用晶体管模仿神经元,类脑计算机最终会变成“硅基生命”吗?

用晶体管模仿神经元,类脑计算机最终会变成“硅基生命”吗?

人类在模仿造物主的路程上又进一步——日前,浙江大学联合之江实验室共同研制成功了我国首台基于自主知识产权类脑芯片的类脑计算机(Darwin Mouse)。

这台类脑计算机包含792达尔文2代类脑芯片,支持1.2亿脉冲神经元、近千亿神经突触,与小鼠大脑神经元数量规模相当,典型运行功耗只需要350-500瓦。

此前,世界上关于类脑计算机及神经形态计算、神经形态芯片的研究已经很多:

2012年,计算机科学家Dharmendra Modha使用一台强大的超级计算机来模拟超过5000亿神经元的活动——甚至比人脑中850亿左右的神经元还要多;

2014年,IBM开发具辨识能力的类似人脑芯片SyNAPSE,拥有100万个人工神经元(类脑细胞),2.56亿个突触(储存单元)和4096个称为“神经突触”(neurosynapTIc)的处理核心;

2018年,拥有100万个处理器内核的超级计算机SpiNNaker首次启用,每秒可执行200万亿次操作;

2019年,英特尔发布了神经形态计算系统Pohoiki Beach,由64块Loihi神经形态计算芯片构成,计算能力相当于800万神经元……

所有这些研究都在极力使计算机与人脑更加相似:类脑芯片用脉冲传递信号,模拟离子出入导致细胞膜电压变化的神经元工作机理;使用优先响应特定类型刺激的人工水平调谐神经元模拟大脑的神经选择性;建立神经网络模型以模拟不同脑区神经元的周期性反应……

在感慨技术发展之余,这也引申出了一个问题:

当人工制造的蛋白质与天然蛋白质具有一样的结构和成分时,它们像天然蛋白质一样工作;

当人工合成的DNA与天然DNA具有一样的结构和成分时,它们像天然DNA一样复制;

那么当人工制造的类脑计算机能够几近完全地模拟人类大脑时,它们会不会像人类大脑一样思考、判断、萌发自我意识,从而变成另一种“硅基生命”?

相同与不同

现代计算机在很多功能上已经与人脑非常相似。作为一个信息处理系统来看待,大脑和计算机遵循同一套运作机制:输入、输出、存储、处理和指令。

在人脑中,这些过程使用的是感觉细胞、肌肉细胞、神经中枢、神经信号和突触,在计算机中则是摄像头、扫描仪、处理器、内存、算法和计算机语言。

但计算机仍在许多方面和人脑截然不同:当人们讨论计算机时,他们理解的是一种精心设计的、基于逻辑和数学、具有可重复性、可预测性的机器,但人脑却是一团混乱的、看似随机的神经元,它们的行为方式是不可预测的。

比起计算机,人脑既轻巧又灵活,在实现同样的处理速度时,人脑只需要点亮一个灯泡所需的能量,但超级计算机的耗能足以为一栋大厦供电;神经元可以自我断开并重连,改变自己的物理结构,甚至自我修复,计算机则稍有故障便产生错误、死机甚至烧毁。

然而,两者间最重要的区别,同时也是生命与非生命最重要的分野,即是“意识”。

意识从何而来?

意识从何而来,这既是一个科学问题,也是一个哲学问题。

神经学家和精神病学家Giulio Tononi认为,意识由核心的“比特”信息组成;

全局神经工作区(简称GNW)理论认为意识源自一类特殊的信息处理过程;

信息整合理论(简称IIT)认为意识是任何复杂系统都拥有的内在因果力(intrinsic causal power),人脑只是其中一个例子;

以塔夫斯大学(Tufts University)的Daniel Dennett为代表的很多现代分析哲学家则声称,意识只是一种幻觉,意识的存在与他们所坚信的机械的物质宇宙完全无法兼容。他们或是认为感质不存在,或是认为这从根本上不是一个可以被科学系统研究的话题。

有些意识专家坚持认为,对理解意识至关重要的基本属性是生物学的,也就是说,只有一个真实的大脑或者像它一样的有机的东西才能是有意识的。

另一些人坚持认为关键特性不是生物学上的,而是功能性的。他们认为精神状态与某些功能性状态相同,或产生于功能性组织。如果大脑能够被机械复制,那么意识也可以。

科技发展到今天,科学家们仍无法解释意识是如何从大脑中诞生。虽然在PET和CT扫描、核磁共振和脑电图中,意识可能显示出其潜在的大脑活动迹象,但意识本身并没有可识别的形式。

在过去的100年里,大脑曾被比作配电盘、电话交换机、无线电网络,现在又被比作计算机。

尽管说法繁多,目前还没有任何物理或理论证据表明任何非生命的东西可以是有意识的。“硅基生命体”仍然只存在于文学作品中。

有一种说法或许能解释这种现象:从科学上讲,碳能比硅形成更强、更稳定的化学键,这使得碳可以形成大量的化合物,而且碳更容易形成双键。很可能碳的这种物理特性是意识所必需的。

硅基生命存在吗?

不得不说,与此相关的任何探讨目前都还停留在理论与幻想层面。不过,根据硅的特性,科学家已经围绕“硅基生命”是否能真实存在产生了种种争论:

支持者称,碳和硅都是4价,单个原子都能与其他元素形成化合物,都能与氧成键,都能形成长链聚合物,不过由于硅在中等温度下是惰性的,硅基生命可能只能在非常高的温度下存在;

反对者则称,碳基生命利用氧气作为释放和利用能量的媒介,而硅与氧结合只能变成固态而稳定的二氧化硅,这为生命的新陈代谢制造了障碍。

在碳基生命的生物过程中,如酶等的复杂生物大分子之所以能精确地完成工作,这依赖于“手性”。 当任何一种酶与它帮助发生反应的化合物“交配”时,这两种分子形状就像锁和钥匙。

许多碳基分子利用了左右两种形式。例如,大自然选择同样稳定的六碳水化合物在人体(以一种叫做糖原的聚合物形式)和植物(以聚合物纤维素的形式)中储存能量。糖原和纤维素的主要区别就在于单个碳原子的旋向性,即碳水化合物聚合或形成链时形成的旋向性。

手性是使各种生物分子具有识别和调节各种生物过程的能力的特征,而与碳不同,硅并不能形成很多具有手性的化合物。化学家们一直在试图创造新的硅化合物,但许多类似于碳化合物的硅化合物仍然无法形成,热力学数据证实,这些类似物往往太不稳定或太活泼。

尽管太阳能硅电池能够收集能量,硅酮可以组成收缩的肌肉类物质,硅酮液体能够携带氧化剂,硅酸盐可以形成骨架,硅树脂可以形成细胞膜,甚至硅酸盐沸石中有旋向性的空洞,但是创造生命形式所需要的化学物质并不存在。

生命需要复杂的、连锁的链式反应,硅的此类反应只能在很窄的温度和pH值范围内发生。考虑到这些限制,硅基生命的存在似乎比人类在宇宙中找到外星智慧生命更为希望渺茫。

从理性上来看,对计算机产生自我意识的担忧似乎可以歇歇了;不过从感性的角度,我们不妨保留有天马行空的幻想,毕竟大自然是神奇的,而一切皆有可能。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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