人類智能如何從大腦中涌現(xiàn)？大腦精細模擬重塑 NeuroAI 范式

原標題：人類智能如何從大腦中涌現(xiàn)？大腦精細模擬重塑 NeuroAI 范式
文章來源：人工智能學家
內(nèi)容字數(shù)：24492字

大腦涌現(xiàn)的智能：從精細模擬到通用人工智能

本文探討了智能如何從大腦中涌現(xiàn)，以及如何通過大腦建模來模擬甚至超越人類智能。文章從大型語言模型（如GPT-3）的成功啟發(fā)出發(fā)，指出“more is different”的原則，即系統(tǒng)規(guī)模達到一定程度時，會涌現(xiàn)出新的性質(zhì)。文章進一步結(jié)合進化論視角，認為神經(jīng)系統(tǒng)規(guī)模和復雜性的增加，以及單個神經(jīng)元結(jié)構(gòu)和功能的復雜化，是高級智能和意識形成的重要基礎(chǔ)。

1. 大腦建模的兩條路徑：文章指出大腦建模有兩條路徑：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)路徑和真實神經(jīng)元模擬路徑。前者簡化神經(jīng)元為一個點，而后者則力求精細模擬神經(jīng)元的物理和生物特性，通過自下而上的方式，涌現(xiàn)出智能。

2. 精細模型的理論基礎(chǔ)：精細神經(jīng)元模型本質(zhì)上是基于偏微分方程的數(shù)學系統(tǒng)，例如霍奇金-赫胥黎模型和電纜理論。單個神經(jīng)元由于豐富的離子通道和樹突結(jié)構(gòu)，能夠執(zhí)行復雜的計算，包括被動濾波、邏輯運算、重合檢測和信號放大等。更重要的是，精細模型能夠生成新理論，與實驗科學平行發(fā)展，例如對樹突計算中“時序性抑制”現(xiàn)象的預測和驗證。

3. 與人工智能的關(guān)系：精細神經(jīng)元模型與人工智能密切相關(guān)。研究表明，單個精細建模的神經(jīng)元可以具有相當于5到8層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計算能力，并能進行邏輯推理。然而，大規(guī)模精細模擬面臨計算效率低、硬件限制和工具鏈不足等挑戰(zhàn)。

4. 大規(guī)模精細模擬的挑戰(zhàn)與解決辦法：文章探討了提高計算效率的方法，包括傳統(tǒng)方法（如海因斯矩陣）和并行化方法（如樹突分層調(diào)度方法）。后者結(jié)合GPU，可以將計算效率提高高達1000倍。

5. 精細模型的應用：精細神經(jīng)元模型已應用于小鼠大腦模擬和基于精細神經(jīng)元的類腦模型構(gòu)建，后者在魯棒性方面表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

6. 展望：如何構(gòu)建人類智能？文章最后討論了構(gòu)建通用人工智能的兩種路徑：自上而下（top-down）和自下而上（bottom-up）。作者認為，通過精細大腦模型有可能實現(xiàn)基于人腦的通用智能，但仍面臨諸多挑戰(zhàn)，例如需要高性能的計算框架和高效的訓練方法。

總而言之，文章系統(tǒng)地闡述了從精細模擬神經(jīng)元到構(gòu)建通用人工智能的路徑，并指出了當前面臨的挑戰(zhàn)和未來的研究方向。通過對神經(jīng)元精細模擬的研究，我們有望更深入地理解大腦的工作機制，并最終實現(xiàn)具有真正通用智能的人工智能系統(tǒng)。