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| 本文作者： 人工智能學家 | 2015-12-25 14:45 |
【編者按】本文作者劉鋒，內容節選自他的《世界腦計劃研究報告暨互聯網大腦計劃建議》。
世界各國的大腦計劃進行得怎么樣了？
在自然科學領域，大腦之謎是和宇宙之謎等量齊觀的科學難題。自從有歷史記錄以來，無論是東方還是西方，大腦和神志（mind）的關系就一直被人類關注和思索。人類對腦的認識從不斷的觀察、思考、辯論、試錯、糾正中得到提高，最后演變成現代的神經科學。
經過數千年研究和發展，到21世紀，一個具有無限生命力的神經科學形成了，它囊括許多有關學科，包括神經生理學、神經解剖學、神經組織學與組織化學、神經超顯微結構學、神經化學、神經免疫學、神經病學、精神病學、腦腫瘤學、腦診斷學以及神經行為學和生理心理學等等。神經科學已成為當代科學發展的最前沿，新技術，新發現層出不窮，日新月異。隨著20世紀新技術的出現，特別是計算機，信息學，人工智能的出現，腦科學研究也正在出現新的研究浪潮。
2005年，瑞士洛桑理工學院的科學家亨利?馬卡蘭提出藍腦計劃，希望在2015年制造出“人造大腦”，以達到治療阿爾茨海默氏癥和帕金森氏癥的目的。他的想法是“拆除之后再重建”哺乳類動物的大腦，計劃將分為幾個階段2008年先用嚙齒動物做實驗，2011年后將試圖組裝一個貓的大腦，在2015年正式組裝人類大腦之前可能還會制造獼猴的大腦。
2013年4月，美國宣布啟動“腦計劃”；2014年6月，美國國立衛生研究院發布“腦計劃”路線圖，詳細闡述了腦科學計劃的研究目標、重點領域、實施方案、具體成果、時間與經費估算等，提出將重點資助9個大腦研究領域：統計大腦細胞類型，建立大腦結構圖，開發大規模神經網絡記錄技術，開發操作神經回路的工具，了解神經細胞與個體行為之間的聯系，整合神經科學實驗與理論、模型、統計學等，描述人類大腦成像技術的機制，為科學研究建立收集人類數據的機制，知識傳播與培訓。2014年8月，美國國家科學基金會宣布，將資助36項腦科學相關項目，涉及實時全腦成像、新的神經網絡理論以及下一代光遺傳學技術等。美國國防高級研究計劃局（DARPA）近年來啟動了數十項旨在提高對大腦動態和機制的了解、推進相關技術應用的項目，包括可靠神經接口技術項目、革命性假肢、恢復編碼存儲器集成神經裝置、重組和加速傷勢恢復項目、將模擬大腦用于復雜信號處理和數據分析項目等。
2013年，歐盟委員會宣布將“人腦工程”列入“未來新興技術旗艦計劃”，力圖集合多方力量，為基于信息通信技術的新型腦研究模式奠定基礎，加速腦科學研究成果轉化。該計劃被認為是目前世界最先進的腦科學大型研究計劃，由瑞士洛桑理工學院統籌協調，歐盟130家有關科研機構組成，預算12億歐元，預期研究期限10年，旨在深入研究和理解人類大腦的運作機理，在大量科研數據和知識積累的基礎上，開發出新的前沿醫學和信息技術。該計劃首先利用30個月的時間，建設涉及神經信息學、大腦模擬、高性能計算、醫學信息學、神經形態計算和神經機器人等6座大型試驗與科研基礎設施。這些設施將對全球科技人員開放，邀請世界頂尖科學家參與研究。
日本大腦研究計劃Brain/MINDS (Brain Mapping by Integrated Neurotechnologies for Disease Studies)主要是通過對狨猴大腦的研究來加快人類大腦疾病，如老年性癡呆和精神分裂癥的研究。9月11日，日本科學省宣布了大腦研究計劃的首席科學家和組織模式。 日本大腦研究計劃第一年將投入30億日元（2700萬美元），第二年可能增加到40億日元，相對于美國和歐洲的10億美元以上規模大腦研究計劃，日本的計劃就好象是小弟弟。但是，日本的大腦研究計劃主要利用狨猴這種更接近人類的靈長類動物，能彌補用鼠類研究經常不同于人類的缺陷，尤其是在疾病研究方面。
另一方面世界級互聯網企業也推出自己的人工智能大腦計劃，2011年以來，GoogleX實驗室實施了“谷歌大腦”工程，通過1.6萬片CPU核構建了一個龐大的系統，用于模擬人類的大腦神經網絡，通過深度學習等神經網絡技術和觀看YouTube視頻等方式，不斷學習識別人臉、貓臉以及其他事物。
2014開始，包括百度，訊飛，愛奇藝，也推出各自的人工智能腦計劃，希望利用深度學習與大數據結合發展互聯網中的人工智能應用。
2014年5月，百度宣布引進前“谷歌大腦之父”吳恩達，任命其為百度首席科學家，全面負責“百度大腦”計劃。“百度大腦”將融合“深度學習”算法、數據建模、大規模GPU并行化平臺等技術。李彥宏對外披露，如果繼續發展十年、二十年，這樣一個大腦很有可能就會比人腦還要聰明。而將來有一天，也許技術會發展到可以把一個芯片移植到人腦中，“你想知道什么的時候你不需要動作也不需要動手，當你想到的時候它就可以告訴你，展現給你，在你的腦子里就已經呈現了。
科大訊飛在2014年8月20日召開的的智能家庭產品發布會上宣布啟動“訊飛超腦”計劃，董事長劉慶峰表示，在實現了讓機器能聽會說之后，科大訊飛的夢想升級成了讓機器能理解會思考。“訊飛超腦計劃”目標就是要實現一個真正的中文的認知智能計算引擎。并且，它的知識不是人類灌輸的，而是自己通過不斷學習獲得的。目前，“訊飛超腦計劃”也已經擁有了一支包括加拿大約克大學、哈爾濱工業大學、清華大學、中國科學技術大學等高校專家在內的研發隊伍。
2014年6月，愛奇藝在全球范圍內率先建立起首個基于視頻數據理解人類行為的視頻大腦——愛奇藝大腦，圍繞視頻的整個生命周期進行多維度的數據存儲、分析、挖掘，讓機器能夠理解視頻的內容，幫助人們制作，生產，運營，消費視頻。愛奇藝大腦正在通過對視頻的認知，顯著提升視頻特效制作水準、運營效率，滿足用戶多元化服務的需要，同時豐富視頻行業的變現途徑，推動整個視頻行業健康發展。
就目前公開的資料來看，雖然同為開發人工智能，但“谷歌大腦”、“百度大腦”、“訊飛超腦”的側重點也略有不同，谷歌大腦和百度大腦包括內容較多，成果將重點應用于搜索引擎，提高搜索引擎在智能程度和準確度，比如未來能夠用圖片搜圖片或是用圖片搜信息等。“訊飛超腦”則更加聚焦于面向中文的知識處理、信息服務和人機交互，一旦突破，有望能帶動信息服務等各個涉及認知智能領域的信息服務系統實現飛躍。
2015年11月5日，京東宣布啟動"京東大腦計劃",京東集團研發部研發總監楊光信這樣總結：“基于京東在用戶、商品、和運營等方面長期積累的高質量數據，利用人工智能的方法和技術，深入、準確地理解電商運營中的各類實體、環節、及它們之間的相互聯系，縮短用戶與商品、商品與商家之間的距離，為用戶和商家提供更為個性化的服務，同時不斷提高電商平臺自身的運營效率，以達到最佳的用戶體驗。”遵循著這樣的目標，大腦計劃旨在進一步提升京東在機器學習、數據挖掘、高性能計算、實時計算等方面的技術實力，實現京東大數據價值的充分發揮。
在中國，腦科學研究已被列為“事關我國未來發展的重大科技項目”之一，上海市政府已將腦科學列為市重大科技項目，2015年3月，復旦大學牽頭聯合浙江大學、華中科技大學、同濟大學、上海交通大學等十幾所高校及中科院研究所，成立“腦科學協同創新中心”，推進腦科學研究和轉化應用，2015年9月1日 ，北京市科委召開的“腦科學研究”專項工作啟動會宣布北京市將從腦認知和腦醫學、腦認知與類腦計算兩個方向重點開展腦科學的研究工作。
部分中國科學家建議中國腦計劃應該從從認識腦、保護腦和模擬腦三個方向展開研究，逐步形成以腦認知原理的基礎研究、腦重大疾病、類腦人工智能這三方面緊密交織的研究為“一體”“兩翼”的研究格局。
以下列出的是實施互聯網大腦計劃建議的研究方向，相信隨著互聯網、人工智能、腦科學的進一步交叉研究，更多研究方向和科研問題將會有不同領域的科學家提出。
1. 探討通過對互聯網基礎結構和應用的研究，提煉出特征，為大腦深入研究，解決神經科學諸多難題提供突破點。
互聯網神經學為代表的整體論理論與還原論方向的分子神經生物學、細胞神經生物學、系統神經生物學、行為神經生物學、發育神經生物學、比較神經生物學進行結合，從兩個方向同時對大腦進行科學攻關，解決困然科學界的只見樹葉，不見森林的腦研究困境。
2008年開始，中國相關研究者提出根據互聯網特征提出的大腦中至少存在13個典型的應類互聯網應用，如SNS,搜索引擎，路由，IP等，這其中關于大腦中類社交網絡屬性，類路由屬性，類搜索引擎特征已經由不同科學家發表論文進行了研究。
2009年科學院彭庚，劉鋒，劉穎等研究人員在科學院大學進行了人腦存在類搜索引擎功能的實驗，實驗結果發表在2010年5月科學院星火欄目和2012年《互聯網進化論》一書中。
2010年8月美國南加州大學神經系統科學家拉里·斯旺森和理查德·湯普森在《國家科學院院刊》（PNAS）發表論文用互聯網路由機制解釋老鼠大腦的信號如何繞過破壞區域到達目標區域；
2015年2月英國倫敦大學學院和瑞士巴塞爾大學研究人員在自然發表論文公布他們的研究結果：腦中的神經元放電就像一個社交網絡，每個神經元都與其他許多神經元建立連接，但最強的連接只存在于少數最相似的神經元之間。
互聯網大腦計劃還需要不斷跟蹤互聯網最新進展，提煉其中帶有基礎性的特征屬性，作為研究腦科學的新參考依據。從而不斷對腦科學、神經科學的前沿進展。
2. 在超級計算機上實現吸取互聯網特征和特性的模擬人腦模型 —“類互聯網腦模型”。
隨著技術的發展，大腦先后被形容為電報通信網和電話交換系統。現在則是輪到用計算機來形容大腦。雖然“計算機般的大腦”還只是個比喻，但是有一群科學家試圖將這個比喻顛倒過來。他們希望與其將大腦看作計算機，還不如讓計算機表現得更像大腦。他們相信，人們最終不僅能對大腦的工作機制有更深的了解，還能構造出更好的計算機。這部分科學家被稱為神經擬態學科學家。
目前包括藍腦計劃，歐洲大腦計劃 (HBP)，試圖用計算機芯片構建一個大腦的擬象。當前神經系統科學家對大腦的認知空缺主要在大，中等尺度腦解剖。單個神經細胞（即神經元）的工作模式大體上已被掌握，大腦中每個可見的腦葉和神經節的作用也已探明，但是腦葉和神經節中的神經元如何組織依舊是個謎。然而正是神經元的組織方式決定了大腦的思考方式——同時也很可能是意識的存在方式。由于之前沒人知道大腦實際上到底是如何工作，這些科學家只能自己來解決這個問題，用堆砌的神經元芯片通過組合試圖填補神經系統科學家對這一器官認知的空白。正是這個原因導致無論是藍腦計劃還是HBP受到眾多科學家越來越多的質疑。
互聯網的誕生使得構建“仿真大腦“有了大中尺度的類腦構造參考模型。互聯網大腦計劃可以探討如何將互聯網中的社交網絡，搜索引擎，地址編碼系統等特征與傳統神經擬態學已有的工作進行結合，將可以使得建立真正的“類互聯網腦模型”成為可能。
3.探討通過對互聯網大數據，人工智能，虛擬現實，社交網絡的研究，為揭開人類意識，夢境，情緒的產生和表現形式提供重要突破依據。
例如目前從互聯網所包含的應用看，能夠產生類似人類情緒的部分主要發生在社交網絡中，社交網絡不但連接了互聯網用戶。更連接了這些用戶在文字，圖片和視頻中表達的情緒，當這種情緒通過關系鏈產生傳播和共振時，互聯網大腦的情緒就具備了研究基礎。
大部分時間里，社交網絡中發生著千萬種的情緒釋放，雖然可能局部有激烈的情緒節點爆發，但如果此時沒有哪一個情緒能占到主導位置，那么從大尺度看，整個互聯網大腦可以認為是處于平靜情緒狀態。但發生重要事件引發社交網絡某種情緒集中爆發時，互聯網大腦就會表現出顯著的情緒，例如喬布斯去世的趨勢引發的悲痛情緒，中國奧運會獲得第一名引發的高興情緒，關于霧霾報道引發的擔心情緒。雖然這些是互聯網大腦的心理學表現，但能否對人類大腦的情緒和意識的產生和波動提供研究靈感。
第二個方面：互聯網的感知信息有三個來源，第一是人們通過社交網絡發布的即時信息，第二是在各專業網站，維基百科由專業人士輸入的專業類信息。第三個來自物聯網，工業互聯網傳來的物理世界物的信息，也就是互聯網感覺神經系統輸入的信息。這三方信息被搜索引擎為代表的互聯網人工智能系統進行二次加工，從而形成未來互聯網大腦感知、記憶，學習的基礎。這一互聯網現象能否為揭開人類大腦的感知，記憶和學習提供幫助。
第三個方面，隨著互聯網的不斷發展，虛擬現實技術開始進入到一個全新的時期，與傳統虛擬現實不同，這一全新時期不再是虛擬圖像與現實場景的疊加（AR），也不是看到眼前巨幕展現出來的三維立體畫面（VR)。它開始與大數據、人工智能結合得更加緊密，以龐大的數據量為基礎，讓人工智能服務于虛擬現實技術，使人們在其中獲得真實感和交互感，讓人類大腦產生錯覺，將視覺、聽覺、嗅覺、運動等神經感覺與互聯網夢境系統相互作用，在清醒的狀態下產生夢境感（Real dream)，互聯網虛擬現實的發展能否為研究人類大腦中產生夢境的機制的表現形式提供重要線索。
4. 探討基于神經學的研究成果，將互聯網硬件結構，軟件系統，數據與信息，商業應用有機的整合起來，在已有的研究成果基礎上構建更為完善互聯網大腦的架構體系。
這一架構體系能不能在馮諾依曼架構外產生新的網絡架構體系。同時不斷沿著神經學路徑預測互聯網可能產生的新功能和新架構和新商業模式，并在實踐中不斷檢驗這些預測的正確性和可靠性；
5.探討將互聯網大腦架構體系與人工智能進行結合的問題
通過對互聯網中樞神經系統，互聯網感覺神經系統，互聯網運動神經系統，互聯網自主神經系統，互聯網神經反射弧的機制研究，系統和全面研究互聯網智能發展機制和水平。除了深度學習等算法外，尋找更多類大腦運行機制，將其轉變成互聯網人工智能領域的應用，從而從宏觀上不斷提高互聯網的智能水平。
6. 探討通過互聯網大腦架構體系，為建立新的世界互聯網治理架構提供理論支持。
在全球國家尚未實現完全統一的當下，還存在不同文化，制度，民族，宗教特征的不同國家體制，如何區分出互聯網的“中樞神經系統“，設定國際監管規則，共同對中樞神經系統進行監管。在保證互聯網信息流動和共享的同時，維護不同國家的信息主權。
7. 探討利用互聯網大腦架構體系，對互聯網條件下的國防建設進行理論研究。
幫助軍事部門按照互聯網大腦架構體系，形成用于軍事指揮系統的軍用中樞神經系統，感覺神經系統，運動神經系統，按照神經反射弧對軍事反應進行規劃。通過這些工作使得我國國防能夠在未來高科技對抗中獲得前沿理論支持。總體看西方軍事部門還沒有對互聯網大腦結構與軍事在網絡環境下如何結合做更深入的研究。因此加快互聯網大腦計劃在這方面的研究對中國軍事會起到重要作用。
8. 探討通過互聯網，人工智能、腦科學交叉研究，對政府管理互聯網提供理論決策依據。
一方面在互聯網的哪些關鍵節點通過神經學架構進行分析和判斷，從而加強監管力度。另一方面根據互聯網會形成中樞神經的趨勢，不斷壟斷化的互聯網巨頭如何應對和監管，也可以作為互聯網大腦計劃的一個子課題。
9.探討通過互聯網大腦的智商研究，形成互聯網人工智能系統發展水平的世界指標評測體系。
本世紀以來，隨著互聯網大數據的興起，信息的爆炸式增長，深度學習等機器學習算法在互聯網領域的廣泛應用，基于互聯網的人工智能正在成為互聯網新的熱點。隨著谷歌，百度，微軟，Facebook，蘋果，IBM在人工智能領域的加大投入，眾多人工智能科技企業不斷興起，在這種情況，根據2014年提出互聯網智商，標準智能模型基礎上，建立世界范圍的互聯網人工智能系統發展水平的世界指標評測體系，互聯網條件下的人工智能未來發展提供可選擇的方向。
10.探討互聯網、人工智能、腦科學交叉研究中，互聯網的進化問題與達爾文進化論的關系問題。
以自然選擇為核心的達爾文進化論是人類科學史最重要的理論之一。達爾文進化論認為生物進化并不是從低級到高級的進化，人類并不比其他生物高級，達爾文把生物進化過程設想成一棵不斷地生長、分支的大樹，現存的所有生物都位于這棵樹的某個小分支的頂端，很難說哪一種更高級，在同時存在的生物種類之間作高低級的比較是沒有意義的。進化沒有預定的方向，進化樹不存在一個以人類為頂端的主干，人類只是進化樹上一個普普通通的分支。
從互聯網的發展看，人類通過互聯網的發展使得自身的進化也得到加速。向著更大的知識庫（互聯網知識庫），更強的智慧能力（互聯網群體智慧+不斷提高的互聯網人工智能水平），更廣闊的發展空間（通過與互聯網連接的飛行器，傳感器，向海洋，太空深處），人類已經遠遠超過了其他物種的高度和水平，特別互聯網虛擬大腦的形成。這些現象表明在不違反達爾文進化論在起點和過程的原理基礎上，對于生命進化有無方向的問題，通過互聯網與腦科學交叉研究可以提出新的設想，對達爾文進化論在生物進化未來的判斷上進行修正，至于這一修改是否成立，需要通過科學的方式進行研究，發表和討論。
11.探討互聯網向類腦結構進化，以及大腦中進化出類互聯網結構過程中“看不見的手”的問題。
“看不見的手”是英國經濟學家亞當·斯密（1723-1790）1776年在《國富論》中提出的命題。最初的意思是，個人在經濟生活中只考慮自己利益，受“看不見的手”驅使，即通過分工和市場的作用，可以達到國家富裕的目的。后來，“看不見的手”便成為表示資本主義完全競爭模式的形象用語。這種模式的主要特征是私有制，人人為自己，都有獲得市場信息的自由，自由競爭，無需政府干預經濟活動。
40多年來人類從不同的方向在互聯網領域進行創新，并沒有統一的規劃將互聯網建造成什么結構，在四十年后，越來越多的研究者發現互聯網正在向與人類大腦高度相似的方向進化。同時神經學科學家也正在發現在人類大腦中，至少在數萬年前已經進化出具有現代互聯網特征的腦結構和腦功能。
“看不見的手”像幽靈一樣盤踞在人類社會的發展過程中，時隱時現，如果說社會學、經濟學還只是模糊的看到這只手的影子，那么互聯網與腦科學的研究有可能第一次把“這只看不見的手”逼到科學的解剖刀下。如何解剖它，需要互聯網大腦計劃參與者更多的思考和實踐，相信這個秘密的解開將會給人類帶來重大而深遠的影響。
12. 探討互聯網、人工智能、腦科學的交叉研究與“中國夢”，“人類命運共同體”等理論的關系問題
2013年3月，中國國家主席習近平在莫斯科國際關系學院演講，第一次向世界傳遞對人類文明走向的中國判斷。兩年多來，習近平多次談到“命運共同體”。這一超越民族國家和意識形態的“全球觀”，表達了中國追求和平發展的愿望，習近平在中共十八大報告強調，“這個世界，各國相互聯系、相互依存的程度空前加深，人類生活在同一個地球村里，生活在歷史和現實交匯的同一個時空里，越來越成為你中有我、我中有你的命運共同體。”
互聯網向與大腦架構高度相似的方向進化，并形成互聯網大腦架構的判斷從某種意義上講，正是“人類命運共同體”的一種表現，人類通過互聯網大腦這個新世紀新型工具實現信息，知識，智慧的無邊界流動，不同種族，國家，文化的人民通過互聯網進行思想的碰撞，融合。人類共同接受互聯網大腦中提供的智能服務，通過不斷發育和成熟的互聯網大腦共同感知世界，改造世界，共同解決來自自然，社會，虛擬空間的問題和挑戰。這些現象與習近平主席所提出的“人類命運共同體”有著深入和廣泛的關聯，互聯網大腦計劃可以開展專項探討，探究互聯網與腦科學交叉與“人類命運共同體”的關系問題。為“人類命運共同體”提供更為豐富的科學理論支持和技術實現路徑。
編者注：原文完整版可進入公號“人工智能學家” 的《世界腦計劃研究報告暨互聯網大腦計劃建議》查看。
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