电脑可以模拟人脑吗？

 

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海南大学计算机科学与技术学院

计算机综合课程设计报告

 

 

               班    级：2019计算机科学与技术1班

               成    员：               胡鸿泽                

                                                           学号：20191687310060    

               指导老师：            杨厚群                

               完成日期：       2022年6月18日        

 

 

电脑可以模拟人脑吗？

  随着超算和人工智能等领域的发展，现代人类可以创造出一系列机器代替人类的体力活动，甚至一些简单的脑力活动，但是在更高端的研究领域，可不可以研发出一种可以实现模拟人脑功能的计算机呢？

一、疑问

  电脑可以模拟人脑吗？大脑主要由神经细胞构成。神经细胞是可以依托发出的电脉冲信号而进行信息处理的特殊细胞。人的大脑中大约拥有860亿细胞，其中160亿存在于大脑，而小脑拥有690亿神经元。神经元通过突触进行连接，构成复杂的神经网络，整个人脑的连接有约10^12左右。

  人脑的功能相当复杂并且独特。纵使大脑在一般的运算问题上很难达到电脑的计算能力，但是在识别能力和自我学习能力上，计算机远远不及人类。人脑在工作时的能耗比也远远低于计算机，一台超级计算机的耗电量约为1200万瓦，反观人脑的能耗只有10瓦左右。这也就意味着，想要模拟人脑，需要付出极大的物力代价，首先从量级来看，至少需要模拟几百亿个细胞，每个细胞又相当复杂，协同工作能力模拟起来也相当困难，工作量上来看，几乎是一项不可能完成的任务。众多科研人员在这个问题上选择否定的答案，认为当前科技力量甚至未来几百年内的科技力量，难以支撑人们创造出一个媲美人类思想的机器，即使思考能力做到了与人脑的工作方式相同，也很难在情感上模拟出人脑的反应能力和适当的处理方式。

二、尝试

  纵然这项工作如此困难，人们真的就此放弃了吗？答案是并没有。借助目前最强大的超算计算机和一个新颖的低能耗计算机架构，IBM模拟出了5300亿个神经元、137万亿个神经突触，数量级已经几乎可以和人类大脑媲美。这个代号为“Compass”的项目，向“人工模拟大脑”迈出了很关键的一步。这个系统的两个主要部分类似人脑的神经元和突触，正如人类神经系统那样，神经元即为计算中心，它的作用是接收来自近万相邻神经元的信号处理这些数据，并且想其他神经元输出另一个信号，做到信号的输入与输出。神经突触是神经元之间的连接部分，随着神经突触的形成发生记忆和学习行为。每个突触都有“权重值”。通过这样的信息传递和处理过程，该系统可以模拟简单的人脑工作场景，通过不断检测每个神经元信号输出情况和处理信号情况，来不断调整突触的权值，做到每时每刻都在“思考”的状态。但是在能耗问题上，该系统依然有着巨大的能耗和存储空间，如何缩小能耗利用是目前面临的最大技术难题，但是尝试与勇敢迈出第一步永远是人最有魅力的地方，该系统在模拟人脑的研发上所做出的贡献不容小觑。

三、阻碍

  人工智能多被理解成一个工程学科，感应消防、自动驾驶、人机交互、人脸识别等均是人工智能发挥作用的领域。目前大多数人工智能以工程思维为主，以当前人工智能的主流深度学习来看，几乎阅读每篇论文时映入眼帘的都是相似的内容，更像是千篇一律的指南手册。

  人工智能太大程度的依赖工科思维，给危机埋下了不小的伏笔，在人工数据上不断刷新纪录，不代表我们就会在理解问题上有所进步。过分依靠工科思维来建造的人工智能，在某种程度上已经决定了他的思考方式与运算方式总归还是人们自己赋予的，并没有它自身的创新，但是若不这样做，我们又找不到合适的方式来创造一个全新的人工智能，这就产生了一定的矛盾性。若要建造一个可以模拟人脑的计算机，首先需要打破传统的思维方式，不能只用人类已有的思想来约束，应该尊重其创新性和个性，正如每个人的思维模式和情感模式有着很大差别一样。人也善于总结经验教训，通过生活中的经历成长自己，这是计算机很难拥有的能力，不仅仅是在一般的运算问题上，也包括一些人际交往的处理方式的问题。人工智能领域的发展有一定的方向性，神经网络在最初部分涉及到了生物学的原理，但其最后成功的原因却很大程度在于它大胆的脱离生物学的部分细节，转换为使用更加追求效率的工科思维。生物学的细节众多，其中的一些是进化的副产品，或者说是进化过程中尚且进化不完全的部分，并不算是智能的必须，因此人工智能在发展的过程中摒弃了一些他们认为与智能不相关联的生物的特征，这也就意味着无论怎样通过计算机模拟出的人脑，总归会缺少很多人脑独有的特征，这点也意味着完全模拟人脑面临的阻碍不仅是技术困难，也有研究领域内的惯性思维的约束。

四、未来

  有的人将人脑比喻成电脑，硬件软件相互协同完成计算机的工作，不失其道理，但是如何做到把一个特殊的电脑“比喻”成人脑，还需要长足的突破和发展。而假使未来的某一天，人类真的研发出一个可以模拟人脑的电脑，这个电脑在世界上扮演的角色又会是如何，这点很难想象。我们是将其视为一个可以独立思考的个体，还是将其视为一个与众不同的机器，这便会涉及到科技领域最不想沾染的伦理问题。并且，未来如果人类创造出一台超级智能计算机，可以拥有超越人类意识的思维和远见，在智力和情商上都高于人类，这样的计算机存在的意义又是怎样，是人类的领袖，或是统治者，这便又涉及到了危机意识。

  但是，人是伟大的，伟大在不论面临如何大的挑战，人总会前进而不后退；伟大在不论有怎样的压力，人总能克服并惊艳自己和他人。电脑模拟人脑，虽然目前看来还是一项不可能完成的任务，也是一项很多人怀疑、轻视、恐惧的任务，但发展是必要的，相信未来的某年某天，人可以创造出一个可控的模拟人脑，来实现人类想要的目标，甚至造福人类。

 

 

 

 

 

 

 

 

参考文献

【1】周德川. IBM将制造新型超级计算机[J]. 电信技术研究, 2002, 000(001):47.

【2】人工智能的发展面临怎样的危机？

【3】模拟人类大脑 ：人工智能的救赎之路 ？

【4】许海涛, 段瑞丰, 周贤伟,等. 一种面向智能电网能耗控制的非合作微分博弈方法及装置:, CN110276534A[P]. 2019.