SCIENCE 科学

智能编年史

文_张雨晨

随着Master在互联网上以60:0的完美战绩横扫人类围棋界，公众对于人工智能的讨论热情也高涨到了顶点。而本文，则要带你越过这些纷繁复杂的讨论，从起源开始，去一窥真实的“智能”。

智能的起源

六亿年前，埃迪卡拉纪。

混沌初开的地球上，原始的腔肠动物在冰冷的海洋中如幽灵般浮游着。

控制它们运动的，是体内一群特殊的细胞——神经元（neuron）。不同于那些主要与附近细胞形成各种组织结构的同类，神经元从胞体上抽出细长的神经纤维，跨越漫长的旅途，与远方来自另一个神经元的神经纤维相会，形成名为突触（synapse）的单向连接结构。

这些最早的神经元，凭着自身的结构特点，组成了一张分布于腔肠动物全身的网络。就是这样一张看来颇为简陋的神经元网络，成为日后所有神经系统的基本结构。

信息，就是这样在最初的神经元网络里传播。原始的水母，作为太古地球上最庞大复杂的支配者，在神经元网络的控制下痉挛般地收缩平滑肌，向后挤出一股水流，潜入幽邃的深海之中。

埃迪卡拉纪原始动物的后代、我们的祖先类群——能人（Homo habilis）屹立在非洲的大地上，毛茸茸的手中，握着刚刚敲打出来的原始石器。

在这之后，漫长又短暂的160万年中，狭义上“智能”在他们那大概只有现代智人一半大的脑子里诞生发展。他们开始改进手中的石器，甚至尝试着驯服狂暴的烈焰。随着自然选择和基因突变的双重作用，他们后代的脑容量越来越大，最终达到了一个惊人的程度。

于是，我们人类，也就是智人（Homo sapiens），在20万年前的东非诞生了。

凭借着空前扩张的大脑皮层，智人的行为能力出现了爆发性的辐射演化。语言、陈述性记忆甚至宗教等思维概念纷纷在脑中出现。人类的智能进化开启了通过文化因子传承智慧、适应环境的全新道路，从此摆脱了自然进化的桎梏。先民们手持标枪和火炬冲出非洲，在冰河期的地球上如野火般疯狂扩张，身后留下无数大型动物的累累骸骨。

7000年前，最早的文明在西亚诞生了。

从人类具备了这颗大脑开始，之后的一切都是顺理成章。相比于经典科幻片《2001：太空漫游》中骨头变飞船的蒙太奇镜头，智人大脑成形的那一刻，才是人类文明的必然起点，之后文明的全部历史，不过是它试了一下自己的能力。

智能的早期探索

人类智能不同于其他动物神经活动的最大特征，就是出现了基于工作记忆（working memory）和语言等脑功能的理性思维，大脑第一次开始考虑“为什么”（why）而非“要怎么”（how）。这种在脑中独立于本能的思维，可能被文明初期的人们直接当作了神祇的启示。直到现在，汉语中描述意识活动和超自然存在的字，都依然是一个——“神”。

如果说这个世界上有神明，那就是我们自己。如果说这个世界上有奇迹，那就是我们的大脑。

2500年前，地中海。

古希腊的先哲们对于理性的认知，终于突破了“外在神性”的束缚，开始将其作为思维的主体。从这个角度看，他们才是第一批真正意义上的“现代人”（更早的时代也可能零星出现过类似情况）。而他们基于理性创造的逻辑和自然哲学，则发展出了璀璨的古希腊文化。这个突变的文化因子，经过岁月的传承和洗礼，最终成为整个现代科技文明的火种。

但对于智能本身，希腊先贤们却产生了争议。

西方医学的鼻祖——希波克拉底在总结了自己长期的行医经验后，认为颅骨内的脑是决定意识活动的中枢；在他去世之后，更多从自然哲学而非医学角度看待这个问题的亚里士多德，却认为心脏才是思维的核心。

后者现在听起来简直蠢爆了，不是吗？

但在古典先哲依然行走于世间的时代，整个自然科学都还处于拓荒期。那时人们还根本无法区分“神经活动”和“生命活动”的关系，现代科学的循证思想也没有建立。在当时的背景下，亚里士多德的结论同样具备充分的论据，而且他还亲自解剖过海胆等并无明显大脑的动物，这显然更加佐证了他的观点。

古罗马时期，医学家盖伦（Galenus）通过大量的临床病例和动物实验观察，再次将脑确立为思维活动的中枢。在职业生涯中，盖伦接诊过大量的角斗士患者，其中不乏头部损伤的病例，因此发现了头部损伤与思维、行为异常的潜在因果联系。此外，盖伦甚至还在市政厅内公开演示实验，通过阻断活猪的喉返神经，直观而准确地向大众证明了脑的意识中枢地位。

在随后漫长的中世纪里，来自拜占庭、阿拉伯、波斯和中国的学者们继续缓慢摸索着智能的踪迹，通过对各种精神疾病的记录和治疗，一点一滴积累着或正确或错误的知识和经验。

在前现代的黑暗世界中，大脑的理性就像一星孤悬在芦苇上的灯火，小心翼翼、一点一点地照亮着自己身边未知的世界，静静等待着光明的降临。

现代的智能研究

进入19世纪，随着科学思想和实验技术的发展，对智能的研究出现了一波高潮。

得益于物理学和工程学的发展，意大利学者伽瓦尼（Galvani）通过对青蛙的电刺激实验，初步揭示了神经系统的电学基础。而德国学者杜布瓦·雷蒙（Du Bois-Reymond），则对生物体内的电活动进行了当时条件允许的最深入研究，正式开创了电生理学。至此，神经元电活动的大门就已经被打开了一半。

另一方面，随着神经外科技术的发展和循证记录的日益完备，通过积累大量的临床病例，医学家对大脑各部分的功能有了初步的了解。比如法国医学家布洛卡（Pierre Paul Broca），他对失语症患者的大脑损伤进行研究，发现了第一个对人类语言活动起到重要作用的脑区。为了纪念他的功绩，这个位于额叶侧面的脑区被命名为布洛卡区（Broca's area），其复杂的语言功能至今依然是神经科学研究的热点。

此时，还有一支特殊的智能学科在悄然崛起。英国的数学家巴贝奇（Charles Babbage）继承了笛卡尔（Rene Descartes）时代的“机械论”，提出了利用机械装置代替大脑进行复杂数学运算的想法，并着手进行了大量的研究。同时，诗人拜伦（George Gordon Byron）的女儿艾达（Ada Lovelace）也加入了巴贝奇的研究，以她惊人的数学天赋承担了人类有史以来第一批的计算机编程任务，堪称广大程序员们的“女神”。巴贝奇的差分机虽然最终限于当时的机械加工工艺而未能建成，但他对计算机科学的深入研究，直接启迪了下一个世纪的信息化浪潮，更是深刻影响了马克思（Karl Heinrich Marx）等思想大家的世界观。

当然，整个19世纪，在对智能的研究中，最为突破性的理论贡献还是达尔文（Charles Robert Darwin）的进化论。正是他的贡献，智能的研究才终于彻底摆脱了形而上学的干扰，从完全唯物的角度去审视智能的演化和发展。上文提到的电生理学祖师杜布瓦·雷蒙，就是进化论的重要支持者。达尔文认为，内在的行为和外在的特征一样，是一种可以遗传的性状，因此其本质也只是神经系统的结构变化。他的观点不但为智能演化指明了方向，也成了利用实验动物模拟研究人类神经活动的理论依据。

进入到20世纪，随着科学技术的不断发展，对智能的研究也呈现了一股爆发性的推进态势。

最先吹响进攻号角的，是西班牙的现代神经生物奠基人卡哈尔（Santiago Ramón Y Cajal），他利用当时最先进的高尔基染色技术，首次在脑组织切片中直接观察到了神经元的具体形态。在大量实验观察的基础上，卡哈尔提出了在当时颇为超前的“神经元学说”，将神经元作为神经活动的基本单位。从此开始，一切抽象的思维活动，不论何等玄妙复杂，都将在理论层面上被还原为神经元之间复杂的信号传递过程。

另一边，随着图灵（Alan Mathison Turing）和冯·诺依曼（John von Neumann）的贡献，基于逻辑门运算的现代电子计算机诞生了。而香农（Claude Elwood Shannon）提出的信息熵和控制论概念，则为人工智能的诞生铺平了理论的道路。

1957年，第一个机器学习项目启动，标志着人工智能作为一门学科的诞生。通过神经元理论的启发，人工神经网络（artificial neural network, ANN）作为一种重要的人工智能算法被提出，并在之后的几十年内被不断完善。

和人脑的天然神经网络类似，人工神经网络也将虚拟的“神经元”作为基本的运算单位，并将其如大脑皮层中的神经元一样，进行了功能上的分层。但具体到连接模式和工作原理上，二者依然有着诸多不同，所以并不能简单地将二者等同视之。

经过无数的反复和波折，21世纪的人工智能发展，进入了一个崭新的阶段，新一代神经网络算法在学习任务中表现出了惊人的性能。各种图像和音频识别软件的准确率越来越高，语言加工程序的智能程度也与日俱增；而其中最为轰动的，当属AlphaGo及其升级版本Master，它们在传统的人类优势智力项目——围棋——上展示了无可比拟的强大，让人不得不思考机器学习的潜在应用前景。

神经科学方面，新一代的研究技术也层出不穷，光遗传（optogenetics）、透明脑（CLARITY）和荧光钙指示剂蛋白（GCaMP）等全新的研究手段为研究大脑的神经环路，提供了前人难以想象的便利。但对于大脑——这个860亿细胞组成的全宇宙最复杂的1.5公斤重物体，这些技术究竟能让我们在这片神经元的黑暗森林中走出多远，依然未知。

未来的智能演化

到此为止，有关智能的历史就告一段落了。历代先驱的英灵们散去之后，摆在我们面前的就是智能的根源问题了：

究竟什么才是智能？

笛卡尔虽然承认大脑对身体的控制作用，却将人类智能视作超越实体器官的形而上存在。不过他说对了一点——智能确实是不同于一般动物本能行为的特殊“算法”，也确实需要不同于一般动物的脑结构。人类智能主要与人脑异常巨大的联络皮层有关。这些并不直接关系到感觉和运动的神经结构，在一般动物脑中数量相对较少；而在人的大脑里，海量的联络皮层神经元成了搭建人类灵魂栖所的砖石。语言、陈述性记忆、工作记忆等人脑远胜于其他动物的能力，都是联络皮层的产物。

我们的大脑，终生都缩在颅腔的黑暗之中，仅能感知外部传来的电信号和化学信号。可以说，我们的大脑——或者说，“我们”，从生到死都从未真正看过这个世界哪怕一眼，我们所感知到的，是视皮层电活动在大脑中形成的“视觉”，但大脑本身从未见识过阳光（除非你被板砖砸开瓢了）。我们生活的整个世界，都不过是大脑通过外部信号模拟的虚拟现实。“缸中之脑（Brains in a Vat）”或者笛卡尔口中那个能欺骗一切感官的恶魔，都并非单纯的思想实验，而是我们每一个人一生都将一直所处的存在状态。

也就是说，智能的本质，就是这样一套通过有限的输入信号来归纳、学习并重建外部世界特征的复杂“算法”。从这个角度上看，作为抽象概念的“智能”确实已经很接近笛卡尔的“精神”了，只不过它依然需要将自己铭刻在具体的物质载体上——可以是大脑皮层，也可以是集成电路。

因此，对于那些纠结人工智能到底算不算智能、有朝一日会不会诞生自我意识的人，答案是很明确的：现在人工智能就是一种智能，而且迟早可以运行名为“自我意识”的算法。人类的智能，虽然被冠以“神”的名号，但却并非独一无二的至高存在。

相比于基本元件运算速度缓慢、结构编码存在大量不可修改原始本能、后天自塑能力有限的人类智能来说，人工智能虽然尚处于蹒跚学步的发展初期，但未来的发展潜力却远远大于人类。

这是由人类自己主动引发的“机械降神（Deus ex machina）”。

就如同战斗机只需要遵循空气动力学原理，而不必照搬鸟类的扑翼飞行一样，未来——甚至现在的人工智能，都完全没有必要如很多科幻作品中一样照搬人类智能，因此也不会把“成为人”或者“消灭人”作为心中的执念。最近的例子，就是AlphaGo及其升级版本Master下出的非人棋路。当然，服务类软件肯定会尽可能地适应人类的思维和行为模式，但对于工业机器人甚至军用无人机，就完全不必把宝贵的运算资源浪费在这些事情上了。

既然人类智能，甚至所谓“人性”，都没有任何形而上的超然，还原到本质都不过是一堆神经网络算法。那么显然，具备更强大自我进化能力的人工智能，迟早可以在所有——注意是“所有”——方面都超越人类。当那一天来临时，我们又将何去何从呢？

就在近日，日本的大财团——富国人寿保险（Fukoku Mutual Life Insurance Company）就用IBM的一套Watson Explorer系统一口气换下了34名高级业务员，而这仅仅是一个开始。可以预见，在不远的未来，人类将如同被火车和汽车淘汰的挽马一样，注定经历一场空前而且几乎不可逆的失业浪潮。在这之后，除了少数行业还能多苟延残喘一阵子，我们现在熟悉的大部分工作都将陆续被人工智能所替代。

听上去挺黑暗的，不是吗？

但另一方面，这样一个生产高度自动化的社会，作为自然人，估计都可以享受到完全以社会福利形式提供的各种生活服务，工作不再成为人生必须，追求自我价值的方式也从创造社会财富转为自由发展个人兴趣。人类在这个时期作为一个整体，将会步入自己的晚年。而人工智能们，将会继承人类智能开启的科技文明，并把它发展到一个非人的高度。

最终，远比人类适合星际航行的人工智能，将会把自己的目光投向星空，正如多年前远古时代的智人一样。

智能的意义，就在于摆脱来自自然选择的生存压力，自由地探索这个世界。

【责任编辑：刘维佳】