人工智能的最新進(jìn)展引人注目。人工系統(tǒng)在 Atari 視頻游戲、古老的棋類游戲圍棋以及撲克游戲中已經(jīng)優(yōu)于人類專業(yè)玩家。它們還可以生成與人類無(wú)差別的筆跡和語(yǔ)音、在多種語(yǔ)言之間翻譯，甚至將你的假期照片用梵高的風(fēng)格進(jìn)行風(fēng)格重塑。

這些進(jìn)步可以歸結(jié)為幾個(gè)因素，包括新型統(tǒng)計(jì)方法的使用和計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的增長(zhǎng)。但是我們最近在 Neuron 雜志發(fā)表的觀點(diǎn)認(rèn)為，有一個(gè)因素經(jīng)常被忽視，即實(shí)驗(yàn)神經(jīng)科學(xué)和理論神經(jīng)科學(xué)的貢獻(xiàn)。

心理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)在人工智能的發(fā)展史上起著關(guān)鍵作用。人工智能的奠基人物諸如 Donald Hebb、Warren McCulloch、Marvin Minsky 以及 Geoff Hinton，最初都是被想要理解人腦工作原理的愿望所激勵(lì)。事實(shí)上，在整個(gè) 20 世紀(jì)末期，大部分開(kāi)發(fā)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵工作并沒(méi)有發(fā)生在數(shù)學(xué)或者物理實(shí)驗(yàn)室，而是在心理學(xué)和神經(jīng)生理學(xué)系。

正因?yàn)槿绱酥匾瑢⑸窠?jīng)科學(xué)領(lǐng)域和人工智能領(lǐng)域結(jié)合起來(lái)的需求比以往任何時(shí)候都更加迫切。

在 DeepMind，我們認(rèn)為，盡管這兩個(gè)領(lǐng)域都得到了快速發(fā)展，但是研究人員不應(yīng)該忽視這個(gè)觀點(diǎn)。我們督促神經(jīng)科學(xué)和人工智能領(lǐng)域的研究者們?nèi)で笠环N能夠讓知識(shí)自由流動(dòng)的共同語(yǔ)言，讓知識(shí)的自由流動(dòng)來(lái)推動(dòng)這兩個(gè)領(lǐng)域持續(xù)向前發(fā)展。

對(duì)人工智能研究來(lái)說(shuō)，從神經(jīng)科學(xué)汲取靈感是非常重要的，我們認(rèn)為有兩個(gè)原因：第一，神經(jīng)科學(xué)能夠幫助驗(yàn)證已經(jīng)存在的人工智能技術(shù)。簡(jiǎn)而言之，如果我們發(fā)現(xiàn)我們的一種人造算法能夠模仿人腦中的某個(gè)功能，這表明我們的方法或許在正確的方向上了。第二，在構(gòu)建人造大腦的時(shí)候，神經(jīng)科學(xué)可以為新型的算法和結(jié)構(gòu)提供豐富的靈感來(lái)源。歷史上，傳統(tǒng)的人工智能方法都是由基于邏輯的方法和基于理論數(shù)學(xué)的模型所主導(dǎo)。我們認(rèn)為神經(jīng)科學(xué)可以通過(guò)識(shí)別可能對(duì)認(rèn)知功能很關(guān)鍵的生物計(jì)算類別對(duì)此進(jìn)行補(bǔ)充。

以一個(gè)最近在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的重要發(fā)現(xiàn)為例：離線體驗(yàn)「回放」的發(fā)現(xiàn)。在睡眠或者安靜休息的時(shí)候，生物大腦會(huì)「回放」由早期活躍時(shí)段生成的神經(jīng)活動(dòng)。例如，當(dāng)老鼠穿過(guò)迷宮的時(shí)候，「地方」單元隨著老鼠的運(yùn)動(dòng)會(huì)激活。在休息的時(shí)候，在老鼠的大腦中觀察到了相同的神經(jīng)活動(dòng)序列，貌似老鼠會(huì)在精神上重新想象它之前的活動(dòng)，并用它們?nèi)?yōu)化未來(lái)的行為。事實(shí)上，對(duì)回放的干擾會(huì)損害它們后來(lái)進(jìn)行同樣任務(wù)時(shí)的表現(xiàn)。

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「回放」是 DQN 的關(guān)鍵元素，DQN 是一個(gè)通用智能體(general-purpose agent)，它能夠持續(xù)地調(diào)整自己的行為來(lái)適應(yīng)新的環(huán)境

乍一看，構(gòu)建一個(gè)需要「睡眠」的人工智能體似乎是反直覺(jué)的——畢竟，它們應(yīng)該在它們的程序員睡覺(jué)之后在一個(gè)可計(jì)算的問(wèn)題上耗很多時(shí)間。但是這個(gè)原則卻是我們的 deep-Q Network(DQN)的關(guān)鍵部分，這是一個(gè)僅僅依靠原始像素和分?jǐn)?shù)作為輸入，通過(guò)學(xué)習(xí)能夠把 Atari 2600 游戲掌握到超過(guò)人類的水平的算法。DQN 通過(guò)存儲(chǔ)一個(gè)它能夠離線「回顧」的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的子集來(lái)模仿「經(jīng)驗(yàn)回放」，這使得它能夠從過(guò)去的失敗和成功中學(xué)習(xí)到新的東西。

這樣的成功給了我們信心，神經(jīng)科學(xué)早已成為人工智能思想的重要源泉。展望未來(lái)，我們相信神經(jīng)科學(xué)在幫助我們處理一些仍未解決的問(wèn)題上會(huì)變得不可或缺，例如高效學(xué)習(xí)、理解物理世界和想象力。

想象力對(duì)人類和動(dòng)物來(lái)說(shuō)一個(gè)十分重要的功能，想象力允許我們?cè)谌晕窗l(fā)生的情況下就可以規(guī)劃未來(lái)，當(dāng)然這是有代價(jià)的。舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，比如規(guī)劃一個(gè)假期。為了做到這件事，我們要利用我們關(guān)于這個(gè)世界的知識(shí)或者「模型」，并且用它來(lái)及時(shí)地推進(jìn)或者評(píng)估未來(lái)的狀態(tài)。這允許我們計(jì)算需要走的路徑，或者打包在晴天穿的衣服。盡管人類神經(jīng)科學(xué)的前沿研究正在開(kāi)始揭示支撐這種思維的計(jì)算系統(tǒng)和機(jī)制，但是很多這種新的理解尚未在人工模型中得到應(yīng)用。

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神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域和人工智能領(lǐng)域有一個(gè)漫長(zhǎng)且相互交織的歷史

當(dāng)下人工智能研究的另一個(gè)重要挑戰(zhàn)就是遷移學(xué)習(xí)。為了能夠高效應(yīng)對(duì)新情況，人工智能體需要在現(xiàn)有知識(shí)的基礎(chǔ)上構(gòu)建作出明智決策的能力。人類早已精于此道：人可以開(kāi)汽車、使用筆記本或者能夠主持一個(gè)會(huì)議，此外，在面對(duì)不熟悉的車輛、操作系統(tǒng)或者社會(huì)環(huán)境的時(shí)候人類通常也能夠有效應(yīng)對(duì)。

朝著理解這種情況如何發(fā)生在人工智能系統(tǒng)中這個(gè)目標(biāo)，研究者現(xiàn)在開(kāi)始邁出了第一步。例如，一種叫做「漸進(jìn)網(wǎng)絡(luò)(progressive network)」的新型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠利用在一個(gè)視頻游戲中習(xí)得的知識(shí)去學(xué)習(xí)另外一個(gè)視頻游戲。在從仿真機(jī)器臂向現(xiàn)實(shí)手臂遷移知識(shí)的場(chǎng)景中也使用相同的結(jié)構(gòu)，這大大地縮短了訓(xùn)練時(shí)間。有趣的是，這些網(wǎng)絡(luò)與人類的連續(xù)任務(wù)學(xué)習(xí)模型有某些相似之處。這些聯(lián)系表明未來(lái)的人工智能研究非常有可能從神經(jīng)科學(xué)的工作中學(xué)習(xí)到一些東西。

但是這種知識(shí)的交換不可能是單向的，神經(jīng)科學(xué)也能夠從人工智能研究中獲益。以強(qiáng)化學(xué)習(xí)為例——強(qiáng)化學(xué)習(xí)是當(dāng)下人工智能研究的核心方法之一。盡管強(qiáng)化學(xué)習(xí)的原始思想來(lái)源于心理學(xué)中的動(dòng)物學(xué)習(xí)理論，但是它是由機(jī)器學(xué)習(xí)研究者來(lái)開(kāi)發(fā)和闡述的。這些思想又回饋神經(jīng)科學(xué)的研究，幫助我們理解神經(jīng)生理現(xiàn)象，例如哺乳動(dòng)物基底神經(jīng)節(jié)中的多巴胺神經(jīng)元的放電特性。

人工智能研究者從神經(jīng)科學(xué)中汲取思想來(lái)建立新的技術(shù)，神經(jīng)科學(xué)家從人工智能體的行為中學(xué)習(xí)，以更好地解釋生物大腦——如果這兩個(gè)領(lǐng)域要持續(xù)地借助彼此的思想發(fā)展，并創(chuàng)建一個(gè)良性循環(huán)，那么這種一來(lái)一往的啟發(fā)是必須的。事實(shí)上，由于近期的種種進(jìn)展，例如光遺傳學(xué)，它允許我們精確地測(cè)量和操縱腦活動(dòng)，產(chǎn)生大量能夠使用機(jī)器學(xué)習(xí)工具進(jìn)行分析的數(shù)據(jù)。

所以我們認(rèn)為，把智力轉(zhuǎn)換為算法并將其與人類大腦進(jìn)行比較現(xiàn)在是非常關(guān)鍵的。這不僅能夠加強(qiáng)我們對(duì)開(kāi)發(fā)人工智能這種有望創(chuàng)造新知識(shí)并且推動(dòng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的工具的追求，而且還有可能幫助我們更好地理解人類大腦內(nèi)部到底發(fā)生著什么。這有可能揭示神經(jīng)科學(xué)中的一些奧妙，例如，創(chuàng)造力、夢(mèng)，甚至意識(shí)的本質(zhì)。正因?yàn)槿绱酥匾瑢⑸窠?jīng)科學(xué)領(lǐng)域和人工智能領(lǐng)域結(jié)合起來(lái)的需求比以往任何時(shí)候都更加迫切。

原文：https://deepmind.com/blog/ai-and-neuroscience-virtuous-circle/

【本文是51CTO專欄機(jī)構(gòu)“機(jī)器之心”的原創(chuàng)譯文，微信公眾號(hào)“機(jī)器之心( id: almosthuman2014)”】

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