人脑工程大脑的结构和功能如何产生意识

导读 8月科学教育网小李来为大家讲解下。人脑工程，大脑的结构和功能如何产生意识这个很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧！　　大脑的结构和...

8月科学教育网小李来为大家讲解下。人脑工程，大脑的结构和功能如何产生意识这个很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧！

　　大脑的结构和功能如何产生意识?

　　大脑的神经元组成及其复杂的结构，可以通过极其精密的生化运算，处理各种感官接收的信息，其处理结果用来控制人的行为——就是意识。

　　模拟人脑项目失败，如果成功了会怎样?

　　对大脑的逆向工程研究是人工智能真正走向自主智能的开始，但目前仍无法做到。如果可以模拟人脑，人类就可能将意识转移到电子晶体上，使人类达成意识永生的目的。

　　大脑十分复杂，迄今为止人类还一直有人因人体微观层面的研究获得诺贝尔奖等国际奖项的青睐，大脑细胞层面的构造基本了解，那就是由具有内分泌功能的神经元和单纯的神经元构成，但是更围观的层面，比如细胞表面的蛋白构造等还不是很清楚，也只是初步解析。人类大脑的储存和警惕芯片不同，芯片的存储功能依靠微观粒子的磁顺应性形成，大脑的记忆形成则是由微观物质的活动，依靠神经元之间形成的突触连接。存储不同，信息的提取就也不同，而大脑上千亿的神经元和百万亿的神经突触，不是人类可以模拟的，理论上如果可以做到，那么人类就可能制造出具有自我意识的电子芯片，然而现代芯片的体积和人类对大脑的了解并不能做到这些，仅可以实现依靠头颅活动控制机械设备的程度，这种主要是利用水平仪等电子设备实现。

　　根据脑电波的变化，目前也可以实现控制设备，或者更进一步，使小鼠的大脑“看到”并非真实存在的物体或现象，这种设想已经在试验验证中，在大脑中植入电子芯片，更多的也是为了协助解决肢体残疾等，并不能做到依靠电子芯片向大脑写入资料，包括马斯克准备搞的人机互联都是这样。所以对大脑的逆向工程研究是21世纪前50年神经科学研究的一个重点，如果能够实现将实现人类对大脑构造和意识构造的更深层次认识，有助于解决很多现在没办法治疗的脑部疾病，也可能在人体器官衰竭之后更长时间地保存人体意识，以便医生想出办法解决疾病以救治人体性命。然而大脑的复杂性，使得现代人类也只是了解到很小一部分，根本无法通过晶体芯片模拟大脑，所以也难以确定如果实现机械设备模拟人脑，人类到底会怎样。

　　大脑还有很多的开发潜力，这种潜力并不是指大脑拥有超出其构造的能力，而是人类可以根据大脑构造的复杂性以及意识的复杂性，去设计制造更为精妙/自主程度更高的机械设备，更大程度低降低人类劳动支出以便集中更多精力从事更复杂的研究。

　　在21世纪，学什么好呢?

　　有资本的，投资新兴领域，还可以吃到第二第三只螃蟹。没资本的，脚踏实地专攻制造业吧，实体经济是社会发展的基石，以前和将来都是。

　　如何刺激大脑发育，开发大脑?

　　可以通过两个方面开发大脑。

　　刻意练习和体育运动

　　成年人的大脑是否已经定型了，再也没法改变了?

　　并不是，成年人的大脑结构依然会改变，也会生成新的脑细胞。

　　我们的思考，其实都是由脑细胞完成的。

　　这些脑细胞，互相连接起来，传递信息，就是我们的神经网络。

　　所以说，智商和脑袋大不大没啥关系，关键是大脑是怎么连接的。

　　连接的越多，越稳固，当然就越好。

　　科学家做过一个实验，验证成年人的大脑连接会不会改变。

　　他们调查了一些出租车司机，这些司机有一个特点，就是干了很多年，很有经验。

　　当时也没导航，这些司机各个都是人肉导航仪，每个街道在哪，怎么走，通往哪里都清清楚楚的，分分钟给你安排上。

　　科学家一看他们的大脑，发现了一个特点。

　　那就是有个区域很大。这个区域是大脑里处理和空间有关东西的区域。

　　那么这些人是天生这个区域就很发达吗?

　　并不是，他们的大脑和普通人一样，是在后天的刺激下才成这样的。

　　大脑的特点就是，越是用的多的连接，就会变得越牢固。

　　如果两个东西总是同时出现，电脑里处理这两个部分的区域就会连接起来。

　　而且，出现的次数越多，就连接的越牢固。

　　也就是俗话说的：“脑子越用越灵。”

　　但是经常不用的连接，就会慢慢的消失掉。

　　有个例子，一个八岁小孩的一只眼睛失明了，因为在他还发育的时候，那只眼睛被蒙上了布。

　　结果悲剧了。

　　这部分神经经常不被用，于是这些神经就被调用去干其他事情了。

　　有些技能也是一样，不保持练习，就会感觉有点生疏了。

　　那依此类推，只要反复锻炼，就能强化大脑的链接，越来越熟练。

　　那句"一万小时出专家"就是这个道理，通过刻意练习改变大脑。

　　为什么要体育运动，因为身体真的很重要，很影响我们大脑的发挥。

　　俗话说“头脑简单，四肢发达”，这句话可是大错特错，害人不浅啊。

　　试想一个人体弱多病，整天头疼脑热，或者是缺乏锻炼没精打采的，哪来的精力干别的事情。

　　打个比方，没电的手机能用来打游戏吗?当然不行呗。

　　如果把我们的大脑想象出手机，那么怎么充电?

　　当然是通过血液，营养物质通过血液送到我们的大脑中，我们的大脑才能充分发挥作用。

　　就像是充满了电，我们的大脑才会开机，才能畅快的玩各种游戏，思考各种事物。

　　饿肚子的时候，给你一道题目，能算出来吗?能，但是很难，因为注意力没法集中。

　　体育锻炼的作用，就是让我们的血液流动起来，更多的营养供给大脑。

　　充满了电的手机，才能干更多的事情，比如看电影，打游戏，听音乐等等。

　　而且科学家也证实了，锻炼可以改善记忆力，提高创造力。

　　跑步对于智商的好处，比一些益智游戏还好的多。

　　著名作家村上春树，就有着长跑的习惯。他每天都会长跑，从中获得力量。

　　他的自传标题就是《当我谈跑步时，我在谈什么?》

　　篇幅所限，推荐两本书，一本是《刻意练习》，另一本是《大脑健身房》。

　　里面说的详细多了，肯定能改变我们的一些错误的看法

　　如果懒得看也没关系，记住刻意练习和锻炼身体就行了。

　　人工智能泡沫正在体现?人工智能行业发展困境?

　　据中研产业研究院发布的《2019-2025年中国人工智能行业发展分析与投资战略研究报告》统计数据显示

国际人工智能行业发展分析及经验借鉴

第一节全球人工智能市场总体情况分析

一、全球人工智能行业的发展特点

　　“人工智能”涵盖了很多前沿技术和分支，却很难用一句话来定义，因为它一直处在发展当中。比如，一些在过去看来很“人工智能”的事情，现在却变成了简单的“机械重复”，像是数字的高速计算、图像的处理等。但总体上来看，“人工智能”的本质和目的一直没有发生太多变化，那就是“完成人类的部分脑力工作”。

　　20世纪60年代开始，就有许多科幻电影和科幻小说描述着人类对“人工智能”的憧憬和恐惧，比如斯皮尔伯格的知名影片《人工智能》。不过在现实中，长久以来，受到技术、科技发展和应用层面的限制，人工智能只是一件人人都在说，都以为别人在做，但事实上却没多少人知道该怎么做的事——无论在学术研究层面还是在应用层面都是如此。

　　除了投资外部团队之外，像IBM、Google、Facebook和百度等国内外科技巨头们也纷纷加强自己的人工智能方面的专业团队，招募了一批人工智能尤其是深度学习相关领域的科学家，如深度学习鼻祖之一Geoffrey Hinton加入了Google，Yann LeCun加入了Facebook担任人工智能实验室负责人，Andrew Ng(吴恩达)加入百度负责深度学习研究院等。

　　从人工智能的整个发展历程来看，按照应用场景和人工智能资源的集中度，可以大致分成三个阶段。

　　第一阶段：实验室研究阶段，这一阶段的人工智能资源高度集中。人工智能在2011年前的发展大致还处于实证研究阶段，资源高度集中在国家或大学资助的研究机构中，用于算法模型的训练和研究，人工智能还只能为极少数人接触到。这一阶段大量的工作除了在算法模型本身的研究外，还包括建立计算能力本身。

　　第二阶段：企业应用阶段，这一阶段的人工智能资源被少部分科技巨头掌握。在人工智能表现出一定的实际应用价值后，科技巨头们一拥而上，纷纷希望在这个领域取得突破。在少部分核心企业掌握了大规模的人工智能资源以后，其它小规模的企业一般会利用这些核心企业提供的人工智能资源接口和其支持的人工智能应用为自身的发展提供服务。由于掌握大规模的计算资源是这一模式的前提，因此这一阶段人工智能资源的集中度仍然非常高，而这将是人工智能在企业场景下的主要应用形式，即集中计算，分布使用。

　　第三步：个人应用阶段，这一阶段的人工智能资源被分散到个人手中。显然，依赖于云端大规模计算资源的人工智能算法限制着人工智能在消费者场景的应用，因为集中式计算意味着巨量的网络资源消耗，并且因为网络问题，难以在消费者应用场景中有稳定的表现。因此，人工智能的本地化，也就是从集中走向分布(细化到智能手机、可穿戴设备等)实现将是人工智能在消费者场景中得到普及的关键一步。伴随着人工智能的本地化实现，将使得人工智能真正延展到手持设备、家用电器、汽车等消费级应用。

　　图表：人工智能发展阶段

　　数据来源：中研普华产业研究院

二、全球人工智能市场结构

　　全球人工智能企业分布极不平衡，主要集中于美国、欧洲及中国等少数国家地区。排名前三的美国旧金山/湾区、纽约及中国北京，企业数量分别占全球的16.9%，4.8%与4.0%。在增速方面，整体上一直保持增长势头，直至2015年出现小幅度回落。欧洲的人工智能企业多集中于本国家的首都。在欧洲各城市中，英国伦敦的企业数量最多，为第二位巴黎的3.1倍，占全球总数的3.69%。日本与韩国的企业数量明显不及中国，日本东京仅与杭州相当，韩国首尔仅与成都相当。东亚地区排名前三的城市，北上深三城占全球总数的7.4%。虽然还远不及美国，但在全球中的重要性将日益明显。

三、全球人工智能行业发展分析

　　人工智能曾经在20世纪90年代互联网泡沫破裂前风靡一时，到了21世纪伊始却变成了一个禁忌，大家开始怀疑它是否存在。而到了2011年，美国资本市场再度为人工智能而疯狂。风险投资机构和顶级科技公司们开始频繁投资这个领域的创业公司，投资范围从应用层面的机器人、增强现实，到底层技术层面的深度学习算法、神经网络芯片等，人工智能项目也遍地开花。比如，Google接连投资了虚拟现实创业公司Magic Leap，收购了人工智能公司DeepMind;Face book收购语音识别公司Wit.ai等。除了投资外部团队之外，像IBM、Google、Face book和百度等国内外科技巨头们也纷纷加强自己的人工智能方面的专业团队，招募了一批人工智能尤其是深度学习相关领域的科学家，如深度学习鼻祖之一Geoffrey Hinton加入了Google，YannLeCun加入了Face book担任人工智能实验室负责人，Andrew Ng(吴恩达)加入百度负责深度学习研究院等。

　　图表：人工智能发展阶段

　　数据来源：中研普华产业研究院

　　从人工智能的整个发展历程来看，按照应用场景和人工智能资源的集中度，可以大致分成三个阶段。

　　当前人工智能的浪潮已席卷了全球，人工智能领域的公司也在不断激增。根据Venture Scanner的统计，截至到2016年初，全球共有957家人工智能公司，美国以499家位列第一。覆盖了深度学习/机器学习(通用)、深度学习/机器学习(应用)、自然语言处理(通用)、自然语言处理(语音识别)、计算机视觉/图像识别(通用)、计算机视觉/图像识别(应用)、手势控制、虚拟私人助手、智能机器人、推荐引擎和协助过滤算法、情境感知计算、语音翻译、视频内容自动识别13个细分行业。

四、全球人工智能行业竞争格局

　　各国政府高度重视人工智能相关产业的发展。自人工智能诞生至今，各国都纷纷加大对人工智能的科研投入，其中美国政府主要通过公共投资的方式引导人工智能产业的发展，2013财年美国政府将22亿美元的国家预算投入到了先进制造业，投入方向之一便是“国家机器人计划”。在技术方向上，美国将机器人技术列为警惕技术，主攻军用机器人技术，欧洲主攻服务和医疗机器人技术，日本主攻仿人和娱乐机器人。

　　现阶段的技术突破的重点一是云机器人技术，二是人脑仿生计算技术。美国、日本、巴西等国家均将云机器人作为机器人技术的未来研究方向之一。伴随着宽带网络设施的普及，云计算、大数据等技术的不断发展，未来机器人技术成本的进一步降低和机器人量产化目标实现，机器人通过网络获得数据或者进行处理将成为可能。目前国外相关研究的方向包括：建立开放系统机器人架构(包括通用的硬件与软件平台)、网络互联机器人系统平台、机器人网络平台的算法和图像处理系统开发、云机器人相关网络基础设施的研究等。

　　由于深度学习的成功，学术界进一步沿着连接主义的路线提升计算机对人脑的模拟程度。人脑仿生计算技术的发展，将使电脑可以模仿人类大脑的运算并能够实现学习和记忆，同时可以触类旁通并实现对知识的创造，这种具有创新能力的设计将会让电脑拥有自我学习和创造的能力，与人类大脑的功能几无二致。在2013年年初的国情咨文中，美国总统奥巴马特别提到为人脑绘图的计划，宣布投入30亿美元在10年内绘制出“人类大脑图谱”，以了解人脑的运行机理。欧盟委员会也在2013年年初宣布，石墨烯和人脑工程两大科技入选“未来新兴旗舰技术项目”，并为此设立专项研发计划，每项计划将在未来10年内分别获得10亿欧元的经费。美国IBM公司正在研究一种新型的仿生芯片，利用这些芯片，人类可以实现电脑模仿人脑的运算过程，预计最快到2019年可完全模拟出人类大脑。

　　高科技企业普遍将人工智能视为下一代产业革命和互联网革命的技术引爆点进行投资，加快产业化进程。谷歌在2013年完成了8 家机器人相关企业的收购，在机器学习方面也大肆搜罗企业和人才，收购了Deep Mind和计算机视觉领军企业Andrew Zisserman，又聘请DARPA原负责人 Regina Dugan负责颠覆性创新项目的研究，并安排构建Google基础算法和开发平台的著名计算机科学家Jeff Dean转战深度学习领域。苹果2014 年在自动化上的资本支出预算高达110 亿美元。苹果手机中采用的Siri智能助理脱胎于美国先进研究项目局(DARPA)投资1.5亿美元，历时5年的CALO( Cognitive Assistant that Learns and Organizes)项目，是美国首个得到大规模产业化应用的人工智能项目。Amazon计划在2015年能够使用自己的机器人飞行器进行快递服务。韩国和日本的各家公司也纷纷把机器人技术移植到制造业新领域并尝试进入服务业。

五、全球人工智能市场区域分布

　　图表：2018年全球人工智能企业数量前五名

　　数据来源：中研普华产业研究院

　　2018年，全球人工智能初创企业共计2617家。美国占据1078家居首，中国以592家企业排名第二，其后分别是英国，以色列，加拿大等国家。

　　全球人工智能企业融资规模的分布，与人工智能企业分布相同。美中英三国融资规模为全球最大，但三者间的规模目前仍存在较大差距。

　　图表：2018年全球人工智能企业融资规模分布

　　数据来源：中研普华产业研究院

　　截止至目前，美国达到978亿元，在融资金额上领先中国54.01%，占据全球总融资50.10%;中国仅次于美国，635亿，占据全球33.18%;其他国家合计占15.73%。

　　中国的1亿美元级大型投资热度高于美国，共有22笔，总计353.5亿元。美国超过1亿美元的融资一共11笔，总计417.3亿，超过中国63.8亿。

六、国际重点人工智能企业运营分析

1、微软公司

(1)企业发展概况

　　微软，是一家美国跨国科技公司，也是世界PC(Personal Computer，个人计算机)软件开发的先导，由比尔·盖茨与保罗·艾伦创办于1975年，公司总部设立在华盛顿州的雷德蒙德(Redmond，邻近西雅图)。以研发、制造、授权和提供广泛的电脑软件服务业务为主。

　　最为著名和畅销的产品为Microsoft Windows操作系统和Microsoft Office系列软件，目前是全球最大的电脑软件提供商。

(3)微软AI研究新进展

　　微软在人工智能方面有着很深的积淀，比如微软研究院在语音识别、自然语言和计算机视觉、机器学习方面已经有很多成果，在这些研究的基础上微软先后推出了Skype即时翻译、小冰和小娜(Cortana)这样的AI产品。

　　而新成立的部门必将深化这种产研的结合。微软称，整合后的新部门将包括AI产品设计、基础与应用研究实验室，以及新体验与技术(NExT)这几部分。

　　而为了实现AI普及的目标，微软列出了4大重点关注领域：

　　代理。利用AI通过Cortana这样的代理从根本上改变人机交互方式。

　　应用。将智能注入从相机app到Skype、Office365等的一切应用。

　　服务。把注入到微软应用的相同能力(如视觉、声音等认知能力，机器分析能力)开放给全球的应用开发者。

　　基础设施。微软称要利用Azure开发出全球最强大的AI超级计算机并开放给每个人，让个人和组织都能利用它的能力(这让人想到IBM的Watson)

　　从中可以看出，微软已经把AI当作一种基础能力，希望从端到端渗透到各个领域。

(4)微软加快布局人工智能

　　现在，小娜(Cortana)收到的指令和问题已经超过120亿条，拥有1.33亿活跃用户。小娜可以在多设备上运行。她根据你的日常生活和工作养成的技巧，已经形成了一个高效的生态系统。通常在你意识到自己有需要之前，她就能做好准备。为了让开发人员都能够使用认知能力，微软还提供了CortanaIntelligenceSuite。

　　微软的MicrosoftPix应用是一个图片编辑工具，它能感知，帮助你选择合适的图像。

　　MileIQ是一个位置提醒APP，它的智能在于帮助你量化和分类旅行。SwiftKey是一个智能键盘，使用神经网络，根据你的输入方式进行训练，能为你想要输入的下一个词建模，即使这样一个简单的任务，也会变得更加智能。它不受平台的限制。SwiftKey现在已经被30亿安卓和IOS设备使用。在Office365中，MyAnalytics会追踪你每天的工作，通过图表展示你每天的时间分配。

　　客户关系管理(CRM)，CRM系统一般都是孤立的，用具体的术语为客户行动建模，为管理而建，而不是销售生产率。假如销售员能够根据客户的CRM系统之外的信息行动，比如来自Twitter，Facebook，客户服务应用程序等的信息，那会怎么样呢?微软在每天交互的应用中注入智能wait，可以让销售员以一种综合的方式采取行动，使用丰富的数据模型，这些模型能在所有的地方加入智能。

　　微软的平台BotFramework，允许在新的应用程序中建立智能的工具包——从Build大会以来，已经有40000开发人员使用它——包括像Uber这样的品牌，在认知服务中使用人脸识别APIs来改善他们的移动应用程序，以确保乘客安全。

　　AI服务需要各种类型的技术。为了实现这个目标，微软们已经往我们的云中投入大量FPGA(现场可编程门阵列)，它能直接与网络对话。在云中加入FPGA达到前所未有的网络性能，提高了所有工作负载的吞吐量，包括运行如SAP这种关键任务程序。

　　此外，微软还有一个全球性的、超大规模的云基础框架，在云中增加了GPU，以提供更高性能的云接入，使一些从前根本不可能的方案得以实现。微软的Azure现在是世界上第一台AI超级计算机。

　　最后，还有研究AI的平台。微软支持所有的框架，其中，微软自己的CNTK是最快的分布式运算神经网络框架，也是唯一开源的可扩展的深度学习工具包。

(5)微软人工智能发展计划

　　2017年7月，微软宣布建立一个专注于人工智能的全新研究实验室Microsoft ResearchAI，Eric Horvitz计划将不同的学科结合起来，以期创建更多通用的学习系统。

　　该新实验室将以位于华盛顿州雷德蒙德的总部为基础，由来自感知、学习、推理和自然语言处理等人工智能研究的多个子领域中的科学家组成。人数超过100人，约占微软研究院研究人员总数的十分之一。新的实验室系全球微软研究部门下属机构，微软雷德蒙研究院院长EricHorvitz同时担任MSRAI的负责人。

(6)、微软建立机器学习工具

　　无论是学术界的研究人员还是工业界的开发者，DMTK可以帮助他们在超大规模数据上灵活稳定地训练大规模机器学习模型。当前版本的工具包包含以下几个部分：

　　1.DMTK分布式机器学习框架：它由参数服务器和客户端软件开发包(SDK)两部分构成。参数服务器在原有基础上从性能和功能上都得到了进一步提升——支持存储混合数据结构模型、接受并聚合工作节点服务器的数据模型更新、控制模型同步逻辑等。客户端软件开发包(SDK)支持维护节点模型缓存(与全局模型服务器同步)、节点模型训练和模型通讯的流水线控制、以及片状调度大模型训练等。

　　2.LightLDA：LightLDA是一种全新的用于训练主题模型，计算复杂度与主题数目无关的高效算法。在其分布式实现中，我们做了大量的系统优化使得LightLDA能够在一个普通计算机集群上处理超大规模的数据和模型。例如，在一个由8台计算机组成的集群上，我们可以在具有2千亿训练样本(token)的数据集上训练具有1百万词汇表和1百万个话题(topic)的LDA模型(约1万亿个参数)，这种规模的实验以往要在数千台计算机的集群上才能运行。

　　想要了解更多关于行业专业分析请关注中研普华研究报告《2019-2025年中国人工智能行业发展分析与投资战略研究报告》

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