晶體管模仿神經(jīng)元，類腦計(jì)算機(jī)會(huì)成為“硅基生命”嗎？

浙江大學(xué)聯(lián)合之江實(shí)驗(yàn)室共同研制成功了我國(guó)首臺(tái)基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)類腦芯片的類腦計(jì)算機(jī)(Darwin Mouse)。這臺(tái)類腦計(jì)算機(jī)包含792達(dá)爾文2代類腦芯片，支持1.2億脈沖神經(jīng)元、近千億神經(jīng)突觸，與小鼠大腦神經(jīng)元數(shù)量規(guī)模相當(dāng)，典型運(yùn)行功耗只需要350-500瓦。

此前，世界上關(guān)于類腦計(jì)算機(jī)及神經(jīng)形態(tài)計(jì)算、神經(jīng)形態(tài)芯片的研究已經(jīng)很多：

2012年，計(jì)算機(jī)科學(xué)家Dharmendra Modha使用一臺(tái)強(qiáng)大的超級(jí)計(jì)算機(jī)來模擬超過5000億神經(jīng)元的活動(dòng)——甚至比人腦中850億左右的神經(jīng)元還要多;

2014年，IBM開發(fā)具辨識(shí)能力的類似人腦芯片SyNAPSE，擁有100萬個(gè)人工神經(jīng)元(類腦細(xì)胞)，2.56億個(gè)突觸(儲(chǔ)存單元)和4096個(gè)稱為“神經(jīng)突觸”(neurosynapTIc)的處理核心;

2018年，擁有100萬個(gè)處理器內(nèi)核的超級(jí)計(jì)算機(jī)SpiNNaker首次啟用，每秒可執(zhí)行200萬億次操作;

2019年，英特爾發(fā)布了神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)Pohoiki Beach，由64塊Loihi神經(jīng)形態(tài)計(jì)算芯片構(gòu)成，計(jì)算能力相當(dāng)于800萬神經(jīng)元……

所有這些研究都在極力使計(jì)算機(jī)與人腦更加相似：類腦芯片用脈沖傳遞信號(hào)，模擬離子出入導(dǎo)致細(xì)胞膜電壓變化的神經(jīng)元工作機(jī)理;使用優(yōu)先響應(yīng)特定類型刺激的人工水平調(diào)諧神經(jīng)元模擬大腦的神經(jīng)選擇性;建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以模擬不同腦區(qū)神經(jīng)元的周期性反應(yīng)……

在感慨技術(shù)發(fā)展之余，這也引申出了一個(gè)問題：

當(dāng)人工制造的蛋白質(zhì)與天然蛋白質(zhì)具有一樣的結(jié)構(gòu)和成分時(shí)，它們像天然蛋白質(zhì)一樣工作;

當(dāng)人工合成的DNA與天然DNA具有一樣的結(jié)構(gòu)和成分時(shí)，它們像天然DNA一樣復(fù)制;

那么當(dāng)人工制造的類腦計(jì)算機(jī)能夠幾近完全地模擬人類大腦時(shí)，它們會(huì)不會(huì)像人類大腦一樣思考、判斷、萌發(fā)自我意識(shí)，從而變成另一種“硅基生命”?

一、相同與不同

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)在很多功能上已經(jīng)與人腦非常相似。作為一個(gè)信息處理系統(tǒng)來看待，大腦和計(jì)算機(jī)遵循同一套運(yùn)作機(jī)制：輸入、輸出、存儲(chǔ)、處理和指令。

在人腦中，這些過程使用的是感覺細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、神經(jīng)中樞、神經(jīng)信號(hào)和突觸，在計(jì)算機(jī)中則是攝像頭、掃描儀、處理器、內(nèi)存、算法和計(jì)算機(jī)語言。

但計(jì)算機(jī)仍在許多方面和人腦截然不同：當(dāng)人們討論計(jì)算機(jī)時(shí)，他們理解的是一種精心設(shè)計(jì)的、基于邏輯和數(shù)學(xué)、具有可重復(fù)性、可預(yù)測(cè)性的機(jī)器，但人腦卻是一團(tuán)混亂的、看似隨機(jī)的神經(jīng)元，它們的行為方式是不可預(yù)測(cè)的。

比起計(jì)算機(jī)，人腦既輕巧又靈活，在實(shí)現(xiàn)同樣的處理速度時(shí)，人腦只需要點(diǎn)亮一個(gè)燈泡所需的能量，但超級(jí)計(jì)算機(jī)的耗能足以為一棟大廈供電;神經(jīng)元可以自我斷開并重連，改變自己的物理結(jié)構(gòu)，甚至自我修復(fù)，計(jì)算機(jī)則稍有故障便產(chǎn)生錯(cuò)誤、死機(jī)甚至燒毀。

然而，兩者間最重要的區(qū)別，同時(shí)也是生命與非生命最重要的分野，即是“意識(shí)”。

二、意識(shí)從何而來?

意識(shí)從何而來，這既是一個(gè)科學(xué)問題，也是一個(gè)哲學(xué)問題。

神經(jīng)學(xué)家和精神病學(xué)家Giulio Tononi認(rèn)為，意識(shí)由核心的“比特”信息組成;

全局神經(jīng)工作區(qū)(簡(jiǎn)稱GNW)理論認(rèn)為意識(shí)源自一類特殊的信息處理過程;

信息整合理論(簡(jiǎn)稱IIT)認(rèn)為意識(shí)是任何復(fù)雜系統(tǒng)都擁有的內(nèi)在因果力(intrinsic causal power)，人腦只是其中一個(gè)例子;

以塔夫斯大學(xué)(Tufts University)的Daniel Dennett為代表的很多現(xiàn)代分析哲學(xué)家則聲稱，意識(shí)只是一種幻覺，意識(shí)的存在與他們所堅(jiān)信的機(jī)械的物質(zhì)宇宙完全無法兼容。他們或是認(rèn)為感質(zhì)不存在，或是認(rèn)為這從根本上不是一個(gè)可以被科學(xué)系統(tǒng)研究的話題。

有些意識(shí)專家堅(jiān)持認(rèn)為，對(duì)理解意識(shí)至關(guān)重要的基本屬性是生物學(xué)的，也就是說，只有一個(gè)真實(shí)的大腦或者像它一樣的有機(jī)的東西才能是有意識(shí)的。

另一些人堅(jiān)持認(rèn)為關(guān)鍵特性不是生物學(xué)上的，而是功能性的。他們認(rèn)為精神狀態(tài)與某些功能性狀態(tài)相同，或產(chǎn)生于功能性組織。如果大腦能夠被機(jī)械復(fù)制，那么意識(shí)也可以。

科技發(fā)展到今天，科學(xué)家們?nèi)詿o法解釋意識(shí)是如何從大腦中誕生。雖然在PET和CT掃描、核磁共振和腦電圖中，意識(shí)可能顯示出其潛在的大腦活動(dòng)跡象，但意識(shí)本身并沒有可識(shí)別的形式。

在過去的100年里，大腦曾被比作配電盤、電話交換機(jī)、無線電網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在又被比作計(jì)算機(jī)。

盡管說法繁多，目前還沒有任何物理或理論證據(jù)表明任何非生命的東西可以是有意識(shí)的?！肮杌w”仍然只存在于文學(xué)作品中。

有一種說法或許能解釋這種現(xiàn)象：從科學(xué)上講，碳能比硅形成更強(qiáng)、更穩(wěn)定的化學(xué)鍵，這使得碳可以形成大量的化合物，而且碳更容易形成雙鍵。很可能碳的這種物理特性是意識(shí)所必需的。

三、硅基生命存在嗎?

不得不說，與此相關(guān)的任何探討目前都還停留在理論與幻想層面。不過，根據(jù)硅的特性，科學(xué)家已經(jīng)圍繞“硅基生命”是否能真實(shí)存在產(chǎn)生了種種爭(zhēng)論：

支持者稱，碳和硅都是4價(jià)，單個(gè)原子都能與其他元素形成化合物，都能與氧成鍵，都能形成長(zhǎng)鏈聚合物，不過由于硅在中等溫度下是惰性的，硅基生命可能只能在非常高的溫度下存在;

反對(duì)者則稱，碳基生命利用氧氣作為釋放和利用能量的媒介，而硅與氧結(jié)合只能變成固態(tài)而穩(wěn)定的二氧化硅，這為生命的新陳代謝制造了障礙。

在碳基生命的生物過程中，如酶等的復(fù)雜生物大分子之所以能精確地完成工作，這依賴于“手性”。 當(dāng)任何一種酶與它幫助發(fā)生反應(yīng)的化合物“交配”時(shí)，這兩種分子形狀就像鎖和鑰匙。

許多碳基分子利用了左右兩種形式。例如，大自然選擇同樣穩(wěn)定的六碳水化合物在人體(以一種叫做糖原的聚合物形式)和植物(以聚合物纖維素的形式)中儲(chǔ)存能量。糖原和纖維素的主要區(qū)別就在于單個(gè)碳原子的旋向性，即碳水化合物聚合或形成鏈時(shí)形成的旋向性。

手性是使各種生物分子具有識(shí)別和調(diào)節(jié)各種生物過程的能力的特征，而與碳不同，硅并不能形成很多具有手性的化合物?；瘜W(xué)家們一直在試圖創(chuàng)造新的硅化合物，但許多類似于碳化合物的硅化合物仍然無法形成，熱力學(xué)數(shù)據(jù)證實(shí)，這些類似物往往太不穩(wěn)定或太活潑。

盡管太陽(yáng)能硅電池能夠收集能量，硅酮可以組成收縮的肌肉類物質(zhì)，硅酮液體能夠攜帶氧化劑，硅酸鹽可以形成骨架，硅樹脂可以形成細(xì)胞膜，甚至硅酸鹽沸石中有旋向性的空洞，但是創(chuàng)造生命形式所需要的化學(xué)物質(zhì)并不存在。

生命需要復(fù)雜的、連鎖的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，硅的此類反應(yīng)只能在很窄的溫度和pH值范圍內(nèi)發(fā)生?？紤]到這些限制，硅基生命的存在似乎比人類在宇宙中找到外星智慧生命更為希望渺茫。