院士段树民 探寻脑科学与人工智能

摘要:加强“双脑”基础科学研究、加强面向未来的前沿探索、加强人民政协就此问题双向发力……采访者段树民饱含科学精神、家国情怀,作为连任三届的“老委员”,熟谙政协功能定位、履职方式的他,同样把民主的思想深植在大脑之中。

“脑科学与类脑研究”简称“中国脑计划”,主要有两个研究方向:以探索大脑秘密、攻克大脑疾病为导向的脑科学研究以及以建立和发展人工智能技术为导向的类脑研究。

脑科学与类脑研究,对提高未来中国科技整体“智慧水平”,提高经济发展高质量,促进人类的生产生活方式的转变意义重大。

人猿相揖别,只几个石头磨过,小儿时节。

毛泽东同志《贺新郎·读史》一词如此开篇,寥寥几笔,把人类萌芽期的场景描绘得栩栩如生。殊不知,就是这样的一别,几个石头一磨,有了生产工具,人便成了世间主,猿还是猿。

万物灵为长。

智慧的优越感一直让人类从容自信主宰地球千百万年,直到整整三年前AlphaGo成功击败人类围棋世界冠军李世石,这种自信才一瞬间被怦然击破。具备深度学习能力的人工智能横空出世。

未来科幻电影里经常出现毁灭地球、秒杀人类的智能怪物会不会变成现实?恐慌隐隐地出现了……人工智能提升人类对自然认知改造能力,也被乐观主义者寻嗅到了未来无限的前景和机遇。

比起广为人知的三峡工程,比起有物有真相的飞机高铁火箭,脑科学与类脑研究算不算“大国重器”呢?答案毋庸置疑,它已经作为国家“十三五”规划“中国科技创新2030重大项目”中首批启动的5个项目之一,也是生命科学领域唯一的项目。大脑,是指导一切的。

什么是人工智能?人工智能未来走向如何?科幻电影里的场景能否成为现实?中国的脑科学与类脑研究在世界处于何等水平。全国政协委员、中国科学院院士、浙大医药学部主任一一作答。

短期内,人工智能超越人脑还不现实

记者:今年“人工智能”第三次出现在政府的报告中,“智能+”概念横空出世。我们都记得,第一次“人工智能”写入报告的那年两会,一个新闻热点就是AlphaGo在人机围棋比赛里击败了李世石。这几年,人工智能又有了飞速发展,您如何判断人工智能的未来走向?

段树民:今年是新中国成立和人民政协成立70周年,非常巧合的是,同样在1949那个伟大的年度里,人工智能领域和神经科学领域也各自发生了一个重要历史事件。这一年,机器学习和人工智能的先驱者美国人ArthurSamuel编写出了第一个国际跳棋的程序,首次向人们展示了具有一定自我学习能力的人工智能;加拿大神经科学家DonaldHebb发表了经典论著“行为的组织”(Theorganizationofbehavior),为大脑的学习机制提出了神经连接学说,即著名的Hebb学习定律。AlphaGo的深度学习神经网络正是采用了Hebb学说原理——当机器进行反复训练后,可以对落子的位置形成一定的优先级筛选,极大地提高了机器的运算效率。

人工智能已经并将更深刻影响到我们生活的各个方面,人们寄希望它能更强有力的造福于人类。必须指出的是,人类大脑最神奇的功能,如情感、意识、自我认知与思考、本能行为、创新能力等,仍然是现阶段弱人工智能所不能逾越的难关。

进入强人工智能时代,必须突破低效的瓶颈

记者:逾越这个难关的瓶颈在哪里?

段树民:目前,弱人工智能发展的瓶颈是低效,要依赖海量数据和耗能巨大的运算系统。而我们人类可以从非常有限的信息中做出快速、高效、准确的判断和抉择。人类摄食、情绪、感情、协调运动等本能行为大都是先天就有的,是经过数百万年的进化后编辑在遗传密码上的,不需要后天太多的学习就具有的功能,而高级认知功能实际上都是建立在这些本能行为基础上的。这些恰恰是人工智能的短板。例如让机器人去打乒乓球、网球就会显得很笨拙。对于这些人类本能行为的运作机理我们所知道的仍然很少,需要加大对大脑工作机理的深入研究。

人工智能应用场景比目前想到的更广

记者:今年政府工作报告提出,要拓展“智能+”,深化大数据、人工智能等研发应用。人工智能目前在中国的发展与应用情况如何,对于国家发展和人民生活具有哪些意义?

段树民:“智能+”的本质是在人的引领下,机器对人能力的补充、增强、提高,甚至替代,将其运用于各个行业将激发出巨大的动力和动能,国家层面已经对此问题高度重视、判断清醒。未来“智能+”的应用场景十分广阔——充分利用人工智能实现人机结合,制造业的社会生产率、产品质量和劳动者安全都能得到更好提升和保障;在医学领域,人工智能通过大数据的学习而应用于影像识别、疾病筛查,可能会比医生单凭肉眼判断强大得多;基于人工智能和脑科学发展起来的脑机接口将为残疾人提供替代缺失的功能,像健全人一样的生活;日常生活中,目前在智慧城市、智慧物流、无人驾驶等方面已经体现出非常好的应用场景。

最为关键的是,一旦突破瓶颈,进入强人工智能时代,通过脑机接口人工智能能够传导情绪控制人脑,在军事方面的意义你可以自行“脑补”。

木偶戏再精彩,线还得紧紧牵在人手中

记者:最近一系列热映的科幻电影都涉及人工智能,也一直有人担忧人工智能受到恶意操纵或在不可预知的环境中“叛变”伤害人类。未来强人工智能时代,人工智能的安全可控性如何保障?

段树民:这个问题问得很好。这方面的担心是有道理的,随着人工智能的功能强大和应用的广泛,一旦出问题,后果不可想象。

科学界对人工智能发展有一个伦理上的限制,即图灵测试,如果一个人工智能具有了人类智能,通过了图灵测试(即人们不能区别出这个智能是机器的还是人类的),那就要十分小心的加以限制和规范。

科学伦理永远是人工智能的发展不可逾越的底线。我们希望人工智能与我们的人类生活将更好地融合在一起,作为我们人脑延伸的一部分,做到可控的友好交互,强化我们的大脑。总的来看,这方面的安全可控性还是有保障的,木偶戏再精彩,线不还是牵在人的手中吗?

运用得当,自然脑和机器脑可以相互促进

记者:未来人工智能的发展,除了依赖于脑科学研究成果外,它对脑科学的发展有没有作用?随着人工智能的广泛应用,人脑会进化还是退化?

段树民:人工智能和脑科学的发展确实是相互促进的,一方面人工智能发展瓶颈需要借鉴脑的工作机理,另一方面脑是自然界最复杂的结构,脑科学研究产生的大数据分析一定会从人工智能受益匪浅。

事分两面看,由于人工智能替代了部分人类的智能功能,部分脑功能退化的情况也不是不可能。例如现在就有人担心数字化时代到来,对手机、网络的依赖已经对儿童的一些认知功能产生了不良影响,是应该引起重视的。关键是我们怎么样正确应用人工智能。大脑的进化是一个非常漫长的过程,短期内应不至于对整个人类大脑的进化发生明显的作用。

中国的“脑计划”处于和先进国家并跑水平

记者:比较起应用端的风生水起,脑科学研究似乎还是个冷门,您能否简要介绍一下?

段树民:近年来一些关键研究技术的快速发展,使脑科学研究,尤其是在神经网络水平的解析面临着重大突破的机遇,必将在科学、经济、社会和军事等领域产生重要影响。当前,世界各国都非常重视脑的研究,纷纷启动了大型脑科学研究计划。我国脑计划启动相对较晚,但在某些方面研究具有研究优势。总的来说,中国的“脑计划”处于和先进国家并跑水平。

脑科学不仅是最重要的基础前沿学科,也是与人类健康最密切相关的领域。我国已进入老龄社会,脑中风、老年痴呆、帕金森病等老年性脑疾病已经成为致残率高,危害健康最严重、社会负担最沉重的疾病。据估计,神经精神疾病所造成的经济负担已经占人类疾病总负担的近30%。目前我们对这些疾病大都没缺少有效干预手段,其主要原因是对脑的基本机理和病理了解还非常有限。

抢滩强人工智能时代,关键要加强脑科学研究

记者:前一段时间播放的一期央视《挑战不可能》节目中,您所在的浙江大学一名硕士研究生成功实现用脑电波操控小白鼠走迷宫,是不是说人类已经可以控制动物的大脑,现在能够控制人脑吗?

段树民:浙江大学应当说在脑科学和类脑及脑机接口研究方面还是走在国际前沿的,那名硕士生是计算机科学与技术专业的,从事这项研究的,需要有生物学、工学、计算机以及材料学等交叉学科的研究人员密切协作。

控制小白鼠走迷宫是通过记录人的脑电波对其大脑的意念进行解析,得到的解码信息转换成控制电信号无线传输给小鼠,再刺激小鼠脑内控制行为的脑区而实现对小鼠行为的控制。这实际上引出了一个神经调控技术,如果发展出无创干预技术,即不需要在脑内植入电极,而是通过无线电波等,将来就可以实现对人类脑功能紊乱的干预,可用于治疗焦虑、恐惧、失眠、抑郁、药物成瘾等疾患。

希望能有一次研究“双脑”的协商调研活动

记者:十分感谢,最后一个问题,作为全国政协委员,您此前就此问题做了哪些履职工作?您认为应当通过政协就此问题广泛凝聚社会各界共识?

段树民:早在2012年,我就在两会期间建议建立中国人脑库基地,进一步提高人类对大脑的认知水平,之后基本每年两会都会就此问题提交提案或者作会上发言。担任全国政协委员12年来,应该说每年都会围绕脑科学研究、人工智能研究等问题建言献策,有关部门也积极与我沟通交流,应该说为推动我国的脑科学研究计划及脑与人工智能的融合发展贡献了一点微薄之力吧。

现在政协提出要建言资政和凝聚共识双向发力,承担好专门协商机构的使命,我认为这非常重要。本届全国政协第一次双周协商会讨论的议题就是“推进人工智能发展”,可惜我没有参加。期望全国政协能够继续围绕脑科学与类脑研究举办专题议政活动或考察调研,为推动这项工作凝聚科学家、政府部门、企业界人士和社会各界各方面的力量和共识。

于国于民,这都是一件关系长远、意义非凡的大事。

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记者手记:一次脑洞大开的对谈

7日,按照约定乘出租车前往北京西五环外的华北宾馆采访段树民委员。按照手机导航软件便可精算计算哪条路线耗时最短、如何行驶可以避开堵点,大约何时可以到达目的地……

导航准确,记者提前3分钟走进了段树民委员的房间。此番乘车体验,算是采访之前的素材收集。

与段院士谈了一百多分钟,记者脑洞大开,一些冷知识逐渐在大脑回路中“热”起来,此前“脑科学与类脑研究”算不算大国重器的疑虑也有了准确答案——关系到国家战略安全、产业发展,关系到黎民百姓健康福祉、生活幸福,世界强国都在抢滩猛进,这样的科学研究当然是邦国之重器、未来之法宝。

大脑决定着智慧能力,民族的大脑决定着国家的前途命运。

加强“双脑”基础科学研究、加强面向未来的前沿探索、加强人民政协就此问题双向发力……采访者段树民饱含科学精神、家国情怀,作为连任三届的“老委员”,熟谙政协功能定位、履职方式的他,同样把民主的思想深植在大脑之中。

我们深刻探讨了如下话题——

当前,“双脑”之间的差异主要体现在文中提到的瓶颈问题,按我的理解就是“人之所以为人”的核心秘笈——有千百万年进化形成的本能,有机器目前还学不会的情绪和潜意识。

历史的演进和文明的进步,有时候恰恰是靠意气用事、无意为之来推进的,一些看似“疯狂”的科学家不羁的发散设想,99%失败了,一俟成功,就会托举人类步入新的纪元。

之于科学,头脑“疯暴”是财富;之于民主,天马行空则意味着丧失秩序。理性与感性、自由与自持,既是划分“自然脑”与“机器脑”能量与伦理的鸿沟天堑,也或许是“多样性和一致性关系”在脑科学层面的逻辑解释。

赛先生追求感性发散,德先生则崇尚理性包容。身兼政协委员、科学院院士双重身份的段先生,两方面兼而有之、融会贯通。

两小时的采访,不是诘屈聱牙的科普,而是兼谈科学与民主的对话。段先生谈的好,一在于科学严谨、思维缜密;二在于深入浅出、浅显易懂;三在于政协委员说政协语言,知晓建言资证和凝聚共识双向发力之要诀。(廉维亮)

标签:妇科疾病,脑科学,人工智能,探寻

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