人们经常盘问计算机专家，计算机究竟能否像人那样思维？他们的回答是饶有兴味的、可取的。不过，我想从生物学家的观点来研讨这个问题。

我相信，通过对我们的大脑和计算机的活动情况的考察，能逐步接近于一种答案。原来，用作构建大脑和计算机的基本元件的活动行为是迥然不同的。计算机的基本元件是晶体管，它们起开关的作用。开关开时，电子就通过晶体管；开关闭时，信号就通不过。这两种状态相当于计算机使用的二进计数制中的1和0。

人们一般认为大脑的基本元件是突触，它们亦起类似开关的作用。大脑中的电路取决于这些能开能关的突触开关。改变开关就改变电路；这样就改变大脑功能的方式，进而也就改变拥有大脑的人的行为。因此，人们普遍认为，正如计算机的情况一样，改变开关是改变大脑程序和存储信息的基础。

晶体管和突触的差别

晶体管和突触的一个首要差别是，突触不止具备计算机使用的关、开这两种状态。突触能够部分地开，部分地关，因此，使信号通过具有一定的几率。所以，突触除了相当于二进制的1和0这种状态之外，还可能有中间值，比如十分之九，十分之二。这些值通常被称作突触的“强度”。突触与其说像好开关，毋宁说像松连接。拥有大约100万亿松连接的大脑，可能多少地要对我们某些时候的模糊思想负责。

晶体管和突触的另一差别是，计算机的大量晶体管只用来储存信息。而大脑的突触，既起着记忆存储单元的作用，又起着微处理机的作用。每个突触执行二种形式的处理加工。简单地说，突触时间上是以求和信号对信号施行处理加工的。这意味着，一个相对弱小的突触对一个单独分离脉冲可能不起作用。但是，倘若几个脉冲连续不断地到达，那么，这种弱小突触就会产生输出。突触在空间上也是求和的：对一个脉冲的输入可能不产生输出，但是几个输入在大约同时到达同一神经的不同突触时，就会产生输出。突触除了在时空上总计脉冲外，它的另一处理方式是根据经验改变它的强度。大脑之于计算机，既强又弱，主要道理就在这里。

计算机的记忆和处理功能是分开的。一台计算机只有一个中央处理单元，它一次只能处理一个事件。必须把信息排列成长行进行处理。但是，每一突触都带有一台微处理机的大脑，却能处理数量庞大的信息串。大脑必须为这种优点付出代价：它将其所有元件都用作微处理机，这样一来刚刚存储的信息就没有立足之地了。所以，我们的大脑在数据储存的可靠性方面，甚至连一架小小的计算机也远远不如。原因是大脑缺乏稳定的或者可以信赖不变的记忆单元。你能通过一台计算机索取文件A，你并且确信，文件A的内容，由于它的被取回，是不会改变的。大脑就不是这样。假如你要在脑子中再现文件A，你将不可避免地会以某种方式改变它的内容。

由于晶体管和突触功能方面的这些差别，计算机就只能在一单向路上吸收信息，而大脑却能双向路地接收信息。我们将一幅画展现在一架计算机前，计算机就像一架电视照相机那样把它拍摄下来。实际上，它摄取的是双向画，即先把画面切成片片，然后每次一片地把它们拍下来。但是，眼睛能同时看到整个双向画，并能沿着通达大脑的成千上万的并行通路传送信息。

自适应学习

大脑行使处理机的功能似乎是大脑作用的一个决定性因素。鉴于每个突触能改变其自身强度，所以每个突触也能改变大脑电路，并在某种程度上影响其行为。显然，具有神经系统的有机体，由于这种能力，才表现出自适应学习；就是说，它们能根据它们的经验改变自身的行为。

突触是怎样赋予大脑以自适应学习能力的？它们是如何起微处理机作用和改变其自身强度的？关于这些变化向来众说纷纭，莫衷一是。现在我是中间派。为了说明这些变化和突触引起适应性学习的机理，我提出了一个理论，这就是“休息原理”。（《现代心理学》，《精神是如何给电池再充电的》，1982年11月）。理论假设：突触使用过度时就会变弱；突触使用后一俟得到休息就会迅速增强，使它们更有效地发挥作用。

下面是休息原理如何起作用的一个例子。有时，你在同别人谈话时可能会突然忘记一个字。于是，你就中止谈话，全神贯注地想方设法把它回想出来。可是仍然想不起来，这样你便放弃不去想它，继续谈别的事情。突然，这个字又闪进了你的脑子。事情之所以会这样发生，是因为你把注意力从这个字上引开了，使从事信息处理的突触得到了休息。

突触是否真正服从休息原理是个以待将来研讨的问题。这个原理在计算机上是生效的。使计算机程序产生一种特殊形式的自适应学习能力是不难办到的。为了学习进食的正确反应，程序只需要对过去一向成功的反应保持接触或联系，然后选择一种最佳的反应就行了。一台对影响其环境具备必要的传感器和手段的计算机，编制了模拟休息原理程序，就能学会从环境中获取它所需要的东西，避免对它有危害的东西。这种计算机，目前尚未达到像哈尔在斯坦来 · 库比利克的影片《2001年：太空奥德赛》中所显示的那种自我保护的水平，但是它正在循此前进。

在计算机中复制突触

在计算机上复制突触的作用有二个通用方法。首先是用软件模拟它们。我们能给一批晶体管编制程序令其像突触那样起作用。每个模拟突触的强度记录在一个分离的存储器上。一个刺激一经馈送到这个系统，中心处理机便根据这些强度和时空求和，计算出它可能通过模拟突触的路径。然后，中心处理机回溯到每个突触，并按照过去的经验即突触是否使用过，改变它的强度。

这就是我在模拟休息原理时运用的方法，这种方法对小系统也有效。但是，这要用相当大量的晶体管模拟每个突触，而且中心处理单元必须对每个单独事件至少调整二次。我的模拟法曾在4至100个突触的任何场合作过试验。甚至对一台快速计算机，当调整至100个突触时，运算就开始逐渐慢下来。为要模拟人脑的100万亿左右的突触，需要一台几倍于这个数量的计算机。如果模拟每一突触需要100个晶体管，那么，一部每秒作100万次运算的32比特的处理机，对每个位置作次调整就需要几百年。模拟一单独事件的计算乃至需要几千年，而叫人来计算仅需要几分之一秒。似乎可以肯定地说，不管今后在增加计算机速度方面会取得怎样的进展，只要它们被局限于一部或者甚至几十部处理机的范围内，就不可能在实时基础上模拟人脑。

另一种方法是从作用像突触一样的基本硬件单元着手。为此，我们就需要作用像突触那样的而且强度可变的元件。这些元件不仅能以简单的方式处理各种信号，而且能随着经验的作用改变它们自己的强度。以往的模拟计算机，使用的是十进制而非二进制，在若干方面有这样的特点；而今天的新型模拟/混合计算机，比数字计算机更接近于人脑。这种模拟/混合计算机使用平行的信息处理（像大脑那样），所以，它们的速度相对地同问题的大小无关。那种认为无法依据它们的经验作用，比如按照休息原则，制造出能改变其强度的元件的说法，似乎是没有道理的。

不过，即使能够得到这种元件并把它们连接起来，它们仍将达不到人的心理过程的水平。有了这种元件仅仅是生命机体的开始。自从提出改进和修改以来，这种元件已经历了很长时间的发展。我们今天的大脑不是突触的均匀箱子。大脑是由许多特殊的结构所组成的，我们现在只是对其中少数结构的排列情况和作用过程开始有所了解。

最后，大脑不同于计算机的地方，在于它被沉浸于含有能改变系统作用方式的众多物质的液体中。当某些激素或调制物质在大脑周延漂浮时，或者当我们致使某种药物溶解于该液体时，大脑实际上具有一种不同的机械作用。扩散在大脑周围或大脑局部区域的物质，似乎形成了附属于神经和突触系统的一种辅助通讯工具。

计算机在可预见的将来未必会进展到能复制普通人的心理功能的地步。最富有成效的发展很可能出自这两个本质上互补的系统之间的相互作用和合作。

[Current，1984年第261期]

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* 作者系芬兰赫尔辛基Alko研究实验室的高级研究员。