腦科學│創智慧-理解人腦運作,打造智慧機器 On Intelligence


作者:Jeff Hawkins & Sandra Blakeslee
譯者:洪蘭
出版社:遠流
出版日期:2006年05月16日
閱讀推薦:9.0

[個人導讀]
這本書的作者─Jeff Hawkins,
原本是美國矽谷知名的工程師之一,
曾發明行動運算裝置廣受歡迎,
後來他一心想研究人工智慧,
但卻發現許多研究這領域的公司、專家或學術機構,
並不深入研究人腦究竟是如何運作能思考的,
卻都以電腦程式或神經系統為創造人工智慧的方式,
這點讓Jeff Hawkins決定走自己的路,
因此在本書的一開頭,
就描述了他進入人工智慧領域的過程,
看到作者這麼的堅持理想和目標,
實在還蠻勵志的,
後來他創辦了紅木神經科學院,
集合許多專家開始進行研究,
希望先了解人腦運作在進行人工智慧的開發,
而全書的重點就放在人腦的運作模式。
這本書我是在iReading看到洪蘭教授的書評才引起我的興趣,
當時正在閱讀研究所的書籍,
其中提到許多心理學和教學理論的研究,
對人腦部運作提出各種學派和觀點,
當然大多數都是認知心理學的範疇,
在閱讀這本書前,
過去在學校或當時念的書籍中,
認知心理學的觀點說服了我所認為人腦的意識運作,
但各種理論似乎都有他例外的狀況,
不過看了這本書後,
雖不能說完全推翻過去的認知或心理學上的理論,
但作者卻根據他的研究,
提出更有說服力也更能解釋各種思考狀況的論述,
甚至用簡單的運作模式,
就串聯起原以為無關的研究發現,
比方說共感、記憶…等。
這本書也不難讀,
除了第六章"皮質如何運作"內容較為深入外,
很多很生活化的例子和舉例都能讓一般人了解,
縱使是大學生或高中生也很適合看,
而作者甚至在最後的幾頁,
也告訴高中生或大學生的讀者,
希望有興趣的人都可以朝這方面研究,
甚至加入他們的團隊喔。
[wiki介紹Jeff Hawkins]
http://en.wikipedia.org/wiki/Jeff_Hawkins
[《創智慧》網站]
http://www.onintelligence.org/

[閱讀筆記]
三、人類的大腦
1.約翰霍普金斯大學的神經科學家蒙特凱索(Vernon Mountcastle),
在1978年發表的「皮質功能的組織原理(An Organizing Principle for Cerebral Function)」論文中指出,
皮質以同樣的計算原則完成它所做的每一件事情,
也就是說,新皮質所有的區域都以同樣的工作模式進行訊息處理,
而視覺區域會管視覺、運動區域掌握運動,
只是因為這些皮質區域彼此的連結方式以及他們與中樞神經系統不同部位的連結所致,
而非基本的功能不同。
雖然外在刺激以不同方式呈現,
但耳朵送上來的訊息和眼睛送上來的訊息,
在皮質處理中都是同樣的原則。
2.人類皮質有驚人能力去學習和適應幾千種近代才出現的各種環境,
這代表大腦是個很靈活、能變通的系統,
而不是內建了一個針對一千個問題預設好的一千種解決之道的系統。

四、記憶
1.不管大腦各區域的活動有多麼不同,
靠的都是同一基本的皮質算則在運作,
皮質完全不管這個形態最初是從視覺、聽覺或其他感覺送進來的,
它也不管這形態是來自一個感官還是四個感官,
更不管是用雷達、聲波、磁場,
大腦在意的只是形態。
2.而我們對這世界的所有知識和認知僅是基於形態的模式,
通過這些形態,皮質建構出一個外面世界的模式,
這模式和外面世界很相似,大腦更把這模式存在記憶中。
→這讓我想到柏拉圖的形式論,正好作者在後面的地方也提出形式論的例子。
3.新皮質的記憶和電腦記憶有四個基本差異:
(1)新皮質儲存的是序列的形態─
因此人們無法同時想起所有時空的事物,
必須一點一點聯想序列式的呈現回憶,
也影響到行為上的序列行為習慣。
→這大概就是為什麼人們只記得著和過去經驗或相互有意義關係的事情。
(2)新皮質是自體聯結的回憶出形態─
自體聯結的記憶系統是只要輸入部份或變形的部件就能提取全部的系統,
這對時間和空間性的記憶一樣有效,
當我們看到了部份時,自能從過去的記憶和經驗中填滿尚未出現的空缺,
但大部份的時候我們並不自覺自己不停在填滿形態,
但是對儲存在皮質的記憶而言,這是一個最普遍、最基本的特質。
我們將此一系列的記憶稱為思想。
(3)新皮質是以不變的結構形式儲存形態─
大腦的記憶是儲存相對關係,
電腦的記憶是儲存決對位置。
ex:辨識熟人、音樂歌曲(音符關係而非音符位置)
(4)新皮質以階段性儲存形態

五、智慧的新累積
1.大腦時時刻刻對外在世界進行各種視覺、聽覺、觸覺的低層次感覺做預測,
以至於我們的知覺並不只是來自我們的感覺,
我們所知覺到的其實是結合了我們感覺與衍生自大腦記憶的預測。
→這段內容其實可解釋認知心理學中的共感效應
而當外在接受到的訊息和預測不符合時,
人就會將注意力放在新事物或意外事物上,
而預測是新皮質的主要功能,也是智慧的根本,
人的大腦比起其他動物更有智慧,是因為他可以對抽象形態做預測,
也可以對比較長的時間性的形態序列做預測。
2.就大腦演化的歷程來看,
大自然先是演化出感覺精細、複雜,
但相對而言沒有什麼彈性的行為,
之後出現新皮質的記憶系統,
把感覺輸入系統中,就可記得過去的經驗,
而當動物發現自己在相同或相似的情境時,
記憶就會被回憶出來,使自己可以預測下一步可能發生的事。
所以智慧和瞭解起始於記憶系統
這些預測是瞭解的本質,
知道某件事表示你可以對它做預測。

六、皮質如何運作
1.不變的表徵
訊息透過神經突觸最底層的新皮質細胞(改變迅速、具空間專一性、只辨識最微小特徵),
層層上傳到最高層的新皮質細胞(持續發射、非空間專一性、辨識物體關係),
而同時另有回饋系統從高層細胞流向低層細胞。
許多年來大部分的科學家都忽略了這個回饋連結迴路,
大腦必須能夠將訊息送回一開始接受輸入的區域,
因為做預測需要加入比較現在正在發生什麼以及你預測將要發生什麼,
現在正在發生的是向上送的輸入,
你預期將要發生的是向下流的預測。
2.感覺的綜合
訊息同時往上和往下在各個感覺階層之間傳送,
創造出協調一致的統合感覺經驗,
在統合的感覺裡包括所有感覺的預測在內。
所有的預測都來自經驗的學習,
外在事物形態的相關性如果可以讓皮質區域預測下一個出現的形態是什麼,
那麼這皮質區對於這個序列便形成了一個一再出現的表徵,或是記憶,
學習序列是形成真實世界物體不變表徵的最基本要件。
而真實事界可以是最具體的和抽象的,
但大腦對待具體和抽象的方式都是一樣,
某些輸入形態會一再重復出現的事實,
使得大腦皮質區知道這些經驗是由一個真實的外界物體所引起的,
所以大腦可說是儲存了「序列的序列」,
皮質的每一區學習序列發展出我所謂的「名字」或「序名」來稱呼所學到的序列,
再將名字傳給上一層皮質。
3.序列的序列
在皮質區中,
由下而上的分類和由上而下的序列不停交互作用,
這就是學習的本質,
它可以被經驗所取代,形成新的分類和序列,
這正是記憶這個世界的方式。
當意外形態發生時,低階皮質會認為是一個「無法認知的錯誤」,
將訊息往上送到皮質階層,
直到某個區域可以處理它為止。
4.往上送和往下流
在自己熟悉的空間中,對此空間的序列在皮質低階層就可處理,
顯少有錯誤傳到高階皮質,大腦會釋放大部份的資源去去做別的事情,
而在不熟悉的空間中,非預期的形態會出現在高階皮質中,
眼下感覺經驗不符合習得的序列,便會發生越多錯誤。
5.皮質如何學習
我們從學習基本簡單的事物開始,原需用到高階皮質,
到熟悉之後,大腦慢慢建立起相互隸屬於同類的形態序列,
低階皮質就可自行辨識運作,
而高階皮質將得以空出,來學習更複製的事物,
故專家和天才的大腦比其他人更機敏於看到結構中的結構、形態中的形態。
6.居頂端的海馬迴
當訊息從外在流入新皮質時,新皮質每個區域都想了解此訊息的意義,
都想從自己所知的序列中了解這個輸入,
如果不了解就會往上一階層送去處理,
直到皮質金字塔的頂端─海馬迴,
而會進入到海馬迴的就是目前無法預測,
不能解釋的新事物,
它們會暫時儲存在那裡,
之後要不是被輸送到下面的皮質形成記憶,
不然就是會流失掉。
海馬迴擅長儲存它所見到的形態,
立即儲存新是物,
但如果一再經驗相同的事,
不論是在真實世界或是腦海中的想像,
該記憶就會永久被儲存在新皮質中。
7.攀階登頂的另一條路徑
同樣的訊息進入大腦中,我們可以調整知覺焦點,
讓自己去注意放大某些細節,跳過第二層對形態的分類,
將原本由低階處理的訊息被提高到次高階區中。
這條路可以由兩個方法開啟,
一個是經由皮質本身的高揭區域往下傳送的訊息,
也就是當自己或他人要求自己去注意平時不會看到的細節時。
第二個方法是從低階而來很大意外的訊號,
當訊號夠強時,就會開啟第二條路徑,
讓這個低階所認為的錯誤訊號繞過正常形態分類和整合,傳到高階去,
使注意力放在不尋常的事物上。

七、意識和創造力
1.人類的智慧有何特別?
智慧可分成三個時期來看,而每一個都有用到記憶與預測:
第一個時期是物種用DNA做為記憶媒介,
但個體無法在有生之年學習和適應,
只能以DNA做為基礎的世界記憶透過基因傳給子孫。
第二個時期是自然界演化了能夠快速形成記憶,
並可被修改的神經系統,
個體可學習世界結構中重要的事物,
在有生之年根據外在改變修正行為,
但無法將知識傳給後代。
第三時期是人類獨有的,
它開始於語言的發明和皮質的擴大,
語言能合宜的套入記憶架構中,
口語和文字都是世界的形態,
語言的構句和語義跟日常生活中物體的階層性結構沒有差別,
語言是純粹的類比,
透過它我們使其他人學到和經驗到他們未曾見過的東西,
讓一個人可以根據他個人對某個物體的記憶,
在另一人的心中創造這個全新的物體記憶,
使人類得以將所學知識傳遞分享給後代,
讓我們能吸收前人的觀察並加入自己的想法。
2.什麼是創造力?
創造力是每個皮質區域都有的能力,
它是預測的必要部份,
可以簡單的定義為類比的方式去預測,
只是每天的預測行為太普遍,
只留在低階的皮質感覺區,
當記憶預測系統在一個抽象的高層次運作時,
當他不尋常的類比做出一個不尋常的預測時,
就是所謂的創意。
而創意有天天基因影響和後天訓練造成,
你越接觸某種特定形態,
就有越多這樣的形態在低階皮質被重組,
使你可以學習高層次的抽象物體關係,
這就是專業知能的本質。
3.意識是什麼?
跟意識有關係的是心智和靈魂的概念。
皮質在它的階層性記憶中創造一個外在世界模式,
當模式可自己運作時,就產生了思想。
記憶的回憶導出預測,就像感覺的輸入一樣,
又使新的記憶被回憶出來,
我們的思想不是受到外在世界的運作,
甚至和外在世界無關,
它純粹是受個人模式所自創的。
大腦是安靜的黑盒子,
它對外面世界的了解完全是透過感覺神經纖維輸入的形態,
從大腦的形態處理機制來看,
對自己的身體和外在世界都是以同樣方式來區辨,
但皮質無法做出一個大腦模式的能力,
因為大腦中沒有感覺,
因此皮質無法模擬大腦,
所以才會感覺到我們有獨立於身體外的心智和靈魂。
ex1:有人失去肢體但仍有幻肢的情況,
感覺手腳是完好的,
但如果是皮質受創,即使肢體完好,
仍會失去對手臂的模式。
ex2:如果大腦正常而身體重病,
可以感覺到健康的心智被鎖在瀕死的身體中,
所以會以為心智在身體死亡後仍可繼續生存下去,
但當大腦比身體更早死亡,如阿茲海默症,
雖然身體健康但心智卻喪失了。
4.想像力是什麼?
想像力需要神經機制把預測變成輸入,
當第六層細胞(可精確預測發生的區域)發射到低層區域去,
但他們同時向上發射到第四層的輸入細胞,
因此該區域的輸出可變成自己的輸入,
又叫摺疊回饋,
當想一隻動物時,視覺區就會活化起來,
感覺像真的看到了動物。
我們大腦中所建立出對外在世界模式,
來自於世界存在的物理性質和文化、環保、家庭等經驗,
使造成人們的刻板印象(不變的記憶或不變的表徵),
而防止刻板印象的偏見所產生傷害的方法,
就是辨認錯誤的刻版印象要有同理心,
並對事物仍抱持懷疑的態度,
建立批判性思考的技術。

[博客來介紹]
http://www.books.com.tw/exep/assp.php/ralous/exep/prod/booksfile.php?item=0010332417

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