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机器崛起前传:自我意识与人类智慧的开端

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本书作者:蔡恒进 (作者), 蔡天琪 (作者), 张文蔚 (作者), 汪恺 (作者)

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人类是地球上智能最高的生物,在地球上人类攫取资源,改造地貌,是唯一的高智能物种,甚至在宇宙层面下也是唯一已知的高智能生物,人类已是万物之灵。

然而身为万物之灵的人类也会遇到许多难以解决的问题。

牛顿可以从观察苹果落地悟出万有引力定律,十九道纵横交错的棋盘配上黑白二色棋子就可以产生无穷无尽的变化,人类是如何认知这个世界,智能从何而来是一个玄之又玄的问题。


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个体之间身体结构大同小异,然而性格却迥然不同,在某一方面走向极端的两人又可能同时对一本小说深深着迷,“甜党”与“咸党”势如水火,却都是“教父“的忠实粉丝。喜好从何而来,人与人之间又如何能够相互理解?

篮球运动员麦迪可以有35秒13分的超人表现,而大部分人的力量与灵活可能比不上一个机械臂,人们每天接收到由机器筛选推送的信息,AlphaGo在围棋上击败世界冠军,人工智能高速发展的今日,人们不禁在想,好莱坞大片中那种毁灭人类的机器人会产生吗?如果产生了人与机器能和谐相处吗?人类的极限在何处,与机器相比优劣在什么地方,人类会走向怎样的结局又是一个问题。

机器崛起前传:自我意识与人类智慧的开端经历过牙牙学语的阶段,每一个人在成长的过程中都会遇到这样那样的烦恼,在一个个繁星闪烁的夜晚,无数的人因为这样或那样的原因思考遇到的问题,随着思考加深,问题剖析,一个最简单的疑惑也会变成一个深奥晦涩的哲学问题,我们的思绪也不断发出一个又一个问题,这是我们每个人的“天问”。

宇宙起源,生命起源,智能起源是哲学上三大难题,生命起源包括生命进化等方面的问题解释我们从哪里来,智能起源包括智能的发展与进化解释人类缘何成为万物之灵,人类族群存在的意义即我们到哪里去,而宇宙起源解释我们所处的原子世界如何产生,时空从何而来,物理规律等等,即真理。长期以来无数智者思考这些问题,提出种种猜想与假设,在21世纪人工智能迅猛发展之际,机器在不仅在力与速上超过了人类,在一些人类自诩万物之灵的智能方面也无力与机器匹敌,人们能否赋予机器如人一般的智能,如何让机器像人一样思考就摆在众人眼前,为了解释这些问题,蔡恒进教授提出了触觉大脑假说、认知坎陷三定律、自我肯定需求与认知膜等一系列理论。

北宋理学家张载的四句名言我非常喜欢,为天地立心,为生民立命,为往圣继绝学,为万世开太平。在此人工智能迅猛发展之际,蔡恒进教授一本机器崛起前传用其独到的见解给了我们一个答案——以触觉大脑假说为天地立心(智能从何而来),以自我肯定需求为生民立命,以认知坎陷坎陷世界为往圣继绝学,以坎陷世界的不断成长与人类生而得之的善意为万世开太平。更多精彩与细节尽在《机器崛起前传》,欢迎大家阅读讨论

霍去病初次征战即率领八百骁骑深入敌境数百里,把匈奴杀得四散逃窜。在两次河西之战中,霍去病大破匈奴,俘获匈奴祭天金人,直取祁连山。在漠北之战中,霍去病封狼居胥,大捷而归,那么他是凭什么在20岁出头就能驰骋沙场立下赫赫战功?

亚历山大是欧洲历史上最伟大的军事天才,自20岁上位,在担任马其顿国王的短短13年中,东征西讨,在横跨欧、亚的土地上,建立起了一个西起希腊、马其顿,东到印度河流域,南临尼罗河第一瀑布,北至药杀水(中亚位于咸海的锡尔河)的以巴比伦为首都的庞大帝国。

他们年纪轻轻就取得巨大成就的原因并不神秘,因为他们的成功是“教出来”的。霍去病有卫青、汉武帝两位“教练”,亚历山大有父亲和亚里士多德的熏陶。“教练们”雄心勃勃,很多事情在他们脑海中已经反复推敲,他们的思想在学生们很小的时候就开始教导,只需要等他们长大成人后去实践即可。

还有一类案例,比如武则天的大周、维多利亚时代和俄国的叶卡捷琳娜二世,历史上的女皇帝本来就很少,而恰恰她们在位的时期呈现出一派非常繁荣的景象。这也是奇迹吗?其实我们可以发现,她们的前任统治者一定也是非常厉害的人物,因此她们有学习的对象,并且前任已经将国家的基础准备好,她们只需在此基础上稳步发展即可。

这些案例也说明了教育具有巨大的力量。从2006年9月7日,新东方在美国上市以来,陆续有十多家中国教育领域企业在美国上市。但也正是由于在互联网教育领域不明朗的环境下,全球的新型教育企业竞争日益激烈。

2012年11月,谷歌的研究总监诺维格(Peter Novig)在斯坦福的一次演讲中,分享了他对在线教育的感想以及开设在线公开课的经历。他指出,几百年来课堂教学所使用的技术并没有发生革命性的变化,并提到爱迪生曾在1913年就提道“书本很快会被舍弃,取而代之的是通过动画电影进行学习,未来的10年内我们的教学体系将发生根本性的变化”。但这并没有发生,实际上近一百年来,动画、广播、电视、视频媒体等媒体技术相继涌现,然而教学上却没有革命性的改变。诺维格认为这些技术都缺乏交互性(interaction),相比之下,个人电脑提供了交互的可能,为在线教育提供了基础。

当前国内外一些在线教育服务已经崭露头角,能否引发教育革命还有待观察。我们认为,有效的学习应该是基于赫布理论(下文有较细节的解释)的学习,即需要重复的学习刺激,并且在赫布型学习的基础上,学生需要感受到一定的学习压力,才能更有效地进行学习。我们提倡采用分组学习的方式形成在线教育的学习压力环境,即将学习水平相近的学生进行分组教学,这样学生之间的竞争动力更为强烈,这是由于每个人都具有自我肯定需求,较倾向于对自己进行高于平均水平的评价,这样就会形成缺口,学生必须通过有效的学习结果来填补这个缺口,从而让自己在相近水平的学习群组中激发出竞争意识。

近几年来,互联网技术日益成熟,互联网教育产品也以前所未有的速度涌现并发展,已经运转的项目有edX、Coursera、Codecademy、可汗学院等,受制于体制、环境等因素,互联网教育模式还处于起步阶段,现有的互联网教育服务并没有带来足够大的影响,探究背后的原因,主要有两个方面:第一,当前的在线学习不能充分发挥赫布型学习的优势;第二,学习的本质是一个涉及大脑神经网络的复杂过程,互联网的教育环境需要提供足够的压力来促使这个过程发生,并不断重复、深化。有效的在线教育必须尊重学生的个性,考虑到学生之间学习水平的差异。在真实的课堂上,可能存在巨大的学习基础差异,而老师们也往往偏爱成绩好的学生、关注后进生,大多数成绩水平位于中间的学生则容易被忽视,针对每一位学生的个性化教学难以落实。每一个学生都是一个有独立思维的个体,其行为和思想的复杂性,可以用自我肯定需求理论来进行分析与解释,即只要有可能,人对自己的评价一般会高于他所认知范围内的平均水平,从而期望得到高于自己评估的份额的需求。在互联网教育中,就需要应用自我肯定需求,因为不论基础好或不好的学生,都有肯定自我的需求,而优秀的互联网教育应该是根据每个学生的实际情况,找到适合他们自身的学习策略。

学习压力则是在线教育中更加亟待解决的问题。其中极少部分是出于自发的兴趣而学习的学生,对学习环境的压力可能没有过多要求,而对于大多数学生而言,尤其是对于经历过填鸭式基础教育的中国学生来说,有一定的学习压力是完成有效学习的必要条件。绝大多数的互联网教育希望通过激发学生对学习的兴趣来刺激其学习行为,这种做法的成效还有待考证,但期望通过“趣味游戏”的方式,在短时间内让学生产生主动学习冲动的方法,并不是可靠的保障。

一个常见的社会现象能够证明学习压力的必要性。不识字的人来到城市或相对发达的地区,即使他长时间地、高频率地接触到各种文字信息,比如电视杂志、招牌广告等,多年后他也仍然不认识文字。由此可见,单方面学习信息的发出,不代表学习动作的完成,如果没有学习压力,或者没有主动学习的诉求,即使每天面对学习信息也不能有效接收。

从大脑认知的角度来说,学习是大脑获取外部信息并与大脑内部原有信息加工整合,而成为新的、有意义的信息的过程。这个整合加工过程十分复杂,为便于理解,我们可以把这个复杂的过程进行分解,即一个相对完整的学习过程应该包括以下几个环节:(1)感觉器官获取外部信息;(2)神经传递系统对感官获取到的信息进行传递;(3)内感官对传递进来的信息进行过滤,并形成注意;(4)过滤后被注意到的信息形成感觉及瞬间记忆;(5)瞬间记忆的信息经过一定条件的转化形成工作记忆;(6)工作记忆的信息经过深加工形成长期记忆。

在这个过程中,前两个环节是容易达成的,从第三个环节开始,互联网教育就必须通过制造一定的学习压力,让学生产生注意,进而形成瞬间记忆,然后再经过深化后转化为工作记忆乃至长期记忆,深化的步骤可以通过重复来完成,因此学习也可以简化为由压力触发学习刺激并加之反复的过程。

赫布理论(Hebbian theory)描述了突触可塑性的基本原理,即突触前神经元向突触后神经元的持续重复的刺激可以导致突触传递效能的增加。可以假定,反射活动的持续与重复会导致神经元稳定性的持久性提升。当神经元A的轴突与神经元B很近并参与了激起对B的重复持续的兴奋时,这两个神经元或其中一个便会发生某些生长过程或代谢变化,致使A作为能使B兴奋的细胞之一,它的效能增强了。这一理论经常会被总结为“一起发射的神经元连在一起”(Cells that fire together, wire together)。这可以用于解释“联合学习”(associative learning),在这种学习中,由对神经元的重复刺激,使得神经元之间的突触强度增加。这样的学习方法被称为“赫布型学习”。实现赫布型学习,关键就在于这种有效的重复刺激。一方面,一定的学习压力能够使大脑神经对知识产生反应;另一方面,必须有一定的重复学习,才能使知识在大脑中形成记忆。

赫布理论在学习模型中已经得到了一定的应用,在此基础上,我们进一步提出,在线教育采用赫布型学习应当采取与学习压力相结合的方式,这样能够产生更显著的教学效果。在教学实践中,我们发现,一定的压力对学习有积极的作用。以全国某竞赛为例,在前三年的比赛中,有多支团队参赛,并在每个团队及项目成立初期就让各队明白彼此间存在竞争关系,结果某一团队连续三年夺得全国冠军,另有两支团队获得二等奖,多支团队获得三等奖;第四年为管理便捷起见,将所有学生作为一支团队申报,最终竟没能进入复赛。通过学生不同的竞赛结果,我们得知,一方面,当竞争关系明确存在时,会有一种无形的压力,促使他们希望在已知的团队中能够进入中上游水平,以作为能否有望得到奖项的重要参考指标,于是便能主动学习新知识、敢于解决问题,这种状态对于学习是非常有帮助的;另一方面,当所有人处于合作关系时,他们便放松了竞争者之间应有的警惕,甚至出现依赖队友、逃避职责、得过且过的现象,由于缺乏学习压力,学生精神松散,效率大打折扣。

互联网有两个效率特性,即“自动化”和“众包”(1),两者都可以用来形成学习压力,推动主动学习。比如开设一个论坛,就可以支撑学生的讨论。这个过程不仅实现了“讨论”,还提供了平台,即可以让基础好的学生做到“教授给他人”。实践部分也不需教师反复讲解,学生可自行重复观看视频。此外,作业批改也可以自动化解决,自动生成统计报告也非难事,这就为教师节省了大量的时间。只要课程有配套的在线交互工具,实现“人机交互”(自动化)和“人人交互”(众包),在线课程的教学质量就能比单纯的线下课程高。

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