米糯牛

人腦那自傲、強(qiáng)大而又神秘?zé)o比的信息處理功能一直令人癡迷。就在最近半年里，“造腦行動(dòng)”又有了新的進(jìn)展：IBM和Qualcomm兩大巨頭先后發(fā)布了基于神經(jīng)擬態(tài)技術(shù)的“腦芯片”。

IBM的SyNAPSE芯片號(hào)稱(chēng)模擬了一百萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞和超過(guò)兩億個(gè)神經(jīng)突觸連接，初具人工大腦的規(guī)模。Qualcomm公司4月公布的Zeroth芯片也在硅片上高效地模擬了腦神經(jīng)元，裝載了該芯片的機(jī)器小車(chē)還能運(yùn)用“受到人腦啟發(fā)的算法”完成尋路、躲避障礙等任務(wù)。不過(guò)，仿真腦的時(shí)代真的要來(lái)臨了嗎？其實(shí)我們不止存在著技術(shù)上的巨大困難，連制造仿真腦的目標(biāo)也是一個(gè)值得思考的問(wèn)題。

機(jī)械化任務(wù)：人腦模式?jīng)]市場(chǎng)

當(dāng)今流行的電子設(shè)備和人腦在形態(tài)上沒(méi)有半點(diǎn)相似，在計(jì)算原理上也基本不搭界，然而這些電子設(shè)備在相當(dāng)一部分任務(wù)中卻表現(xiàn)得相當(dāng)出色。這些任務(wù)包括設(shè)備控制、大規(guī)模批量處理、長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)作業(yè)等等。無(wú)論是在自動(dòng)化生產(chǎn)的車(chē)間里，或是運(yùn)營(yíng)上千臺(tái)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的“服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)”里，甚至在更加新潮的無(wú)人管理的大型倉(cāng)庫(kù)里，那些原來(lái)由“人腦+人肉”完成的任務(wù)現(xiàn)在都已經(jīng)轉(zhuǎn)交給了機(jī)電設(shè)備，它們的高效、精確和可靠已經(jīng)達(dá)到了令人腦難以企及的高度。而相比之下，探索、學(xué)習(xí)和適應(yīng)環(huán)境才是人腦真正有優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域。

學(xué)習(xí)創(chuàng)造：人腦模式也未必更好

然而，在學(xué)習(xí)和創(chuàng)造領(lǐng)域，模仿人腦模式也未必比現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)技術(shù)更有優(yōu)勢(shì)。很多原本被認(rèn)為是人腦獨(dú)霸的工作，譬如人臉識(shí)別、國(guó)際象棋、音樂(lè)創(chuàng)作等等，現(xiàn)在也慢慢出現(xiàn)了被電腦取代的苗頭。而完成這些任務(wù)的電腦，也并沒(méi)有采取人腦的信息處理模式。為什么諸如探索、學(xué)習(xí)、創(chuàng)造這樣本應(yīng)由人腦固守的領(lǐng)地也會(huì)被攻破？這要追溯到人腦的一個(gè)底層缺陷—記憶能力不足。

大腦的基本構(gòu)成細(xì)胞是神經(jīng)元細(xì)胞，這種細(xì)胞可以組成高效的信息網(wǎng)絡(luò)，但它并不是很好的記憶元件。神經(jīng)元細(xì)胞從功能上來(lái)說(shuō)像是一個(gè)傳聲筒，你這頭傳話進(jìn)去，它在另一頭變個(gè)聲音傳話出來(lái)。這種結(jié)構(gòu)能夠迅速完成一些信號(hào)變換，但是卻不適用于長(zhǎng)期儲(chǔ)存信息。相比之下，電子元件或者磁性元件能夠長(zhǎng)期保持在“電位高”“電位低”或者“磁極南”“磁極北”的狀態(tài)，信息一旦寫(xiě)入就很久不會(huì)遺忘。除此以外，電磁元件的狀態(tài)只要通過(guò)簡(jiǎn)單的操作就能在幾微秒內(nèi)翻轉(zhuǎn)變換，所以信息不但存得久，而且可以迅速進(jìn)行更改。然而，在神經(jīng)元細(xì)胞構(gòu)成的大腦網(wǎng)絡(luò)中，要想快速改變狀態(tài)就不那么容易了。

像識(shí)臉、下棋、作曲這些任務(wù)固然需要學(xué)習(xí)、聯(lián)想和創(chuàng)造，但更重要的其實(shí)是積累龐大的信息數(shù)據(jù)庫(kù)作為支持。而人腦要花超過(guò)電腦很多倍的時(shí)間才能儲(chǔ)備足夠的數(shù)據(jù)。如果在仿真腦的研究領(lǐng)域，記憶能力不足的問(wèn)題沒(méi)有得到解決，那么仿真腦在這些學(xué)習(xí)任務(wù)上也就沒(méi)了優(yōu)勢(shì)。

人腦至今領(lǐng)跑的項(xiàng)目：運(yùn)動(dòng)控制

那么在人腦的功能里，究竟有哪些是電子設(shè)備至今還難以企及的呢？孤懸于海中的一盞明燈乃是人腦對(duì)肢體運(yùn)動(dòng)的控制。

人體的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)信號(hào)傳輸質(zhì)量其實(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上電子設(shè)備。人體中的神經(jīng)脈沖信號(hào)常年經(jīng)受著各種噪聲和擾動(dòng)的影響。此外，神經(jīng)信號(hào)的延遲也十分可觀，神經(jīng)脈沖的傳播速度平均下來(lái)只有幾十米/秒，就算完成一次最簡(jiǎn)單的脊髓反射也需要花費(fèi)掉30毫秒之巨。而在這30毫秒之內(nèi)，一個(gè)不算太高端的嵌入式控制器（假定1000Hz采樣率）已經(jīng)完成了30次微調(diào)控。

然而，在這些巨大的劣勢(shì)之下，人類(lèi)居然還能完成跑跳投捻推揉等各種動(dòng)作，行動(dòng)的過(guò)程中還能根據(jù)外界環(huán)境的變化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)動(dòng)作。這些重重挑戰(zhàn)簡(jiǎn)直就是機(jī)械疙瘩和硅片腦袋的噩夢(mèng)。

如果真要用芯片來(lái)制造仿真腦，運(yùn)動(dòng)能力大概會(huì)是一個(gè)不錯(cuò)的研究方向。而仿真的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能否讓機(jī)器人運(yùn)動(dòng)自如，這還需要更多研究才能下結(jié)論。

從研究角度講，仿真腦可以幫助人類(lèi)揭開(kāi)腦科學(xué)中的謎團(tuán)。而從實(shí)用技術(shù)角度看，造腦的目的則應(yīng)該是剝離出人腦真正強(qiáng)勢(shì)的功能，制造出超越人腦且超越電腦的新體制智能設(shè)備——在肢體運(yùn)動(dòng)控制這樣的領(lǐng)域，人腦模式的表現(xiàn)依然值得期待。要想制造出具有人腦般性能的芯片，研究者們還有很長(zhǎng)的路要走。