尧德中:人之所以聪明不是因为人脑大,是脑功能模块的组合优导致

医生集团人工智能
中国人工智能学会
尧德中
2017-06-10 15:50
[ 亿欧导读 ] 智能的定义是从感觉到记忆到思维的整个过程,称为智慧,有智慧就会产生语言和行为,语言和行为的表达过程称为能力,两者结合起来才叫智能。
尧德中,人工智能,神经编码 图片来自网络

2017年5月21日,由中国人工智能学会、中文信息学会主办,亿欧承办的2017·全球人工智能技术大会在北京·国家会议中心拉开帷幕,学术界、工业界、高校师生参与其中,5月22日上午为脑科学与人工智能分论坛。主讲嘉宾包括电子科技大学生命科学与技术学院院长-尧德中、清华大学医学院教授-宋森、北京纳通医疗集团董事长-赵毅武、浙江大学计算机学院教授-潘纲等。

电子科技大学生命科学与技术学院院长、教授、神经信息教育部重点实验室和科技部国际联合研究中心主任尧德中以脑智基础及其调控为题做了演讲。

以下为观点提炼:

1、人之所以聪明不是简单的因为人脑很大,而可能是脑功能模块的组合优化所导致

2、智能的定义是从感觉到记忆到思维的整个过程,称为智慧,有智慧就会产生语言和行为,语言和行为的表达过程称为能力,两者结合起来才叫智能

以下为演讲速记:

首先我要问一个问题,什么是智能?我自己因为这个会议也翻了一下文献,比如我们从百度的百科看到,这也是国内的专家写的,它对智能的定义是从感觉到记忆到思维的整个过程,称为智慧,有智慧就会产生语言和行为,语言和行为的表达过程称为能力,两者结合起来才叫智能,跟这两者相关的就有智商和能商的概念,大家很重视的情商就是调节这两个的东西。

维基百科怎么说的呢?它说智力和能力是指生物一般性的精神能力,包括理解、计划、解决问题,抽象思维,表达意念及语言和学习的能力。有很多智力测验说的就是测量这个精神能力,这是维基百科的说法。

做心理学理论的大家则提出了智能可以分为9大方面(多元智能理论),实际上这9个方面把我们平时想得到的东西基本上都包含进去了,所以智能是非常宽泛的,行为学、认知科学都在里面。那么什么是智能?可以说从自然科学、哲学甚至神学层面都有对智能、智慧的定义。也就是说到现在没有统一的定义或者公认的测量方法。亚里士多德认为,关于智慧是一门关于第一原理的科学,拥有它已超出人类能力。还有人说智能是自然界四大奥秘之一。总之,智能的边界不是很清楚,我们这里就不要纠结概念性的东西,而是把我们大家觉得是智能的东西实实在在往前做就可以了。

我们论坛是讲脑科学与人工智能,我下面谈谈智能的生物机制问题,这个问题也是非常大的问题。

我看了一些文献,有人从双生子的角度,双生子就是双胞胎,它有同卵双生和异卵双生,同卵就是一个细胞分裂出来两个小孩,异卵是两个卵细胞生下来两个小孩,这两个的遗传是不完全一样的,经过双生子研究结合韦氏智力量表,发现人脑的灰质的遗传度达到0.82,白质达到0.87,工作记忆达到0.67。这篇文章进一步指出,脑的灰质、白质与智力的关系也具有很高的遗传度,所以该文确实说明有的智慧完全靠后天学是不行的。

这一点是否给人一个印象:脑袋越大越聪明呢?有人统计了哺乳类动物的情况,发现人的大脑在哺乳类动物中不是最大的,而且它与体重的占比也不是最大的,都是处在靠前面的位置但不是最大的,这就说明人之所以聪明不是简单的因为人脑很大,而可能是脑功能模块的组合优化所导致。也就是说人脑所具备的许多能力在其他动物中也有,但是他们可能只是具有单一的能力,而我们拥有这些能力的综合,我们的大脑比它们更优化,虽然是同样一堆东西。

最近脑科学的一个非常热的领域是脑网络,这个脑网络跟智力是什么关系呢?有个研究做了这样的事情,比如我们可以在静息态下,测他的功能磁共振,也可以在任务态下测磁共振,看它的大脑有多少变化,就是研究静息态到任务态时脑网络的变化,如果网络之间相关性高,就说明变化不大。

结果发现,智商高的人,他在做同样任务的时候他的脑网络改变小,智商低的人改变大。所以我就给他总结了一句话,“出活的人不费力”,而智商低一点的人可能大脑改变了很多,但是做的结果还没有那么好,所以“费力不一定能出活”的,所以每个人要干适合自己的事情。

做脑科学研究有一个大家比较认可的思路,就是脑损伤研究,这个脑区是干什么的,找一个人,他的脑区因为各种原因受伤了,他的智力有什么变化、能力又有什么变化,有个研究发现,流体智力跟额叶、顶叶或枕叶这些区域是非常关联的,这些区域受损的面积越大,它的流体智力降低就越多。这跟我小时候听老人说的一个概念(四川方言)“前啄金,后啄银”不谋而合。意思是说,看小孩先看他的额叶,额叶突出意味着这个小孩可能聪明有前途,换成现在的话就是,额叶比较发达的话,他的智商就比较高,后面前途可能就比较好。除了前额叶以外,枕叶也很重要。实际上,现在大量的神经科学研究都表明额叶是非常重要的。很多重要的功能都在额叶完成的。

前面我们谈到了,人的智力、智商这些东西确实是有脑科学基础的,,而且很多东西是由遗传决定的。

下面我讲第三个方面:智力有没有办法调控?下面我介绍一些相关的工作:

1、关于聪明药。有文献说,2014年在英国、爱尔兰有个调查,发现有3%以上的学生用过聪明药,希望实现认知增强,这就有可能出现一个问题,高考的时候会不会有家长给小孩买所谓的聪明药去吃呢?另外一个调查显示,外科医生大概有20%的人在一生当中至少用过一次聪明药。鉴于这个情况,除了体育运动等领域要搞兴奋剂检查外,现在很多人提出在智力比赛的领域,比如高考或全球性的电子游戏大赛都是靠脑力来拼输赢的领域,可能以后也要引入是否服用了所谓聪明药的问题。

然而,聪明药到底是些什么样的药呢?可惜文献认为现在没有大家公认的聪明药,使用的往往是一些现成的处方药的功能泛化,或者处方药被非法购买或者被标识外使用。这个药本来告诉你治疗某个病,而被另一些人当作了聪明药用。举个例子,处理注意力不集中(ADHD)的安非他明、利他林以及处理睡眠紊乱的莫达非尼,就被有的人扩大化为聪明药使用了。这些药本身是把病人调到正常状态,是有科学依据的。但是这种东西能不能把一个正常人变的超常?这是没有科学依据的,至少没有人做过这种研究。同时,相关的副作用也没有充分研究,所以我觉得还是要谨慎使用,尤其在高考这种事情上,还是不要为了那几分做这样的事情。

那么到底有没有合法的聪明药?文献中举的一个例子是尼古丁,看来抽烟还是有一定价值的,比如抽烟之后精神状态好一些,注意力集中一些。还有一个例子就是咖啡因,大概喝咖啡的人都认同它有提神的效果。

聪明药的事情可能在以后会成为一个重要话题,但是怎么有效管理、有效使用是一个很重要的问题,涉及到伦理问题了。

2、脑智调控的音乐方法。典型的例子是莫札特音乐效应。这个事情发生在93年,一个学者在Nature上发了一篇一页纸的文章,其中只有一个图,这个图说,让人听莫札特K48,他的空间推理能力会增强,就是智力会提高。这个事情的影响太大了,现在已经是很大一个产业,涉及胎教、儿童音乐教育,基本上家家户户都恨不得买个钢琴,或者送孩子去做音乐培训。这个事情到底是怎么回事?

我们在前几年做了一个研究,就是把莫札特音乐反过来播,再看有什么效果。据说现在的年轻人中,有些人喜欢反播音乐,且有专门的播放器。从科学研究的角度看,反过来播与顺序播放的物理属性是一样的,可以排除不少干扰因素。我们对老鼠做水迷宫实验,让他听了音乐之后再把老鼠放在水迷宫里去,看它找到目标的时间长短,如果找到目标的时间短,就说明它聪明一点。对大学生,就让他做折纸实验,以考察其空间推理能力。结果显示,人和动物确实都有莫札特效应,就是听了莫札特音乐之后,他的空间记忆能力比对照要强。但是出乎我们预料的是,听反莫札特音乐有副作用,就是听了反的比不听还糟糕,这个对反听音乐的人来讲或许是个提醒。

我们又做了神经生物学实验,检测了齿状回的新生神经元的情况,发现听莫札特音乐的,神经元数量有增加,听反莫札特的神经元会减少。结论与上面的行为实验结果高度一致。

我们接着又问了一个问题,到底是莫札特里面的什么东西在起作用呢?以前都是把音乐当成一个整体在进行研究,我们把音乐解开为单独的节奏、单独的音高进行类似的研究,结果发现,听莫札特的节奏(就是把音高全部变成一样的)跟莫札特音乐是一样的,听反的节奏也跟反听莫札特音乐一样,而正反音高均无效应,这个实验充分表明,莫札特效应就是其节奏的效应。

下面,我再讲一个调控方法,就是游戏。游戏是伴随着人类演化过程而出现的,以前没有电子游戏,人们也一直在玩其他的游戏,我们小时候没有这些东西,在山坡上打草仗也在玩,总之游戏对人类是非常重要的。

昨天有人讲,机器人陪小孩玩最多玩三天,因为它没有电子游戏的吸引力大。有调查发现,美国大概有1.875亿游戏用户,占总人口的将近60%,中国有5.17亿游戏用户,平均每天超过一个小时的1.47亿人,这些都是正规的统计数据。

现在,电子游戏实际上已经是一个非常大的产业,各个地方都在抓。总之,游戏已经创造了一个虚拟世界,已经是影响我们人类的一个非常重要的因素,我们必须要面对它。

游戏可大致分为两类,一类是角色扮演游戏,据说这类游戏相对容易让人成瘾。另一种是对抗类的游戏,它强调竞争性、对抗性,,这方面有官方的游戏竞赛,好像今年国内就有一个电子竞技方面的大赛。

下面我给大家报告一下我们实验室在这方面做的工作,第一个是关于电子游戏对脑岛的影响,我们发现游戏专家组,他们的脑岛的灰质体积有明显的增加,而且脑岛的亚区功能连接有明显的加强。这个文章发表后媒体很关注,Nature Asia专门进行了报道,国内科技日报等也进行了报道。

我们做的第2个工作就是电子游戏对任务正网络的影响,我们的研究发现,在与注意和认知有关的网络上,动作游戏专家的网络参数,比如网络效率比其他人的要好。

接着我们做了电子游戏对全脑纤维连接的影响,现在有一个叫DTI的技术,能够把大脑里面的纤维连接成像出来,我们的结果发现,游戏专家组的执行网络、感觉运动网络、注意力网络的纤维连接显著高于业余组。此外,我们还做了1年的纵向研究,也得到了类似的结论。

最后探讨一下这个领域值得做的一些问题。

1)我们在这里讲智能、讲信息,那么大脑信息的冗余性和稳健性的问题就是一个很好的问题。

2)神经编码的问题,现在有一些基本的编码理论,但还有很多现象无法解释,需要创新神经编码的理论来回答。

3)脑网络现在非常火,并且发现了诸如小世界、无标度、富人俱乐部等现象,但人们对脑网络的动态机制,认知基础,重组规律仍然知之甚少。

4)脑科学还缺乏类似薛定谔方程之类的基础理论,Karl Friston的Bayes大脑是否真的反映了大脑的工作原理?我的介绍就到这里,谢谢大家!


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