2022年6月8日，韓國仁川國際機場內的智能機器人。圖｜視覺中國
理解人類認知的生物學本質在人類文明史中曾經被認為無法納入科學研究的范疇，可如今正方興未艾，科學已經發展到從人類認識客觀世界到人類認識自身、特別是認識人腦認知的新階段。令人驚異的是，這類研究主要不是出自宗教領袖、哲學家、思想家和教育家，而更多的是出自生命科學家和人工智能學家，可以從進化論、遺傳學和細胞學說中尋找人類認知的生物學基礎。
機器認知要和人相比不是一件容易的事情
細胞是構成人體形態結構和功能的基本單位，形態相似和功能相關的細胞借助細胞間質構成起來的結構成為組織，幾種組織結合起來，共同執行某一種特定功能，并具有一定形態特點，就構成了器官，若干個功能相關的器官聯合起來，共同完成某一特定的連續性生理功能，即形成系統。
人體模型。圖｜圖蟲創意
人體由九大系統組成以維持生命，即運動系統、消化系統、呼吸系統、循環系統、泌尿系統、生殖系統、內分泌系統、神經系統、免疫系統。這九大系統只是人類認知自身的一種劃分方法，可稱為視圖。實際上人體未必是可以這樣分開來談的，這只是人們用不同視角更深刻地去認知一個整體而已。很難區分這九大系統哪個重要不重要，關鍵不關鍵，它們也不構成從屬關系。從生命科學的角度看，它們應該具有相同的復雜性，談不上神經系統或者腦器官最復雜之說，抑或是人類自身的一個說辭而已。還可以有太多種類的視圖劃分，例如，結構生物學把生命科學分為基因生物學、原子生物學、分子生物學、大分子生物學、蛋白質生物學、細胞生物學、神經生物學，等等，也未嘗不可。人體依靠新陳代謝為生，由循環系統供應人腦能量，有了源動力，人腦才能承擔認知的任務。機器認知要和人相比，不是一件容易的事情。要弄清楚智能機器能不能如同人一樣，具有認知能力，我們首先關心的是機器的具身智能，圖靈稱之為“embodied intelligence”。機器對應人體的運動系統，運動系統由骨、骨連結和骨骼肌三種器官組成，表面肌肉的外層還有皮膚。骨以不同形式連結在一起，構成骨骼，形成了人體的基本形態，并為肌肉提供附著，在神經支配下，肌肉收縮，牽拉其所附著的骨，以可動的骨連結為樞紐，產生杠桿運動。運動系統主要的功能是運動。簡單的移位和高級活動如語言、書寫等，都是由骨、骨連結和骨骼肌實現的。運動系統的第二個功能是支持，構成人體基本形態，頭、頸、胸、腹、四肢，維持體姿。運動系統的第三個功能是保護。由骨、骨連結和骨骼肌形成了多個體腔：顱腔、胸腔、腹腔和盆腔，保護臟器。從運動角度看，骨是被動部分，骨骼肌是動力部分，關節是運動的樞紐。能在體表看到或摸到的一些骨的突起或肌的隆起，稱為體表標志。它們對于定位體內的器官、結構等具有標志性意義。運動系統由骨、關節和骨骼肌組成，約占成人體重的60%。全身各骨借關節相連形成骨骼，起支撐體重、保護內臟和維持人體基本形態的作用。骨骼肌附著于骨，在神經系統支配下收縮和舒張，收縮時以關節為支點牽引骨改變位置產生運動。人體的具身動力學行為表現為具身智能。我們有時候希望機器具有類人一樣的行為智能，可稱為人型機器人，或者說有溫度的機器人，外顯情感，體現親和力，尤其是數字虛擬人，如數字演員、電視節目數字主持人、數字醫生和學校的數字教師。更多的時候，我們用智能機器完成一些專門的腦力和體力工作，它們可能比人更有速度，如無人駕駛車輛；更有力量，如未來的智能盾構機；更加精巧，如納米機器人；更加靈巧，如柔軟操作手；更加適合野外惡劣地形環境里的運動和捉拿，如多足機器人，等等。至于這些實體機器人，外形像不像人，并不重要，它們只是人類智能的體外延伸，圖靈稱之為“disembodied intelligence”。智能時代人類正在把自己從繁重的體力和腦力勞動中解脫出來。機器里一定要有一個最基本的時鐘
我們更關心機器對應的人體的消化系統、呼吸系統和循環系統。這些體現人體的新陳代謝，也就是能量的供給。
人體心肺血管模型。圖｜視覺中國
其中，循環系統是生物體的細胞外液（包括血漿、淋巴和組織液）及其借以循環流動的管道組成的系統。人體形成心臟以后，循環系統分心臟和血管兩大部分，叫做心血管系統。循環系統是生物體內的運輸系統，它將消化道吸收的營養物質和由肺吸進的氧輸送到各組織器官，并將各組織器官的代謝產物，通過同樣的途徑輸入血液，經肺、腎排出。它還輸送熱量到身體各部以保持體溫，輸送激素到靶器官以調節其功能，是整個人體的源動力來源。諾貝爾獎獲得者薛定諤告訴我們，人和所有生物一樣都遵循最基本的物理定律，都會衰老，都賴負熵為生，機器也一樣，需要依靠能量，形成秩序，產生負熵。如果機器里的物質老化，結構破損，或者切斷了能源，或者時鐘出了故障，相當于心臟的機器時鐘，一旦停止了跳動，機器的生命就停止了，人的認知活動也就難以為繼。以前人們常常說“心靈”“愛心” “心智”，不是很準確，心臟只是動力，是推動血液在體內循環的肌肉器官，不是用來產生情感、知識和智能的地方，腦才是信息處理的器官，智能源發于人腦，特別是難以計數的各類神經細胞相互作用所致的復雜性，大腦新皮質才是學習和記憶的思維器官，形成認知空間。如果沒有記憶，我們就永遠活在當下，我們就不會有時間的概念，正是記憶讓我們為過去和現在提供了連續性。機器是由物質和能量構成的，物質是靜止的能量，能量是運動的物質。結構寄生在物質和能量上，形成諸多硬構體，把各種硬構體按照結構設計組裝到一起，就成為機器。機器里一定要有一個最基本的時鐘，時鐘賴能量為生，時間寄生在時鐘上，結構和時間寄生在硬構體上，還有很多軟構體，它們或者寄生在硬構體上，或者寄生在軟構體上，表達信息，與外界交互，自我復用實現認知的成長，只要機器的時鐘不停，機器就有了源動力，依靠時間，機器表現出秩序和能力，就可以表達信息，實現知識和智能的積累，于是機器可以完成認知的任務。精神寄生在物質上，把物質和精神、科技和人文分為二元，不夠貼切。高性能計算機里的時鐘精度，已經可達到飛秒，甚至亞飛秒。這樣，機器里無論是復雜機器指令或者精簡機器指令的執行，以及寄生在機器語言上的各種軟構體的執行，通過遞歸復用，表現出高超的秩序，可以實時地與人進行交互，完成自然語言對話，通過圖靈測試。把智能定義為：學習的能力，解釋解決問題的能力
從認知的角度看，我們最關心的是機器對應人體的神經系統。神經系統是對機體內的生理、心理、思維功能活動的調節起作用的，由神經組織組成，分為中樞神經系統和周圍神經系統。中樞神經系統又包括腦和脊髓，周圍神經系統包括腦神經和脊神經，還有末梢神經。神經系統控制和調節其他系統的活動，維持機體與外環境的交互。神經系統由神經細胞組成，對感知、認知起主導作用，通過和外界的信息交互獲得負熵。智能機器常常把神經系統比做認知系統。至于泌尿系統、生殖系統、內分泌系統、免疫系統，這四個系統在智能機器里暫時不考慮。把生命看成機器，薛定諤稱之為“活細胞的物理觀”；如果把機器看成生命的話，我們可以稱之為“機器的生命觀”。生命和機器里的物質都可以對應物理層，生命里的生化層，在機器里面我們把它對應為“能量和時鐘”，生命里的生理層對應機器里面的電子電路和機器指令，這些是硬構體；心理層對應著操作系統和中間件，認知層對應高層次軟件和數據，這些都是軟構體。因此生命賴負熵為生，機器有物質、能量、結構和時間，時鐘依賴能量，時間依賴時鐘，秩序依賴時間。所以我們可以有兩個“金句”：時間是人類認知的奠基石，數學是人類最抽象的語言。生命和機器都可以作為認知的載體，從物質到能量，從能量到信息，從概念到信息，從信息到知識，從知識到智能，越往上軟構體越多，常常遞歸定義，依靠自我復用實現自成長。我們認為，盡管研究大腦皮層發現有很多很多的任務分區，但是皮層組織存在著局部與整體的自相似性，記憶并不是存儲在某一個神經元，而是存儲在網絡當中，可以用人工智痕細胞網絡模型作為大腦皮層的長期修飾、修剪或重塑的通用表征，從而形成各智其智、智智與共的通用智能。大腦的皮質上有很多溝溝回回，可以用分形技術把它產生出來，就像海岸線長度一樣，看用什么尺度測量。大腦皮層的表面其實并不是只有那幾千平方厘米，是可以足夠大的，是用進廢退的。思維的本質是抽象和聯想，更多的就是軟構體的創立、聯結，以及迭代發展和遞歸執行。人類的整個認知活動邏輯上可分為感知—認知—行為，對應三個區：瞬時記憶區、工作記憶區和長期記憶區。瞬時記憶區處理不同感覺器官獲得的感知信息，完成跨模態融合；工作記憶區分析當前問題的態勢，形成決策，控制機器的具身行為；而在長期記憶里則留下了我們認知的結果。因此，對智能機器而言，怎樣構建人工智痕細胞網絡模型是一個很重要的問題，我們不妨假設，被當前問題注意力激活的人工智痕細胞組成的網絡是一個冪律分布的復雜網絡，具有小世界特征，可以分別在不同尺度上整體表現，完成記憶的提取。我們討論自然界生物的進化常用的時間尺度是萬年，討論人類生態文明現象和體外的人工智能常用的時間尺度是千年。討論人類思維和認知的進步，也就是科學技術發展用的是百年，現在看10年都會大變樣。人類生命進化出來的本能相對穩定，后天認知是可以重塑的，科學技術和機器智能的發展卻是天翻地覆的，這種迭代的智能導致了幾何級指數增長的認知進步和知識爆炸，成就了人類?？茖W技術成為人類社會發展的第一生產力，已經是全世界不同價值觀群體的共識。應該讓人發揮人的智慧，機器發揮機器的智能。我們把智能定義為“學習的能力，解釋解決問題的能力”。解決問題之道，要么將問題減低一個維度，或者低一階，要么將認知上升一個維度，或者高一階。隨著智能研究在我國形成熱潮，隨著智能科學和技術學院在全國的普及，如果說上一代的人工智能可以叫做計算機智能，硬核是算力、算法和數據的話，那么新一代人工智能應該是有感知、有認知、有行為、可交互、會學習、自成長的機器智能，硬核則是交互、學習和記憶，而量子認知機則可能是下一代人工智能，也許百年之后了。
來源：瞭望智庫
