杨天明

各位老师、各位朋友大家好！很高兴可以参加这次讨论，也非常感谢朱老师和神经现实的邀请。

和其他几位老师有点不一样，我主要是对动物做实验工作，所以我可能会更多从生物角度来思考问题。当然，我也非常关心计算的问题，也会做一些计算模型和神经网络的工作。我觉得大脑所做的计算，从本质上来说，可以概括为sensorimotor transformation（感觉-运动转换）过程，或者也可以说是sensorimotor mapping（感觉-运动映射），也就是我们大脑对不同的感觉该怎么反应。而transformation或者说mapping的复杂程度在进化的过程中是不断增加的。如水母之类的简单生物，它们从感觉输入到运动输出之间可能只有一层神经元。所以，它们所做的计算就非常简单。但如果是比较高等的动物，就存在一个进行非常复杂的计算的中枢神经系统，来做复杂的mapping。更重要的是，当大脑拥有一个复杂的记忆系统时，它就可以把当下的感觉刺激和记忆与过去的感觉刺激结合在一起进行反应。

我这里所说的记忆，其实也包括了学习。因为记住某个感觉刺激是好是坏，或者对某个刺激应该做什么反应，这其实就是一个学习的过程。我们认为几乎所有动物的行为都可以归纳为对当下和过去的感觉刺激所形成的反应，而mapping就是由神经元组成的神经网络来进行计算。神经网络的计算能力是很强大的。已有数学证明，哪怕是一个非常简单的回馈，人工神经网络就可以完成图灵机所能做到的所有运算。但是神经网络的输入输出可以是实数，而实数本身就已经包括了可计算的数字和不可计算的数字。所以，从这个角度来说，神经网络可以做的事情已经比图灵机要更多。

如果要讨论“我们能做什么推理、不能做什么推理”“这些推理是不是跟图灵机等同”这样的问题，那我们还要考虑另外一个问题——我们的主观体验跟大脑真正在做的计算是不一样的。我们主观能体验到的大脑做的计算，其实只是大脑所做计算中的一小角，而大脑的大量计算是我们意识不到的。

以篮球为例子。篮球明星迈克尔·乔丹可以从各个角度、各个距离把篮球扔进篮筐。那么他每次投篮的时候，篮球出手的角度、力度的计算显然需要符合万有引力定律。但我猜想他对万有引力的了解可能是非常有限的。这就代表着乔丹的大脑可以做非常准确的计算，但并不等于他主观理解计算的过程。这不仅对乔丹来说是这样，对一个非常熟悉万有引力定律的物理学家来说也是这样，物理学家在投篮的时候，也不会去主观运用万有引力定律去计算应该如何出手打篮球。所以通过这种类型的方式来讨论我们大脑所做的思考，在神经科学看来，很有可能是不可靠的。我们需要打开大脑，记录分析神经元的活性，才能够真正了解大脑的思考过程。这也是我们选择用动物来研究大脑的主要原因之一。因为借助目前已有的技术手段来对人脑的神经元活性做记录，还存在不小的障碍。

图6 迈克尔·乔丹

我的工作主要就是针对sensorimotor transformation这样相对来说比较底层的，可能更多属于意识下范围的神经计算研究。而在我们的大脑当中，还有另外一套系统监控我们大脑自身的计算，同时对计算的过程和结果进一步评估和学习。我们把这种过程叫作metacognition，即元认知。它往往会上升到意识层面，被我们体验到。对这种元认知所涉及的行径计算，我也非常感兴趣。

我个人认为，我们人类与动物认知能力的差别，可能就在于人类拥有一种非常强大的元认知的能力，我们平时思考当中所运用到的各种推理逻辑的计算，也基于元认知。