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千脑智能

颠覆我们对大脑和人工智能未来的理解
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                                     比尔·盖茨年度书单重磅推荐

《金融时报》年度佳书籍

科技界一代传奇杰夫·霍金斯关于大脑与智能的新理论

开启创造机器智能的路线图

颠覆我们对大脑和人工智能未来的理解

《千脑智能》(平装)

北京智源人工智能研究院院长黄铁军

Numenta 公司前员工汤恩科技创始人崔彧玮

进化生物学家理查德·道金斯

倾情作序

比尔盖茨

北京智源人工智能研究院理事长张宏江

清华大学计算机系教授唐杰

北京大学心理与认知科学学院教授吴思

清华大学基础科学讲席教授、脑与智能实验室首席研究员刘嘉

清华大学计算机科学与技术系副教授刘知远

中国科学院自动化所研究员余山

易宝支付总裁余晨

斯坦福大学脑科学家、神经科学家大卫·伊格曼

波士顿大学系统神经科学中心主任迈克尔·哈塞尔莫

美国冷泉港实验室神经科学教授安东尼·扎多尔

联袂推荐!


[基本信息]

l分类人工智能/科技趋势

l书名:《千脑智能》(A Thousand Brains

l作者:[]杰夫·霍金斯Jeff Hawkins)

l译者:廖璐 熊宇轩 马雷

l定价:109.90

l开本:16

l页码:313页

l字数:287千字

l印张:22.25

l出版时间:20229

l策划编辑:王子涵

l责任编辑陈金新李静

l出版社:湛庐文化/浙江教育出版社

l图书品牌:湛庐文化·财富汇

lISBN978-7-5722-4184-0

lCIP:Ⅰ. ①千… Ⅱ. ①杰… ②廖… ③熊… ④马… Ⅲ. ①人工智能 Ⅳ. ①TP18


[营销标题]

科技界一代传奇杰夫·霍金斯关于大脑与智能的新理论,开启创造真正机器智能的路线图,彻底改变我们对大脑和人工智能未来的理解。

比尔·盖茨年度书单重磅推荐,北京智源人工智能研究院院长黄铁军倾情作序推荐

[内容简介]

近些年,当人们谈论人工智能时,总热衷于讨论算法的优化、模型的迭代、算力的多少。人们不断地在追求模型的深度、数据的规模和芯片的算力。海量参数的复杂网络仿佛就是人工智能的发展方向。然而,这就是真的智能吗?

科技界的一代传奇人物、计算机科学家与神经科学家杰夫·霍金斯在《千脑智能》中揭示了一种关于大脑和智能的理论——千脑智能理论,这将彻底改变我们对大脑和人工智能的未来的理解。

就像人类终不是通过模仿鸟类,而是通过理解空气动力学而发明了飞行一样,在我们改进机器和深度学习的同时,我们需要首先了解大脑是如何工作的。

杰夫·霍金斯和他的团队发现,大脑使用类似地图的结构来建立一个世界的模型——不仅仅是一个模型,而是成千上万个我们所知道的一切的模型,也就是千脑智能理论。这一发现为创造机器智能提供了清晰的路线图。

霍金斯多年深耕于大脑研究的领域,终于在这本书中给出了答案。


[编辑推荐]

l科技界一代传奇杰夫·霍金斯关于大脑与智能的新理论,开启创造真·正机器智能的路线图,彻·底改变我们对大脑和人工智能未来的理解。比尔·盖茨年度书单推荐,《金融时报》年度佳书籍。

l比尔盖茨,北京智源人工智能研究院院长黄铁军,Numenta 公司前员工、汤恩科技创始人崔彧玮进化生物学家理查德·道金斯北京智源人工智能研究院理事长张宏江,清华大学计算机系教授唐杰,北京大学心理与认知科学学院教授吴思,清华大学脑与智能实验室首席研究员刘嘉,清华大学计算机科学与技术系副教授刘知远,中国科学院自动化所研究员余山,易宝支付总裁余晨,斯坦福大学脑科学家、神经科学家大卫·伊格曼等联袂推荐。北京智源人工智能研究院学者倾情翻译。

l湛庐文化出品。


[作者简介]

杰夫·霍金斯

l科技界一代传奇,美国有名的发明家、计算机科学家和神经科学家,于2003年当选美国国家工程院院士。Palm掌上电脑创始人,Numenta公司创始人。

l多年来深耕对大脑的探索,致力于解释大脑是如何工作的。他认为只有把人类智能弄明白,才能制造出像人类大脑一样工作的机器智能,著有《千脑智能》《新机器智能》。


[译者简介]

廖璐

北京智源人工智能研究院项目与国际合作经理美国马里兰大学公共管理硕士广东外语外贸大学翻译硕士、同声传译

熊宇轩

武汉大学计算机学院在读博士研究生,曾任机器之心、雷锋网等科技媒体学术编辑。

马雷

类脑智能研究者北京大学未来技术学院副研究员北京智源人工智能研究院生命模拟研究中心部门负责人副主任。


[各方赞誉]

杰夫·霍金斯是我佩服的极少数人之一他是一位智能时代的孤胆英雄。霍金斯主要是从功能模拟的角度探索大脑原理(虽然他比很多类脑专家更关心大脑的结构),是基于自顶向下的方法论,类似生命科学中的进化论;我强调的是从结构仿真出发构造大脑,再重现大脑功能,是基于自底向上的方法论,类似生命科学中的从基因组出发合成生命。自顶向下和自底向上论者从来都争执不休,但最终会走到一起,就像进化论和基因组结合才能揭示生命的奥秘一样。希望同样拥有梦想的你我和霍金斯一起努力,创造超级大脑,揭示大脑的奥秘,共同见证那个伟大的会师时刻。

——黄铁军 北京智源人工智能研究院院长,北京大学教授

千脑智能理论是一个还在不断生长和发展的智能理论,我相信未来它会包容和解释更多的实验结果,同时为智能机器的研究提供新的思路和方法。

——崔彧玮神经科学博士

Numenta 公司前员工,汤恩科技创始人

这是一本关于大脑如何工作的书,其中的思想会令大脑振奋不已。

——理查德·道金斯 进化生物学家

直至16世纪,宇宙模型还是由地球,以及围绕它运行的太阳、行星和恒星组成。然而,这一模型尽管能解释一些天文现象,却总有无法避免的偏差——金星出现在晚早,不像预期穿越苍穹;木星在夜空移动,却忽又折返……对旧模型的修补无法消弭所有偏差,直到地球和行星以椭圆轨道绕太阳运行的日心模型提出。

今天的AI尚未如我们期待那般智慧,与探寻深度学习极限的多数同行有别,霍金斯选择了另一条孤独求索的道路,也许是该有更多人加入他的行列,从修补偏差,转向发展新理论了——我们需要“AI日心说”。

——张宏江 北京智源人工智能研究院理事长

《千脑智能》和《新机器智能》两本书是大师级学者杰夫·霍金斯教授深入浅出地探究人脑工作原理以及机器如何实现脑认知的著作。对于脑的推理能力和机器是否可能存在意识,这两本书都进行了深入的解读,对于未来的人类和机器世界的共存方式进行了有意思的思考。译者翻译清楚、简洁,意思也很准确,这是两本很值得读的书。

——唐杰 清华大学计算机系教授

美国计算机协会会士,国际电气与电子工程师协会会士

《千脑智能》和《新机器智能》是著名的脑科学“狂人”、曾经的优秀企业家杰夫·霍金斯写的两本关于大脑智能的书。作者基于自己对脑科学知识的梳理,对大脑工作原理的基本框架提出了大胆的假设,也比较了当前人工智能与生物智能的不足。

这两本书特别适合非脑科学专业但同时又对大脑智能充满好奇的读者阅读,大家可以从中获取关于大脑结构的一些基本知识,并和作者一起对大脑工作的奥秘这个可能最具挑战性的科学问题,展开深入而有趣的思考。

——吴思 北京大学心理与认知科学学院教授

1992年,霍金斯应邀到英特尔演讲。他提出未来计算的技术将被小到足以放入口袋的计算机所主导。当时,数码音乐与摄影、WiFi与蓝牙等还没有诞生,包括英特尔的创始人在内,没有人相信他的预测。但是,他是对的——手机已经成为我们生活的全部。2003年,霍金斯应邀在TED上进行演讲。他提出了大脑智能的第一性原理:由新皮质中成百上千根皮质柱所构建的世界模型。当时,深度学习尚未登上舞台中央,而脑科学还挣扎在对单个神经元的记录中,于是,他的猜想再次被人们忽略。但是,霍金斯可能是对的,而我们现在有了验证他猜想的一切工具。更重要的是,如果他是对的,那么通用人工智能也许就不再那么触不可及。

——刘嘉 清华大学基础科学讲席教授、脑与智能实验室首席研究员

我曾经是《新机器智能》(On Intelligence)2013年中文版译者之一,在认真翻译每句话的过程中,对杰夫·霍金斯雄辩的大脑智能理论深感震撼。近十年过去了,我们经历了深度学习浪潮,人工智能成为显学,这时重温他书中的理论,仍能强烈感受到,他对智能本质的深刻见解,很多还是现在神经网络模型没有触及的。看到霍金斯的新著《千脑智能》和《新机器智能》被一起引进国内,相信可以为人工智能发展碰撞出新的火花。特别值得一提的是,霍金斯先生知行合一,他对人类智能本质的兴趣,不仅停留在理论建构上,还亲力亲为创立公司进行探索实践。人类正是因为有像霍金斯这样的孜孜探索者,才产生了绚烂的文明与科技。虽不能至,心向往之,特别希望这两本书也能激励更多我国有志之士,投身对人类智能本质的探索与实践中。

——刘知远 清华大学计算机科学与技术系副教授

2007年,作为美国神经科学学会年会的演讲嘉宾,他激情澎湃地解释了为什么研究大脑对于设计人工智能系统是如此重要,以及他自己对大脑工作原理的深刻理解。作为台下数千名听众中的一员,霍金斯的演讲在我心中埋下了从事类脑智能研究的种子。十几年过去了,人工智能和脑科学的研究都取得了巨大的进展,我们也来到了类脑智能腾飞的前夜。我相信《千脑智能》和《新机器智能》的出版将会启发更多的中国年轻人思考脑与智能的奥秘,在他们的心中点燃创新的火花。

——余山 中国科学院自动化所研究员

杰夫·霍金斯是科技界的一代传奇,早在几十年前,霍金斯创建的Palm掌上电脑,成为今天无所不在的智能手机的原型和先驱。而商业界的功成名就只是他职业生涯的上半场,霍金斯真正的志向是探索大脑背后的奥秘,并借此构建更好的机器智能,让我们摆脱生物进化的束缚,为人类的未来文明开启更多的可能性。这或许是当今科技界最具挑战性的艰深领域,因为大脑的深处,通向了另一个浩瀚的宇宙。

——余晨 易宝支付总裁,《看见未来》《元宇宙通证》作者

杰夫·霍金斯始终专注于全局思考,专注于可以解释整个系统运作方式的理论框架。他理解数据的神秘武器就像是在万丈高空俯瞰地表,这就使超越渐进主义成为可能,从而令神经科学取得真正的进步。

——大卫·伊格曼 斯坦福大学脑科学家、神经科学家

《千脑智能》这本书十分具有说服力,它表达了成千上万名科学家的终极目标:理解人类思维的机制。杰夫·霍金斯对人类智能理论进行了清晰的概述,这个理论将在未来产生非常大的影响。

——迈克尔·哈塞尔莫 波士顿大学系统神经科学中心主任

杰夫·霍金斯的《千脑智能》就是那只稀有的野兽,它提出了关于最古老的谜团之一——智能之谜的新理论。这本书思想缜密、新颖独到、富有远见。人工智能的下一个突破将如何从神经科学最近的发现中产生?我强烈推荐对这一主题感兴趣的人阅读这本书。

——安东尼·扎多尔 美国冷泉港实验室神经科学教授


[目录]

推荐序一探索大脑理论的孤胆英雄

推荐序二从大脑中探索智能的起源

推荐序三智能的起源

中文版序人工智能与大脑

第一部分千脑智能理论——对大脑的全新理解

1章 新旧大脑的争斗

新皮质与旧脑

关于新皮质的3 个发现

2章新皮质的智能算法

智能的多样性基于一种基本的算法

负责感知与智能的皮质柱

3章 大脑中的世界模型

通过运动学习世界的预测模型

神经元工作的两个基本原则

4章 大脑新皮质的 3 个发现

第一个发现:新皮质学习世界的预测模型

第二个发现:预测发生在神经元内部

第三个发现:新皮质的关键是参考系

5章 大脑中的地图

为世界建立参考系

旧脑中的地图

新脑中的地图

大脑地图的使用方式

新皮质中的地图模型

新皮质的方向感

6章 大脑中的参考系

大脑使用参考系管理所有知识

大脑的两个视觉通路

皮质柱如何为无法感知到的事物建模

找出有用的参考系

好的参考系是成为专家的关键

7章 千脑智能理论

现有的新皮质理论

参考系下的新皮质理论

大脑中的知识存储在哪

大脑中的“投票”机制

稳定的感知

大脑的注意力

千脑智能理论中的层次结构

第二部分人工智能的未来

8章 并不智能的人工智能

实现通用人工智能的两条路

将大脑视作人工智能模型

从专用到通用人工智能的解决方案

智能的判断标准

9章 当机器拥有意识

意识的核心

感受质的来源是意识之谜

关于意识的神经科学

有意识的机器

10章 机器智能的未来

设计智能机器

可复制的机器智能

机器智能未知的未来应用

11章 机器智能存在的风险

智能爆炸的威胁

目标失调的威胁

智能机器并不会威胁人类的生存

第三部分人类智能的未来

12章 大脑的错误信念

我们生活在虚拟世界中吗

错误的模型

病毒式传播的错误世界模型

语言与错误信念的传播

13章人类智能存在的风险

旧脑带来的风险

错误信念带来的风险

我们面临的生存威胁

14章 脑机融合的畅想

为什么我们感觉被困在身体里

上传你的大脑

15章 保存人类遗产的 3 种可能

漂流瓶之信

长明灯

16章 阻止人类灭绝的 3 种方法

方法1:成为星际物种

选择我们的未来

方法2:修改自身基因

方法3:离开达尔文轨道

有目标和方向的未来

人类最重要的科学探索

推荐阅读

译者后记


[推荐序一]

探索大脑理论的孤胆英雄

黄铁军

北京智源人工智能研究院院长,北京大学教授

杰夫·霍金斯是我佩服的极少数人之一。这里我之所以用“人”,而没有用学者(他确实醉心于研究)、院士(他是美国工程院院士)或企业家(他是掌上电脑先驱企业 Palm 创始人)等称呼,是因为很难有一个称呼可以概括他。如果一定要有一个称呼,我想说他是一位智能时代的孤胆英雄。

点燃霍金斯学者梦想的是基因双螺旋结构的发现者弗朗西斯·克里克。克里克于1977年移居美国,开始探索大脑和意识这个更难的问题,1979 年 9 月在《科学美国人》(Scientific American) 杂志上发表科普文章《思考大脑》(Thinking About the Brain),指出“脑科学研究明显缺乏的是一个普适的思想框架来解释这些研究结果”。那一年,霍金斯刚从康奈尔大学电子工程专业毕业,进入英特尔公司工作,被克里克的文章深深吸引。从此,寻找大脑运行背后的理论框架,就成了这名电子工程师的人生目标。

可是,英特尔公司虽然是“电脑”企业的领头羊,却没有研究“大脑”的部门,于是霍金斯转向信息领域最有可能研究这个问题的顶级学府麻省理工学院,申请人工智能实验室的博士研究生。招生面试组问他想做什么,他回答说,希望“以大脑理论为基础创造智能机器”,然而得到的答复却是:大脑只是一台混乱的计算机,研究它没有任何意义。于是他又转向了美国西海岸更加开放的加州大学伯克利分校,1986年1月被神经科学博士研究生项目录取。这次他的研究课题有所收敛——研究新皮质如何进行预测,当时的系主任弗兰克·韦伯林(Frank Werblin)组织的教授组积极肯定了这个课题的重要性,但霍金斯不确 定如何开展工作,也找不到研究这个方向的导师。

作为博士生导师,我想说这样的学生特别难得。绝大多数博士生更习惯导师指定研究方向甚至论文题目,而不是追求自己发自内心热爱的研究方向。即使有霍金斯这种博士生,如果发现缺乏导师,往往也会知难而退,转向“更保险的”研究课题,发表几篇论文,顺利毕业。因此,很多学校的博士生获得学位的比例很高,但原始创新率很低。

霍金斯没有知难而退,而是在图书馆泡了两年,读了过去50 年神经科学领域最重要的数百篇论文,以及心理学家、语言学家、数学家和哲学家对大脑和智能的看法。虽然没找到答案,但人类对这个问题的认知水平他已经了然于胸。霍金斯认为这就是一流教育,我完全同意,这才是每名博士研究生的必修课:不是导师告诉你做什么,而是求教于追寻这一问题的所有先贤,经过了这一关,你就已经和他们站到一起了。

霍金斯经过了这一关,清楚地知道几年的博士研究实现不了自己的梦想,于是决定从长计议。他返回工业界,并开启了掌上电脑的传奇,成立的Palm 公司取得了巨大成功。如果他醉心商业,把掌上电脑的成功扩展到手机,苹果手机成功的历史可能会被他改写。但霍金斯志不在此,他心心念念的还是大脑。2002 年,他用创业积累的资金成立了红木神经科学研究所(Redwood Neuroscience Institute),专注新皮质理论研究,聘任了 10 位全职科学家,吸引了 100 多名访问学者。

但是,顶级神经科学家都知道大脑是个巨大的神秘丛林,他们更愿意聚焦于力所能及的新发现,而不是霍金斯追求的大脑理论。因此,霍金斯决定把红木神经科学研究所捐给加州大学伯克利分校,并创立了研究公司Numenta,自己带领团队专注于大脑理论研究。2010 年,他提出了一种皮质柱预测模型,开发了相应的开源软件 HTM,并应用于股票市场异常检测等领域。

我怀着对霍金斯传奇经历的仰慕,于2016 年 1 月访问了 Numenta。访问之前,我的研究团队把 HTM 用于模糊运动目标的检测,验证了模型的独特价值。霍金斯很高兴地看了我的演示,我也顺道指出了他的《新机器智能》(On Intelligence)A 一书中的几处小错误,谈了我对大脑和智能之间关系的看法。也正是在那一年,霍金斯有了新发现,就是《千脑智能》(A Thousand Brains)中的“新皮质中的地图状参考系”。

这里就不剧透这个新发现了。如果成功的话,这个新发现对脑科学的意义,就像进化论对生命科学的意义一样重大。我期望这个新学说能够成功,至少作为大脑原理的一部分与世长存,让这位追逐梦想40余年的孤胆英雄稍感慰藉。

然而,作为一名痴迷大脑的同好,我的看法与霍金斯并不相同。我认为未来20 年,更重要的任务是实现人类大脑的精细解析、建模和仿真,进而制造出媲美甚至超越人类大脑的超级大脑,之后才算正式踏上揭示大脑奥秘的征程。简言之,霍金斯主要是从功能模拟的角度探索大脑原理(虽然他比很多类脑专家更关心大脑的结构),是基于自顶向下的方法论,类似生命科学中的进化论;我强调的是从结构仿真出发构造大脑,再重现大脑功能,是基于自底向上的方法论,类似生命科学中的从基因组出发合成生命。自顶向下和自底向上论者从来都争执不休,但终会走到一起,就像进化论和基因组结合才能揭示生命的奥秘一样。希望同样拥有梦想的你我和霍金斯一起努力,创造超级大脑,揭示大脑的奥秘,共同见证那个伟大的会师时刻。

[推荐序二]

从大脑中探索智能的起源

崔彧玮

神经科学博士,Numenta 公司前员工,汤恩科技创始人

2010 年春天,我在中国科学院上海神经科学研究所(以下简称“神经所”)从事本科毕业论文的相关研究。神经科学如同一盒庞大繁杂的拼图,从分子及细胞生物学、解剖学,到系统神经学、心理学、哲学,横跨了十余个艰深的学科。理解大脑如何工作固然是一件令人兴奋的事,但在实际的研究工作中,我却常常有以管窥豹、不见全局的苦恼。

在神经所图书馆的一角,我偶然看到了《新机器智能》这本书的英文版,这是我第一次看到对大脑理论的系统性阐述。如同许多革命性的科学理论框架一样,《新机器智能》提出了一个关键的科学假设:大脑建立学习世界的模型并预测未来。这是一个简单、优雅,却富有指导意义的框架。这个框架并非像很多神经科学领域的学术论文一样追求数据支持和实验验证,而是在很大程度上基于缜密的逻辑推演和大胆假设,即使到今天依然有很多尚未得到证实的部分。

在霍金斯开始研究大脑是如何工作的时代,图书馆里并没有一本书系统地讲述大脑可能是如何工作的。而我很庆幸在开始接触神经科学的时候能读到这样的思想框架,这本书在很大程度上直接影响了我对研究方向和职业的选择,让我选择了计算神经科学作为博士阶段的研究方向,将设计和制造智能机器作为职业目标。我愿意将《新机器智能》这本书推荐给任何一个想要探索大脑是如何工作、想要了解智能的本源是什么的人,或许它不仅会改变你对智能的看法,还会对你的人生和事业产生意想不到的影响。

2014 年 5 月,在我博士学业的最后一年,我有幸加入霍金斯的Numenta 公司,零距离目睹并参与了“千脑智能理论”的诞生。2014年是人工智能开始快速发展的一年,由于深度学习算法的进展和硬件算力的提升,这门学科在短时间内吸引了大量的关注,在图像识别、语音识别、自然语言处理等领域得到了大量的应用,标志性的学术论文被数万人引用,无数的人工智能创业公司如雨后春笋般成立。在同一年,神经科学领域还有另一个标志性的事件。2014 年诺贝尔生理学或医学奖授予了位置细胞的发现者约翰·奥基夫(John O'Keefe),以及网格细胞的发现者爱德华·莫泽(Edvard Moser)、梅 - 布里特·莫泽(May‐Britt Moser)。这件事虽然在社会上的受关注程度远不如深度学习,但对《千脑智能》这本书中大脑是如何为世界建立参考系的部分产生了重要的启发。

霍金斯有一种穿越周期的非同寻常的洞察力,既能让Numenta 的研究方向不轻易受外界的热点干扰,又能敏锐地捕捉到神经科学领域的关键实验结果,将其用于搭建机器智能的理论框架。这样的例子在《千脑智能》这本书里还有很多。在 Numenta 工作的几年间,也是我第一次感受到神经科学领域一个个有趣却零散的实验发现,例如树突脉冲、迷你皮质柱等很多高度专业化,并不为很多人所知的神经科学概念,是可以被纳入一个系统性的智能理论框架中的。千脑智能理论是一个还在不断生长和发展的智能理论,我相信未来它会包容和解释更多的实验结果,同时为智能机器的研究提供新的思路和方法。