读《人类的荣耀——是什么让我们独一无二》

Posted 2021-03-07 engineblogs

迈克尔.加扎尼加 著

 

 

人的大脑是独一无二的吗

• 无缺陷的小脑基因应顺着整个灵长类时期加速进化， ASPM基因在5800年前出现基因变异，使我们祖先大脑体积迅速增加
• 人脑和其他动物大脑在体积上的差异，主要是皮层增大所致。大脑的所有连接中75%位于皮层之内， 25%通往大脑其他部分和神经系统的输入输出连接。新皮层是大脑皮层较晚进化出来的区域，分为四个脑叶：额叶、顶叶、颞叶和枕叶两个半球的局部回路增多，跨半球回路减少。双侧化的大脑不需要两套相同的处理系统，只有处理中枢结果时才需要传给另一半球。
  • 人类前额叶皮质非常的多，意味着这部分存在更高级的连接。使得不同部分之间的沟通更多，速度更快更灵活。额叶是大脑高管所在位置，负责规划、性质、协调等；
  • 顶叶的皮层去处理视觉空间和对象控制，参与整合肢体不同部位输入的感觉信息；
  • 颞叶有听觉处理也有视觉处理，中间部分忙于记忆，海马区是古老的进化结构，位于颞叶深处，人们认为其参与了短时记忆转化为长时间的加工。
  • 枕叶与视觉有关
• 对称、重复、稳定、韵律的信息可以加工的更快。当我们知觉到可以轻松加工的东西时，会产生正面的感觉，并影响自己对其愉悦价值判断。这就是艺术起源的进化理论

 

 大脑的构成

• 人脑有大约一千亿个神经元，每个神经元平均连结1000个其他神经元。脑中大约需要一百万亿个突触连接
• 两个半球解决问题的方式不同。右脑判断是基于简单频率信息的，而左脑依赖精细的假设
• 大脑会进化，与理解世界最相符的连接模式会被保留下来，某些大脑连接方式很重要，而其他则是随机的。成年人的突触比婴幼儿少得多
• 大脑是分工网络，没有中央处理器来做决定，连接四通八达：信息有许多种在网络中穿行的方式
• 大脑皮层中的所有神经元的信息加工模式都一样。视觉皮层和听觉皮层加工结果不同，不是因为加工方式不一样，而是因为信号输入不一样，以及不同脑区相互连接的方式不同

现有的人工智能方法

• 有些方法是基于数学的，比如贝叶斯模型--基于以往相似事件来确定未来事件发生的可能性；马尔可夫模型 -- 评测特定序列事件发生的可能性，用于一些语言识别软件
• 神经网络，用于并行运行和大致模拟神经元及其连接
• 基于if-else逻辑
• 基于搜索，比如深蓝
• 基于常识、因果，比如路径规划
• 杰夫霍金斯建立了红木理论神经科学中心，他认为大脑使用同样的机制处理所有信息这个想法非常好，并提出了记忆预测理论。
  • 大脑并不是像电脑一样做巨量的计算。人看到一张图片只用半秒钟就可以判断出是否是猫。这半秒的时间内，进入大脑的信息只够穿过一条几百个神经元的连接。而电子计算机只要几十亿步才能给出答案。霍金斯认为：大脑不是“计算”而是从记忆中提取出来答案 -- “记忆预测理论”

• • 六层厚的新皮层中每一层的细胞加工方式都一样。第一层所有神经元都做同样的工作，然后把结果传给第二层，以此类推，但信息不仅是在不同层间传递，它还会被传递到横向的其他区域然后再传回来。每个椎体神经元最多能有10,000个突触
  • 新皮层还被分成加工不同信息的几个区域，底层的区域是最大的，会接收巨量的感觉信息，每个神经元都专精一小块地方，比如视觉加工区被称为V1。V1的每个神经元负责图像的一小块区域，比如每个神经元区对特定的模式放电，比如向左下倾斜的线。在任何图形中是车还是狗，如果位于检测到这条向左向前写的线，这个神经元就会放电。V2区的是这个层级中的下一个脑区，初步整合来自V1的信息，然后把整合好的信息传递给V4。V4工作完后把信息传递给IT脑区，专精于整个物体。如果所有信息符合一张脸的模式，那么IT中专精于脸模式的神经元就会开始放电（感想：分层匹配和放电）
  • 整个皮层就是一个记忆系统，这个系统与计算机内存有以下不同：
  • • 新皮层存储的是模式的序列  （联想：马尔可夫或类似的）
    • 只接触部分模式的时候可以回忆出整个模式 （联想：现在的NN不行，hopfield有这个特点）
    • 自动处理模式的变体。比如从不同角度和距离看到一位朋友，虽然视觉输入不一样可是还是可以认出他。而电脑做不到这一点
    • 新皮层将记忆层级的方式存储
    • 大脑会不断使用它存储的记忆来作出预测。不论何时，不论做何事都会做出预测  （联想：贝叶斯）
    • 皮层的核心功能是作出预测。所以最初理解的大脑工作方式--输入和加工信息并根据信息作出行动--的这个模式必须要加上反馈。实际发生的事从第一级往高级传输，而预测发生的事从高级往下传输
    • 比如面部视觉加工的过程。当最高层IT层已经识别出面孔模式时，会将其向下反馈。而V4得到信息时他也会回头对V2说我，我已经基本拼好一张脸了，以前100次中有95次都跟现在一样是张脸。而V2也会向下级说我就知道，也见过他，我就猜是这样
    • 瑞士洛桑联邦理工大学大脑的思维研究室主任马克莱姆对两周大的老鼠的一个新皮层的数千个神经元形态生理及突出连接等进行仿真--蓝色皮柱