认识 Spaun，迄今为止最复杂的模拟大脑

克里斯·埃利亚史密斯多年来一直在努力找出构建大脑的成分和精确配方。他甚至在二月份出版了一本书，名为《如何构建大脑》，书中描述了灰质、树突连接和其他大脑解剖结构。在写这本书的时候，他突然想到他可能想要展示这一点。于是他建造了 Spaun，这是迄今为止最复杂的功能性大脑模拟。

Spaun 代表语义指针架构统一网络，是一种计算机模型，可以识别数字、记住数字、计算数字序列，甚至用机械臂写下来。这是大脑模拟的一大飞跃，因为它是第一个可以实际模拟行为同时模拟其潜在生理学的模型。

该程序由 250 万个模拟神经元组成，这些神经元被组织成子系统，旨在模拟特定的大脑区域，包括前额皮质、基底神经节和丘脑。它有一个虚拟眼睛和一个机械臂，可以执行一系列任务，每个任务都各不相同。

它与 IBM 的 Watson 等其他人工大脑不同，其设计初衷是模仿行为，而不仅仅是以最佳方式解决功能问题。IBM 希望 Watson 能够将搜索这一功能做到极致，但蓝色巨人并不关心它是如何做到的。Eliasmith 在接受采访时解释说，IBM 的其他大脑模拟，如庞大的蓝色大脑项目，可以模仿大脑的空间结构和连接性，但它们无法模仿这种结构与行为之间的关系。

“这些人工大脑实际上什么也不做。它们看不到、记不住、认不清物体，”他说。“它们就在那里，产生复杂的电压模式，但这些复杂的电压模式与行为无关。”

加拿大滑铁卢大学的 Eliasmith 在一台超级计算机上操作计算机模拟。Spaun 分为两个主要结构，代表大脑皮层和基底神经节。神经元以生理上真实的方式连接在一起，它们模仿研究人员认为基底神经节和皮层在执行某些任务时所做的事情。

想象一下，它看到一系列数字，可能是 1 2 3；5 6 7；和 3 4 ?。人工神经元提取视觉数据，理解这些模式。根据接收到的视觉信息，程序将数据路由到皮质的特定任务部分，这样它就可以执行一系列任务。这些任务包括测试记忆、复制视觉信息、计数等。它甚至可以执行基本的逻辑问题，例如上面的数字谜题，这些问题在智商测试中很常见。

“根据皮层的情况，它会从皮层的一个部分获取信息，并将其发送到皮层的另一个部分。每次这样做时，它都会更新皮层的状态，并试图找出下一步的最佳做法，”埃利亚史密斯说。“你可以认为基底神经节控制着皮层中信息的流动，以解决不同的任务。”

埃利亚史密斯指出，人类的大脑非常擅长做这些事情——人们可以坐在电脑前打字，回答关于随机事实的问题，去做一个三明治，然后去开车，所有这些都可以在很短的时间内完成。

“这个模型试图解决认知灵活性的问题。我们如何在任务之间切换，如何使用我们大脑中的相同组件来完成所有不同的任务？”他说。

不过，Spaun 也有其局限性——与真正的神经网络相比，它相对简单，而且是硬连线的，缺乏人类大脑所具有的可塑性和自适应能力。Eliasmith 正在研究更新，使其能够学习新任务并在更复杂的层面上感知指令。他甚至正在开发一个程序，在这个程序中，Spaun 不会得到明确的指令，而是得到正面或负面的反馈。“我们只会告诉它做得好还是不好，”他说。“最终它会找到自己的完成任务的策略。”

埃利亚史密斯表示，Spaun 能够模拟大脑的生理和相关行为，为神经科学和计算机科学提供更高的用途。

“它让我们了解大脑、生物基础和行为之间的关系。这对于各种健康应用都很重要，”他说。他可以系统地杀死神经元，观察它们的死亡如何影响性能，例如模拟人们衰老时发生的过程。或者，Spaun 可以帮助其他机器更准确、更有效地模拟大脑功能，他说。“我们可以尝试发现生物学正在使用的算法，并可能了解其背后的原理，以构建更好的人工智能。”

该论文发表在《科学》杂志上。