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人气: 发表时间:2022-06-08

电脑科学与脑科学的跨界经典

◎人工智能先驱冯纽曼的遗世思想

◎深度学习必读经典

电脑真的能像人脑一样思考吗?

近年来,深度学习与人工智能的发展都在试图让电脑的行为模式愈来愈接近真实的大脑,让许多人开始好奇电脑是否真的能和大脑一样思考,或者是否可以用电脑的逻辑来理解大脑、甚至是整个身体神经系统的运作。实际上,早在1950年代,冯纽曼就已经开始尝试以电脑概念理解人脑作用机制。

现代电脑架构先驱冯纽曼

现今大部分的电脑都由CPU、RAM、硬盘等部件组成,进行记忆与计算。而这种从洗衣机中的微控制器到最大的超级电脑中都找得到的架构,早在1945年就由数学家冯纽曼提出,一直沿用至今。冯纽曼可以说是二十世纪最重要的数学家,拓展了目前数学的发展方向,在电脑、物理与经济方面也都有相当大的贡献。

人工智能的先驱之作

本书就是冯纽曼在1957年去世前为这次尝试的讲稿集结。这份讲稿分两部分,第一部分从电脑的基本原理和架构开始,以线路、处理速度与精确度等等层面一步步介绍计算与思考的本质。第二部分则接续第一部分的基础,试图以数学与电子传讯的概念拆解大脑,了解我们的神经系统是如何沟通作出复杂的判断与思考。

时至今日,冯纽曼对于神经与电脑的洞察启发了对于电脑学习的新发现(链接主义、深度学习),也影响了现今对于人工智能的思考方向。

【精彩书摘】

神经细胞内含一个细胞体及从中直接或间接衍生出的一个或多个分支。这种分支叫做轴突(axon)。神经冲动是一个连续变化,在(每一个)轴突上载导。这个传导速度通常是固定的,但也可能与其所在的神经细胞相关。如上面所述,这个状态可从不同的面向来看。它其中一个特性就是它毫无疑问是一个电扰动。事实上这是最常拿来描述神经冲动的方式。这个扰动通常是一个约五十毫伏、持续约一毫秒的电位变化。在电扰动发生的同时,也有沿著轴突产生的化学改变。因此在轴突上脉冲电位经过时,细胞内液的离子浓度与轴突壁,或称细胞膜,的电化学特性(导电性、渗透性)都会改变。在轴突的末端,化学特性上的变化更加明显。在那里,特征性的特定物质在脉冲抵达时会出现。最后,也可能有一些机械性变化。确实,细胞膜的各种离子渗透性(参考上文)变化很有可能就是其分子位向的改变造成的。换句话说,这是由细胞膜成分相对位置的数个机械性变化所造成。

这边应补充的是这些变化都是可逆的。也就是说,当脉冲离开以后,轴突上的状态及其组成部分都会回到原始的状态。

由于这些效应是分子尺度(细胞膜的厚度为数百奈米等级,也就是10-5公分,等同于这里会出现的大型有机分子的大小),上述以电、化学、机械效应的分法其实并没有乍看之下来的明确。的确,在分子大小的世界中,这些不同种变化之间并没有那麽明确的不同。所有的化学变化都是引发分子相对位置变化(也就是机械性的变化)的分子内力所引起。进一步说,这种分子内的机械性变化会更改相关分子的电性质,也因此会引起轴突电性质与相对电位的改变。总结来说,在一般巨观尺度下电、化学、机械作用等都可以很清楚明确地辨别。但是在接近分子尺度大小的神经细胞膜,这些不同型态之间的界线逐渐模糊。因此不意外的神经冲动是一个可以视为任何上述任何一种型态的现象。

(本文摘自《电脑与人脑》/猫头鹰出版社)

【作者简介】

冯纽曼 John von Neumann(1903年12月28日-1957年2月8日)

数学家、理论计算机科学与赛局理论的奠基者,曾参与曼哈顿计划,与爱因斯坦等人同为普林斯顿高等研究院的创始教授。完成现今最广泛使用的电脑架构(冯纽曼机),也参与第一部超级电脑EDVAC的组成。晚年对脑科学以及人脑的运作方式产生浓厚兴趣。

【译者简介】

廖晨尧

加州大学生医工程硕士,中英双母语译者。专门处理医疗、电子、科技等技术文件中翻英。

《电脑与人脑》/猫头鹰出版社

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