也更龐大。當你每次寄發電郵或撥打手機電話時,智慧型演算法都能為傳遞資訊找出最適路徑。心電圖檢測結果就跟醫生診斷結果一樣,血液細胞造影的情況也是如此。智慧型演算法能自動辨識偽造信用卡,能駕駛飛機起降,指導智慧型武器系統,協助設計智慧型電腦輔助設計的產品,能追蹤及時庫存水準,還能在機器人工廠裏組裝產品,而且還會下西洋棋,甚至挑戰大師級程度的棋賽。

幾百萬人見識到IBM那部名為「華生」(Watson)的超級電腦,在《危險境地!》(Jeopardy!)這種使用自然語言比賽的益智問答節目中,華生的總得分竟然贏過該節目兩位紀錄保持人加總起來的分數。值得注意的是,華生不但能讀懂和「理解」該節目中的提問(包括雙關語和比喻),還能從維基百科(Wikipedia)或其他百科全書等數億頁自然語言文件中,汲取答題所需的知識。華生必須精通人類各領域的智慧成果,包括:歷史、科學、文學、藝術、文化等。現在IBM正致力於在新一代的華生超級電腦上,開發文字語音自然轉換技術(Nuance Speech Technologies,這是我的第一家公司「庫茲威爾電腦產品公司」〔Kurzweil Computer Products〕發展的技術)。新一代的超級電腦華生利用Nuance公司的臨床語言理解技術,將能閱讀醫學文獻(幾乎包括所有醫學期刊和最重要的醫學部落格),成為診斷大師和醫學顧問。

有些觀察家認為,華生並未真正「理解」《危險境地!》當中的益智問答或它所閱讀過的百科全書,因為這部超級電腦只是在進行「統計分析」。在此我要描述的重點是,人工智慧領域所涉及的數學技術(譬如被用在華生、Siri和iPhone助理上的那些技術),在數學上都跟大腦新皮質涉及的生物學演化方法極為類似。如果透過統計分析理解語言和其他現象不算真正的理解,那麼人類也沒有真正理解什麼事情。

 Google的無人駕駛車已經在加州繁忙城鎮行駛二十萬英哩(等到這本書出版上架時,這個數字鐵定會高出許多)。當今世界有關人工智慧的其他實例多到不勝枚舉,未來還會有更多實例出現。

有關加速回報定律的進一步實例,比方說:腦部掃描的空間解析度和我們針對大腦收集的資料,每年都加倍遞增。人類也正在證明,我們可以將這類資料轉變成運作模型,模擬大腦區域的運作。另外,我們已經運用逆向工程,順利取得處理聲音資訊的聽力皮質、處理圖像的視覺皮質,以及處理一部分技能形成(譬如接住飛來的球)的小腦之關鍵功能。

理解、建模和模擬人類大腦這項計畫的最先進部分就是:對大腦皮質進行逆向工程,而大腦皮質正是我們進行遞迴層級思考的部位。大腦皮質佔據人腦的80%,是一個高度重複性的結構,允許人類隨意產生具有複雜結構的想法。

在思維模式辨識理論中,我將以一個模型說明人腦如何利用生物演化設計的巧妙結構,達成思維模式辨識這項關鍵能力。雖然在這種皮質運作機制中,有些細節我們現在尚未徹底了解,但是我們對皮質運作機制所需執行的功能已有足夠的了解,並且可以設計出演算法達到相同的目的。新皮質的運作原理可說是世界上最重要的思想,因為它能代表所有的知識和技能,也能創造新的知識。畢竟,每部小說、每首歌曲、每幅畫作、每個科學發現和其他人類思想的各式各樣產物,全都是由新皮質創造出來的。

我寫這本書的目的當然不是要老生常談人腦有多麼複雜,而是要讓大家知道,原來只要辨別出人腦思維的簡單模式,就能揭發複雜人腦的奧祕。我會藉由說明一個巧妙的基本機制──大腦如何進行辨識、記憶、預測模式,來讓大家知道思維的奧祕。這些行為在大腦新皮質裏不斷重複,讓我們產生各種不同的想法。如同核基因與粒線體基因的遺傳密碼組合出令人歎為觀止的生物多樣性,新皮質思想模式辨識感知器裏的連接及突觸所產生的意見、思想及技巧,也同樣令人嘖嘖稱奇。

韓裔美籍麻省理工學院神經學家承現峻(Sebastian Seung)博士相信:「基因無法決定一切,大腦神經元的連接才是人類身為智慧生物的最重要部分。

到目前為此,我的話題一直圍繞著大腦打轉。然而,思維運作又是怎麼一回事?舉例來說,負責解決難題的新皮質是如何取得意識?當我們討論這個話題時,我們大腦裏出現多少意識思維呢?有證據顯示,大腦裏出現的意識思維可能不止一個。

另一個跟思維有關的問題是:什麼是自由意志?我們是否擁有自由意志?有實驗顯示,在我們意識到自己做出什麼決定前,我們早已開始採取行動了。這是否意謂著,自由意志只是一種假象?

最後,我會在書中探討究竟大腦裏的哪些特質造就自我認同?現在的我,跟六個月前的我是同一個人嗎?顯然,我已經不是以前的我,但我還是我嗎?

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