探索大腦理論的孤膽英雄
黃鐵軍
北京智源人工智能研究院院長，北京大學教授
傑夫·霍金斯是我佩服的極少數人之一。這裡我之所以用“人”，而沒有用學者（他確實醉心於研究）、院士（他是美國工程院院士）或企業家（他是掌上電腦先驅企業Palm創始人）等稱呼，是因為很難有一個稱呼可以概括他。如果一定要有一個稱呼，我想說他是一位智能時代的孤膽英雄。
點燃霍金斯學者夢想的是基因雙螺旋結構的發現者弗朗西斯·克裡克。克裡克1977年移居美國，開始探索大腦和意識這個更難的問題，1979年9月在《科學美國人》（Scientific American）雜志上發表科普文章《思考大腦》（Thinking About the Brain），指出“腦科學研究明顯缺乏的是一個普適的思想框架來解釋這些研究結果”。那一年，霍金斯剛從康奈爾大學電子工程專業畢業，進入英特爾公司工作，被克裡克的文章深深吸引。從此，尋找大腦運行背後的理論框架，就成了這名電子工程師的人生目標。
可是，英特爾公司雖然是“電腦”企業的領頭羊，卻沒有研究“大腦”的部門，於是霍金斯轉向信息領域有可能研究這個問題的學府麻省理工學院，申請人工智能實驗室的博士研究生。招生面試組問他想做什麼，他回答說，希望“以大腦理論為基礎創造智能機器”，然而得到的答復卻是：大腦隻是一臺混亂的計算機，研究它沒有任何意義。於是他又轉向了美國西海岸更加開放的加州大學伯克利分校，1986年1月被神經科學博士研究生項目錄取。這次他的研究課題有所收斂——研究新皮質如何進行預測，當時的繫主任弗蘭克·韋伯林（Frank Werblin）組織的教授組積極肯定了這個課題的重要性，但霍金斯不確 定如何開展工作，也找不到研究這個方向的導師。
作為博士生導師，我想說這樣的學生特別難得。絕大多數博士生更習慣導師指定研究方向甚至論文題目，而不是追求自己發自內心熱愛的研究方向。即使有霍金斯這種博士生，如果發現缺乏導師，往往也會知難而退，轉向“更保險的”研究課題，發表幾篇論文，順利畢業。因此，很多學校的博士生獲得學位的比例很高，但原始創新率很低。
霍金斯沒有知難而退，而是在圖書館泡了兩年，讀了過去50年神經科學領域重要的數百篇論文，以及心理學家、語言學家、數學家和哲學家對大腦和智能的看法。雖然沒找到答案，但人類對這個問題的認知水平他已經了然於胸。霍金斯認為這就是一流教育，我完全同意，這纔是每名博士研究生的必修課：不是導師告訴你做什麼，而是求教於追尋這一問題的所有先賢，經過了這一關，你就已經和他們站到一起了。
霍金斯經過了這一關，清楚地知道幾年的博士研究實現不了自己的夢想，於是決定從長計議。他返回工業界，並開啟了掌上電腦的傳奇，成立的Palm公司取得了巨大成功。如果他醉心商業，把掌上電腦的成功擴展到手機，蘋果手機成功的歷史可能會被他改寫。但霍金斯志不在此，他心心念念的還是大腦。2002年，他用創業積累的資金成立了紅木神經科學研究所（Redwood Neuroscience Institute），專注新皮質理論研究，聘任了10位全職科學家，吸引了100多名訪問學者。
但是，神經科學家都知道大腦是個巨大的神秘叢林，他們更願意聚焦於力所能及的新發現，而不是霍金斯追求的大腦理論。因此，霍金斯決定把紅木神經科學研究所捐給加州大學伯克利分校，並創立了研究公司Numenta，自己帶領團隊專注於大腦理論研究。2010 年，他提出了一種皮質柱預測模型，開發了相應的開源軟件HTM，並應用於股票市場異常檢測等領域。
我懷著對霍金斯傳奇經歷的仰慕，於2016年1月訪問了Numenta。訪問之前，我的研究團隊把HTM用於模糊運動目標的檢測，驗證了模型的獨特價值。霍金斯很高興地看了我的演示，我也順道指出了他的《新機器智能》一書中的幾處小錯誤，談了我對大腦和智能之間關繫的看法。也正是在那一年，霍金斯有了新發現，就是《千腦智能》（A Thousand Brains）中的“新皮質中的地圖狀參考繫”。
這裡就不劇透這個新發現了。如果成功的話，這個新發現對腦科學的意義，就像進化論對生命科學的意義一樣重大。我期望這個新學說能夠成功，至少作為大腦原理的一部分與世長存，讓這位追逐夢想40餘年的孤膽英雄稍感慰藉。
然而，作為一名痴迷大腦的同好，我的看法與霍金斯並不相同。我認為未來20年，更重要的任務是實現人類大腦的精細解析、建模和仿真，進而制造出媲美甚至超越人類大腦的超級大腦，之後纔算正式踏上揭示大腦奧秘的征程。簡言之，霍金斯主要是從功能模擬的角度探索大腦原理（雖然他比很多類腦專家更關心大腦的結構），是基於自頂向下的方法論，類似生命科學中的進化論；我強調的是從結構仿真出發構造大腦，再重現大腦功能，是基於自底向上的方法論，類似生命科學中的從基因組出發合成生命。自頂向下和自底向上論者從來都爭執不休，但蕞終會走到一起，就像進化論和基因組結合纔能揭示生命的奧秘一樣。希望同樣擁有夢想的你我和霍金斯一起努力，創造超級大腦，揭示大腦的奧秘，共同見證那個偉大的會師時刻。
