大脑皮层是如何工作的 《人工智能的未来》（<On intelligence>）读书笔记

PS：今年寒假的读书笔记，挖下的坑已无力再填...不过有关智能和人工智能的书还是要继续读的~

正文：

我觉得书名翻译不是很确切，全书讨论的核心应该更是在“真”智能：讨论对人脑智能的理解，可以怎样帮助我们设计出真正的智能机器。

豆瓣链接：http://book.douban.com/subject/1834728/

问题时间：

• l我们的大脑到底是如何感知这个世界的？
• l什么是记忆，大脑的记忆有什么特征？
• l智能的核心是什么（预测）？什么是记忆-预测模型？
• l大脑皮层的工作原理是怎样的？——大脑皮层区域的结构是什么样子？它是如何具体进行记忆-预测的？它是如何学习的？
• l创造力来自哪里？意识是什么？想象力又是什么？

我们的大脑到底是如何感知这个世界的？

Vernon Mountcastle弗农 蒙卡斯尔：大脑皮层在外表和结构上惊人地相似，大脑皮层区域之间的微小差异正是它们之间连接的差异，而不是基本功能的差异。而且，他认为：

1.所有大脑皮层的功能区域都遵循一个共同的算法，视觉、听觉、甚至运动输出之间没有任何差异。

例子：先天性盲人用盲文阅读时，使用的大脑皮层区域是正常人对应的视觉区

2.进入你大脑皮层的输入信息是基本相同的，都是作为轴突上的空间-时间模式进入

例子：“感觉替代”实验，Paul Bachy Rita发明了一种在人的舌头上显示视觉模式的方法。其原理是：在受试者的前额上戴上一个小型摄像机，这时视觉影像就一个像素一个像素地传输到舌头上的压力点上，一个在电视屏幕上由无数个像素组成的视觉影像可以转化成一个含有无数个压力点的模式，大脑会很快学会如何正确辨别这些模式。

我们的大脑是一个漆黑而寂静的盒子，里面除了在输入纤维上像时间一样流逝的模式之外别无他物。我们的世界观便是由这些模式创造的。

什么是记忆，大脑的记忆有什么特征？

• l大脑皮层可以存储模式序列；
• l大脑皮层以自-联想方式回忆起模式；
• l大脑皮层以恒定的形式存储模式；
• l大脑皮层按照层级结构存储模式；

我们的记忆有个特性，它是以顺序模式存储的。老霍举了个例子，闭上眼睛想象一下你的家。你走向大门，想象门的样子；打开它，走进去，现在看看你的左边，再看看右边，看到了什么？接下来去你的卧室？洗手间？这一切，甚至更多，你都清清楚楚，可以回忆起每一个细节。但你却不可能一下子把它们全部记起来。你回想时，必须按照连续的步骤，就像亲身经历那样。

而第二个特征，指的是你能根据不完整或混乱的信息回忆起全部的信息。比如对于空间模式，你看到帘子后面露出了孩子的鞋，脑海中自然而然地就出现了整个鞋的样子。对于时间模式，比如我们普鲁斯特的追忆似水年华，从回忆美味的玛德琳蛋糕，接着便是洋洋洒洒的1000多页。

第三个表征，是指我们大脑会形成恒定表征（constant characterization）。比如想想你朋友的脸，每次看到她，你总能第一时间认出她来。不管是距离你一米或者5米，不管她是正面还是侧面对着你，不管她是在微笑还是一脸愁容，不管强光下还是在阴影中。尽管每次投影在你视网膜上的光模式都完全不同，但你总是可以立刻感觉到你注视的是朋友的脸。所谓的“恒定表征”，在这就是指你大脑内部对你朋友的脸的表征。

第四个特征——层级特征，将在大脑皮层工作原理中详细解释。

智能的核心是什么？什么是记忆-预测模型？

智能的核心就是如何利用过去的记忆，对未来进行预测。

我们无时无刻不在进行着预测，老霍提出一个思想实验“改变了的门”：每天你回到家，都会用几秒钟的时间穿过大门。你伸出手，转动门把手，走进去，然后关上门，几十年如一日，专注开门二十年。现在假设，我趁你外出，偷偷对你家大门做了些手脚，把门把手移动几厘米，把球形把手换成指按门栓，或是扩大或缩小门框，或是在猫眼处安个门环。当你回到家，准备开门，会很快察觉到有些异样。即使需要几秒钟才能反映过来究竟发生了什么，但你却能立刻意识到某种变化。

大脑皮层的工作原理是怎样的？——大脑皮层区域的结构是什么样子？它是如何具体进行记忆-预测的？它是如何学习的？

1.恒定表征

信息传递是双向的

人的眼睛每秒大约以3次扫视的视觉运动移过某一物体，并有1次注视的视觉停留。

上图2（a)显示了人眼在识别一张脸时是如何运动的。图2（b)展示了由于视网膜感光细胞的不均匀分布，左右眼实际见到的扭曲景象。但实际上在我们脑海中呈现的，却是稳定正常的上边的画面。

2.整合感觉

3.大脑皮层的体系

4.世界的模型

5.序列的序列

P135

6.大脑皮层区域会是什么样子呢？

7.大脑皮层区域间的三种通信方式：沿皮层体系自下而上的汇聚模式，沿皮层体系而下的扩散模式，及经过丘脑的延迟反馈

8.皮层区域的详细工作原理

• l皮层区域是如何将输入进行分类的（如分拣不同颜色的纸片）？
• l皮层区域是如何识记模式序列的（如曲调中的音程和人脸识别中的“眼-鼻-眼”序列）？
• l皮层区域是如何形成稳定模式或序列的 “名字”的？
• l皮层区域是如何做出具体预测的（什么时候接火车合适，或在一个曲调中预测特定的音符）？

大脑皮层如何做出具体的预测：通过寻找前馈输入和恒定预测的交集。

比如在曲调中预测一个特定的音符：皮层首先被告知要期待一个5度音程。则区域中所有表征5度音程的垂直柱（比如C-G,D-A,,E-B）中的第二层细胞被激活，而其他的则没有。

然后皮层区域的输入是具体的音符，比如最后听到的是D，那么所有表征与D有关的音程的垂直柱（比如D-E,D-B,D-A）就获得了部分输入（在第四层中）。

这两组垂直柱的交集就是我们的答案。

若是6层细胞将输出信息发送回自己所属垂直柱的第四层细胞，这样一来我们的预测就成了输入，这以情况叫做“折叠反馈”（folded feedback）。也不妨说就是我们的“想象”了。

图十二 你看到斑点狗了吗

大脑皮层如何学习？

海布学习法：如果两个神经元同时兴奋的话，他们之间的突触就会得到加强。

学习的两个基本要素就是形成对模式的分类和建立序列。

如果你反复研究某一类事物，你的大脑皮层将在较低的层级中形成对它们的记忆表征，这就把皮层的较高级皮层的较高层级给释放出来了，可以利用它来学习更复杂的关系。（所谓的“熟能生巧”，10000小时专家原则也就出于此吧）

l创造力来自哪里？意识是什么？想象力又是什么？

未完待续。。。