描述
开 本: 32开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787516831182
英国皇家学会圣诞讲座系列实录，献给全世界的“新年公开课”。
诺贝尔生理学或医学奖获得者阿奇博尔德·维维安·希尔，英国皇家学会理事苏珊·格林菲尔德等学界人物领衔主讲。
以看得见的方式“思考”思维，全方位展现隐秘而复杂的思维世界。
从生物电到赛博格，10场讲座，带领读者横跨百年时空，探寻对自我认知的科学发展历程。
思维是什么？思维对我们来说意味着什么？对于思维问题的探索贯穿了人类的历史，成为“人之所以为人”这一概念的关键环节。而在这一探索过程中，大脑的作用举足轻重。人类大脑是宇宙中极为复杂的存在，它决定了我们是谁。但它如何运作以及为何运作，却一直是个谜。
本书是英国皇家学会圣诞讲座合集，以人类思维和大脑运行方式为主题，对我们重要的器官的运作进行了深入研究。通过10场跨越百年的令人神往的讲座，借用一个个恰到好处、妙趣横生的实验，心理学、神经学和生物学领域的专家为我们展现出前沿的科技成果，揭示出一个隐秘而复杂的思维世界。
序言
简介
章 生物电：大脑的语言
第二章 人体如何感知色彩？
第三章 工作和娱乐中的思维
第四章 骗人的视觉
第五章 藏不住的“谎”与“爱”
第六章 你以为你以为的就是你以为的？
第七章 漫游脑海深处
第八章 人工智能会超越人类智慧吗？
第九章 我们的自我存在由何决定？
第十章 交流：解码人类思维
后记
作者手记
图片致谢
序 言
我吃着鸡蛋和水芹三明治，旁边陪同着的是两位杂技演员，一位神经学家和一只乌鸦。杂技演员和神经学家我是头一次见，但这只乌鸦是老面孔了。它叫布兰恩，它会一边瞪着布莱恩·考克斯（Brian Cox）教授，一边炫耀着闪闪发光的黑色羽毛，就像是在嘲笑布莱恩的头发平平无奇。当时我正在英国皇家学会的后台，准备参加一场圣诞讲座。我在现场作为实验对象，为科学而“献身”，被科学手段“堵上”嘴巴。
在索菲·斯科特（Sophie Scott）教授2017年的圣诞讲座中，我是完美的演示实验对象。要让我闭嘴可能很难。我絮絮叨叨，紧张地喋喋不休，尤其是在观众面前，表现欲爆棚。
几个月前，索菲给我打过电话，问我是否愿意给左脑做一次磁脉冲，暂时阻断负责发声的运动区。在她看来，如果能堵上我的嘴巴，那就证明可以让任何人闭嘴。我看都没看健康和安全须知，就立马报了名。我当然相信神经学家，但是回顾20世纪那些更荒谬、更草率的实验，这种想法可能并不明智。
几周后，我先在实验室里做了一些磁脉冲演练，然后坐在皇家学会演讲厅里，面对400名年轻观众，朗诵了刘易斯·卡罗尔（Lewis Carroll）的《炸脖龙》（Jabberwocky）。读到“gyre and gimble”到“mome raths outgrabe”两句中间的某个地方时，感觉像被低压火花突然击中了头皮，话未出口就一下卡在了喉咙里，如同大脑重启之前出现了短暂故障。每次演练时，我发现自己都以不同的方式卡壳—有时我能感觉嘴里要说的话正在撤回，有时则像是突然在迷雾中消失，且都发生在一瞬间。每次磁脉冲位置的轻微变化，都会让我的失语体验有所不同。
事后，有人说我应该在实验中表现出一些担忧或害怕，但我对大脑的好奇，对那些可能扰乱大脑的小伎俩的期待，完全打消了我的疑虑。这次实验是一次引人入胜的观察，让我们了解到大脑到底有多脆弱；同时也是一扇小小的窗户，能让我感同身受地体会到身边中风患者的经历。
作为英国广播公司（BBC）四台《无限猴笼》[英国广播公司（BBC）的一档科普节目，用幽默的语言讨论各种科学主题。
]（The Infinite Monkey Cage）系列节目的主持人之一，我有幸参与了各种心理和神经科学实验。如果有人在深夜的火车上走过来问我，是否有兴趣参加一项科学实验，我肯定会欣然应允。
这就是为什么我会现身皇家神经损伤医院（Royal Hospital for Neuro-disability），做了脑电图（EEG），多多少少地知道了自己的大脑对“灯塔家族”（the Lighthouse Family）的音乐会有何反应。
这就是为什么我同意接受功能性磁共振成像（fMRI），接受在玩单人游戏“等一下”时进行大脑扫描，这样研究人员就可以看到实验对象在随口唠叨时，大脑中是否发生了什么有趣的事情。观察“你”所在的大脑真是一桩神奇事儿。
人们总说，人脑是已知宇宙中复杂的东西。人是有自我意识的生物，能够通过沉思进行反省，能够体验伴随着意识而产生的焦虑与快乐。人之所以为人，其原因仍不得而知，有待探索，这也是情理之中的事。20世纪充斥着雄心勃勃的实验，旨在解决个体认知之谜，但这些实验往往会使患者病情恶化，或者死亡。随着我们越来越了解大脑内部硬件，我们对“人之所以为人”的原因理解得更加清晰透彻。神经学家之间有很多激烈的争论，在这些激辩中，一些想法化为火焰，照亮了我们，另一些则化为了灰烬。
作为一个物种，要想生存下去，我们必须想办法更好地了解自己，理解我们的决策过程，理解我们的内心意志，理解我们的大脑和思想的运作原理。
我对宇宙着迷：为什么原子会如此行事？黑洞的视界线发生了什么？是否有多重宇宙？但让我痴迷的是我们这个物种永不满足的好奇心，我好奇为什么我们的大脑具有如此潜力，远远超出为活着而活着的基本需求。
这就是为什么我很高兴地看到你们成为这本书的读者。通过一些讲座，这本书阐明了我们如何一步步加深对自身的理解，审慎地探究了我们的大脑和思想。
现在我要静音了，免得再来点磁脉冲堵上我的嘴。
罗宾·因斯（Robin Ince）
自1825年以来，由迈克尔·法拉第发起的圣诞讲座，为向年轻人展示前沿的科学成果开辟了一条饶有趣味的新途径。
——英国皇家学会
思维是什么？思维是如何产生的？这两个问题或许可以归结为同一个问题。然而，如果某人声称他能回答这一问题，那我应该期待他展示给我什么呢？一只会表演的老鼠？一幅大脑扫描图？或者一个公式？即便是极富猜想性和远见性的情形，也都无法抓住思维的本质，或者说其精髓——主观性。
——英国皇家学会理事、神经学家苏珊·格林菲尔德
如果自我是我们思维和行为的总和，那么难以否认的事实就是它们都依赖于大脑。实际上，我们就是我们的大脑，或者至少大脑是决定我们是谁的关键部分。
——英国认知心理学家 布鲁斯·胡德
第八章
人工智能会超越人类智慧吗？
凯文·沃维克
（Kevin Warwick）
2000
新世纪伊始，沃维克要求我们思考一下，在不远的将来，机器人的智力是否足以与人类的智力相媲美。期间他向我们介绍了一个真正的机器人动物园，以幽默的方式展示了人类的认知，比如感知和情感，是如何配置到机器上的。我们发现了技术是如何增强人类大脑的，而且观众获得了预见未来的机会，因为沃维克非常准确地预测到了许多今天困扰我们的人工智能的重要问题。
紫色的探照灯照亮了整个大厅，桌子上摆放着各种机器，其中包括一对大型机器人手臂，十分引人注目。“机器人引发了一些非常有争议的问题”，沃维克说。这是他首次面向年轻观众的讲座。“我们希望它们做什么？我们想要它们做出什么样的决定？它们将对社会产生什么影响？”
要回答这些问题，我们需要知道机器人具备什么技能。沃维克首先考虑的是人形安卓机器人，一种外观和行为都有点像人类的机器人，需要拥有和我们一样的智能感官来移动和交流。沃维克兴致勃勃地介绍这样一款机器人。他说：“这个机器人跨越七千英里距离，从日本千里迢迢地赶来，就是为了今天来到这里和我们见面。”他透露说这款日本的机器人，专门为今天的这场讲座而来。这个满脸愁容的机器人具有一些人类的特征，有大眼睛，有鼻子、眉毛、嘴巴和一双巨大的金属耳朵。和人类一样，它主要通过视觉来感知外界。我们可以看到它是如何把摄像头作为眼睛，跟随光线而动的（摄像头的工作原理类似于眼睛视网膜）。这些大耳朵里还装有用来听声音的麦克风，当身后有人大叫时，它会受到惊吓。
但机器人也可以被赋予超越人类的感官认知。接下来我们将见到来自沃维克所在的雷丁大学里的机器人—“七个小矮人”。这些忙碌的小机器在演讲大厅的地板上窜来窜去，沃维克不得不躲到演讲台上“避难”，随后他解释了这些机器人如何使用超声波来寻找方向。超声波信号撞到某个物体时，会反弹回来，提醒机器人前方有障碍物。
正如在前面几个讲座中提到的那样，人类的大脑已经进化到能够很好地适应我们依赖的视觉。但是，尝试开发具有超声波等超能力的机器人，也能增强我们自己的感知能力，尤其是在我们的感知出问题的时候。
沃维克问：“如果将人类的感官换成这种机器人的感官，结果会怎样呢？”一位热心的志愿者乔，在一副超声波耳机的帮助下，获得了寻找答案的机会。这副耳机所发出的信号与“小矮人”机器人相同。沃维克召集了几位观众来扮演一个林木繁茂的“虚拟森林”，蒙着眼睛的乔必须在这群人中找到自己的路，而且不撞到任何一个人。每当乔快撞到人的时候，耳机里就会播放类似电子琴的声音。在这些声音的引导下，他设法穿过了密密麻麻的人群，而且没有碰到任何人。因此，沃维克指出，这种超越人类的感知能力不仅适用于机器人，而且具有上述功能的耳机可能也适用于盲人。
沃维克认为，如果人类要与机器人成功互动，还需要考虑人性的另一个重要方面—情感。为了证明这一点，他利用周末时间让两名年轻的观众做了一个实验。此时鲁斯和罗文姐弟俩登上讲台，旁边还有一只可爱的机器狗—爱博（Aibo）。“实验内容就是先询问姐弟俩是否愿意把自己的狗丢在一边，同爱博度过一个周末。下面就是这个周末发生的事情。”
我们看到了在鲁斯和罗文家里拍摄的视频，记录了实验过程。姐弟俩送别自己的狗，接着开始了解爱博，并与它一起玩耍，一同训练。演播大厅里，沃维克问他们两人是否愿意永远留下爱博，舍弃自己有血有肉的爱犬。出人意料的是，两人都同意了。沃维克打趣说：“那这样的话，待会儿我把你俩的爱犬牵走，你们留下爱博，怎么样？”
爱博之所以让人无法拒绝，是因为它能像活生生的狗一样与我们进行情感交流。如果我们参考苏菲·斯科特（Sophie Scott）在2017年讲座提出的观点—情感是通用的沟通方式，且在长期进化中形成（见第221页），就不觉得稀奇了。若是难以理解情感，就更加无法理解他人。
而且正如沃尔夫在第五章（见第101页）向我们展示的那样，大脑回应我们的情绪状态的信号会引起身体的各种生理变化，比如心跳加速、手心出汗，这些都会泄露我们的想法和感受。
因此，如果机器人想要与人类进行智能互动，就得先了解我们的情感。考虑到这一点，我们展示了一段美国高端机器人Kismet（意为“好运”）的视频，它能对人类声音中的语气和情感做出反应。受到表扬时，它还会微笑，观众都被逗笑了。沃维克解释说：“但是它并不是特别聪明，很多时候会产生一些小误解。”（其实，情感识别在机器人中仍然是一个棘手的问题，随后我们将在苏菲·斯科特的讲座中发现这一点。）
在倒数第二场演讲中，沃维克将主题转向了一个他很关心的问题：如果我们能够将人类和机器结合在一起，那么会怎样呢？“我们能否展望一下未来，那时我们不再是纯粹的人类，而是半生物半机器的结合体？”他问道，“未来我们会拥有一个只有赛博格（cyborgs）的世界吗？”沃维克解释说，赛博格指一半是人，一半是机器的存在，即生化人。人的能力将被极大强化。
尽管听起来很前卫，但事实上，它已经在发生了。例如，人类可以通过大脑向肌肉发出电信号以控制义肢，支配其移动方向。为了证明这一点，沃维克请来了部门的同事，他的义肢配置了可以显示肌肉发出的电信号的肌电图，准确执行了操作者想要发出的手部动作。
但沃维克坚信赛博格会更激进。“在我看来，赛博格是与技术永远连接在一起的人；或许人类和技术能够融为一体。”他认为，如果我们能将大脑与技术直接相连，我们终可能有能力用自己的思想控制它；相应的，技术也将拥有控制我们的能力。“人类的大脑非常复杂，但是在把大脑与外部世界直接连接方面，我们已经取得了一定的进步。”
下一位嘉宾本杰明·格洛弗（Benjamin Glover）是一个佩戴了人工耳蜗助听器的小男孩。安装在耳内的人工耳蜗能够将声波转换为电信号，然后传送到大脑。这一过程本来是在成千上万个毛细胞的帮助下完成的，它们会根据声波在耳朵里产生的振动做出反应。细胞移动时，它们将振动转化为电信号，经听觉神经传送到大脑。如果这些毛细胞像本杰明的一样受损，就会对听力产生很大影响。因此，在头骨上安装一个耳蜗，人为地模仿毛细胞的作用，就能直接将声波转化为大脑可以处理的信息。
我们听说，观众对下一个赛博格已颇为熟悉。沃维克透露说：“几年前，我在手臂上做了一个类似的植入手术。”然后，他向我们展示了贴在他手臂上的一个小型电脑芯片。有了这个植入芯片，他不用触摸就能打开所在大学的门，自动开灯，并在靠近电脑时直接打开电脑，就好像钥匙和电脑密码都植入了他的身体。
凯文·沃维克（1954-）
沃维克，出生于英国考文垂（Coventry）。16岁离开学校，进入英国电信公司当学徒，后在阿斯顿大学攻读学位，随后在帝国理工学院攻读博士学位。举办讲座时，他还是雷丁大学神经机械学教授，现在是考文垂大学的科研副校长。他不仅在机器人和人工智能研究上颇有建树，其“赛博格项目”也备受关注。他还在自己身上进行了一系列实验，在讲座中也提到了。这为他赢得了“世界上位赛博格”和“赛博格首领”的称号。
沃维克描述了这项实验的下一个阶段（他称之为“赛博格项目”）。我们了解到，他希望将电极植入到手臂上的神经，拦截来自大脑的与感官或运动有关的电信号。电极会把信息发送到电脑，所以这能有效地解码和存储人类大脑的一些内容。他说，如果把这些信号传递回神经系统，可能会触发疼痛感或引发某些动作，甚至有可能以这种方式把两个人连接起来。后，沃维克希望他的妻子也能植入一个类似的芯片，这样他们就可以共享彼此的感觉。沃维克想知道，体验别人的疼痛是什么感觉。“你知道那是什么感觉吗？你能感到同样的疼痛吗？我们还不知道答案，但这正是科学的意义所在。”（沃维克后来成功地进行了上述两个实验步骤。当他和妻子的芯片相连时，每当妻子紧握双手，就会有一个脉冲信号传达至他的大脑。他将其描述为一种新型亲密交流形式。现在他称之为“一种电报”。） 当然，这种技术也会有令人难以置信的应用：通过从一个人的神经系统向另一个人的神经系统发送信号，就可以实现纯粹的思维交流。
在后一次讲座中，沃维克将话题从赛博格转回到机器人，并考虑它们是否能真正成为智能机器人。他问道：“我们能赋予它们独立的思想吗？”随后他读了亚瑟·查尔斯·克拉克（Arthur C. Clarke）的小说《2001：太空漫游》（2001： A Space Odyssey）中的一段节选。在这部小说中，一台名为哈尔（Hall）的电脑摆脱了人类控制，终控制了人类的宇宙飞船。做讲座时，2001年已经近在咫尺，所以沃维克问大家，这个愿景与现实之间有多远呢？
著名的机器人智力测试或许是计算机科学家艾伦·图灵（Alan Turing）在1950年设计出来的。沃维克解释说，如果一台电脑能通过回答问题成功骗过我们，让我们误以为它实际上是人类，那么它就能通过图灵测试，也就是说使人类无法分辨出回答是来自人类还是机器。但截止到举办讲座时，还没有电脑通过图灵测试。
沃维克在讲座大厅里再现了图灵测试。房间外安装了两台电脑，沃维克解释说，其中一台由一名志愿者控制，另一台由电脑程序控制。观众席上的孩子们会向电脑发送一系列问题，现场和电视机前的观众则要根据答案来判断哪些是志愿者回答的，哪些是电脑回答的。后一场讲座将会在电视上进行直播，屏幕上会提供一个电话号码和电子邮件地址，欢迎广大电视机前的观众前来提问。
观众发来用以图灵测试的问题
你会撒谎吗？
天线宝宝是什么？
你为什么不开心？
你在学校喜欢的科目是什么？
如果可以选择的话，你想要蓝眼睛还是绿眼睛？
你对什么感兴趣？
你头疼过吗？
你妈妈叫什么名字？
与此同时，在进一步探索机器智能的问题时，我们遇到了13岁的英国青少年国际象棋冠军高文·琼斯（Gawain Jones），他正在与一个叫弗里茨（Fritz）的电脑程序进行国际象棋的比赛。沃维克说：“数学家估计，国际象棋棋盘上可能的走位比宇宙中的原子还要多，所以这是一个相当复杂的游戏。”
三年前，当时的世界象棋冠军加里·卡斯帕罗夫（Garry Kasparov）败给了一台名为深蓝（Deep Blue）的象棋电脑。大屏幕上播放了卡斯帕罗夫败给机器后接受采访的视频，可以看出他显然心有余悸。“当我遇见无法理解的事物时会害怕，而今天的操作真的让我无法理解，我根本不知道背后发生了什么”。
但是沃维克这次为听众揭开了背后的谜底，解释了电脑达到这种智能状态所使用的技巧。与人脑相比，电脑的优势是速度，因为它们能以比人脑快得多的速度走完数千种可能的走法。但这种智能也十分有限。他说：“如果电脑能具备一些基本常识，一定会表现得更好。”
从出生的那一天起，人类就开始学习，大脑也随着经验的积累而发育（详见科林·布莱克莫尔的讲座，第115页）。正如瑞士心理学家让·皮亚杰（Jean Piaget）所说，智力是你迷茫无措时所使用的工具，但这要依赖以往的经验和面临的新情况。沃维克解释说，如果电脑要想达到这种水平，我们需要为其设置不同的情境并编程，让电脑可以依次处理每种情境，但这样十分费力。假设我们将它们看作人类，“从婴儿期就开始赋予其学习的能力”，会发生什么呢？
机器人研究的热点话题之一是机器学习，为了进一步深入研究，沃维克请来了一个叫尼布勒（Nibbler）的小机器人，它正在演讲大厅里跑来跑去。沃维克说：“给这个小机器人设置的‘人生目标’是向前移动，且不撞到物体。”收到指令后，尼布勒却不断碰到桌子，让观众觉得非常好笑。沃维克解释说，这是一件好事，因为尼布勒正在使用人工神经网络从经验中学习，这种人工大脑允许它通过反复试验和试错来学习。所以，这个机器人的学习方式有点像婴儿，在编程和经验中一点点进步。
沃维克说话时，尼布勒在继续探索，慢慢地它不再撞到物体。它仅用49个神经元就做到了这一点，“所以它大脑的处理能力和鼻涕虫一样”。沃维克说，这与人脑的1000亿个神经元有天壤之别，但更大的神经网络已经投入使用，比如在需要快速处理大量数据的证券交易所。“目前，许多证券交易所都在使用人工神经网络而非人力，纯粹是因为机器更好用，人工大脑比人脑处理速度更快。”（这类机器学习的演示远远领先于时代，从那以后人工智能成为一个热门话题。）
在讲座接近尾声时，沃维克思考了机器人是否有可能超越人类的智慧。从讲座开始时的图灵测试结果来看，这似乎不太可能：观众们眼睛雪亮，大部分都准确地猜到了哪些是机器的回答，哪些是年轻志愿者的回答。
为了找出原因，我们听取了科学家大卫·哈米尔（David Hamill）的意见，他发明了参与测试的电脑。他说：“这实际上只是一个装满把戏的盒子，没有一丁点儿智能。”为了演示，哈米尔让沃维克给电脑出一个问题。沃维克问：“你喜欢足球吗？”电脑回答： “我前几天在电视上看了《泰坦尼克号》（Titanic）。”听到这儿，观众不由得笑出声来。“我能看到曼联球队和泰坦尼克号之间的关系呢。”沃维克打趣道。
问题在于，这台机器的编程只能识别特定词语，然后据此构造答案。“它不知道这个世界是什么样子”。图灵曾预测，在2000年时会有电脑通过这一测试，结果可能让他失望了（至今是否有计算机已经通过图灵测试还存有争议，但包括沃维克在内的很多人都接受，在2014年时有一台计算机通过了测试这一说法[ 2014年6月8日，俄罗斯人弗拉基米尔·维西罗夫（Vladimir Veselov）创立的人工智能软件尤金·古斯特曼（Eugene Goostman）成功让人类相信它是一个13岁的男孩，被认为通过了图灵测试。]。
无论机器学习取得了多大进展，如果机器人不能像人类那样将知识传给后代，其用途就会十分有限。人类不仅能从自己的经验中学习，还能将这些经验教训传授给他人，这是人类至关重要的一个方面，促使我们建立复杂的技术社会。任何有孩子的人都知道，孩子主要是通过观察他人的行为来学习的。沃维克说：“这就是生命的进步。”
沃维克把尼布勒和一个叫佐德伯格（Zoidberg）的小机器人一同请上台来。尼布勒再次探索环境时，它的同伴却一动不动。沃维克解释说：“那是因为它不知道该怎么做。”但是，当尼布勒觉得自己已经学到够用的知识时，它就会教佐德伯格怎样使用无线电信号。观众看到这一过程简直惊呆了：尼布勒向佐德伯格发送信号，接着，在完全没有人为编程的情况下，佐德伯格开始自如地移动了。沃维克说：“这个机器人的行为就像它从另一个机器人老师那里学会的一样。”
机器人的这种自我学习甚至自我进化的能力，给那些使用这些系统的人带来了很大的麻烦。沃维克非常超前地敲响了警钟，他让观众思考一个问题，该问题已经成为我们这个时代紧迫的科技问题之一：如果机器能自行运算，一旦进行下去，我们就很难了解其中涉及的算法。如果像沃维克讲座一开始所预见的那样，机器为我们做决定，带来一定的社会影响，那事情就更难办了。这就是所谓的机器学习的“黑匣子问题”（black-box problem）。沃维克说：“现实地说，作为智人，我们无法真正了解计算机网络的大脑中发生了什么；如果我们试图控制它们，是非常困难的。”
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