千脑智能读书笔记

序论

（1）作者写过两本书——《新机器智能》与《千脑智能》，这两本书都基于相同的基本前提：要创造真正智能的机器，我们首先需要对大脑进行逆向工程

（2）写这两本书的原因：解释为什么如今的人工智能并不智能，以及为什么实现机器智能的最快途径是理解大脑的工作原理，然后在计算机中模仿这些原理

（3）《千脑智能》中的关键科学思想：

        1.我们通过运动来学习

        2.我们有很多“模型”

        3.我们利用参考系存储知识

（4）这本书描述了这些发现将如何改变人工智能的未来，以及未来的人工智能将如何改变人类

（5）书中的预言之一是：在大脑最大的部分、与感知和智能最相关的新皮质中，可以找到创建参考系的神经元，即网格细胞

千脑智能理论——对大脑的全新理解

（1）一个由简单细胞组成的大脑是如何创造智能的？这仍是个未解之谜。尽管神经科学家对不同动物的大脑进行了研究并提出了不同问题，甚至人工智能相关领域的研究人员创造的人工智能正在接近老鼠或猫的智能，但人类对大脑的探索仍处于黑暗之中

（2）人脑中的知识不是以一堆事实的形式存储起来的，而是以一种能够体现世界和它所包含的一切这种结构组织起来的

（3）作者推断，大脑新皮质以一种叫作“参考系”的方式存储了我们所知道的一切知识。大脑新皮质中的大多数细胞都致力于创建和操控参考系，大脑利用这些参考系部署计划，进行思考

（4）如果一棵树在森林中倒下了，而并没有人听到它倒下的声音，那这棵树倒下时有没有发出声音呢？同样，如果宇宙的出现和消失，没有大脑知道，那么宇宙真的存在吗？存在于你头骨的几十亿个细胞不仅知道宇宙的存在，而且知道它是辽阔而古老的。这些细胞已经掌握了一个“世界模型”，据我们所知，这些知识在其他任何地方都不存在

第1章 新旧大脑的争斗

（1）大脑的进化是在旧的部分上增加新的部分。无论我们多么机智和精明，呼吸、饮食、性和反射反应仍然对我们的生存至关重要

（2）人类大脑最新的部分是新皮质。只有哺乳动物才有新皮质。当你看一个人的大脑时，你看到的大部分是新皮质（有其特有的褶皱）。新皮质是智能的器官，几乎所有我们认为是智能的能力，如视觉、语言、音乐、数学、科学和工程，都是由新皮质创造的

（3）新皮质和旧脑通过神经纤维相连，因此我们不能把它们看作完全孤立的器官。它们更像是室友，但新皮质处于一个绝对不平等的地位，因为它不直接控制行为——新皮质中没有一个细胞直接与肌肉相连

（4）旧脑包含几十个独立的器官，每个器官都有特定的功能，它们是彼此分离的；新皮质没有明显的分界线，褶皱和皮褶是为了使新皮质嵌入头骨。尽管如此，新皮质仍被划分为几十个区域，这些区域被称作脑区

（5）新皮质的各个区域通过神经纤维束相互连接，这些神经纤维在新皮质下延伸，新皮质下的部位即所谓的大脑白质

（6）各个脑区以一种复杂的方式连接在一起，有点像流程图，但大多不是。这时一个难题

（7）新皮质中的神经元似乎是分层排列的。尽管新皮质中有几十种不同类型的神经元，但科学家仍使用6层结构的理论，方便粗略地说明在哪里可以找到特点类型的神经元

（8）神经元之间的连接大多是在各层之间垂直进行的，这意味着到达新皮质某个区域的信息在被送往其他区域之前，主要在各层之间上下移动

（9）关于新皮质的三个发现：

        1.新皮质的局部回路很复杂

        2.所有新皮质看起来都很相似

        3.新皮质中的每个部分都产生运动

第2章 新皮质的智能算法

（1）新皮质变大是通过对同一事物进行多次赋值而实现的，不是通过产生任何新的部分

（2）芒卡斯尔认为，新皮质的每一部分都是基于同一原则工作的，所有我们认为是智能的东西，从根本上来说都是一样的

（3）如果一个皮质区与眼睛相连，就得到了视觉；如果两个不同的皮质区相连，就得到了高级思维，如语言。如果我们能发现新皮质所有部分的基本功能，就能理解整个新皮质的工作方式

（4）新皮质的基本单位是“皮质柱”。皮质柱的宽度会因物种和脑区的不同而有所差异。皮质柱在显微镜下是不可见的，之所以知道皮质柱是因为同一皮质柱中的所有细胞会对某些部分或区域有相同反应，而与之邻近的其他皮质柱则会对其他部分或区域作出反应。每个皮质柱可以被进一步分为几百个“迷你皮质柱”

（5）芒卡斯尔关于通用算法的观点基于以下几点证据：

        1.新皮质中随处可见的回路非常相似

        2.现代人的新皮质在短短几百万年的时间内可能不足以使事物进化出多种新的复杂能力，但足够进化出更多相同的副本

        3.新皮质各区域的功能并非一成不变

        4.新皮质具有极度灵活的功能：大脑能够学习几乎任何事情，这就要求它遵循一个普适的智能原理

第3章 大脑中的世界模型

（1）大脑，特别是大脑新皮质，正在对它将要看到、听到和感觉到的东西同时做出多种预测。每次移动眼睛，大脑新皮质就对它将要看到的东西进行预测。每次拿起东西，大脑新皮质就会预测每个手指应该有什么样的感觉。也就是每根皮质柱，都在进行预测。预测是新皮质十分普遍的功能

（2）新皮质学习了一个世界模型，并基于该模型进行预测。世界模型是大脑关于这个世界的模型包括物体的位置，以及当我们与这些物体互动时它们发生的变化。例如，我脑海里关于订书机的模型包括订书机的顶部相对于底部如何移动，以及顶部被压下时订书钉是如何出来的。

（3）我们不会意识到大脑正在预测，但如果物体发生任何微小的变化，我们会立马发现，并提醒新皮质需要更新这部分的世界模型

（4）输入大脑的信息是不断变化的：

        1.世界在不断变化

        2.我们在移动

（5）大脑通过观察其信息输入如何随时间变化来学习世界模型，如果输入大脑的信息是静止的，大脑就什么都学不到

（6）我们不需要移动就可以学习一首歌，因为这与我们从一个房间移动到另一个房间的顺序不同，一首歌中的音符顺序是固定的

（7）神经元工作的两个基本原则：

        原则一：思想、观念和感知都是神经元的活动

        原则二：我们所知道的一切都储存在神经元之间的连接中

                学习会增强或减少突触的强度，当连接被完全移除时就会发生遗忘

第4章 大脑新皮质的3个发现

（1）第一个发现：新皮质学习世界的预测模型

（2）第二个发现：预测发生在神经元内部

        回顾一下，新皮质的预测分两种类型：周围世界在变化；你在运动。新皮质中的每根皮质柱都能进行这两种类型的预测，否则大脑中的皮质柱会具有不同的功能

        如何完成第一种预测？作者提出假设：因为只有10%的细胞突触是在近端区，如果近端突触收到足够的信息输入，那么神经元就会发射脉冲信号；没有人知道新皮质中另外90%的突触的功能到底是什么，而从1990年开始，科学家发现了沿树突传播的新型脉冲，一旦树突脉冲被激活，它就会沿着树突传播，直到到达细胞体。当它到达时，它会提高细胞的电压，但这还不足以使神经元发射脉冲。作者的观点是：树突脉冲就是预测本身，脉冲使该神经元处于预测状态并更容易发射脉冲信号。当一个神经元识别一种活动模式，产生一种树突脉冲，并比其他神经元更早地准备好发射脉冲信号时，就会产生预测。由于有数以千计的远端突触，所以每个神经元可以识别出数以百计的模式。只需2万个神经元就能学习数千个完整的序列。即使30%的神经元已经死亡或输入充满噪声，序列记忆仍然能够正常工作

（3）第三个发现：新皮质的关键是参考系

        如何完成第二种预测？当用手触摸一个杯子时，大脑需要知道什么才能预测手指在移动时会有什么感觉？答案显而易见：接触的是什么物体以及手指移动后将会在杯子上的什么位置。请注意，大脑只需要知道手指与杯子的相对位置，而不需要知道手指与身体的相对位置，也不需要知道杯子在什么位置。因此，作者认为新皮质种一定有神经元负责表征手指在一个参考系中的位置，这个参考系同样与杯子相关。我们一直在寻找的与移动有关的信号，即预测下一个输入所需要的信号，正是“在物体上的位置”。身体的不同部位可能会同时接触杯子，且都会基于它在杯子上的独特位置对其感觉进行单独预测。因此大脑是同时在做几十甚至几百个预测。不仅是触觉，视觉也是如此，每块视网膜只能看见整个物体的一小部分，但大脑看到的却是一整张图片，每个图片碎片会被分配到被观察物体的相对位置上

（4）作者认为需要重新考虑新皮质的主要功能为处理参考系，感觉输入当然也是必不可少的，二者结合建立世界模型

（5）为何参考系这么重要？

        1.参考系使大脑能够了解某物的结构

        2.通过利用参考系来定义一个物体，大脑便可以一次性操纵整个物体

        3.做计划和移动需要利用参考系

（6）以上内容均未彻底证实，但作者对此很有信心

第5章 大脑中的地图

（1）其实有更简单的现象证实有参考系：视网膜成像出的物体之间是有距离的，如果只是单纯的投射，那么物体之间便没有三维的距离，只会变成扁平的图片

（2）在哺乳动物的大脑中，构建地图的神经元位于旧脑的海马和内嗅皮质中

（3）将一根导线放入老鼠的大脑，这根导线可以记录海马中单个神经元的脉冲活动。随着老鼠的移动，不同的位置细胞在不同的位置会变得活跃起来。另一个实验记录的是内嗅皮质内神经元的信号，他们发现了“网格细胞”，网格细胞活跃的位置形成了网格模式。如果老鼠在一条直线上运动，同一个网格细胞就会以相同的距离间隔反复活跃

（4）网格细胞就像纸质地图上的行和列，位置细胞就像印在网格中的细节信息

（5）每当老鼠进入一个环境，网格细胞就会创建一个新的参考系，如果老鼠认出了这个环境，网格细胞就会重建之前使用过的参考系

（6）旧脑中尚有网格细胞和位置细胞，新皮质中呢？作者猜想新皮质利用网格细胞的衍生物创建参考系比它从头进化出一个新机制的可能性更大，具有类似功能的细胞存在于每根皮质柱中

（7）神经元使用“联想记忆”，它使神经元可以一次搜索所有的地图方格。神经元搜索1000个地图和搜索一个地图所需的时间是一样的

（8）新皮质中的地图模型：一个感觉输入到达，由上层的神经元表征，这会激活下层中与感觉输入相关的位置神经元。当移动发生时，如移动手指，那么下层就会变为预期的新位置，从而实现对上层的下一个感觉输入的预测

（9）旧脑中有一些神经元叫作头朝向细胞，表示一个人的头部所朝的方向；新皮质中则有“方向细胞”。每根皮质柱都分别有一组功能上相当于网格细胞、位置细胞、和头朝向细胞的细胞

第6章 大脑中的参考系

未完待续...