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大國重器如何靚起來?腦科學與人工智能強健“中國腦”——對話全國政協委員、中國科學院院士段樹民

發布日期:2019年03月13日 08:58:20 來源:人民政協報
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全國政協委員段樹民接受本報記者采訪。本報記者姜貴東攝

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重器解讀

“腦科學與類腦研究”簡稱“中國腦計劃”,主要有兩個研究方向:以探索大腦秘密、攻克大腦疾病為導向的腦科學研究以及以建立和發展人工智能技術為導向的類腦研究。

腦科學與類腦研究,對提高未來中國科技整體“智慧水平”,提高經濟發展高質量,促進人類的生產生活方式的轉變意義重大。

近年來一些關鍵研究技術的快速發展,使腦科學研究,尤其是神經網絡水平的解析面臨著重大突破的機遇。當前,世界各國都非常重視腦的研究,紛紛啟動了大型腦科學研究計劃。我國腦計劃啟動相對較晚,但在某些方面研究具有研究優勢。總的來說,中國的“腦計劃”處于和先進國家并跑水平。

人猿相揖別,只幾個石頭磨過,小兒時節。

毛澤東同志《賀新郎?讀史》一詞如此開篇,寥寥幾筆,把人類萌芽期的場景描繪得栩栩如生。殊不知,就是這樣的一別,幾個石頭一磨,有了生產工具,人便成了世間主,猿還是猿。

萬物靈為長。

智慧的優越感一直讓人類從容自信主宰地球千百萬年,直到整整三年前AlphaGo成功擊敗人類圍棋世界冠軍李世石,這種自信才一瞬間被怦然擊破。具備深度學習能力的人工智能橫空出世。

未來科幻電影里經常出現毀滅地球、秒殺人類的智能怪物會不會變成現實?恐慌隱隱地出現了……人工智能提升人類對自然認知改造能力,也被樂觀主義者尋嗅到了未來無限的前景和機遇。

比起廣為人知的三峽工程,比起有物有真相的飛機高鐵火箭,腦科學與類腦研究算不算“大國重器”呢?答案毋庸置疑,它已經作為國家“十三五”規劃“中國科技創新2030重大項目”中首批啟動的5個項目之一,也是生命科學領域唯一的項目。

大腦,是指導一切的。

什么是人工智能?人工智能未來走向如何?科幻電影里的場景能否成為現實?中國的腦科學與類腦研究在世界處于何等水平?全國政協委員、中國科學院院士、浙江大學醫藥學部主任段樹民一一作答。

超越人腦還不現實

記者:今年“人工智能”第三次出現在政府工作報告中,“智能﹢”概念橫空出世。2016年,“人工智能”第一次寫入報告的那年兩會,一個新聞熱點就是AlphaGo在人機圍棋比賽里擊敗了李世石。這幾年,人工智能又有了飛速發展,您如何判斷人工智能的未來走向?

段樹民:今年是新中國成立和人民政協成立70周年。非常巧合的是,同樣在1949那個偉大的年度里,人工智能領域和神經科學領域也各自發生了一個重要歷史事件。這一年,機器學習和人工智能的先驅者美國人Arthur Samuel編寫出第一個國際跳棋的程序,首次向人們展示了具有一定自我學習能力的人工智能;加拿大神經科學家Donald Hebb發表了經典論著"行為的組織"(The organization of behavior),為大腦的學習機制提出了神經連接學說,即著名的Hebb學習定律。AlphaGo的深度學習神經網絡正是采用了Hebb學說原理——當機器進行反復訓練后,可以對落子的位置形成一定的優先級篩選,極大地提高了機器的運算效率。

人工智能已經并將更深刻影響到我們生活的各個方面,人們寄希望它能更強有力地造福于人類。必須指出的是,人類大腦最神奇的功能,如情感、意識、自我認知與思考、本能行為、創新能力等,仍然是現階段弱人工智能所不能逾越的難關。

突破低效的瓶頸

記者:逾越這個難關的瓶頸在哪里?

段樹民:目前,弱人工智能發展的瓶頸是低效,要依賴海量數據和耗能巨大的運算系統。而我們人類可以從非常有限的信息中做出快速、高效、準確的判斷和抉擇。人類攝食、情緒、感情、協調運動等本能行為大都是先天就有的,是經過數百萬年的進化后編輯在遺傳密碼上,不需要后天太多的學習就具有的功能,而高級認知功能實際上都是建立在這些本能行為基礎上的。這些恰恰是人工智能的短板。例如讓機器人去打乒乓球、網球就會顯得很笨拙。對于這些人類本能行為的運作機理我們所知道的仍然很少,需要加大對大腦工作機理的深入研究。

應用場景比目前想到的更廣

記者:今年政府工作報告提出,要拓展“智能﹢”,深化大數據、人工智能等研發應用。人工智能目前在中國的發展與應用情況如何,對于國家發展和人民生活具有哪些意義?

段樹民:“智能﹢”的本質是在人的引領下,機器對人能力的補充、增強、提高,甚至替代,將其運用于各個行業將激發出巨大的動力和動能,國家層面已經對此問題高度重視、判斷清醒。未來“智能﹢”的應用場景十分廣闊——充分利用人工智能實現人機結合,制造業的社會生產率、產品質量和勞動者安全都能得到更好提升和保障;在醫學領域,人工智能通過大數據的學習而應用于影像識別、疾病篩查,可能會比醫生單憑肉眼判斷強大得多;基于人工智能和腦科學發展起來的腦機接口將為殘疾人提供替代缺失的功能,像健全人一樣生活;日常生活中,目前在智慧城市、智慧物流、無人駕駛等方面已經體現出非常好的應用場景。

最為關鍵的是,一旦突破瓶頸,進入強人工智能時代,通過腦機接口人工智能能夠傳導情緒控制人腦,在軍事方面的意義你可以自行“腦補”。

木偶戲再精彩,線還牽在人手中

記者:最近一系列熱映的科幻電影都涉及人工智能,也一直有人擔憂人工智能受到惡意操縱或在不可預知的環境中“叛變”傷害人類。未來強人工智能時代,人工智能的安全可控性如何保障?

段樹民:這個問題問得很好。這方面的擔心是有道理的,隨著人工智能的功能強大和應用的廣泛,一旦出問題,后果不可想象。

科學界對人工智能發展有一個倫理上的限制,即圖靈測試——如果一個人工智能具有了人類智能,通過了圖靈測試(即人們不能區別出這個智能是機器的還是人類的),那就要十分小心地加以限制和規范。

科學倫理永遠是人工智能發展不可逾越的底線。我們希望人工智能與人類生活可以更好地融合在一起,作為我們人腦延伸的一部分,做到可控的友好交互,強化我們的大腦。總的來看,這方面的安全可控性還是有保障的,木偶戲再精彩,線不還是牽在人的手中嗎?

自然腦和機器腦可以相互促進

記者:未來人工智能的發展,除了依賴于腦科學研究成果外,它對腦科學的發展有沒有作用?隨著人工智能的廣泛應用,人腦會進化還是退化?

段樹民:人工智能和腦科學的發展確實是相互促進的,一方面人工智能發展瓶頸需要借鑒腦的工作機理,另一方面腦是自然界最復雜的結構,腦科學研究產生的大數據分析一定會從人工智能受益匪淺。

事分兩面看,由于人工智能替代了部分人類的智能功能,部分腦功能退化的情況也不是不可能。例如現在就有人擔心數字化時代到來,對手機、網絡的依賴已經對兒童的一些認知功能產生了不良影響,是應該引起重視的。關鍵是我們怎么樣正確應用人工智能。大腦的進化是一個非常漫長的過程,短期內應不至于對整個人類大腦的進化發生明顯的作用。

“中國腦計劃”和先進國家并跑

記者:比起應用端的風生水起,腦科學研究似乎還是個冷門,您能否簡要介紹一下?

段樹民:近年來一些關鍵研究技術的快速發展,使腦科學研究,尤其是神經網絡水平的解析面臨著重大突破的機遇,必將在科學、經濟、社會和軍事等領域產生重要影響。當前,世界各國都非常重視腦的研究,紛紛啟動了大型腦科學研究計劃。我國腦計劃啟動相對較晚,但在某些方面研究具有研究優勢。總的來說,中國的“腦計劃”處于和先進國家并跑水平。

腦科學不僅是最重要的基礎前沿學科,也是與人類健康最密切相關的領域。我國已進入老齡社會,腦中風、老年癡呆、帕金森病等老年性腦疾病已經成為致殘率高、危害健康最嚴重、社會負擔最沉重的疾病。據估計,神經精神疾病所造成的經濟負擔已經占人類疾病總負擔的近30%。目前我們對這些疾病大都缺少有效干預手段,其主要原因是對腦的基本機理和病理了解還非常有限。

搶灘強人工智能時代,關鍵要加強腦科學研究

記者:前一段時間央視播放的一期《挑戰不可能》節目中,您所在的浙江大學一名碩士研究生成功實現用腦電波操控小白鼠走迷宮,是不是說人類已經可以控制動物的大腦,現在能夠控制人腦嗎?

段樹民:浙江大學在腦科學和類腦及腦機接口研究方面應當說還是走在國際前沿的,那名碩士生是計算機科學與技術專業的。從事這項研究的,需要有生物學、工學、計算機以及材料學等交叉學科的研究人員密切協作。

控制小白鼠走迷宮是通過記錄人的腦電波對其大腦的意念進行解析,得到的解碼信息轉換成控制電信號無線傳輸給小鼠,再刺激小鼠腦內控制行為的腦區而實現對小鼠行為的控制。這實際上引出了一個神經調控技術,如果發展出無創干預技術,即不需要在腦內植入電極,而是通過無線電波等,將來就可以實現對人類腦功能紊亂的干預,可用于治療焦慮、恐懼、失眠、抑郁、藥物成癮等疾患。

希望有一次研究“雙腦”的協商調研活動

記者:十分感謝!最后一個問題,作為全國政協委員,您此前就此問題做了哪些履職工作?您認為應當如何通過政協就此問題廣泛凝聚社會各界共識?

段樹民:早在2012年,我就在兩會期間建議建立中國人腦庫基地,進一步提高人類對大腦的認知水平,之后基本每年兩會都會就此問題提交提案或者作發言。擔任全國政協委員12年來,每年都會圍繞腦科學研究、人工智能研究等問題建言獻策,有關部門也積極與我溝通交流,也算為推動我國的腦科學研究計劃及腦與人工智能的融合發展貢獻了一點微薄之力吧。

現在政協提出要堅持建言資政和凝聚共識雙向發力,承擔好專門協商機構的使命,我認為這非常重要。本屆全國政協第一次雙周協商座談會討論的議題就是“推進人工智能發展”,可惜我沒有參加。期望全國政協能夠繼續圍繞腦科學與類腦研究舉辦專題議政活動或考察調研,為推動這項工作凝聚科學家、政府部門、企業界人士和社會各界各方面的力量和共識。

于國于民,這都是一件關系長遠、意義非凡的大事。


作者:本報記者 廉維亮

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