在北京市腦科學(xué)研究專(zhuān)項引領(lǐng)下，中科院自動(dòng)化所類(lèi)腦智能研究中心在類(lèi)腦人工智能的研究方面，已取得初步進(jìn)展。

一個(gè)小小的機器人，從它的視角望出去的正前方，擺放著(zhù)一個(gè)搖鈴。機器人問(wèn)：“這是什么？”一個(gè)聲音告訴它：“這是搖鈴?！睓C器人先進(jìn)行了緩慢地觀(guān)察，之后伸手握起搖鈴晃動(dòng)，然后放回。當再次向機器人展示搖鈴時(shí)，機器人便能識別出搖鈴，并回憶起搖鈴發(fā)出的聲音。

這是筆者在中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所類(lèi)腦智能研究中心看到的一幕。

“讓機器人真正在與環(huán)境的交互過(guò)程當中去學(xué)習新的概念，以促使機器人對客觀(guān)世界產(chǎn)生深度理解?！敝锌圃鹤詣?dòng)化所類(lèi)腦智能研究中心研究人員表示，在北京市科委腦科學(xué)研究專(zhuān)項的支持下，該中心在類(lèi)腦人工智能研究方面已取得初步進(jìn)展。

類(lèi)腦智能閃現“曙光”

人工智能是計算機科學(xué)的一個(gè)分支，它的目標是了解智能的本質(zhì)，并生產(chǎn)出一種新的能以與人類(lèi)智能相似的方式解決問(wèn)題的智能機器。人工智能研究的一個(gè)主要目標是使機器能夠勝任一些通常需要人類(lèi)智能才能完成的復雜工作。

然而，發(fā)軔于1956年的人工智能至今仍未成功賦予計算機更多的類(lèi)人智能，更談不上具有自主學(xué)習、想象創(chuàng )造等人類(lèi)智能的高級特征。讓機器人產(chǎn)生類(lèi)人智能的道路依然漫長(cháng)，但這條蜿蜒曲折了幾十年的長(cháng)路前方似乎已依稀讓人瞥見(jiàn)一縷曙光。

中科院自動(dòng)化研究所類(lèi)腦智能研究中心副主任曾毅研究員介紹說(shuō)：“與原來(lái)的機器人非常不一樣的是，類(lèi)腦智能不是給機器人灌輸大量的概念和海量的相關(guān)圖片，而是讓機器人真正在與環(huán)境的交互過(guò)程中去學(xué)習新的概念，從而促使機器人掌握更多的現實(shí)世界知識，并運用這些知識解決問(wèn)題?！?/p>

同時(shí)，它的學(xué)習方式是通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等多感知通路來(lái)采集相關(guān)信息，實(shí)現真正的多模態(tài)概念學(xué)習?！巴ㄟ^(guò)多模態(tài)的感知，采用自主學(xué)習的方式探索式地學(xué)習客觀(guān)事物和對象，其背后的機制正如人的學(xué)習模式一樣，多腦區協(xié)同，甚至是幾十個(gè)腦區協(xié)同起來(lái)完成這樣一個(gè)認知功能?！痹憬忉尩?。

機器人通過(guò)與環(huán)境交互和多感知通路融合學(xué)習客觀(guān)事物，是中科院自動(dòng)化所在北京腦科學(xué)研究專(zhuān)項規劃中承擔的研究課題“基于多腦區協(xié)同的認知計算研究與驗證”的部分研究?jì)热莺腿〉玫淖钚逻M(jìn)展，而同時(shí)開(kāi)展的研究還有中科院自動(dòng)化所與北京大學(xué)、中國傳媒大學(xué)一起承擔的“大腦初級視覺(jué)系統解析仿真平臺研究與應用驗證”課題。曾毅介紹，在該課題中，自動(dòng)化所主要研究模仿大腦視覺(jué)相關(guān)腦區如何協(xié)同工作，并在無(wú)人機上進(jìn)行最終驗證應用。

“現在的無(wú)人機避障技術(shù)往往只是簡(jiǎn)單的規則設定，而我們的研究是將通過(guò)感知—決策環(huán)路建模，使無(wú)人機可以進(jìn)行自主決策、自主選擇路線(xiàn)躲避障礙?！痹阏f(shuō)。

受人腦啟發(fā)的“機器大腦”

許多人會(huì )產(chǎn)生疑問(wèn)，大腦奧秘尚未揭示，我們還不了解智能背后的基本原理，怎么能制造出具有“大腦智能”的類(lèi)腦系統？

北京大學(xué)計算機科學(xué)技術(shù)系主任黃鐵軍介紹，人腦雖然是迄今已知的最為復雜的結構，規模龐大，但仍然是一個(gè)復雜度有限的物理結構：擁有約一千億個(gè)神經(jīng)元，每個(gè)神經(jīng)元通過(guò)數千甚至上萬(wàn)個(gè)神經(jīng)突觸和其他神經(jīng)元相連接。采用神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗手段，從分子生物學(xué)和細胞生物學(xué)層次解析大腦神經(jīng)元和突觸的物理化學(xué)特性，理解神經(jīng)元、突觸的信號加工和信息處理特性，并無(wú)突破不了的技術(shù)障礙。

隨著(zhù)探測手段的不斷改進(jìn)，大腦解析日益精細，而神經(jīng)元和突觸作為信息處理單元為解析精度設定了下界，因此“大腦解析長(cháng)遠來(lái)看是一個(gè)能夠實(shí)現的工程技術(shù)問(wèn)題”。

中科院自動(dòng)化所在大腦的解析建模上也做了大量的前期工作。曾毅介紹，人的絕大多數高級認知功能都與大腦皮層密切相關(guān)，從類(lèi)腦智能計算建模的角度講，可以粗略地認為我們的初步工作是把人的智能信息處理模型進(jìn)行抽象，表示成一個(gè)可以用計算表達的類(lèi)皮質(zhì)柱模型，讓它作為機器進(jìn)行智能信息處理的基本組件，基于它來(lái)實(shí)現腦皮層相關(guān)的不同的類(lèi)腦認知功能。

“當然，不光是腦皮層，很多分布于腦皮層之下的腦區在認知功能的實(shí)現過(guò)程中也發(fā)揮著(zhù)重要作用，例如基底神經(jīng)節和丘腦?！痹憬忉尩?，“因此我們的建模工作立足全腦多腦區的協(xié)同和不同認知功能的協(xié)同?！?/p>

在認知腦計算模型的構建方面，類(lèi)腦智能研究中心展開(kāi)了不同尺度的腦認知計算建模的工作。曾毅介紹，在微觀(guān)尺度，構建了超過(guò)30類(lèi)不同類(lèi)型神經(jīng)元的放電與突觸計算模型；在介觀(guān)尺度，實(shí)現了由不同類(lèi)型神經(jīng)元構成的，完成不同基本單元級別認知任務(wù)（如方向選擇）的微環(huán)路和皮質(zhì)柱計算模型。在宏觀(guān)尺度，已構建了由213個(gè)腦區、約7100萬(wàn)神經(jīng)元組成的哺乳動(dòng)物多腦區協(xié)同計算模擬系統。

在此基礎上實(shí)現的類(lèi)腦計算模型已經(jīng)具備初步的多模態(tài)感知、自主學(xué)習、記憶、歸納推理、決策、動(dòng)作模仿等認知能力，并初步應用于無(wú)人機和機器人平臺。

“以前是在行為尺度觀(guān)測人如何處理信息，然后構造人工智能系統，現在通過(guò)大科學(xué)儀器的幫助，我們可以初步地、部分地觀(guān)察腦如何工作，如觀(guān)察單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)，再如在大腦進(jìn)行學(xué)習活動(dòng)時(shí)可觀(guān)察有哪些腦區參與該認知過(guò)程，由此分析腦區之間的協(xié)同機制，然后在這個(gè)基礎上構建更接近人腦工作原理的智能系統?！痹阏f(shuō)，受這些腦研究的啟發(fā)，通過(guò)計算建模構造出一個(gè)機器大腦，而這個(gè)機器大腦則有望廣泛應用于未來(lái)的智能機器人。

深度協(xié)同進(jìn)行類(lèi)腦研究

如何把大腦不同的認知功能協(xié)同起來(lái)，是智能科學(xué)要回答的問(wèn)題。而要構建受人腦啟發(fā)的“機器大腦”，完成類(lèi)腦認知功能的計算建模，這需要各個(gè)科研團隊間明確和協(xié)同的分工配合。

“在北京市科委的類(lèi)腦計算專(zhuān)項合作方面，我們推動(dòng)了中科院自動(dòng)化所、北京大學(xué)、中國傳媒大學(xué)等相關(guān)單位協(xié)同合作，相關(guān)各方通過(guò)定期召開(kāi)項目討論會(huì )等形式，落實(shí)具體科研項目的協(xié)作?！北本┦锌莆魅伍Z傲霜介紹。

中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所從2009年開(kāi)始規劃類(lèi)腦研究和前期探索，到2014年整體性啟動(dòng)類(lèi)腦智能研究，2015年4月正式成立類(lèi)腦智能研究中心。目前類(lèi)腦智能已成為該研究所的重大戰略，研究所協(xié)同所內相關(guān)優(yōu)勢力量，包括模式識別國家重點(diǎn)實(shí)驗室、復雜系統管理與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗室、國家專(zhuān)用集成電路設計工程技術(shù)中心、智能感知與計算研究中心，全面啟動(dòng)類(lèi)腦研究。

不久前，中國科學(xué)院揭牌成立“腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng )新中心”。中科院神經(jīng)所、中科院自動(dòng)化所等20余個(gè)腦科學(xué)、認知科學(xué)、人工智能、計算科學(xué)相關(guān)的研究單位將協(xié)同開(kāi)展深度交叉融合研究。

據了解，來(lái)自不同研究所的腦神經(jīng)科研人員和類(lèi)腦智能科研人員將采取定期互訪(fǎng)、共同指導青年科研人員及學(xué)生、共同開(kāi)設腦科學(xué)與智能技術(shù)系列課程等方式促進(jìn)深度交流和深度融合。

摘自 中國科技網(wǎng)