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深入龙文:“自由能原理”可能是人工智能发展的正确方向

    原标题:深长篇论文:“自由能原理”可能是人工智能发展的正确方向。编者按:神经科学家卡尔·弗里斯顿最初来自

    原名:深长篇论文:“自由能原理”也许是人工智能发展的正确方向

    编者按:神经科学家卡尔·弗里斯顿首先将自由能原理应用于神经科学,是为了治疗神经疾病,合理地解释世界,但并不认为数学化后的自由能原理可以应用于人工智能领域。但是对于许多人来说,对自由能理论的解释是很难理解的,但不可否认的是,这个人工智能领域带来了新的解释。发展方向。肖恩·拉维夫(@肖恩·拉维夫)是居住在佐治亚州亚特兰大的作家。这篇文章发表在12月份的期刊上。

    卡尔·弗里斯顿的自由能原理可能是自查尔斯·达尔文的自然选择理论以来最全面的观点。但是要理解它,你需要看看弗里斯顿的内部。

    每周“问卡尔”会议

    当乔治三世国王在位结束时开始显示出强烈的躁狂症状时,有关皇室疯癫的谣言在公众心中迅速蔓延。有一个传说,国王乔治想与一棵树握手,并坚信它是普鲁士国王。另一个传说讲述了他是如何被带到伦敦布卢姆斯伯里皇后广场的一所房子接受治疗的。传说,当国王接受医生的治疗时,乔治的妻子夏洛特女王在当地一家酒吧租了一个地窖为国王的晚餐准备食物。

    两个多世纪后,女王广场的故事在伦敦的导游手册中仍然很流行。不管这个故事是真的还是假的,这些年来,这个社区似乎已经适应了。广场的北端立着一尊夏洛特女王的金属雕像。拐角处的酒吧叫皇后大厅。广场上安静的长方形花园现在几乎被从事脑力劳动的人和大脑需要劳动的人们所包围。国家神经与神经外科医院位于女王广场的一个角落,现代皇室成员可能来这里接受治疗,伦敦大学学院的著名神经科学设施就在外面。去年七月,天气晴朗,持续了一周,几十个神经质患者和他们的家人在草地边缘的木凳上静静地度过。

    在一个典型的星期一,卡尔·弗里斯顿在下午12:25到达女王广场,在夏洛特女王雕像旁的花园里抽了一支烟。他的身体稍微弯曲,身材孤单,头发是白色的。弗里斯顿是伦敦大学学院著名的功能成像实验室的科学主任,在那里,每个工作的人都认识一个叫做FIL的实验室。抽完烟,弗里斯顿来到广场西边,走进一栋砖砌的建筑,来到四楼的会议室,大约有20到20人在一堵空白的墙前等他。弗里斯顿喜欢迟到五分钟,所以其他人都到了。

    向人群问候可能是他当天的第一次讲话,因为弗里斯顿不愿在中午前和别人讲话。在家里,他会通过一系列可以理解的微笑和咕噜声与妻子和三个儿子交谈。他很少单独见面。相反,他更喜欢举行这样的公开会议,在那里,学生、博士后学生和那些渴望了解弗里斯顿专业知识的学生可以寻求他的知识。近年来,这类人的数量已达到几乎荒谬的程度。他认为,如果某人有一个想法、一个问题或一个正在进行的项目,那么理解这个问题的最好方法就是把整个团队聚集在一起,听取这个人的意见,然后每个人都有机会提出问题和讨论这些问题。因此,一个人的学习成为每个人的学习。

    每个周一在开会时,每个人都会首先提出问题。弗里斯顿听着,慢慢地转过身来,眼镜放在鼻尖上,所以他总是低头看着演讲者。在接下来的几个小时里,他依次回答问题。他是一个维多利亚时代的绅士,具有维多利亚时代的风格和品味。“正如一位朋友描述弗里斯顿的那样,他礼貌而迅速地回答了最令人困惑的问题。我开始称之为“咨询卡尔”会议的问答环节。这是一项非凡的壮举,具有耐力、记忆、知识和创造性思维。当弗里斯顿退到办公室外面的金属小阳台抽另一支烟时,会议通常结束。

    2。革命性的名声统计参数图

    弗里斯顿首先成为学术界的英雄,因为他设计了许多最重要的工具,使人的大脑被科学所认可。1990年,他发明了统计参数图,一种计算技术,正如一位神经科学家所说,可以形成“压缩”的大脑图像,以便研究人员可以以同样的方式比较不同头骨内的活动。在统计参数图的基础上,基于体素的形态计量学应运而生,它是一种成像技术,并已应用于一项著名的研究。结果表明,伦敦的出租车司机在学习“知识”的过程中,是在海马背后长大的。(1)为了获得伦敦的出租车执照,司机必须记住查令十字路口6英里以内的320条路线和许多地标。这个艰巨的过程包括笔试和一系列与主考官的一对一的面试。

    2011年发表在《科学》杂志上的一项研究使用Friston的第三个大脑成像分析软件“动态因果模型”来确定患有严重脑损伤的人是否有轻微的意识或者仅仅是素食者。

    2006年,当弗里斯顿被选入皇家研究学会时,该研究所称他对大脑研究的影响是“革命性的”,并称超过90%的关于大脑成像的论文使用他的方法。两年前,由人工智能先驱Oren Etzioni领导的艾伦人工智能研究所计算出,Friston是世界上最常被引用的神经科学家,引用指数很高,用来衡量研究出版物的影响。他的指数几乎是一样的。这是爱因斯坦的两倍。Clarivate Analytics在过去20年成功预测了46位诺贝尔奖获得者。去年,它把弗里斯顿列为三个最有可能获得诺贝尔生理学或医学奖的人之一。

    三。用自由能原理突破人工智能研究的希望

    然而,值得注意的是,最近访问弗里斯顿的研究人员很少谈到大脑成像。在今年夏天的10天里,弗里斯顿一直是一位天体物理学家、哲学家、计算机工程师、亚马逊回声更有吸引力的竞争对手、世界上最大的保险公司之一的人工智能主任、寻求更好的助听器的神经科学家,以及利用机器学习帮助治疗抑郁症的初创公司。该部门的精神病医生提供建议,他们大多数来是因为他们渴望充分了解其他事情。

    在过去的十年里,弗里斯顿花费了大量的时间和精力发展他所谓的自由能原则。弗里斯顿称他的神经成像研究是例行公事,就像爵士音乐家在当地公共图书馆轮班工作一样。有了这个想法,弗里斯顿相信他已经建立了所有生命和所有智慧的组织原则。”“如果你还活着,”他开始回答,“你要表现出什么样的行为?”

    首先,坏消息是自由能的原理很难理解。事实上,它太难了,以至于整个房间里最聪明的人都试图掌握它,但是失败了。一个拥有3000名粉丝的Twitter账户的存在只是为了模仿它的不可理解性。几乎所有和我交谈过的人,包括研究它的研究人员,都告诉我,他们没有完全理解它。(2)账户名为@FarlKriston。示例Twitter:“生命是任何(遍历的)具有马尔可夫覆盖的随机动力系统的必然和突然特性。别忘了!”

    但通常这些人急于补充说,自由能原理的核心是讲一个简单的故事,解决一个基本问题。热力学第二定律告诉我们,宇宙倾向于增加它的熵和溶解,但是生物强烈地抵制它。每天早上我们醒来,几乎和前一天一样,我们的细胞和器官之间,我们与世界之间存在着明显的分离。那是怎么发生的?根据弗里斯顿自由能原理,从单个细胞到大脑,所有生命在组织的各个尺度上都有数十亿个神经元,这些神经元是由相同的一般要求驱动的,并且这个指令可以简化为数学函数。他说,生活就是要减少你的期望和感官输入之间的差距,或者用弗里斯顿的话说,就是把自由能降到最低。

    为了理解这个理论的潜在影响,你所要做的就是看看周一早上在FIL门口拥挤的人群。有些人来这里是因为他们想利用自由能原理来统一思想和理论,为生物学提供新的基础,解释我们所知道的生命。另一些人希望自由能的原理能够使精神病学研究建立在对大脑的理解之上。其他人来到这里是因为他们想用弗里斯顿的观点来突破人工智能研究的障碍,但是他们都有一个共同的原因,那就是真正理解卡尔·弗里斯顿自由能原理的唯一人可能就是卡尔·弗里斯顿本人。

    在弗里斯顿的办公室里,一位朋友形容他为“维多利亚时代的绅士,具有维多利亚时代的风格和品味。”

    四、高产学者的成长历程

    弗里斯顿不仅是该领域最有影响的学者之一,而且是所有学科中最富有成果的学者之一。他今年59岁,每天晚上和周末工作。自世纪之交以来,他已发表了1000多篇学术论文。仅在2017年,他就成为85篇文章的主要作者或合著者之一,相当于每四天发表一篇文章。(3)2018年《自然》杂志上的一篇文章分析了“超级多产”学者的现象,作者将其定义为在一年内有超过72篇论文。

    但如果你问他,这不仅仅是一个雄心勃勃的职业道德的结果,这也是他倾向于严格逃避现实的标志。

    弗里斯顿在他的内心生活里划出了一条精心管理的界线,以防受到侵扰,其中许多似乎与“担心别人”有关。与私人谈话相比,他更喜欢在舞台上与别人保持舒适的距离。他没有手机。他总是穿深蓝色的西装,这是他在清算店买的两套西装之一。他发现自己在女王广场的每周会议都中断了,这“很伤脑筋”,所以他倾向于在国际会议上避开其他人,他不喜欢为自己的观点辩护。

    同时,弗里斯顿对作为学者的动机有着非常明确和坦率的态度。他发现迷失在需要几个星期才能解决的难题中是令人难以置信的安慰——就像消失在烟雾中。在他的书中,他雄辩地描述了他的痴迷,这可以追溯到他的童年,他一直在寻找方法,以整合,统一和简化世界的表面上看似嘈杂。

    弗里斯顿把他的自由原则追溯到八岁的一个炎热的夏天。他和家人住在切斯特,一个靠近利物浦的英国城墙城市。他妈妈让他在花园里玩。他翻过一根旧圆木,发现几只蜱在动。它们是有甲虫状外骨骼的小昆虫。起初他以为他们在疯狂地寻找避难所和黑暗。他盯着他们看了半个小时后,推断出他们实际上不是在寻找阴影。”这是一种错觉。“我带来了桌面的错觉,”弗里斯顿说。

    他意识到,木槿花的运动没有多大用处,至少不是为了上车去上班。这些生物的活动是随机的。太阳暖和时它们移动得更快。(4)小弗里斯顿也许是对的。许多种Psylla在阳光直射下会变干,有些会随着温度的升高而变干,这是随机运动水平的增加。

    弗里斯顿称这是他的第一次科学见解。所有这些人为的、个性化的目标及其生存的解释,以及类似的解释,似乎只是彼此分离。

    弗里斯顿的父亲是一名土木工程师,在英格兰各地从事桥梁工程,他的家人也搬来搬去。在弗里斯顿的第一个十年里,年轻的弗里斯顿上过六所不同的学校。他的老师经常不知道该怎么对待他。他通过独自解决问题来挽救自己脆弱的自尊心。10岁时,他设计了一个自动对准机器人,理论上它使用自动对准的反馈制动器和水银液位来携带一杯水穿过不平坦的地面。在学校,一位心理学家被介绍来了解弗里斯顿是怎么想出来的。“你很聪明,卡尔。”弗雷斯顿的母亲不止一次安慰他说,“不要让任何人说你不够聪明。”弗里斯顿说他不相信她。

    当弗里斯顿十几岁的时候,他又活了一会儿。当他看电视后走向卧室时,他看到窗外樱花盛开。从那时起,他突然被一个他从未忘记的想法迷住了:“一定有办法从零开始理解一切。”他想,“如果我被允许从宇宙的某一点开始,我能从宇宙中获得我需要的一切吗?”他在床上躺了几个小时,第一次尝试了。显然,我完全失败了。

    高中快结束时,弗里斯顿和他的同学们参加了一个早期的计算机辅助咨询实验。他们回答了一系列的问题,答案被输入卡片,然后通过机器推断出完美的职业选择。弗里斯顿描述了他如何喜欢电子设计和自然的孤独,所以电脑建议他成为一名天线安装工。这似乎是错误的,所以他拜访了学校的职业顾问,说他想从数学和物理的角度研究大脑。这位顾问告诉弗里斯顿,他应该成为一名精神科医生,这意味着他必须学习医学,这使弗里斯顿感觉很糟糕。

    弗里斯顿和他的顾问们把精神病学同他作为未来研究者应该追求的心理学混为一谈,但结果是一个幸运的错误,因为这使弗里斯顿走上了身心研究的道路,而且是他一生中最成熟的经历之一,其中之一剥夺了弗里斯顿的理性。弗里斯顿也有时间做其他事情。19岁的时候,他花了整个假期试图把所有的物理学知识都写成一页。他失败了,但他成功地适应了所有的量子力学。

    五、精神病院工作经验

    完成医学研究后,弗里斯顿搬到牛津,并在维多利亚时代建立的利特莫尔医院实习了两年。根据1845年的精神病法案建立的利特莫尔医院,最初是为了帮助将所有“可怜的疯子”从贫困家庭转移到真正的医院。到80年代中期,当弗里斯顿到达时,它是英国郊区最后一家古老的精神病院之一。

    弗里斯顿被分配给32名慢性精神分裂症患者,他们是利特莫尔最贫穷的居民,对他们来说,治疗意味着遏制。Frieston回忆起他以前的病人,明显怀旧,这是他们让Frieston明白大脑的连接很容易被破坏的方式。这是一个工作好地方。“这个小社区充满了强烈的精神病理学,”他说。

    他每周带领团队两次,共治疗90分钟,病人们一起探索他们的疾病,让人想起今天的“问卡尔”会议。这个小组包括了五彩缤纷的人,30多年后他们仍然激励着弗里斯顿去思考。希拉里似乎能够扮演唐顿庄园的高级厨师,但在来到利特莫尔医院之前,她用菜刀割断了邻居的头,因为她确信她的邻居已经变成了一只邪恶的人形乌鸦。(_在这个故事中,弗里斯顿利特莫尔医院的病人的名字已经改变了)

    还有欧内斯特,他喜欢马克斯。

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