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第五十六章 人脑数学模型

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    果然,从申公豹看过公司和地下城的生物计算机以后,直接将李秋安排到身边,做助教,跟着申公豹开始做一些研究和项目。

    申公豹今天正在和李秋谈生物计算机的事情。

    “李秋,生物计算机的技术在硬件本身,我暂时不用考虑,咱们最近做一个课题,主要是怎么在超大规模计算系统中的智能产生问题的研究。你觉得如何?”

    申公豹竟然征求李秋的意见,让李秋惊喜不已,这是认可自己了呀,申公豹看了一眼李秋的喜色,冷下脸来说道,“别高兴地太早,你的那些编程技巧还差的远呢,况且这个绝不是依靠编程来实现的。”

    李秋连忙敛了有些得意的神情说道:“小规模和大规模有区别吗?大规模都是有小规模累积起来的吧?”

    “错了,普通的大规模确实是累积了小规模计算的能力和存储,但是超大规模就完全不一样了,就像猴子的脑袋和人类的脑袋一样的对比,1万只猴子脑袋,也没有一个人类脑袋具有的能力强,这个不是简单的累加效应,而是质变效应,超大规模产生的一个最重要的特点就是能够实现内部网络化生成,如果能够有适合的算法,打通网状结构勾连,就像生物计算机一样,神经细胞的每一个突触和其他突触的连接会产生不同的生化效应,大量的生物电流在其中流转的时候就会产生能够驻留下来的意识成分。

    我现在没法计算这种规模需要多大,也就是说最低规模需要多大才能产生意识,这个我们能不能产生一种算法,来作为评价智慧产生的边界条件呢?你别直接让你的生物计算机来计算这个事情,它是知其然不知其所以然,我们要将这个课题作为两年甚至三年的研究方向,也许这些研究对于你的生物计算机的优化有好处呢。”申公豹难得地耐心说服李秋。

    确实李秋的理论层面功夫还不够,而申公豹直觉地意识到了超大规模计算会产生意识的可能性,但是这个临界值是多少,谁也不知道。

    申公豹接着说:“这个里面应该有着复杂的拓扑结构计算的内容,另外你知道国际科学界过去有过一个“人类大脑连接组计划”吗?”

    李秋摇了摇头,老老实实回到:“这个真不知道。”

    申公豹也叹了一口气说道,“所以你要学习呀,计算机绝对不只是编程,如果只是编程,那就太容易了,找一个编程训练班就搞定了,还要你们做研究干什么?”

    近几十年间,世界各国神经科学家开展了一项探索大脑奥秘的宏伟工程——连接组计划(connectome)。这一计划希望全面认识大脑中神经元之间的连接。我们已经知道大脑中的神经元可能多达千亿,而每个神经元又同时与成百上千个其他神经元形成传递信息的连接(突触),研究大脑的连接组,就是要对近千亿神经元之间相互连接的情况进行全面的研究与分析,可想而知这可能是人类历史上信息量最大的艰巨工程。

    这个项目的目的是使用不同的脑成像技术(主要是静息态功能磁共振,弥散磁共振成像,EEG、MEG等作为补充),绘制出不同活体人脑功能、结构“图谱”。不仅样本量非常大,而且使用比较先进的技术(比如弥散磁共振成像使用HARDI/Q-ball,DSI等技术,高场强7-T扫描机)。当然还少不了问卷、行为、基因测序等,进行综合研究。

    这是目前脑成像界最大的项目了。一旦绘制出精细的大脑结构、功能图,就可以进一步研究神经环路的构造,大脑随发育、年龄增长的变化,大脑的网络属性,神经/精神疾病的根源;还可以研究大脑多大程度上由基因决定,以及不同的大脑功能/结构和行为的关系,给其他所有的类似研究提供最完美的『金标准』对照。

    意识从何而来?思维和智能是如何出现的?这些终极问题都蕴藏在大脑里面。联接组学是一个对大脑进行的逆向工程研究,希望研究明白『大脑』是怎么被建造的,而后就可以再建模拟的『大脑』,人造智能也许会因此而真正实现。再走远一点,人类在把自己变成上帝的路上跨出了第一步。

    2015年,“中国脑计划”也开始实施,“脑科学与类脑科学研究”(BrainScienceandBrain-LikeIntelligenceTechnology)简称为“中国脑计划”,主要有两个研究方向:以探索大脑秘密、攻克大脑疾病为导向的脑科学研究以及以建立和发展人工智能技术为导向的类脑研究。

    “中国脑计划”主要解决大脑三个层面的认知问题:1)大脑对外界环境的感官认知,即探究人类对外界环境的感知,如人的注意力、学习、记忆以及决策制定等;2)对人类以及非人灵长类自我意识的认知,通过动物模型研究人类以及非人灵长类的自我意识、同情心以及意识的形成;3)对语言的认知,探究语法以及广泛的句式结构,用以研究人工智能技术。

    美国人脑连接组计划(HumanConnectomeProject,HCP)公布的数据包括来自68位健康成人志愿者的脑部扫描图像以及个体性格、认知能力、情感特征和感知功能等行为信息,数据量达到了两万亿字节(2TB)。所有感兴趣的研究人员可以免费向HCP研究小组申请获得这些数据。随后公布了利用最先进的核磁共振脑成像技术(MRI)对1200名成人志愿者进行脑部功能成像,获得具有更高时空分辨率的数据以进一步了解人类脑部神经环路的连接情况和功能。

    在最近几年有开始了对全球10万人建立了庞大的脑部数据库,这些数据量极其庞大,如果能够对于这些进行研究,人类也许会揭示一些意识的秘密。

    申公豹简述了中国脑计划和美国人脑连接组计划的概括,然后看着李秋的脑袋,李秋立即捂着头说道,“别想给我的脑袋做研究。”

    “你怕什么?谁说要研究你的脑袋了,我只是说现在这些数据都已经有了,咱们要对这些数据进行研究,方向当然是生物计算机方向,另外还有数学方向,甚至我们要建立一个大脑的数学模型,这个模型要如何建立,才能适应有意识的方向,难度很大。当然这些还只能是初步,在实现层面我们暂时不需要考虑,仅仅这些如果能够做出成果,足以做到博士后了,难度很大,不过我相信以你的智商,最好加上一个数学家,我们能够真正完成这个伟大的工程。”申公豹开始诱惑李秋了。

    李秋忽然想起了那个叫做颜妍的数学系的姑娘,问道:“我能不能找一个数学系的学生一起来做?”

    申公豹皱了皱眉头,“不是不可以,好吧,人你去选,我要做评估,如果可以,我会给他们院长说。”

    “那好,这个活我接了,你让我这两天消化一些这些资料,我一会儿从HCP网站上下载一下数据,先看一下。”李秋咬了咬牙说道。

    “行,每周要给我报到进展,咱们每周都要开会确定一下方向和步骤,不能自己瞎搞,这个难度真的很大,否则早有人做出来了。咱们做的最大优势就在于生物计算机,你的那些生物芯片其实就很类似大脑中的神经元,只是那些都是模拟出来的,而现实中的神经元的突触可不是只有固定数量的,有多有少。是不是要从统计学上或者其他方面进行考虑,都需要你自己去分析,这个项目既然你同意了,我就向学校申请资金支持,你今天就起草一个立项报告,本周末交给我。”

    申公豹可不是那么容易被糊弄的,鉴于李秋的能力,直接提出了这么高的要求。

    不过李秋对这个课题还是很感兴趣的,人类的大脑是最神秘的器官,人类的意识更是最特别的东西,嗯,只能用这个称呼了,因为任何人都不知道意识到底是什么,科学界也对此讳莫如深,甚至连研究的人也没有太多,上百年来对于意识这个东西陆陆续续做了各种各样的研究,但是没有人真正搞明白。

    有人说动物没有意识,只有人类有意识,因为人类能够具有自由意志和计划、预测以及运筹以及决策的能力,是真正具有灵智的生物。那么仅仅是神经元的连接就产生了意识吗?意识是在什么时候产生的?胚胎就开始有了吗?还是出生时候才有的?意识是知识还是经验?意识真的是学习的结果吗?还是天生具有的基本能力?

    现在的中外的脑计划仅仅用切片或者用核磁共振等手段来研究神经元层面的连接,他才不相信仅仅研究这样的硬件结构就能够认识到意识的本质,最多只能研究出来一些智力所具有的基本条件,但是不应该是充分条件。

    不过李秋也绝对不敢小看这些脑计划所能够发现的一些规律,至少可以作为参考使用,知识和研究领域的差距,所以很多研究的深度还是需要李秋认真的研究的。

    “申老师,我想在立项报告中增加一些自己的研究内容,比如利用我的心灵能力对于意识层面做一些研究,您觉得怎么样?”

    申公豹看了李秋一眼,闭目想了想说道:“这个提议很好,不过可惜了,地球上具有心灵能力能够探测大脑意识的人太少了,就你们这些人,不过幸亏你们都在中国,这个是中国人的大幸运,我同意了,你加入这部分课题研究内容吧,这个课题的名称初步叫做人脑数学模型吧。”

    李秋的想法是这样的,当然不是研究心灵能力,而是通过心灵能力,研究意识产生的临界点,包括神经元和神经元产生的机理,李秋猜想神经元只是其中的一部分内容,可能还有更加复杂的内容,这个就需要高智力的人具有天才想象力的人来做研究,毕竟这个模型很厉害。

    李秋下楼,行走在清华园开始有些秋风的路上,黄叶开始飘零,李秋想着心事,不自觉来到数学系楼下,李秋沿着古老的建筑内木质扶梯,来到二楼,数学系招生一直不太多,只有一个大班,没有发现颜妍,然后再次来到丘成桐数学科学中心。在一个大教室内,看到了颜妍,从后面看到了颜妍长发的背影,李秋一笑,在后面坐了下来,打算蹭一节课。

    今天这个大教室学生还特别多,李秋在后面一点都不起眼,似乎很多年纪大的老师也在坐,讲台上一个老头,正在讲一个数学研究课题,似乎是一个卡拉比猜想,陈示性类为0的紧n维凯勒流形,李秋看不懂,似乎挺深奥的。

    老头在台上展示着PPT上的复杂的多位曲面模型。

    “意大利几何学家卡拉比1954年提出的想法是,在封闭的空间中,有无可能存在没有物质分布的引力场。这就是著名的卡拉比猜想。卡拉比认为自己的猜想是正确的,但是,包括他自己在内,没有人能证实。当时我也感觉这个猜想可能是错的,”

    “后来当然很复杂的情况,在我和卡拉比多次交流以后,我改造了一个新的工具,终于证明了这个问题。卡拉比猜想的证明也解决了代数几何中的十多个重要问题,它甚至成为现代物理学家们解释宇宙本质的弦理论的基石。这是隐维它与物理学有一个伟大的巧合。包含六维空间的“卡拉比-丘流形”所拥有的特殊拓扑学性质正好是弦理论所需要的。如果这些空间真正模拟了弦理论所需要的六维空间,那么它们将有助于我们推导出隐藏在宇宙中的几何学和物理定律。丘教授在最后说,尽管有待实验证实,但弦理论仍然是一个理论物理概念。孩子们,有朝一日,弦理论的实验证明将从根本上改变人们对结构、空间和时间的认识。”

    台下热烈的掌声在大阶梯教室内响起,让李秋也感觉很惊讶,这是什么怪物呀,老头绝对不简单,绝对不仅仅是一个普通教授。

    演讲完毕以后很多人都上台和老头拍照留念,李秋看到颜妍也跑上去,而老头似乎对颜妍挺重视,还和她聊了几句。

    终于等到颜妍收拾东西出来,看到门口的李秋,愣了一下,随即笑了起来。

    “你也过来蹭课?”

    “我可不敢到数学系蹭课,老头是谁呀,太牛了,说实话大多数我听不懂,没学过。”李秋老老实实坦白道。

    “老头?那是邱老,丘成桐。”颜妍低声说道。

    “他就是那个卡邱流形的证明者,菲尔兹奖?哈哈,我听威滕说过,如果没有他,就没有弦理论。”

    “算你还有点基础知识,就是邱老,怎么样,牛吧。”颜妍也有些自豪。

    “我感觉你似乎和他挺熟的?刚才邱老给你说什么了?”

    “哈哈,我是他写的推荐信。”颜妍笑颜如花。

    “不会吧,就你?”李秋不可置信看着颜妍,这么漂亮的女孩子竟然是那种超级学霸,还是那种能够让丘成桐写推荐信的那类人。

    “小看人,哼。”颜妍鼻子皱了一下。

    “不是呀,这不是有眼不识泰山嘛。”李秋立即道歉,“我有一个课题,想请你帮忙,看你有没有时间?”

    “我最近学习挺忙的,什么课题?”颜妍也有些感兴趣,对于李秋的课题,她不自觉的感兴趣。

    “是一个智能计算的临界值问题的课题,不过其中要把智能计算节点做一个数学模型,这个牵涉到拓扑学内容,我想你肯定能够解决。”李秋又详细说了课题内容以及一些细节问题。

    “还别说,真是挺有意思,不过我现在最近有些课程呀。刚来学校,怕没有时间。”

    “只要你答应,我让申公豹,啊,也就是申公明找你们系主任,合作做这个课题。联合嘛。”李秋提出了解决问题的方法。

    “嗯,这个可以考虑,你先让申院长说吧,只要系主任同意,我就没问题。”颜妍甩了甩长发肯定地说。

    ……