人腦優(yōu)于人工智能的關(guān)鍵機(jī)制揭示
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科技日報(bào)北京12月1日電 （記者張夢然）美國普林斯頓大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家在一項(xiàng)新研究中，揭示了大腦在人工智能（AI）面前保持優(yōu)勢的一個關(guān)鍵機(jī)制：大腦會在不同任務(wù)中重復(fù)使用相同的認(rèn)知“模塊”，通過組合和重組這些模塊，如同“拼積木”一般，大腦能夠迅速構(gòu)建新的行為模式。這項(xiàng)研究發(fā)表在最新一期《自然》雜志上。
目前最先進(jìn)的AI模型在單一任務(wù)上可以達(dá)到甚至超越人類水平，但在學(xué)習(xí)并執(zhí)行多種不同任務(wù)時卻表現(xiàn)不佳。這是因?yàn)槿四X在一個關(guān)鍵方面仍保持著優(yōu)勢：認(rèn)知靈活性。例如，人類可相對輕松地適應(yīng)新信息或陌生挑戰(zhàn)，比如學(xué)習(xí)新軟件、照著食譜做菜或快速上手一款新游戲，而AI卻難以實(shí)現(xiàn)這樣的“即時”學(xué)習(xí)。
研究發(fā)現(xiàn)，大腦之所以靈活，是因?yàn)樗軌蛑貜?fù)利用認(rèn)知組件，就像搭積木一樣，將這些“認(rèn)知積木”拼接起來。比如，會修理自行車的人，在學(xué)習(xí)修理摩托車時會調(diào)用相關(guān)技能，更加得心應(yīng)手。但大腦究竟如何實(shí)現(xiàn)這種認(rèn)知靈活性，目前科學(xué)界仍缺乏一致且充分的證據(jù)。
團(tuán)隊(duì)此次訓(xùn)練了兩只雄性恒河猴完成三項(xiàng)相關(guān)的分類任務(wù)，并在過程中記錄了它們的大腦活動。這些任務(wù)類似于判斷屏幕上模糊的圖像更像兔子還是字母“T”，或是更接近紅色還是綠色。圖像模糊程度不一，有時差異明顯，有時則十分細(xì)微。猴子通過朝不同方向看來表達(dá)它們的判斷。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于，每項(xiàng)任務(wù)雖各有不同，但共享某些認(rèn)知要素，從而可以檢驗(yàn)大腦如何重復(fù)使用相同的神經(jīng)活動模式。
通過多腦區(qū)分析后團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，前額葉皮層（負(fù)責(zé)高級認(rèn)知功能的腦區(qū)）包含若干可重復(fù)使用的活動模式，它們對應(yīng)不同的“認(rèn)知積木”，大腦通過靈活拼接這些“積木”來構(gòu)建新行為。
此外，前額葉皮層還會在不需要某些認(rèn)知模塊時抑制其活動，從而幫助大腦集中處理當(dāng)前任務(wù)。這是因?yàn)檎J(rèn)知資源是有限的，大腦會確保主要目標(biāo)任務(wù)不被干擾。
團(tuán)隊(duì)稱，這種基于組合的學(xué)習(xí)方式，或許正是人類能夠高效學(xué)習(xí)新技能而不遺忘舊技能的關(guān)鍵。相比之下，當(dāng)前AI系統(tǒng)常遭遇“災(zāi)難性干擾”問題——學(xué)會新任務(wù)后，往往會覆蓋掉之前的記憶。如果將人腦這種模塊化、可重組的機(jī)制引入AI，或許能開發(fā)出可以持續(xù)學(xué)習(xí)而不遺忘的智能系統(tǒng)。同時，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)對理解某些精神疾病和腦損傷也具有臨床意義。
【總編輯圈點(diǎn)】
人類大腦的很多特性都讓現(xiàn)在的AI望塵莫及。如果你身邊有孩子就會發(fā)現(xiàn)，兩三歲的嬰幼兒也能對著圖形說明拼搭玩具，或者無師自通學(xué)會玩手機(jī)。此次研究發(fā)現(xiàn)，我們大腦的前額葉皮層會像玩積木一樣，靈活組合已有的標(biāo)準(zhǔn)化“認(rèn)知模塊”來快速應(yīng)對新挑戰(zhàn)。如果能將這種機(jī)制融入AI設(shè)計(jì)，或許能開發(fā)出可以不斷積累經(jīng)驗(yàn)的智能系統(tǒng)，跨出邁向通用人工智能的重要一步。研究也提示我們，一些精神疾病或許也與認(rèn)知模塊重組機(jī)制受損相關(guān)。
