為什么機(jī)器能夠像人一樣認(rèn)知？這是當(dāng)今智能科學(xué)難以回答而又必須回答的問題。
人類這個(gè)物種，經(jīng)過幾億年漫長(zhǎng)的自然進(jìn)化，尤其是經(jīng)歷了最近300萬年大腦皮質(zhì)爆長(zhǎng)的進(jìn)化過程，已經(jīng)成了認(rèn)知能力最強(qiáng)的生物，正是認(rèn)知成就了今天的人類。

2022年6月8日，韓國仁川國際機(jī)場(chǎng)內(nèi)的智能機(jī)器人。圖｜視覺中國

理解人類認(rèn)知的生物學(xué)本質(zhì)在人類文明史中曾經(jīng)被認(rèn)為無法納入科學(xué)研究的范疇，可如今正方興未艾，科學(xué)已經(jīng)發(fā)展到從人類認(rèn)識(shí)客觀世界到人類認(rèn)識(shí)自身、特別是認(rèn)識(shí)人腦認(rèn)知的新階段。令人驚異的是，這類研究主要不是出自宗教領(lǐng)袖、哲學(xué)家、思想家和教育家，而更多的是出自生命科學(xué)家和人工智能學(xué)家，可以從進(jìn)化論、遺傳學(xué)和細(xì)胞學(xué)說中尋找人類認(rèn)知的生物學(xué)基礎(chǔ)。

機(jī)器認(rèn)知要和人相比不是一件容易的事情

細(xì)胞是構(gòu)成人體形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，形態(tài)相似和功能相關(guān)的細(xì)胞借助細(xì)胞間質(zhì)構(gòu)成起來的結(jié)構(gòu)成為組織，幾種組織結(jié)合起來，共同執(zhí)行某一種特定功能，并具有一定形態(tài)特點(diǎn)，就構(gòu)成了器官，若干個(gè)功能相關(guān)的器官聯(lián)合起來，共同完成某一特定的連續(xù)性生理功能，即形成系統(tǒng)。

人體模型。圖｜圖蟲創(chuàng)意

人體由九大系統(tǒng)組成以維持生命，即運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)。
這九大系統(tǒng)只是人類認(rèn)知自身的一種劃分方法，可稱為視圖。實(shí)際上人體未必是可以這樣分開來談的，這只是人們用不同視角更深刻地去認(rèn)知一個(gè)整體而已。
很難區(qū)分這九大系統(tǒng)哪個(gè)重要不重要，關(guān)鍵不關(guān)鍵，它們也不構(gòu)成從屬關(guān)系。從生命科學(xué)的角度看，它們應(yīng)該具有相同的復(fù)雜性，談不上神經(jīng)系統(tǒng)或者腦器官最復(fù)雜之說，抑或是人類自身的一個(gè)說辭而已。
還可以有太多種類的視圖劃分，例如，結(jié)構(gòu)生物學(xué)把生命科學(xué)分為基因生物學(xué)、原子生物學(xué)、分子生物學(xué)、大分子生物學(xué)、蛋白質(zhì)生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)，等等，也未嘗不可。
人體依靠新陳代謝為生，由循環(huán)系統(tǒng)供應(yīng)人腦能量，有了源動(dòng)力，人腦才能承擔(dān)認(rèn)知的任務(wù)。機(jī)器認(rèn)知要和人相比，不是一件容易的事情。
要弄清楚智能機(jī)器能不能如同人一樣，具有認(rèn)知能力，我們首先關(guān)心的是機(jī)器的具身智能，圖靈稱之為“embodied intelligence”。
機(jī)器對(duì)應(yīng)人體的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由骨、骨連結(jié)和骨骼肌三種器官組成，表面肌肉的外層還有皮膚。骨以不同形式連結(jié)在一起，構(gòu)成骨骼，形成了人體的基本形態(tài)，并為肌肉提供附著，在神經(jīng)支配下，肌肉收縮，牽拉其所附著的骨，以可動(dòng)的骨連結(jié)為樞紐，產(chǎn)生杠桿運(yùn)動(dòng)。
運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)主要的功能是運(yùn)動(dòng)。簡(jiǎn)單的移位和高級(jí)活動(dòng)如語言、書寫等，都是由骨、骨連結(jié)和骨骼肌實(shí)現(xiàn)的。
運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的第二個(gè)功能是支持，構(gòu)成人體基本形態(tài)，頭、頸、胸、腹、四肢，維持體姿。
運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的第三個(gè)功能是保護(hù)。由骨、骨連結(jié)和骨骼肌形成了多個(gè)體腔：顱腔、胸腔、腹腔和盆腔，保護(hù)臟器。
從運(yùn)動(dòng)角度看，骨是被動(dòng)部分，骨骼肌是動(dòng)力部分，關(guān)節(jié)是運(yùn)動(dòng)的樞紐。能在體表看到或摸到的一些骨的突起或肌的隆起，稱為體表標(biāo)志。它們對(duì)于定位體內(nèi)的器官、結(jié)構(gòu)等具有標(biāo)志性意義。
運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由骨、關(guān)節(jié)和骨骼肌組成，約占成人體重的60%。全身各骨借關(guān)節(jié)相連形成骨骼，起支撐體重、保護(hù)內(nèi)臟和維持人體基本形態(tài)的作用。骨骼肌附著于骨，在神經(jīng)系統(tǒng)支配下收縮和舒張，收縮時(shí)以關(guān)節(jié)為支點(diǎn)牽引骨改變位置產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。
人體的具身動(dòng)力學(xué)行為表現(xiàn)為具身智能。我們有時(shí)候希望機(jī)器具有類人一樣的行為智能，可稱為人型機(jī)器人，或者說有溫度的機(jī)器人，外顯情感，體現(xiàn)親和力，尤其是數(shù)字虛擬人，如數(shù)字演員、電視節(jié)目數(shù)字主持人、數(shù)字醫(yī)生和學(xué)校的數(shù)字教師。
更多的時(shí)候，我們用智能機(jī)器完成一些專門的腦力和體力工作，它們可能比人更有速度，如無人駕駛車輛；更有力量，如未來的智能盾構(gòu)機(jī)；更加精巧，如納米機(jī)器人；更加靈巧，如柔軟操作手；更加適合野外惡劣地形環(huán)境里的運(yùn)動(dòng)和捉拿，如多足機(jī)器人，等等。
至于這些實(shí)體機(jī)器人，外形像不像人，并不重要，它們只是人類智能的體外延伸，圖靈稱之為“disembodied intelligence”。智能時(shí)代人類正在把自己從繁重的體力和腦力勞動(dòng)中解脫出來。
機(jī)器里一定要有一個(gè)最基本的時(shí)鐘

我們更關(guān)心機(jī)器對(duì)應(yīng)的人體的消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)。這些體現(xiàn)人體的新陳代謝，也就是能量的供給。

人體心肺血管模型。圖｜視覺中國

其中，循環(huán)系統(tǒng)是生物體的細(xì)胞外液（包括血漿、淋巴和組織液）及其借以循環(huán)流動(dòng)的管道組成的系統(tǒng)。人體形成心臟以后，循環(huán)系統(tǒng)分心臟和血管兩大部分，叫做心血管系統(tǒng)。
循環(huán)系統(tǒng)是生物體內(nèi)的運(yùn)輸系統(tǒng)，它將消化道吸收的營養(yǎng)物質(zhì)和由肺吸進(jìn)的氧輸送到各組織器官，并將各組織器官的代謝產(chǎn)物，通過同樣的途徑輸入血液，經(jīng)肺、腎排出。它還輸送熱量到身體各部以保持體溫，輸送激素到靶器官以調(diào)節(jié)其功能，是整個(gè)人體的源動(dòng)力來源。
諾貝爾獎(jiǎng)獲得者薛定諤告訴我們，人和所有生物一樣都遵循最基本的物理定律，都會(huì)衰老，都賴負(fù)熵為生，機(jī)器也一樣，需要依靠能量，形成秩序，產(chǎn)生負(fù)熵。
如果機(jī)器里的物質(zhì)老化，結(jié)構(gòu)破損，或者切斷了能源，或者時(shí)鐘出了故障，相當(dāng)于心臟的機(jī)器時(shí)鐘，一旦停止了跳動(dòng)，機(jī)器的生命就停止了，人的認(rèn)知活動(dòng)也就難以為繼。
以前人們常常說“心靈”“愛心” “心智”，不是很準(zhǔn)確，心臟只是動(dòng)力，是推動(dòng)血液在體內(nèi)循環(huán)的肌肉器官，不是用來產(chǎn)生情感、知識(shí)和智能的地方，腦才是信息處理的器官，智能源發(fā)于人腦，特別是難以計(jì)數(shù)的各類神經(jīng)細(xì)胞相互作用所致的復(fù)雜性，大腦新皮質(zhì)才是學(xué)習(xí)和記憶的思維器官，形成認(rèn)知空間。
如果沒有記憶，我們就永遠(yuǎn)活在當(dāng)下，我們就不會(huì)有時(shí)間的概念，正是記憶讓我們?yōu)檫^去和現(xiàn)在提供了連續(xù)性。
機(jī)器是由物質(zhì)和能量構(gòu)成的，物質(zhì)是靜止的能量，能量是運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)。結(jié)構(gòu)寄生在物質(zhì)和能量上，形成諸多硬構(gòu)體，把各種硬構(gòu)體按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組裝到一起，就成為機(jī)器。
機(jī)器里一定要有一個(gè)最基本的時(shí)鐘，時(shí)鐘賴能量為生，時(shí)間寄生在時(shí)鐘上，結(jié)構(gòu)和時(shí)間寄生在硬構(gòu)體上，還有很多軟構(gòu)體，它們或者寄生在硬構(gòu)體上，或者寄生在軟構(gòu)體上，表達(dá)信息，與外界交互，自我復(fù)用實(shí)現(xiàn)認(rèn)知的成長(zhǎng)，只要機(jī)器的時(shí)鐘不停，機(jī)器就有了源動(dòng)力，依靠時(shí)間，機(jī)器表現(xiàn)出秩序和能力，就可以表達(dá)信息，實(shí)現(xiàn)知識(shí)和智能的積累，于是機(jī)器可以完成認(rèn)知的任務(wù)。
精神寄生在物質(zhì)上，把物質(zhì)和精神、科技和人文分為二元，不夠貼切。高性能計(jì)算機(jī)里的時(shí)鐘精度，已經(jīng)可達(dá)到飛秒，甚至亞飛秒。
這樣，機(jī)器里無論是復(fù)雜機(jī)器指令或者精簡(jiǎn)機(jī)器指令的執(zhí)行，以及寄生在機(jī)器語言上的各種軟構(gòu)體的執(zhí)行，通過遞歸復(fù)用，表現(xiàn)出高超的秩序，可以實(shí)時(shí)地與人進(jìn)行交互，完成自然語言對(duì)話，通過圖靈測(cè)試。
把智能定義為：學(xué)習(xí)的能力，解釋解決問題的能力

從認(rèn)知的角度看，我們最關(guān)心的是機(jī)器對(duì)應(yīng)人體的神經(jīng)系統(tǒng)。
神經(jīng)系統(tǒng)是對(duì)機(jī)體內(nèi)的生理、心理、思維功能活動(dòng)的調(diào)節(jié)起作用的，由神經(jīng)組織組成，分為中樞神經(jīng)系統(tǒng)和周圍神經(jīng)系統(tǒng)。中樞神經(jīng)系統(tǒng)又包括腦和脊髓，周圍神經(jīng)系統(tǒng)包括腦神經(jīng)和脊神經(jīng)，還有末梢神經(jīng)。
神經(jīng)系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)其他系統(tǒng)的活動(dòng)，維持機(jī)體與外環(huán)境的交互。神經(jīng)系統(tǒng)由神經(jīng)細(xì)胞組成，對(duì)感知、認(rèn)知起主導(dǎo)作用，通過和外界的信息交互獲得負(fù)熵。
智能機(jī)器常常把神經(jīng)系統(tǒng)比做認(rèn)知系統(tǒng)。至于泌尿系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)，這四個(gè)系統(tǒng)在智能機(jī)器里暫時(shí)不考慮。
把生命看成機(jī)器，薛定諤稱之為“活細(xì)胞的物理觀”；如果把機(jī)器看成生命的話，我們可以稱之為“機(jī)器的生命觀”。
生命和機(jī)器里的物質(zhì)都可以對(duì)應(yīng)物理層，生命里的生化層，在機(jī)器里面我們把它對(duì)應(yīng)為“能量和時(shí)鐘”，生命里的生理層對(duì)應(yīng)機(jī)器里面的電子電路和機(jī)器指令，這些是硬構(gòu)體；心理層對(duì)應(yīng)著操作系統(tǒng)和中間件，認(rèn)知層對(duì)應(yīng)高層次軟件和數(shù)據(jù)，這些都是軟構(gòu)體。
因此生命賴負(fù)熵為生，機(jī)器有物質(zhì)、能量、結(jié)構(gòu)和時(shí)間，時(shí)鐘依賴能量，時(shí)間依賴時(shí)鐘，秩序依賴時(shí)間。
所以我們可以有兩個(gè)“金句”：時(shí)間是人類認(rèn)知的奠基石，數(shù)學(xué)是人類最抽象的語言。生命和機(jī)器都可以作為認(rèn)知的載體，從物質(zhì)到能量，從能量到信息，從概念到信息，從信息到知識(shí)，從知識(shí)到智能，越往上軟構(gòu)體越多，常常遞歸定義，依靠自我復(fù)用實(shí)現(xiàn)自成長(zhǎng)。
我們認(rèn)為，盡管研究大腦皮層發(fā)現(xiàn)有很多很多的任務(wù)分區(qū)，但是皮層組織存在著局部與整體的自相似性，記憶并不是存儲(chǔ)在某一個(gè)神經(jīng)元，而是存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，可以用人工智痕細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)模型作為大腦皮層的長(zhǎng)期修飾、修剪或重塑的通用表征，從而形成各智其智、智智與共的通用智能。
大腦的皮質(zhì)上有很多溝溝回回，可以用分形技術(shù)把它產(chǎn)生出來，就像海岸線長(zhǎng)度一樣，看用什么尺度測(cè)量。大腦皮層的表面其實(shí)并不是只有那幾千平方厘米，是可以足夠大的，是用進(jìn)廢退的。思維的本質(zhì)是抽象和聯(lián)想，更多的就是軟構(gòu)體的創(chuàng)立、聯(lián)結(jié)，以及迭代發(fā)展和遞歸執(zhí)行。
人類的整個(gè)認(rèn)知活動(dòng)邏輯上可分為感知—認(rèn)知—行為，對(duì)應(yīng)三個(gè)區(qū)：瞬時(shí)記憶區(qū)、工作記憶區(qū)和長(zhǎng)期記憶區(qū)。瞬時(shí)記憶區(qū)處理不同感覺器官獲得的感知信息，完成跨模態(tài)融合；工作記憶區(qū)分析當(dāng)前問題的態(tài)勢(shì)，形成決策，控制機(jī)器的具身行為；而在長(zhǎng)期記憶里則留下了我們認(rèn)知的結(jié)果。
因此，對(duì)智能機(jī)器而言，怎樣構(gòu)建人工智痕細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)模型是一個(gè)很重要的問題，我們不妨假設(shè)，被當(dāng)前問題注意力激活的人工智痕細(xì)胞組成的網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)冪律分布的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，具有小世界特征，可以分別在不同尺度上整體表現(xiàn)，完成記憶的提取。
我們討論自然界生物的進(jìn)化常用的時(shí)間尺度是萬年，討論人類生態(tài)文明現(xiàn)象和體外的人工智能常用的時(shí)間尺度是千年。討論人類思維和認(rèn)知的進(jìn)步，也就是科學(xué)技術(shù)發(fā)展用的是百年，現(xiàn)在看10年都會(huì)大變樣。
人類生命進(jìn)化出來的本能相對(duì)穩(wěn)定，后天認(rèn)知是可以重塑的，科學(xué)技術(shù)和機(jī)器智能的發(fā)展卻是天翻地覆的，這種迭代的智能導(dǎo)致了幾何級(jí)指數(shù)增長(zhǎng)的認(rèn)知進(jìn)步和知識(shí)爆炸，成就了人類。科學(xué)技術(shù)成為人類社會(huì)發(fā)展的第一生產(chǎn)力，已經(jīng)是全世界不同價(jià)值觀群體的共識(shí)。應(yīng)該讓人發(fā)揮人的智慧，機(jī)器發(fā)揮機(jī)器的智能。
我們把智能定義為“學(xué)習(xí)的能力，解釋解決問題的能力”。解決問題之道，要么將問題減低一個(gè)維度，或者低一階，要么將認(rèn)知上升一個(gè)維度，或者高一階。
隨著智能研究在我國形成熱潮，隨著智能科學(xué)和技術(shù)學(xué)院在全國的普及，如果說上一代的人工智能可以叫做計(jì)算機(jī)智能，硬核是算力、算法和數(shù)據(jù)的話，那么新一代人工智能應(yīng)該是有感知、有認(rèn)知、有行為、可交互、會(huì)學(xué)習(xí)、自成長(zhǎng)的機(jī)器智能，硬核則是交互、學(xué)習(xí)和記憶，而量子認(rèn)知機(jī)則可能是下一代人工智能，也許百年之后了。

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來源：瞭望智庫