智能的阶梯系列(一)智能需要从生物进化史发掘规律

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一、生命的起源与演化

最初的生命应是非细胞形态的生命,为了保证有机体与外界正常的物质交换,原始生命在演化过程中,形成了细胞膜,出现了细胞结构的原核生物。细胞是生命的结构单元、功能单元和生殖单元,细胞的产生是生命史上的一次重大的飞跃。

地球上的生命,从最原始的无细胞结构状态进化为有细胞结构的原核生物,从原核生物进化为真核单细胞生物,然后按照不同方向发展,出现了真菌界、植物界和动物界。植物界从藻类→裸蕨植物→蕨类植物→裸子植物→被子植物。动物界从原始鞭毛虫→多细胞动物→脊索动物→高等脊索动物(脊椎动物)。脊椎动物中的鱼类又演化到两栖类再到爬行类,从中分化出哺乳类和鸟类,哺乳类中的一支进一步发展为高等智慧生物——人。

 

生物进化谱系树

进化生物学对智能研究最大的贡献是厘清了智能发生发展的起点。达尔文对于生物进化与智能的关系,得出的结论是“每一个智力和智能都是通过级进方式而获得的”。这个结论得到生物学界的普遍认同。人作为地球生物链的最高端,人的智能显然是生物进化的结果。

二、生物进化过程的主要特征

生命是动态的稳定有序结构

薛定谔在《生命是什么》一书中,提出「人活着就是在对抗熵增定律,生命以负熵为生。」熵增定律的定义为,在一个孤立系统里,如果没有外力做功,其总混乱度(熵)会不断增大。任何一个系统,只要满足封闭系统,而且无外力维持,它就会趋于混乱和无序。熵增定律包括我们所有生命和非生命的演化规律,生命里又包含着个人和群体的演化规律。

生命体,也是热力学上的耗散结构(远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构,需要不断与外界交换物质或能量才能维持)。生命体内能量消耗,会不断产熵,那么就需要摄入负熵(食物等)。这便是新陈代谢,如果新陈代谢被破坏,生命体也就宣告死亡。

生命体作为耗散结构,也是最节能高效的。

具身智能

生命都是由细胞构成的(除病毒),细胞生物具备生命的主要功能:代谢、遗传、个体的生命周期、适应环境的能力。生命具备适应环境变革的能力,是智能进化的起点。生物体根据自身生存的需求选择更有利的生存环境,实现生命存续的可能。

地球上的动物经历了几亿年的演化而表现出了显著的具身智能,这使得它们能够在复杂的环境中生存、学习,并与其他个体、其他物种和环境进行交互。具身智能体的显著特征是可利用不同的感觉器官(视觉、听觉、触觉等)获取环境信息进行整合,对外部环境自主适应,感知外部环境作出利于自身的反应,并执行多种不同的任务,如觅食、迁徙、逃跑等。动物活动环境的扩大和复杂化,对记忆和判断、决策的要求,推动脑的形成和进化。

在适应和生存过程中形成的能力,强化着生物体某些器官或系统,影响基因、遗传变异的来源,提高生物体生存能力。

生物体适应的环境复杂度以及在复杂环境下生存对认知能力的需求是智能进化的主要动力——或者说,生存问题求解循环是生物主体基于问题求解而反作用于环境的基本循环这个基本循环是高层次智能发生的必要基础。

 
三、智能源自进化,智能的实现路径需要从生物进化史中发掘规律

经过亿万年进化,人类大脑能够通过低功耗和少量数据实现比现有人工智能更加通用及更加复杂的智能行为(基于少量数据的辨识,消耗的能量越小,才越易存活)。以识别为例:

设想偏远山村中的一个孩子,能认识牛、羊、马、狗、树林、房子等他所见到过的一切,但假设他没见过汽车,如果有一辆汽车突然出现在他面前时,试问他会怎么想呢?他会把汽车与以前见过的牛、样、马、狗等一件件比较,看与哪件最相像并给出一个概率判断结果吗?(依赖于深度学习的识别是这样的)不,他绝对不是这样想的,而是认为“我没见过这种东西”、“我不认识这种东西”。这正是人类认识事物的方法。人类侧重于“认识”,只有在细小之处才重视“区别”(例如,要区分狼与狗或马与驴等),而目前基于深度学习方式的识别则只注意“区分”,无法理解对象的真实语义,无法实现“我知道我知道什么、我知道我不知道什么”。

再设想一个场景,在我们面前有一堆杂乱摆放的物品,我们想找到一本书,一眼望过去时没有发现这本书,仅看到了一个很像书的一角,被其他物品盖起来了,那么这时我们会把这个遮挡了的物品移开获得隐藏信息,来确定我们猜测的对象是否就是那本书。这个场景就体现了智能主体在识别过程中有目的地操纵场景(“调制”)来提高置信度,消除多解的过程。生物主体基于问题求解而反作用于环境的基本循环,是高层次智能发生的必要基础。

人可以抽象出概念和规律,理解对象的真实语义,通过“指称”将词语名称与世界中的对象一一对应,感知后激活局部信息区来实现有效认知。“生物智能体”实现物理存在到信息(记忆)空间的映射,依赖生物进化形成的分子或组织构造。这个是人工智能必须面对的首要挑战,人工神经网络缺少实现这一过程的等价物。

人工智能发展至今,除了“大炼模型”,是否存在其他路径可以推动人工智能的革新发展?

我们认为,具身智能是智能科学发展的新范式。“智能”是主体的大脑、身体与环境结合主体经验(已知现象、模式和规律、约束),在实践和概念的矛盾运动中完成问题求解时表现出的一种过程属性。

主体基于先天能力及经验归纳,认识规律、把握规律、运用规律、修正规律,实现对“现象”的信息获取和信息内涵把握,必要时通过主动干预或主客体交互,把握和改变问题结果。

智能科学真正的挑战在于如何实现小样本下的智能识别,核心技术点在于解决[信息空间对实存空间的映射唯一性问题]以及[逻辑推理与概率判断的结合点问题],通过对象与环境的相互作用(逻辑推理和迭代),实现有效的辨识。

智能机器人技术的发展,应以生物(包括人)智能发生及进阶中所呈现的具身性这一特点为指导,以有效复现和理解智能主体活动所涉及的智能器官/对象/环境的交互作用为路径,该路径有望开启机器智能的新阶段。

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