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Spaun:最逼真的人工大脑
2012-12-08 10:02:23   编辑:上方文Q   点击可以复制本篇文章的标题和链接
 
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要用计算机设计人工大脑,最好的办法就是严格按照人脑的结构构建系统。据果壳网报道,加拿大滑铁卢大学的研究者们正是这样做的,他们构建的Spaun系统堪称是目前世界上最大、最逼真的人脑模拟系统,这只“大脑”不仅有获取视觉信号的电子眼和可以作出相应反应的机械臂,它还能通过基础的智商测验,可以执行绘画、计数、回答问题甚至推理等任务。如果你对自己的电脑有信心,也可以自行尝试一下模拟哦。

这只叫做Spaun(Semantic Pointer Architecture Unified Network语义指针架构统一网络)的“大脑”拥有250万只虚拟神经元,可以执行8项不同的任务。这些任务涵盖的范围从复制绘画、计数,到回答问题和作出流畅的推理。现在,请先观看下面的这段视频来大概了解一下Spaun是怎么工作的,而下面的文章会告诉你为什么Spaun如此值得关注。


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首先,我们来了解一下关于这只“大脑”的具体细节。Spaun拥有一只28*28分辨率(784像素)的电子眼,还有一条可以在纸上写画的机械臂。Spaun和外部世界的互动都是通过它的电子眼完成的。科学家们首先向它出示一串数字和字母,Spaun读取这些字符后,将它们储存在存储器里。随后,科学家向Spaun出示另一个字母或符号来告诉它该如何处理内存中的信息。最后,Spaun会使用它的机械臂来完成相应的动作。

Spaun:最逼真的人工大脑
Spaun是完全模拟大脑的架构构建而成的

Spaun的“大脑”用250万只神经元组成。这些神经元被分割成大脑中的不同系统,如上图所示,其中包括前额皮质(VLPFC、DLPFC、OFC部分)、基底核(basal ganglia)和丘脑(thalamus)。这些系统严格按照真正大脑中的结构构建而成。科学家们想让这些系统像真正的大脑一样运作:丘脑负责处理视觉信号,随后将数据储存在神经元中;紧接着,基底核会发出一项指令来调用皮质中的某一区域来完成某一项特定的任务。

所有的运算都是严格按照生理学原理进行的,其中既有脉冲电压,也有神经递质。就连人类大脑的局限性都被准确的模拟了出来,比如在下面的这段视频中,Spaun正在拼命地将几个数字保存在它的短期记忆中。


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这些设计最终达到的成果是一只不算太复杂(250万个神经元并不是什么大数字,我们之前介绍的IBM“Compass”人脑模拟计划已经模拟出了5300亿个神经元)但却十分灵活的“大脑”。通过执行几个非常基本的任务,我们可以了解更复杂的行为是怎么形成的。它向我们展示了大脑是如何演化的:先是从最简单的任务开始,然后在这基础上将简单任务组合在一起来形成更复杂的功能。

在下面的这段视频中,Spaun识别出了一串数列中的规律,而这样的问题通常会出现在智商测试中。


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将来,这支研究团队准备赋予Spaun更强的可塑性。一旦拥有了这样的能力,Spaun就可以通过执行任务来重构它的神经元,并学习事先编写好的程序中所没有的新能力。关于他的终极目标,Eliasmith表示他对Spaun的前景感到非常兴奋。他在PopSci的一篇采访中说:“Spaun可以帮助我们了解大脑的生物基质和它的行为是怎样联系起来的。这对许多医学应用都至关重要。”在测试中,他曾经“杀死”一些人造神经元来观察整个模拟大脑的能力是如何降低的。这样的实验为进一步了解大脑的自然老化和退化性神经失调提供了新的线索。

Spaun是在一套用来构建虚拟神经系统的开源图形软件包Nengo上打造而成的。如果你想自己模拟出一只大脑,你可以戳这里下载Spaun的神经模型,不过,你家电脑的处理能力可能不太够。想要让这个模型完整运行,你的电脑至少得有24GB的内存。如果用一颗主频2.5GHz的四核处理器运行这个模型,你大概需要3小时才能模拟出Spaun 1秒的运行情况。

 

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