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知觉的奇妙之处 - 搜奇 - 网推

日期:2022-08-31 类型:9号彩票平台登录

我们为何能轻易在人群中认出家人或朋友的面孔?

如此理所当然的行为,其运作机制却是科学界的重大奥秘之一!

从视觉到人工智能,揭开人脑与电脑的“看见”之谜

几乎大脑所有的行为,都与视觉息息相关,当我们了解视觉形成的原理,不仅能够明白“看见”代表的意义,更能一窥大脑运作的堂奥。哈佛大学神经科学教授理查.马斯兰借由解析眼睛的内在组成与行为,解答了关于大脑处理信息的关键问题:即人类如何感知、学习和记忆信息。

视觉神经细胞是高度特化、细致而多元的神经细胞,一条视神经中约包含百万根神经纤维,也因此“视觉的形成机制”一直是科学界亟欲解开的谜题。《眼见为凭:从眼睛到大脑,从感知到思考,探索“看见”的奥秘》分为三部分,理查.马斯兰带领读者从第一部“视觉的开始”出发,解说光线进入视网膜时发生的各项细节、介绍视网膜与视神经上功能不同的细胞及其机制;第二部分进一步阐述这些神经细胞如何各司其职接收信息,并将其转化为知觉的复杂神经网络,让我们对日常生活中几乎不会意识到的“看见”,有了全新的认识,更将内容扩及电脑,阐述其如何借由机器学习发展人工智能;第三部分则尝试讨论知觉与思想,当电脑学会“看”,是否表示它有了自己的思想?电脑真能取代人脑吗?或者还需要发展更多技巧?都在本书中有独到的解析。

理查.马斯兰以风趣生动的口吻讲述看似枯燥的理论机制,并广纳各种观点;行文之间更不时点缀以合作过的杰出学者,以及在漫长研究过程中发生的大小事。透过深入浅出的笔触,让那些在实验室里度过的晨昏跃然纸上,带领读者一同参与这趟伟大的解谜之旅。

【精彩书摘】

看看下面这三张脸的照片,虽然照片有点模糊,对比也不强,但是你能够清楚地分辨出来。右边的女性脸有点圆,左边的男孩下巴尖。如果他们是你的儿子、女儿、朋友或母亲,你可以在各种不同的场合认出来。就算他们穿著普通的服装,没有化妆也可以。你可以从正面或侧一个角度认出他们,不论光线明亮或是黯淡,距离是远是近,他们的表情是快乐、悲伤、欢笑或是沉默,都没有问题。

《眼见为凭》内文附图

在这种种不同的状况下,你是怎么认出他们的呢?在每种状况中,落在视网膜上的真实影像,从物理的角度来说是完全不一样的。但是你的脑部能够调整视觉,不论是影像大小、光线明暗,或是喜怒哀乐。在视网膜上接收到,脸部变化物理性刺激的组合方式,近乎无限多种。但是你几乎马上就可以辨认出熟悉的脸孔,不费半分力气。你不但能够分辨出这三张照片中的脸孔,还能够分出数百或是数千张脸。脑部也不过是遵循物理原则的机器,和其他机器没有多少不同,却能够漂亮地执行这种任务!

来思索一个比较简单的问题,可以让你知道这个任务有多困难。想像你要设计一个能够辨认字母A的电脑程序,一台现代的电脑可能轻松办到,对吧。但是相较于人脑,电脑简直就是在作弊,马上就可以完成。

解决方式似乎很明显:在电脑(或是你的脑)中某处有一个字母A的模板,然后电脑(或是你的脑)可以用一个A和那个模板加以比对。但是如果这个A的大小和模板不同该怎么办?电脑(或是你的脑)可能会认为那两个字母并不相同。

那麽让电脑测试不同大小的A字母模板,就可以把这个问题解决了吧?这当然可以解决问题。不过现在如果测试的A字母有点倾斜就比对不上了,不论电脑认为两个大小有多相近,都比对不上。

好吧,那麽让电脑能够比对所有的大小和角度。如果电脑的运算速度很快,这的确有可能办得到。但是到头来,字母可以有的变化实在太多了:线条粗细、颜色、字体等,然后这些变化彼此还会结合在一起,电脑要比对所有可能的大小、乘上所有可能的角度、乘上所有可能的字体、乘上所有的颜色等。这样相乘出来的数字会大到造成实际运作上的困难,搞得那麽麻烦,就是为了一个字母而已。

脸的变化种类几乎是没有数量限制的。皱眉或微笑的脸、阴暗或明亮的脸、正面或侧面的脸。脑中的组成单位(神经元和突触)和电脑相比,运算速度非常慢。人类脑中的神经元要把基本信息传过突触到其他的神经元,需要千分之一秒,在这样的时间中,现代够快的电脑可以完成百万次运算,就是因为有这种超人的速度,我才会说电脑作弊,一般的生物器官不可能办得到。假设电脑每次比对的时候要进行一百次运算,那麽在脑中一个神经冲动跨过突触的时间中,电脑便进行了十万次比对,这还没有把信息在链接神经元的神经纤维上载输的时间算进来。如果要同样的方式与电脑比较,我们老旧的人脑要花好几分钟才能认出一张熟悉的脸。换句话说,进行大量猜想并不适合脑。

这些我们每天轻松完成的事情,其实是个深奥的谜团,这个谜团有个名称:“物体辨认”(object recognition)。我们会认为这是和感觉经验有关的问题,但其实和记忆的关联更为密切:物体辨认是把目前受到的刺激和之前记忆中的某个物体加以比对。研究物体辨认的运作方式,是极度艰难的技术挑战,是感觉神经生物学中的圣母峰。

(本文摘自《眼见为凭》/时报出版)

【作者简介】

理查.马斯兰(Richard Masland, 1942-2019)

哈佛医学院科甘杰出眼科学教授(David Glendenning Cogan Distinguished Professor of Ophthalmology)与神经科学教授。曾担任世上最大视觉研究机构麻州眼耳医院(Massachusetts Eye and Ear Infirmary)研究主任多年。二十多年来担任哈佛医学园神经科学课程的主要教师,并因此得到两座教师奖。他是美国科学促进会(AAAS)成员、前霍华德.休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute)研究员,以及普洛克特奖章(Proctor Medal)与爱尔康研究奖(Alcon Research Award)等诸多奖项的得主。他为视网膜的神经网络与逆转失明的研究带来了开创性的贡献。

《眼见为凭》/时报出版

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