机器人的未来

我们身边的科学

FuturistRayKurzweilexplainshowtheboundarybetweenmanandmachineisquicklydisappearing.

未来学家雷库兹维为我们解释人和机器之间的分界线正如何迅速地消失。

TheFuture

Humanexperienceismarkedbyarefusaltoobeyourlimitations.We'veescapedtheground,we'veescapedtheplanet,andnow,afterthousandsofyearsofeffort,ourquesttobuildmachinesthatemulateourownappearance,movementandintelligenceisleadingustothepointwherewewillescapethetwomostfundamentalconfinesofall:ourbodiesandourminds.Oncethispointcomes—oncetheacceleratingpaceoftechnologicalchangeallowsustobuildmachinesthatnotonlyequalbutsurpasshumanintelligence—we'llseecyborgs1(machine-enhancedhumansliketheSixMillionDollarMan),androids2(human-robothybridslikeDatainStarTrek)andothercombinationsbeyondwhatwecanevenimagine.

AlthoughtheancientGreekswereamongthefirsttobuildmachinesthatcouldemulatetheintelligenceandnaturalmovementsofpeople,theseeffortsfloweredintheEuropeanRenaissance3,whichproducedthefirstandroidswithlifelikemovements.Theseincludedamandolin4-playinglady,constructedin1540byItalianinventorGianelloTorriano.In1772SwisswatchmakerPierreJacquet-DrozbuiltapensivechildnamedL'crivain(TheWriter)thatcouldwritepassageswithapen.L'crivain'sbrainwasamechanicalcomputerthatwasimpressiveforitscomplexityevenbytoday'sstandards.

Suchinventionsledscientistsandphilosopherstospeculatethatthehumanbrainitselfwasjustan

of

Robots

ByRobertRoyBritt

机器人的未来

elaborateautomaton.WilhelmLeibniza

contemporary5ofIsaacNewton,wrotearound1700:"Whatifthesetheoriesarereallytrue,andweweremagicallyshrunkandputintosomeone'sbrainwhilehewasthinking.Wewouldseeallthepumps,pistons,gearsandleversworkingaway,andwewouldbeabletodescribetheirworkingscompletely,inmechanicalterms,therebycompletelydescribingthethoughtprocessesofthebrain.Butthatdescriptionwouldnowherecontainanymentionofthought!Itwouldcontainnothingbutdescriptionsofpumps,pistons,levers!"

Leibnizwasontosomething.Thereareindeedpumps,pistonsandleversinsideourbrain—wenowrecognizethemasneurotransmitters,ionchannelsandtheothermolecularcomponentsoftheneuralmachinery.Andalthoughwedon'tyetfullyunderstandthedetailsofhowtheselittlemachinescreatethought,ourignorancewon'tlastmuchlonger.

Theword"robot"originatedalmostacenturyago.CzechdramatistKarelCapekfirstusedtheterminhis1921playR.U.R.,creatingitfromtheCzechword"robota,"meaningobligatorywork.Intheplay,hedescribestheinventionofintelligentbiomechanicalmachinesintendedasservantsfortheirhumancreators.Whilelackingcharmandgoodwill,hisrobotsbroughttogetheralltheelementsofmachineintelligence:vision,touchsensitivity,patternrecognition,decisionmaking,world

19

knowledge,finemotorcoordinationandevenameasureofcommonsense.

Capekintendedhisintelligentmachinestobeevilintheirperfection,theirperfectrationalityscornfulofhumanfrailty.Theserobotsultimatelyriseupagainsttheirmastersanddestroyallhumankind,adystopian6notionthathasbeenechoedinmuchsciencefictionsince.

Thespecterofmachineintelligenceenslavingitscreatorshascontinuedtoimpressitselfonthepublicconsciousness.Butmoresignificantly,Capek'srobotsintroducedtheideaoftherobotasanimitationorsubstituteforahumanbeing.Theideahasbeenreinforcedthroughoutthe20thcentury,asandroidsengagedthepopularimaginationinfictionandfilm,fromRosietoC-3POandtheTerminator.

Thefirstgenerationofmodernrobotswere,however,afarcryfromtheseanthropomorphic7visions,andmostrobotbuildershavemadenoattempttomimichumans.TheUnimate,apopularassembly-linerobotfromthe1960s,wascapableonlyofmovingitsonearminseveraldirectionsandopeningandclosingitsgripper.TodaytherearemorethantwomillionRoombarobotsscurryingaroundperformingatask(vacuuming)thatusedtobedonebyhumans.Mostrobotswillcontinuetobeutilitariandevicesdesignedtocarryoutspecifictasks.Butwhenwethinkoftheword"robot,"Capek'scentury-oldconceptofmachinesmadeinourownimagestilldominatesourimaginationandinspiresourgoals.

Theaspirationtobuildhuman-levelandroidscanberegardedastheultimatechallengeinartificialintelligence.Todoit,weneedtounderstandnotjusthumancognitionbutalsoourphysicalskill—itis,afterall,acriticalpartofwhatthebraindoes.Coordinatingintentionwithmovementinacomplexenvironmentislargelytheresponsibilityofthe

cerebellum8

,whichcomprisesmorethanhalftheneuronsinthebrain.Andthebodyitselfrepresentsmuchofourcomplexity:Thereismoreinformation20

inthehumangenome,whichdescribesthehuman

body,thaninthedesignofthebrain.

Wearemakingtremendousstridestowardbeingabletounderstandhowthebrainworks.Theperformance/priceratio,capacityandbandwidthofeverytypeofinformationtechnology,electronicandbiologicalalike,isdoublingabouteveryyear.Icallthispervasivephenomenonthelawofacceleratingreturns.Ourgraspofbiologyisproceedingatanacceleratingpace,alsoexponentially9increasingeveryyear.IttookscientistsfiveyearstobeabletosequenceHIV,forexample,buttheSARSvirusrequiredonly31days.Theamountofgeneticdatathat'sbeensequencedhasdoubledeveryyearsincethehumangenomeprojectbeganin1990,andthecostperbasepairhascomedownbyhalfeachyear,from$10in1990toaboutapennytoday.Wearemakingcomparablegainsinunderstandinghowthegenomeexpressesitselfinproteinsandinunderstandinghowabroadrangeofbiologicalmechanismswork.Indeed,weareaugmentingandre-creatingnearlyeveryorganandsysteminthehumanbody:heartsandpancreases10,jointsandmuscles.

Thesameprogressionappliestoourknowledgeofthehumanbrain.Thethree-dimensionalresolutionofbrainscanshasbeenexponentiallyincreasing,andthelatestgenerationofscannerscanimageindividualneuronalconnectionsfiringinrealtime.Theamountofdatathatscientistsaregatheringonthebrainissimilarlyincreasingeveryyear.Andtheyareshowingthatthisinformationcanbeunderstoodbyconvertingitintomodelsandsimulationsofbrainregions,sometwodozenofwhichhavealreadybeencompleted.IBMalsorecentlybegananambitiousefforttomodelasubstantialpartofthecerebralcortex11inincredibledetail.

Ifwearetore-createthepowersofthehumanbrain,wefirstneedtounderstandhowcomplexitis.Thereare100billionneurons,eachwiththousandsofconnectionsandeachconnectioncontainingabout

1,000neuralpathways.I'veestimatedtheamountofinformationrequiredtocharacterizethestateofamaturebrainatthousandsoftrillionsofbytes:alotofcomplexity.

Butthedesignofthebrainisabilliontimesassimpleasthis.Howdoweknow?Thedesignofthehumanbrain—andbody—isstoredinthegenome,andthegenomedoesn'tcontainthatmuchinformation.TherearethreebillionrungsofDNAinthehumangenome:sixbillionbits,or800millionbytes.Itisrepletewithredundancies,however;onelengthysequencecalledALUisrepeated300,000times.Sinceweknowthegenome'sstructure,wecancompressitsinformationtoonly30millionto100millionbytes,whichissmallerthanthecodeforMicrosoftWord.Abouthalfofthiscontainsthedesignofthehumanbrain.

Thebraincanbedescribedinjust15millionto50millionbytesbecausemostofitswiringisrandomatbirth.Forexample,thetrillionsofconnectionsinthecerebellumaredescribedbyonlyahandfulofgenes.Thismeansthatmostofthecerebellumwiringintheinfantbrainischaotic.Thesystemisdesignedtobeself-organizing,though,soasthe

1Cyborgs：半机械人2Android:人型机器人

3EuropeanRenaissance:EuropeanRenaissanceandReformation（1350-1600）欧洲文艺复兴与改革4mandolin：曼陀琳琴

5contemporary：属于同一时代的(人)

6

dystopian：反面乌托邦。是关于“信息社会”的叙事中与乌托邦(utopian)相对立的一种观点。社会经济不同发展程度之历史连续性中信息传播技术的不同融合、政治权利的不平等以及知识精英与知识被剥夺者之间的鸿沟。7

anthropomorphic拟人的，人格化的。Anthrop源自希腊语，意为humanbeing，MORPH也源自希腊语，意为shape，-IC意为“……似的，……性的”。如：Theold,diseasedtreehadalwaysbeenacompaniontoher,thoughsheknewheranthropomorphicfeelingsaboutitweresentimental.（那棵已露病态的老树如同她的伴侣，尽管她清楚对它这种人格化的情感是感情用事。）8cerebellum小脑9

exponentially指数级

10pancreases：胰腺

11cerebralcortex：cerebral大脑的，cortex皮层

我们身边的科学

childlearnstowalkandtalkandcatchaflyball,the

cerebellumgetsfilledwithmeaningfulinformation.

Mypointisnotthatthebrainissimple,butthatthedesignisatalevelofcomplexitythatwecanfathomandmanage.Andbyapplyingthelawofacceleratingreturnstotheproblemofanalyzingthebrain'scomplexity,wecanreasonablyforecastthattherewillbeexhaustivemodelsandsimulationsofallseveralhundredregionsofthehumanbrainwithinabout20years.

Onceweunderstandhowthemindoperates,wewillbeabletoprogramdetaileddescriptionsoftheseprinciplesintoinexpensivecomputers,which,bythelate2020s,willbethousandsoftimesaspowerfulasthehumanbrain—anotherconsequenceofthelawofacceleratingreturns.Sowewillhaveboththehardwareandsoftwaretoachievehuman-levelintelligenceinamachineby2029.Wewillalsobythenbeabletoconstructfullyhumanlikeandroidsatexquisitelevelsofdetailandsendblood-cell-sizerobotsintoourbodiesandbrainstokeepushealthyfrominsideandtoaugmentourintellect.Bythetimewesucceedinbuildingsuchmachines,wewillhavebecomepartmachineourselves.Wewill,inotherwords,finallytranscendwhatwehavesolongthoughtofastheultimatelimitations:ourbodiesandminds.

21

人类历史是突破自我局限的过程。我们离开了地面，我们飞离了地球。几千年以来，我们一直努力试图制造可以模仿我们的长相、动作和智慧的机器，以突破最基本的两大限制：我们的身体和我们的思想。一旦突破得以实现，一旦加速发展的科学技术可以帮助我们制造达到甚至超越人类智慧的机器，我们就可以看到半机械人（《无敌金刚》中的机器增强人），或是人型机器人（《星际旅行》中叫百科的人—机器结合体），或是其他超出我们想象的结合体。

尽管古希腊人最早尝试去制造可以模仿人类自然运动和智力水平的机器，但直到欧洲的文艺复兴时期这样的努力才开花结果，制造出第一批能够模仿人类运动的人型机器人，其中包括1540年意大利发明家贾尼洛托里诺制造的“弹曼陀琳的女士”等。1772年瑞士钟表匠贾桂—道兹制造了名叫L'crivain（作者）的机器人，他是一个神情忧郁，可以用笔写字的孩子。L'crivain的大脑是一个机械式计算机，复杂程度即便以今天的水准看来也令人叹为观止。

这样的发明让科学家和哲学家怀疑人脑本身就是一个极其精细的机器人。和牛顿同时代的德国数学家莱布尼兹在1700年写到：“如果这些理论真的符合事实，那么当我们奇迹般地缩小进入一个正在思考的人的大脑时，会发生什么呢？我们应该可以看见交错工作着的泵、活塞、齿轮和杠杆，我们还可以用机械术语完整的描述它们的工作，也就是完整的描述大脑的思想进程。但是这样的描述和思想毫无关系，除了对于泵、活塞和杠杆的描述绝无其他！”

莱布尼兹说得对。在我们的大脑里的确有泵、活塞和杠杆—现在我们把它们叫做神经传导元、离子通道和其他构成神经系统的分子。尽管我们还不能充分了解这些小零件是如何产生思想的，但是用不了多久就会知道真相。“机器人”这个单词出现在大约一个世纪前。捷克剧作家卡尔卡沛克1921年在他的话剧《R.U.R》里第一次使用这个单词。这个单词来源于捷克语的一个单词“robota”，意思是“强制性工作”。在话剧中，他描写了一种智能生物

机械机器的发明过程，人类发明者用它作自己

22

的仆人。虽然缺乏魅力和亲和力，他笔下的机器人已经拥有了智能机器人的所有特点：视力、触觉、图形识别、做决定、世界知识、精细运动协调能力、甚至掌握一定的基本常识。

卡沛克笔下的这个智能机器人非常完美却带着邪恶，带着蔑视人性脆弱的异常理性。最后这些机器人奋起反抗了它们的主人，消灭了所有人类，这样的反乌托邦的想法在此后的很多科幻小说里都有体现。

智能机器人最终征服了它的创造者，这样的恐惧深深地铭刻在大众的意识里。但是更重要的是，卡沛克笔下的机器人让我们意识到机器人可以模仿人类甚至替代人类。在20世纪，这样的意识被反复强化—人—机器结合体的角色大量的出现在科幻小说和科幻电影里，从Rosie，C-3PO到终结者。

然而第一代现代机器人同这些人型机器人相距甚远，大部分机器人制造者也根本没想过要模仿人类来设计。上世纪60年代以来被广泛用于装配线的机器人Unimate只有一个可以向几个方向转动的手臂和可以开合的机械爪。现在大概有200万个Roomba机器人在全世界的各个角落忙碌着，做着过去由人完成的工作——吸尘。虽然大部分机器人仍然是专门设计出来用以执行特别任务，但是当我们想到“机器人”这个单词，那个留在我们记忆里长达一个世纪之久的卡沛克笔下的机器人仍然主宰着我们的想象力，并鼓励我们向着目标努力。

制造一个达到人类智力水平的人型机器人的愿望可以说是人工智能的最终目标。为了实现这样的目标，我们不仅要了解人类的认知过程，还要了解我们的运动能力—毕竟运动是人脑功能里关键的一部分。小脑的主要职责是在复杂的情况下协调各种动作，它的神经元数量也超过整个人脑神经元的一半。我们身体本身也非常复杂，但描述人类身体的基因组比描述人脑的要多。

在研究大脑如何工作的进程中我们正在取得长足的进步。生物信息技术和电子信息技术一样，它们的性价比、能力和能带宽度每年都在以翻倍的速度发展。我把这种普遍现象叫做“加速回报法则”。我们对于生物学掌握的知识每年都以指数级加速增长。比如科学家曾用了5年为HIV病毒排序，而对于SARS病毒只用了31天。自从1990年开始人类基因工程以来，每年成功排序的基因数据都会翻倍增长，而每对基因排序的费用却每年降低一半，从1990年的10美元降低到现在的大约一美分。在了解基因组在蛋白质中如何展现以及大量的生物机制如何工作方面也取得了同样的进展。其实，我们可以培养甚至重造几乎所有的人体器官和组织：从心脏到胰腺，从关节到肌肉。

我们对人脑的理解取得了同样的进步。三维大脑扫描仪的解析度正以指数级增长，最新一代扫描仪甚至可以实时看到单个神经元之间激发联结的过程。科学家们在大脑上获得的信息同样在迅速增长。科学家表示，人们可以通过对大脑相应区域内的信息进行建模和仿真来理解这些信息，至今科学家们已经完成了24个区域。IBM最近雄心勃勃试图以难以想象的精度模拟大部分大脑皮层。

为了重新创造人类大脑的智力，我们首先必须了解大脑的复杂程度。大脑大约有1000亿个神经元，每个神经元有数千个神经连接，而每个神经连接又有大约1000个神经通道。我估计描述一个成年人大脑所需要的信息量大约在数千万亿个字节：多么的复杂啊！

可是大脑的构造要简单得多。我们怎么知道的呢？因为大脑的构造—和人体一样—

我们身边的科学

是存储在基因组里的，而基因组没有包含那么复杂的信息。人类基因组大概有30亿条DNA：也就是60亿比特，或是8亿字节。然而这些字节的冗余程度很高，例如一个叫ALU的长排列被重复了30万次。因为我们了解基因组的结构，所以我们就可以将其组成压缩至3000万到1亿个字节，这个编码数量比微软WORD软件还要少，而且其中只有一半与大脑的构造有关。

大脑的构造之所以可以仅仅用1500万到5000万的字节就可以描述，是因为大脑内部的连接在我们出生的时候基本是随机的。比如，小脑里上万亿个神经连接仅仅用几个基因就可以描述了。这就意味着小脑的连接在婴儿阶段是混乱的。然而人脑系统生来具备自我组织能力，当一个孩子学习走路、说话、接住飞来的球的时候，小脑慢慢地充实着有意义的信息。

我的观点并不是说人脑很简单，而是说人脑构造的复杂程度处于我们可以想象并且掌握的水平上。而且如果加速回报定律也适用于大脑研究工作上，我们有理由预测，不超过约20年我们便可以完成针对大脑里数百个区域的建模和仿真。

一旦我们了解思维工作的原理，我们就可以将这些原理进行详细描述并且编程，再输入到相对便宜的计算机里，到本世纪20年代末计算机将比人脑强大上千倍（这个也是加速回报定律的一个成果）。这样在2029年之前我们就可以拥有制造具备人类智力水平的机器所需的硬件和软件。到那时，我们可以制造出相当精细的和人一模一样的机器人，可以将血细胞大小的机器人注射到身体和大脑里，不仅可以强身壮体还可以改善智力。一旦我们成功地制造出这样的机器，我们自身也将变成机器的一部分。换句话说，我们最终可以超越迄今被公认的终级局限：我们的身体和思想。

（姜海洋选译）

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我们身边的科学

FuturistRayKurzweilexplainshowtheboundarybetweenmanandmachineisquicklydisappearing.

未来学家雷库兹维为我们解释人和机器之间的分界线正如何迅速地消失。

TheFuture

Humanexperienceismarkedbyarefusaltoobeyourlimitations.We'veescapedtheground,we'veescapedtheplanet,andnow,afterthousandsofyearsofeffort,ourquesttobuildmachinesthatemulateourownappearance,movementandintelligenceisleadingustothepointwherewewillescapethetwomostfundamentalconfinesofall:ourbodiesandourminds.Oncethispointcomes—oncetheacceleratingpaceoftechnologicalchangeallowsustobuildmachinesthatnotonlyequalbutsurpasshumanintelligence—we'llseecyborgs1(machine-enhancedhumansliketheSixMillionDollarMan),androids2(human-robothybridslikeDatainStarTrek)andothercombinationsbeyondwhatwecanevenimagine.

AlthoughtheancientGreekswereamongthefirsttobuildmachinesthatcouldemulatetheintelligenceandnaturalmovementsofpeople,theseeffortsfloweredintheEuropeanRenaissance3,whichproducedthefirstandroidswithlifelikemovements.Theseincludedamandolin4-playinglady,constructedin1540byItalianinventorGianelloTorriano.In1772SwisswatchmakerPierreJacquet-DrozbuiltapensivechildnamedL'crivain(TheWriter)thatcouldwritepassageswithapen.L'crivain'sbrainwasamechanicalcomputerthatwasimpressiveforitscomplexityevenbytoday'sstandards.

Suchinventionsledscientistsandphilosopherstospeculatethatthehumanbrainitselfwasjustan

of

Robots

ByRobertRoyBritt

机器人的未来

elaborateautomaton.WilhelmLeibniza

contemporary5ofIsaacNewton,wrotearound1700:"Whatifthesetheoriesarereallytrue,andweweremagicallyshrunkandputintosomeone'sbrainwhilehewasthinking.Wewouldseeallthepumps,pistons,gearsandleversworkingaway,andwewouldbeabletodescribetheirworkingscompletely,inmechanicalterms,therebycompletelydescribingthethoughtprocessesofthebrain.Butthatdescriptionwouldnowherecontainanymentionofthought!Itwouldcontainnothingbutdescriptionsofpumps,pistons,levers!"

Leibnizwasontosomething.Thereareindeedpumps,pistonsandleversinsideourbrain—wenowrecognizethemasneurotransmitters,ionchannelsandtheothermolecularcomponentsoftheneuralmachinery.Andalthoughwedon'tyetfullyunderstandthedetailsofhowtheselittlemachinescreatethought,ourignorancewon'tlastmuchlonger.

Theword"robot"originatedalmostacenturyago.CzechdramatistKarelCapekfirstusedtheterminhis1921playR.U.R.,creatingitfromtheCzechword"robota,"meaningobligatorywork.Intheplay,hedescribestheinventionofintelligentbiomechanicalmachinesintendedasservantsfortheirhumancreators.Whilelackingcharmandgoodwill,hisrobotsbroughttogetheralltheelementsofmachineintelligence:vision,touchsensitivity,patternrecognition,decisionmaking,world

19

knowledge,finemotorcoordinationandevenameasureofcommonsense.

Capekintendedhisintelligentmachinestobeevilintheirperfection,theirperfectrationalityscornfulofhumanfrailty.Theserobotsultimatelyriseupagainsttheirmastersanddestroyallhumankind,adystopian6notionthathasbeenechoedinmuchsciencefictionsince.

Thespecterofmachineintelligenceenslavingitscreatorshascontinuedtoimpressitselfonthepublicconsciousness.Butmoresignificantly,Capek'srobotsintroducedtheideaoftherobotasanimitationorsubstituteforahumanbeing.Theideahasbeenreinforcedthroughoutthe20thcentury,asandroidsengagedthepopularimaginationinfictionandfilm,fromRosietoC-3POandtheTerminator.

Thefirstgenerationofmodernrobotswere,however,afarcryfromtheseanthropomorphic7visions,andmostrobotbuildershavemadenoattempttomimichumans.TheUnimate,apopularassembly-linerobotfromthe1960s,wascapableonlyofmovingitsonearminseveraldirectionsandopeningandclosingitsgripper.TodaytherearemorethantwomillionRoombarobotsscurryingaroundperformingatask(vacuuming)thatusedtobedonebyhumans.Mostrobotswillcontinuetobeutilitariandevicesdesignedtocarryoutspecifictasks.Butwhenwethinkoftheword"robot,"Capek'scentury-oldconceptofmachinesmadeinourownimagestilldominatesourimaginationandinspiresourgoals.

Theaspirationtobuildhuman-levelandroidscanberegardedastheultimatechallengeinartificialintelligence.Todoit,weneedtounderstandnotjusthumancognitionbutalsoourphysicalskill—itis,afterall,acriticalpartofwhatthebraindoes.Coordinatingintentionwithmovementinacomplexenvironmentislargelytheresponsibilityofthe

cerebellum8

,whichcomprisesmorethanhalftheneuronsinthebrain.Andthebodyitselfrepresentsmuchofourcomplexity:Thereismoreinformation20

inthehumangenome,whichdescribesthehuman

body,thaninthedesignofthebrain.

Wearemakingtremendousstridestowardbeingabletounderstandhowthebrainworks.Theperformance/priceratio,capacityandbandwidthofeverytypeofinformationtechnology,electronicandbiologicalalike,isdoublingabouteveryyear.Icallthispervasivephenomenonthelawofacceleratingreturns.Ourgraspofbiologyisproceedingatanacceleratingpace,alsoexponentially9increasingeveryyear.IttookscientistsfiveyearstobeabletosequenceHIV,forexample,buttheSARSvirusrequiredonly31days.Theamountofgeneticdatathat'sbeensequencedhasdoubledeveryyearsincethehumangenomeprojectbeganin1990,andthecostperbasepairhascomedownbyhalfeachyear,from$10in1990toaboutapennytoday.Wearemakingcomparablegainsinunderstandinghowthegenomeexpressesitselfinproteinsandinunderstandinghowabroadrangeofbiologicalmechanismswork.Indeed,weareaugmentingandre-creatingnearlyeveryorganandsysteminthehumanbody:heartsandpancreases10,jointsandmuscles.

Thesameprogressionappliestoourknowledgeofthehumanbrain.Thethree-dimensionalresolutionofbrainscanshasbeenexponentiallyincreasing,andthelatestgenerationofscannerscanimageindividualneuronalconnectionsfiringinrealtime.Theamountofdatathatscientistsaregatheringonthebrainissimilarlyincreasingeveryyear.Andtheyareshowingthatthisinformationcanbeunderstoodbyconvertingitintomodelsandsimulationsofbrainregions,sometwodozenofwhichhavealreadybeencompleted.IBMalsorecentlybegananambitiousefforttomodelasubstantialpartofthecerebralcortex11inincredibledetail.

Ifwearetore-createthepowersofthehumanbrain,wefirstneedtounderstandhowcomplexitis.Thereare100billionneurons,eachwiththousandsofconnectionsandeachconnectioncontainingabout

1,000neuralpathways.I'veestimatedtheamountofinformationrequiredtocharacterizethestateofamaturebrainatthousandsoftrillionsofbytes:alotofcomplexity.

Butthedesignofthebrainisabilliontimesassimpleasthis.Howdoweknow?Thedesignofthehumanbrain—andbody—isstoredinthegenome,andthegenomedoesn'tcontainthatmuchinformation.TherearethreebillionrungsofDNAinthehumangenome:sixbillionbits,or800millionbytes.Itisrepletewithredundancies,however;onelengthysequencecalledALUisrepeated300,000times.Sinceweknowthegenome'sstructure,wecancompressitsinformationtoonly30millionto100millionbytes,whichissmallerthanthecodeforMicrosoftWord.Abouthalfofthiscontainsthedesignofthehumanbrain.

Thebraincanbedescribedinjust15millionto50millionbytesbecausemostofitswiringisrandomatbirth.Forexample,thetrillionsofconnectionsinthecerebellumaredescribedbyonlyahandfulofgenes.Thismeansthatmostofthecerebellumwiringintheinfantbrainischaotic.Thesystemisdesignedtobeself-organizing,though,soasthe

1Cyborgs：半机械人2Android:人型机器人

3EuropeanRenaissance:EuropeanRenaissanceandReformation（1350-1600）欧洲文艺复兴与改革4mandolin：曼陀琳琴

5contemporary：属于同一时代的(人)

6

dystopian：反面乌托邦。是关于“信息社会”的叙事中与乌托邦(utopian)相对立的一种观点。社会经济不同发展程度之历史连续性中信息传播技术的不同融合、政治权利的不平等以及知识精英与知识被剥夺者之间的鸿沟。7

anthropomorphic拟人的，人格化的。Anthrop源自希腊语，意为humanbeing，MORPH也源自希腊语，意为shape，-IC意为“……似的，……性的”。如：Theold,diseasedtreehadalwaysbeenacompaniontoher,thoughsheknewheranthropomorphicfeelingsaboutitweresentimental.（那棵已露病态的老树如同她的伴侣，尽管她清楚对它这种人格化的情感是感情用事。）8cerebellum小脑9

exponentially指数级

10pancreases：胰腺

11cerebralcortex：cerebral大脑的，cortex皮层

我们身边的科学

childlearnstowalkandtalkandcatchaflyball,the

cerebellumgetsfilledwithmeaningfulinformation.

Mypointisnotthatthebrainissimple,butthatthedesignisatalevelofcomplexitythatwecanfathomandmanage.Andbyapplyingthelawofacceleratingreturnstotheproblemofanalyzingthebrain'scomplexity,wecanreasonablyforecastthattherewillbeexhaustivemodelsandsimulationsofallseveralhundredregionsofthehumanbrainwithinabout20years.

Onceweunderstandhowthemindoperates,wewillbeabletoprogramdetaileddescriptionsoftheseprinciplesintoinexpensivecomputers,which,bythelate2020s,willbethousandsoftimesaspowerfulasthehumanbrain—anotherconsequenceofthelawofacceleratingreturns.Sowewillhaveboththehardwareandsoftwaretoachievehuman-levelintelligenceinamachineby2029.Wewillalsobythenbeabletoconstructfullyhumanlikeandroidsatexquisitelevelsofdetailandsendblood-cell-sizerobotsintoourbodiesandbrainstokeepushealthyfrominsideandtoaugmentourintellect.Bythetimewesucceedinbuildingsuchmachines,wewillhavebecomepartmachineourselves.Wewill,inotherwords,finallytranscendwhatwehavesolongthoughtofastheultimatelimitations:ourbodiesandminds.

21

人类历史是突破自我局限的过程。我们离开了地面，我们飞离了地球。几千年以来，我们一直努力试图制造可以模仿我们的长相、动作和智慧的机器，以突破最基本的两大限制：我们的身体和我们的思想。一旦突破得以实现，一旦加速发展的科学技术可以帮助我们制造达到甚至超越人类智慧的机器，我们就可以看到半机械人（《无敌金刚》中的机器增强人），或是人型机器人（《星际旅行》中叫百科的人—机器结合体），或是其他超出我们想象的结合体。

尽管古希腊人最早尝试去制造可以模仿人类自然运动和智力水平的机器，但直到欧洲的文艺复兴时期这样的努力才开花结果，制造出第一批能够模仿人类运动的人型机器人，其中包括1540年意大利发明家贾尼洛托里诺制造的“弹曼陀琳的女士”等。1772年瑞士钟表匠贾桂—道兹制造了名叫L'crivain（作者）的机器人，他是一个神情忧郁，可以用笔写字的孩子。L'crivain的大脑是一个机械式计算机，复杂程度即便以今天的水准看来也令人叹为观止。

这样的发明让科学家和哲学家怀疑人脑本身就是一个极其精细的机器人。和牛顿同时代的德国数学家莱布尼兹在1700年写到：“如果这些理论真的符合事实，那么当我们奇迹般地缩小进入一个正在思考的人的大脑时，会发生什么呢？我们应该可以看见交错工作着的泵、活塞、齿轮和杠杆，我们还可以用机械术语完整的描述它们的工作，也就是完整的描述大脑的思想进程。但是这样的描述和思想毫无关系，除了对于泵、活塞和杠杆的描述绝无其他！”

莱布尼兹说得对。在我们的大脑里的确有泵、活塞和杠杆—现在我们把它们叫做神经传导元、离子通道和其他构成神经系统的分子。尽管我们还不能充分了解这些小零件是如何产生思想的，但是用不了多久就会知道真相。“机器人”这个单词出现在大约一个世纪前。捷克剧作家卡尔卡沛克1921年在他的话剧《R.U.R》里第一次使用这个单词。这个单词来源于捷克语的一个单词“robota”，意思是“强制性工作”。在话剧中，他描写了一种智能生物

机械机器的发明过程，人类发明者用它作自己

22

的仆人。虽然缺乏魅力和亲和力，他笔下的机器人已经拥有了智能机器人的所有特点：视力、触觉、图形识别、做决定、世界知识、精细运动协调能力、甚至掌握一定的基本常识。

卡沛克笔下的这个智能机器人非常完美却带着邪恶，带着蔑视人性脆弱的异常理性。最后这些机器人奋起反抗了它们的主人，消灭了所有人类，这样的反乌托邦的想法在此后的很多科幻小说里都有体现。

智能机器人最终征服了它的创造者，这样的恐惧深深地铭刻在大众的意识里。但是更重要的是，卡沛克笔下的机器人让我们意识到机器人可以模仿人类甚至替代人类。在20世纪，这样的意识被反复强化—人—机器结合体的角色大量的出现在科幻小说和科幻电影里，从Rosie，C-3PO到终结者。

然而第一代现代机器人同这些人型机器人相距甚远，大部分机器人制造者也根本没想过要模仿人类来设计。上世纪60年代以来被广泛用于装配线的机器人Unimate只有一个可以向几个方向转动的手臂和可以开合的机械爪。现在大概有200万个Roomba机器人在全世界的各个角落忙碌着，做着过去由人完成的工作——吸尘。虽然大部分机器人仍然是专门设计出来用以执行特别任务，但是当我们想到“机器人”这个单词，那个留在我们记忆里长达一个世纪之久的卡沛克笔下的机器人仍然主宰着我们的想象力，并鼓励我们向着目标努力。

制造一个达到人类智力水平的人型机器人的愿望可以说是人工智能的最终目标。为了实现这样的目标，我们不仅要了解人类的认知过程，还要了解我们的运动能力—毕竟运动是人脑功能里关键的一部分。小脑的主要职责是在复杂的情况下协调各种动作，它的神经元数量也超过整个人脑神经元的一半。我们身体本身也非常复杂，但描述人类身体的基因组比描述人脑的要多。

在研究大脑如何工作的进程中我们正在取得长足的进步。生物信息技术和电子信息技术一样，它们的性价比、能力和能带宽度每年都在以翻倍的速度发展。我把这种普遍现象叫做“加速回报法则”。我们对于生物学掌握的知识每年都以指数级加速增长。比如科学家曾用了5年为HIV病毒排序，而对于SARS病毒只用了31天。自从1990年开始人类基因工程以来，每年成功排序的基因数据都会翻倍增长，而每对基因排序的费用却每年降低一半，从1990年的10美元降低到现在的大约一美分。在了解基因组在蛋白质中如何展现以及大量的生物机制如何工作方面也取得了同样的进展。其实，我们可以培养甚至重造几乎所有的人体器官和组织：从心脏到胰腺，从关节到肌肉。

我们对人脑的理解取得了同样的进步。三维大脑扫描仪的解析度正以指数级增长，最新一代扫描仪甚至可以实时看到单个神经元之间激发联结的过程。科学家们在大脑上获得的信息同样在迅速增长。科学家表示，人们可以通过对大脑相应区域内的信息进行建模和仿真来理解这些信息，至今科学家们已经完成了24个区域。IBM最近雄心勃勃试图以难以想象的精度模拟大部分大脑皮层。

为了重新创造人类大脑的智力，我们首先必须了解大脑的复杂程度。大脑大约有1000亿个神经元，每个神经元有数千个神经连接，而每个神经连接又有大约1000个神经通道。我估计描述一个成年人大脑所需要的信息量大约在数千万亿个字节：多么的复杂啊！

可是大脑的构造要简单得多。我们怎么知道的呢？因为大脑的构造—和人体一样—

我们身边的科学

是存储在基因组里的，而基因组没有包含那么复杂的信息。人类基因组大概有30亿条DNA：也就是60亿比特，或是8亿字节。然而这些字节的冗余程度很高，例如一个叫ALU的长排列被重复了30万次。因为我们了解基因组的结构，所以我们就可以将其组成压缩至3000万到1亿个字节，这个编码数量比微软WORD软件还要少，而且其中只有一半与大脑的构造有关。

大脑的构造之所以可以仅仅用1500万到5000万的字节就可以描述，是因为大脑内部的连接在我们出生的时候基本是随机的。比如，小脑里上万亿个神经连接仅仅用几个基因就可以描述了。这就意味着小脑的连接在婴儿阶段是混乱的。然而人脑系统生来具备自我组织能力，当一个孩子学习走路、说话、接住飞来的球的时候，小脑慢慢地充实着有意义的信息。

我的观点并不是说人脑很简单，而是说人脑构造的复杂程度处于我们可以想象并且掌握的水平上。而且如果加速回报定律也适用于大脑研究工作上，我们有理由预测，不超过约20年我们便可以完成针对大脑里数百个区域的建模和仿真。

一旦我们了解思维工作的原理，我们就可以将这些原理进行详细描述并且编程，再输入到相对便宜的计算机里，到本世纪20年代末计算机将比人脑强大上千倍（这个也是加速回报定律的一个成果）。这样在2029年之前我们就可以拥有制造具备人类智力水平的机器所需的硬件和软件。到那时，我们可以制造出相当精细的和人一模一样的机器人，可以将血细胞大小的机器人注射到身体和大脑里，不仅可以强身壮体还可以改善智力。一旦我们成功地制造出这样的机器，我们自身也将变成机器的一部分。换句话说，我们最终可以超越迄今被公认的终级局限：我们的身体和思想。

（姜海洋选译）

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