猴子与高级认知

文章作者:管理一号 | 2019-04-02
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猴子与高档认知

敬重的各位校友,我是98级少年班和生物系的龚能,今日很侥幸做这个陈述,也很有压力。组委会让我讲人从哪里来要到哪里去?这个标题压力很大。我今日大胆结合自己的作业,跟咱们共享一下《人何故为人》这个主题,我尽管我的标题叫人何故为人,但其实我是研讨山公的,不是研讨人的。我来自中科院神经科学研讨所,咱们单位还有一个姓名叫中科院脑科学与智能技能杰出立异中心,由于现在我国把大脑的脑计划和人工智能放在一同研讨,咱们所和北京自动化地点一同树立智能技能杰出立异中心,期望脑科学和人工智能技能有交互启示。咱们所里有两个很大的灵长类的渠道,一个是猕猴渠道,咱们渠道的研讨员孙强他的团队在世界上初次得到了体细胞克隆的猴。

另一个是由我办理的渠道,模型是狨猴,这种山公十分小,能够抱在手指上。它的原产地在南美巴西。咱们通过山公模型,意图是研讨人类高档的认知功用,看看山公究竟具有哪些人类具有的高档认知功用。

前面说了标题《人何故为人》,咱们应该都没有疑问,为什么人是高档动物,必定是由于咱们的大脑。咱们没有鸟飞得高,没有山君跑得快,没有鱼会游水,可是仍是高档的动物,是大脑决议的。惯例的小鼠大脑有7100万个神经元细胞,小狨猴有6亿个神经元的细胞,跟孙悟空相同的猕猴有63亿个神经元细胞,而人类大脑的神经元细胞,依照10倍10倍的数量级添加——有800多亿个神经元细胞,这些神经元细胞构成了人类杂乱的认知功用。人类大脑的功用分几个不同的层次,首要有视觉、嗅觉、感觉,咱们能够感知外界的信息,有这些信息输入之后,针对输入咱们能够进行反响,有天敌过来了咱们要逃跑。这种感觉和运动的根本才能一切动物都具有,是生计一切必要的才能。人类有高档认知功用,会说话,有言语,有社会,有家庭,有各式各样高档才能,所以现在人类最主要的问题是什么是知道。

在Science杂志125周年,提出来125个大科学问题,排名榜首的是世界是怎样组成的,排名第二的是人类知道的生物根底是什么,咱们都没有答案。所以说知道研讨是咱们研讨大脑的终极目标。

 

知道是怎样发作的?

仍是山公的问题,人类有许多高档认知功用,比方说言语,除了人类之外,没有其他动物有言语的才能,关于生物学家来说,就需求研讨,咱们信任一切才能都有进化的进程,咱们从进化傍边追根溯源,这样便于找到人类高档脑功用的来源和它的神经机制,咱们想人类的许多行为是不是具有仅有性。

比方惯例咱们照镜子,有自我知道,有家庭、社会,有共情,同情心,有言语的沟通,这些是不是人类仅有具有的才能?还有更杂乱的,比方说咱们能够运用钱银、东西、文化艺术、战役,各种心情,咱们能够弥补人类各式各样的高档功用,这些是不是人类仅有的特色?假如以狭义来看,界说人类的言语,或许人类某种艺术,当然是人类特有的,可是咱们能够更广义的来看,像这些言语,比方说鸣禽会歌唱,通过歌声沟通。许多动物有群落,广义上人类没有一个行为是仅有性的,咱们必定能够在什么其他动物上找到归根溯源的来源。这是为什么咱们研讨山公的意图,由于山公是咱们研讨大脑来源的一个途径。

咱们试验室研讨山公的自我知道,家庭社会联系,还有言语。下面就这三个方面,结合咱们试验室作业给咱们做一个介绍。

自我知道

首要什么是自我知道?我便是我,这如同是一个哲学问题,并不是科学问题。可是咱们生物学里边有一个试验,怎样样判别这个人或许这个物体,是否具有自我知道,在四五十年曾经科学家想了一个方法:进行一个测验——符号测验。小孩脸上涂了颜料,看镜子的时分,发现脸上一个色彩,会对着镜子查看颜料,代表他会照镜子,他知道镜子里是自己,这是符号测验。这是现在仅有一个检测自我知道的方法,这个试验有局限性,可是没有更好的方法。

科学家们依据这个方法,然后看动物是不是有这个自我知道,饲养员给红猩猩脸上涂颜料,当它看到镜子的时分,会用手去摸头上的颜料,代表猩猩通过了这样的测验,能够以为类人猿具有自我知道。还有其他一个类人猿对着镜子,摸自己的头发、脸、鼻子等等,如同会照镜子。现在科学界里边公认,人类和少量类人猿是公认具有自我知道的物种,这是一个十分高档的才能。除了人和类人猿之外,其他动物是不是有(自我知道)呢?科学家们做了许多试验,比方这是一只亚洲象,大象其实是十分聪明的物种,可是腿很粗,不行能用腿摸脸,它能够用鼻子接触脸上符号,它会用鼻子拍脸上的记号,但现在世界上只需一只通过测验的大象,所以大象是否有自我知道生物学上缺少重复,有争议的。

其他海豚也是公认的十分聪明的物种,海豚没有手,没有方法做符号测验,可是它在镜子前摇头摆尾,做各式各样的动作,如同照镜子相同,显得海豚也会照镜子。还有鸽子,便是鸟类,鸟类是十分聪明的。鸽子会用嘴啄身体上的记号,变相的标志着它也通过了测验。这些动物都有报导,可是都是个例,没有重复性。

关于生物学来说,咱们更关怀山公和类人猿,由于山公和人是相同的,咱们是在一支上进化的,通过研讨山公,能够研讨咱们人类大脑是怎样作业的。科学家们最关怀仍是咱们惯例的猕猴是不是具有自我知道。猕猴捡到一面镜子,一看吓一跳,它会以为是其他一个山公,咱们一般以为猕猴是不会照镜子的,不知道里边是它自己。从这个测验呈现开端,在曩昔五十年里边,在比较心理学这个范畴里边山公究竟会不会照镜子,有没有自我知道是很重要的问题。这对研讨人的大脑进化是十分重要的,可是科学家们找了许多方法都没有成功,曾经一向公认山公没有自我知道,可是咱们是山公试验室,咱们想到假如山公没有自我知道是不合理的,由于从猴到类人猿到人类,为什么会忽然断掉呢?在进化上怎样往前追溯呢。所以咱们规划了一个方法,叫视觉感觉偶联练习,这个练习很简单,咱们把山公放在镜子前,它坐在这儿,拿一个激光笔,可是和我手里的激光笔有点不相同,那个光具有高能量,这个光打在山公脸上会感觉痒,往脸上一照它会用手挠痒,前面放一面镜子,让山公坐在那儿练习,我用激光笔照它脸,它会挠激光点。一起镜子里的山公也在挠点,山公练习今后会树立自己和镜子里边山公的相关,只需看到点就挠,练习一个月今后,咱们把激光笔换成一般的激光笔,一般的光点,这个光点不具有能量,它脸上没有感觉,也不会觉得痒,再照,山公会依据镜子里的成像去摸脸上的光点,代表它现已学会了镜子跟自己对应的联系,通过这样的视觉偶尔练习来判别它是否具有自我知道。

视觉本体方位偶联练习

试验中光点一照山公,它开端摸,摸了今后给它食物奖赏。这个练习里边,它依赖于感觉去摸点,不是学会的,但它学会今后,把激光笔换成一般激光笔它就会做了。学会了相关今后是不是就会照镜子了?刚刚文章宣布今后科学界反响很大,觉得咱们处理了一个咱们没有处理的问题,可是这个范畴里边许多专家质疑咱们,你们这个试验有问题的,激光笔照山公脸它有感觉,诱导它摸自己脸,构成条件反射不停地摸脸,不必定代表它真正学会照镜子。

为了回应这个问题,咱们规划了其他一个计划,叫视觉本体方位偶联练习,这个姓名听起来比较杂乱,其实很简单,咱们这个时分只用低功率激光笔,不必高功率,是没有感觉介入的,其他不照在山公脸上,咱们在山公脸周围放一个纸板,激光笔照在纸板上,这个时分练习这个山公依据这个镜子去摸纸板上的点,咱们不再练习它的身体,默许山公不会用镜子,咱们现在教它怎样用镜子,教他会用镜子,当这个山公学会用镜子之后就表明有自我知道,这是咱们其他一个计划。试验中它会对着这个镜子摸周围的点,它摸得很准,这是很难的,你们能够试试看,人都不必定做得到,很难。它假如学会,代表它对镜子的运用十分充沛,知道怎样用镜子,表明它具有这样的才能。

视觉本体方位偶联练习

练习过的山公会干什么作业?这十分重要,由于这等所以符号测验,在山公脸上涂上颜料进行测验。这是近五十年来榜首次有山公能够通过符号测验。山公脸上涂了颜料,一看赶忙摸,摸完今后闻一下是什么东西,看一看手指。这边是绿色颜料,它先看看,再摸一下,闻一下什么东西,这和人的体现十分像,黑色颜料也是这样。咱们用激光笔练习,检测的时分山公体现很好。

这儿有一个问题,山公和咱们人类相同,咱们人会对着镜子梳妆打扮,很惯例的反响。山公也相同,比方说这个山公或许长这么大,历来没有看见自己的屁股,它看不见,现在会照镜子了,会不会通过镜子看身上自己看不见的部位?它会不会用镜子摸摸脸、摸摸牙齿等梳妆打扮。通过练习的山公会摸摸脸上的毛,摸摸鼻子,摸摸牙齿,它会照镜子梳妆打扮了,这是很典型的在照镜子的行为。

试验中由于山公历来没有见过屁股,所以会对着镜子看看自己的屁股。咱们在世界上榜首次证明猕猴是会照镜子的,具有自我知道。咱们做了许多扫除试验和对照试验,咱们会问一个问题,山公摸这个符号,是真的会照镜子,仍是学会了一个规矩。比方我看见你,我跟你面对面,我看见你脸上有颜料,我也会摸我自己的脸,这是很简单的规矩。为了扫除这个或许性,咱们做一个试验,咱们拿玻璃板,把两只脸上都涂了颜料的山公离隔,假如学会的是规矩,它会摸自己的脸。假如没学会规矩,知道是玻璃板,它会和另一个动物有沟通。咱们能够看到它们之间是在沟通,并没有摸自己的脸。可是把玻璃板换成镜子,它开端摸脸了,这个试验咱们证明练习过的山公的确学会了照镜子,它知道镜子里边是自己,能够分辩是其他山公仍是自己,代表一种自我知道的体现。

○ 猴子在照自己的屁股

这是一个行为试验,这个试验更大的含义在什么地方呢?曾经咱们以为在进化里边,人类有几百万年认知的缺点,里边有几百万年的空白,在这几百万年里边,人类的高档脑功用是忽然之间呈现的,不知道怎样呈现的,进化上没有来源。首要榜首点这个试验通知咱们,在进化上是有来源的,从猕猴开端具有自我知道,曾经猕猴不会用镜子,现在会用镜子了,体现出有自我知道。其他,更重要的含义在于咱们能够让一个山公,从无到有体现出自我知道来,能够对山公的大脑环路做功用磁共振或许电生理查看,对山公大脑进行实时的观测。咱们从刚开端到练习完结全进程进行监测,会知道山公学会照镜子之后大脑发作的改变,知道大脑里边哪些环路和脑区担任自我知道的发作。这对知道神经机制的研讨是很好的模型,可是这个试验十分难,对清醒的猕猴做这样的大脑记载十分困难,咱们现在还在处理这个问题,期望几年今后有这个效果。

言语

还有言语,山公并不太会说话,声响十分少,主要靠动作,能否用山公研讨人类的言语?曾经言语学家都是用鸟来研讨言语机制,鸣禽之间通过歌唱来沟通,怎样用山公研讨这个作业呢?咱们把言语的特性进行分化,言语怎样组成的,榜首,言语要有词汇量,需求把握足够多的词汇量,第二是语法,咱们要用语法把不同的词汇组成语句,比方说我要吃苹果,语法让词汇组成有无限多的或许性。第三有腔调,比方说升调代表疑问,降调代表必定,所以咱们能够把言语分红不同的成分,已然猕猴很少叫,咱们能够研讨序列,给它做一个使命,用手来指序列,这个序列代表不同的语法。

咱们所里的王立平研讨员本年宣布的一项作业,他让山公学序列。先是点A、B、C,反过来又是A、B、C,这个时分A、B、C反过来C、B、A,便是去学会序列的重复和序列的镜像,你能够学会序列,序列代表语法的才能,这个试验榜首次证明猕猴会嵌套性的序列,接下来相同能够做核磁试验,做大脑机制的试验,研讨猕猴为什么会具有这样的才能。这仅仅一个比方。

我自己主业是研讨狨猴,不是猕猴,狨猴的特色是十分小,生活在巴西雨林里边,狨猴相互之间看不见,它们在树上靠叫声沟通,狨猴叫声和鸟类差不多,十分丰富,唧唧喳喳的,所以狨猴是十分好的研讨言语的模型。

在狨猴出世后一周,咱们对它的声响进行录音,声响十分杂乱,没有什么规矩,像一个小孩子的哭声,可是出世五周后,声响变得十分有规矩。所以它的发声是需求学习的,当它的爸爸妈妈给狨猴回应,给他回应越多,声响老练进程越快。狨猴小孩的确在听,听爸爸妈妈给它的回应,听得越多,声响老练越快,它在学习这个言语。咱们现在有许多像这样的作业,咱们跟中科大,科大迅飞进行协作,进行语音的剖析和辨认,进一步研讨狨猴怎样样学习言语、剖析言语。假如狨猴能够作为研讨言语的模型,当然比鸟好,由于狨猴的大脑结构根本和人类相同,能够用它研讨大脑处理言语的神经根底。

现在发现一个基因FOXP2,这个基因发现于言语障碍的患者家系,这是现在发现的仅有一个最重要的、与人类言语相关的基因,这个基因有一个特色,从啮齿类到非灵长类,到猴和类人猿都是保存的,仅有到了人类发作了两个骤变。咱们天然有一个主意,假如把山公里边的FOXP2,骤变成人类的FOXP2,当山公具有人类的基因之后会怎样样,会做什么作业。我觉得会说话不太或许,太天方夜谭了,可是或许会取得某些言语才能,比方说取得更强的序列剖析才能或许更强的语音才能。咱们现在在做狨猴的转基因,基因修改的作业,咱们想制备一个表达人类的FOXP2基因的狨猴,看看基因对言语的进化和来源有什么影响。

社会联系

最终一部分咱们讲,人类有自我知道和言语,还有同情心。那么动物究竟有没有同情心?看社会新闻里边,看两只小狗其间一只死了,其他一只抱住它,许多这样的新闻。可是这个有一点把动物进行拟人化的描绘,科学上究竟动物是不是有共情心,是有争议的,不太确认,可是人类是有共情和同情心的,人类看你很苦楚,我也很苦楚,我会想着去帮你。

我国的猕猴,是有一个猴王,一个公猴猴王带上几十个母猴,组成大的社会群体,母猴自己生孩子带孩子,公猴不论小山公,是一个父系社会。但狨猴是高度家庭化的,是一夫一妻,爸爸妈妈协作带孩子的,家里有兄弟姐妹,兄弟姐妹帮爸爸妈妈带孩子。这是一个和人类很像的社会结构,狨猴供给了一个很好的研讨社会联系、家庭联系、家庭内部组成的动物模型。

这个试验中,咱们把狨猴家里的孩子关在水池彼岸,咱们猜狨猴的爸爸妈妈会不会跳曩昔救自己的孩子?成果很明显,当孩子岁数小于一个月的时分,爸爸妈妈会十分拼命跳曩昔,甘愿掉水里也要把孩子救回来,当孩子大于两个月,孩子在彼岸,爸爸妈妈就不论了,随意你怎样弄。不论你了,我也不看你了,狨猴内部家庭结构的组成和人类家庭很像的联系,比方说有母性行为,对孩子关怀,对爱人关怀,咱们有许多数据,咱们不能逐个展现,还有核磁成像成果,山公为什么救自己的孩子,为什么有年纪依赖性。

还有一个成果很有意思,当山公自己家里有小孩子的话,它也会救别人家的孩子,自己没有孩子,也不会救别人家的孩子,这是母性,是很通用的规矩,咱们想使用狨猴或许猕猴研讨人类各种高档脑功用,人类行为其实没有什么特其他,没有什么是仅有的,咱们在进化里边必定能找到一些来源和机制。

最终,由于主办方给我一个使命,讲人类未来怎样样,我提一个论题,待会儿圆桌评论能够评论这个论题。方才咱们讲,我国榜首个制备出克隆猴,我国也是榜首个制备出基因修改猕猴的国家。这个试验是咱们所里另一个作业,咱们制备出世界上榜首个自闭症转基因猴模型,所以说我国在基因修改、在转基因上面在世界上有十分抢先的技能,我国、欧洲、美国都有许多公司咱们在尽力,把基因修改技能包含干细胞技能用于人类,我想这个技能今后必然会用于人类。可是本年有一个师兄,让基因修改技能背了黑锅,现在社会上都以为基因修改技能是妖魔化的技能,他没有在通过很好道德维护的状况下,试验也并不合理的状况下面,他榜首个做出基因修改婴儿,这个作业必定是不对的,他没有道德维护,试验也不合理。我觉得在合理的维护状况下,基因修改技能今后必定会用于人类。咱们不必定说靠技能造出一个超人,可是能够使用技能医治人类疾病,包含大脑疾病,这是很重要的方向。

脑科学与人工智能

第二部分讲一下脑科学和人工智能,咱们知道AlphaGO,围棋现已打败人类了,作为人工智能精准大数量学习,肯定是人类不行比较的,跟着神经科学的开展,对大脑活动了解的越清楚,大脑的活动规矩能够反过来用于人工智能的深度学习,让人工智能能够自主学习,这样能够有更强的才能做这件作业。可是AlphaGo再凶猛,他不能自己把棋子拿起来放桌子上,他做不到,还需求人来做,咱们人类能够拿起一个棋子,或许端起一杯水,再放桌子上,这些作业看起来很简单,可是在人工智能范畴很困难,咱们的手能随时感应东西的分量,感应杯子里水的多少,平稳放桌子上,这个进程十分精密的进程。还有一个方向,是脑机接口,当人类对大脑的活动有足够多的解码、知道今后,咱们需求用大脑去完成更多,比方残疾人操控机械手,怎样让机械手做的跟人手相同,感觉相同活络、又很准确的操控,是一个很难的问题。

其他一个是忌讳的论题,当咱们前面做山公试验,让猕猴会照镜子今后,咱们跟北京智能化所的搭档是做机器人的,他教机器人照镜子。我想在座的做机器人人工智能的专家知道,机器人能不能有自我知道,是十分灵敏的论题,十分忌讳的论题。当机器人具有自我知道今后,机器人要生计,是不是会要挟到人类,这是个很灵敏的论题,是能够评论的方向,机器能不能具有知道?

最终这个论题在生物学会议上是不能评论的,是十分忌讳的论题。咱们做科学、生物学,现实客观规矩就在那里,咱们的使命是为了用方法发现这个事物的客观规矩,这是咱们生物学的科学的根本唯物主义的观念。可是越来越多的理论,以为知道或许是量子力学的现象,比方说薛定谔的猫,微观叠加的效应,不知道猫是死是活,你有必要依赖于你的观测。一个浅显的比方,我进来一个黑的房间,房间是黑的,我什么都不知道,我的知道通知我,我需求用我感官,视觉、听觉、嗅觉、触觉,感触这儿边的改变,比方说我听见一声猫叫,我知道这儿边或许有一只猫,这个我构成一种知道,可是下一步确认是不是还有猫,我要开灯看一下是不是有。跟量子力学里边观测相同,咱们人体各种感觉器官是一种观测的方法,当我观测了构成定论和知道,这也是很灵敏的论题。关于这个论题我没有个人观念,可是能够来讨论。

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