千脑智能
Jeff Hawkins（杰夫·霍金斯） 著 ｜ 新皮质千脑理论：智能的底层是记忆-预测，不是计算。AI要通向真正智能，必须复制大脑的工作原理，而不是堆算力。
- 01 · 推荐序一探索大脑理论的孤胆英雄
- 02 · 推荐序二从大脑中探索智能的起源
- 03 · 推荐序三智能的起源
- 04 · 中文版序人工智能与大脑
- 05 · 第1章新旧大脑的争斗
- 06 · 第2章新皮质的智能算法
- 07 · 第3章大脑中的世界模型
- 08 · 第4章大脑新皮质的3个发现
- 09 · 第5章大脑中的地图
- 10 · 第6章大脑中的参考系
- 11 · 第7章千脑智能理论
- 12 · 第8章并不智能的人工智能
- 13 · 第9章当机器拥有意识
- 14 · 第10章机器智能的未来
- 15 · 第11章机器智能存在的风险
- 16 · 第12章大脑的错误信念
- 17 · 第13章人类智能存在的风险
- 18 · 第14章脑机融合的畅想
- 19 · 第15章保存人类遗产的3种可能
- 20 · 第16章阻止人类灭绝的3种方法
- 21 · 后记人类最重要的科学探索
- 22 · 译者后记
01 · 推荐序一探索大脑理论的孤胆英雄
推荐序一探索大脑理论的孤胆英雄
推荐序一，探索大脑理论的孤胆英雄。这是北京智源人工智能研究院院长黄铁军为本书作的序，讲述霍金斯追寻大脑理论的传奇经历。霍金斯年轻时读到DNA发现者克里克的文章，文中指出脑科学研究明显缺乏一个普适的思想框架，从此他立志填补这个空白。他去麻省理工学院申请研究大脑，却被当面告知大脑只是一台混乱的计算机，研究它毫无意义。转到伯克利后又找不到导师，他索性在图书馆苦读两年，读完数百篇神经科学重要论文，随后回工业界创办掌上电脑公司Palm大获成功，再用积累的资金创立红木神经科学研究所和Numenta公司，专注新皮质理论研究。黄铁军评价说，如果这个新学说成功，它对脑科学的意义就像进化论对生命科学一样重大。他还指出自己主张自底向上仿真大脑，与霍金斯自顶向下的功能模拟路线不同，但两条路终会走到一起。
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02 · 推荐序二从大脑中探索智能的起源
推荐序二从大脑中探索智能的起源
推荐序二，从大脑中探索智能的起源。这是神经科学博士、Numenta公司前员工崔彧玮写的序。他说神经科学像一盒庞大繁杂的拼图，横跨十余个艰深学科，研究者常有只见局部不见全局的苦恼，而他在研究所图书馆偶遇霍金斯的《新机器智能》，第一次看到对大脑理论的系统阐述，其核心假设是大脑学习世界模型并预测未来，这个简单优雅的框架直接改变了他的人生和职业选择。序中特别提到2014年是关键一年，深度学习在图像和语音识别上大放异彩，而同年的诺贝尔生理学或医学奖授予了位置细胞和网格细胞的发现者，这对千脑智能理论中大脑如何为世界建立参考系产生了重要启发。他认为霍金斯有穿越周期的洞察力，能把树突脉冲、迷你皮质柱等零散发现纳入统一框架，千脑智能理论是一个还在不断生长的理论。
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03 · 推荐序三智能的起源
推荐序三智能的起源
推荐序三，智能的起源。这是著名进化生物学家道金斯为本书作的序。他开篇就提醒读者别在睡前读这本书，因为其中的思想实在令人振奋，读后久久不能入睡。他把霍金斯与达尔文相提并论，认为千脑智能理论和进化论一样深刻，必须用一整本书才能阐释清楚。道金斯概括了本书核心：我们感知的现实是大脑构建的模型，而这样的模型不止一个，新皮质中约十五万个皮质柱，每个柱里都有一个模型，我们感知到的事物是它们之间的民主共识。他用吃蛋糕的例子说明旧脑与新脑的争斗，旧脑喊着我想要蛋糕，新脑却说千万不要吃，疼痛之所以难以忍受，正是自然选择用来确保旧脑取胜的手段。结尾他赞赏霍金斯的墓碑设想，用绕太阳运行的卫星遮挡阳光，向宇宙宣告我们曾经在这里。
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04 · 中文版序人工智能与大脑
中文版序人工智能与大脑
中文版序，人工智能与大脑。这是作者霍金斯专门为中文版写的序言，兼有全书前言的性质。他说明自己两本书的共同前提：要创造真正智能的机器，必须先对大脑做逆向工程。《千脑智能》的核心思想有三条：我们通过运动来学习；大脑会学习许多互补的世界模型而不只一个；知识以参考系的形式存储，新皮质中大多数细胞都在创建和操控参考系。他回顾了自己的曲折经历，从英特尔工程师起步，申请麻省理工被拒，伯克利读博又找不到导师，于是回硅谷创办Palm公司，成功后创立Numenta公司专注研究新皮质，二零一六年发现了新皮质中的地图状参考系。他预言人工智能将从深度学习过渡到模仿大脑原理，并呼吁人类在基因驱动的生物过去和智能驱动的未来之间做出选择。
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05 · 第1章新旧大脑的争斗
第1章新旧大脑的争斗
第1章，新旧大脑的争斗。本章讲大脑的基本构造，核心论点是新皮质是智能的器官，而新旧脑的争斗贯穿全书。大脑进化是在旧部分上增加新部分，人类最新的部分是新皮质，像桌布一样包裹着旧脑，占大脑体积的七成，视觉、语言、数学、科学都由它创造。但它不直接控制肌肉，想做事只能请求旧脑执行，作者用吃蛋糕做例子，新皮质说不健康别吃，旧脑却说闻着真香吃吧，屏住呼吸时脑干也能随时夺回控制权。章中介绍了卡哈尔用手绘图谱首次揭示新皮质内部回路，神经元分层排列且多为垂直连接。最后总结关于新皮质的三个发现：局部回路很复杂，所有区域看起来都很相似，以及每个部分都会产生运动，没有纯粹的感觉区。
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06 · 第2章新皮质的智能算法
第2章新皮质的智能算法
第2章，新皮质的智能算法。本章介绍神经科学家芒卡斯尔的革命性观点：智能的多样性基于一种基本算法。一九七八年芒卡斯尔发表文章提出，新皮质并不是靠增加新部件变大，而是反复复制同一个基本回路，视觉、触觉、语言到高级思维，本质上都在做同样的事情，区域间的差别只在于连接的对象不同，连上眼睛就是视觉，连上耳朵就是听觉。他把这套通用算法的载体定位在皮质柱，人脑约有十五万根，每根又由几百个迷你皮质柱组成。作者用达尔文进化论类比，生命多样性基于一个算法，智能的多样性同样基于一个算法。章末讲到二零零五年作者拜访芒卡斯尔，老先生邀请他去霍普金斯大学工作，作者婉拒后请他在那本翻烂的书上签名，坐进出租车时下定决心要完成这份使命。
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07 · 第3章大脑中的世界模型
第3章大脑中的世界模型
第3章，大脑中的世界模型。本章的核心论点是大脑通过运动学习世界的预测模型。输入大脑的信息总在变化，一是世界本身在变，二是我们在移动，眼睛每秒约快速扫视三次，如果输入静止大脑就什么都学不到。想了解新房子必须走进各个房间，想了解鼠标就必须摸它按它。大脑每做一个动作都在预测下一个感觉，手指沿咖啡杯向上移就会预测摸到杯嘴，预测错了注意力就被吸引，模型随之更新。章中给出神经元工作的两个基本原则：思想观念和感知都是神经元的活动，我们所知道的一切都储存在神经元之间的连接中。作者回忆在伯克利读博时意识到，桌上铅笔筒换了位置自己会立刻察觉，说明大脑在同时做无数预测。结论是新皮质学习世界模型并基于模型不断预测，预测是它的内在属性。
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08 · 第4章大脑新皮质的3个发现
第4章大脑新皮质的3个发现
第4章，大脑新皮质的三个发现。这是全书理论根基最重的一章，作者讲述十八年间三个顿悟时刻。第一个发现是新皮质学习世界的预测模型。第二个发现是预测发生在神经元内部：神经元九成以上的突触在远端树突上，多年来无人知晓其用途，他提出树突脉冲就是预测本身，让神经元提前进入预备状态，像听到预备口令的短跑选手会更早起跑。二零一零年感恩节前夜他灵光乍现想出解决方案，兴奋得一边做饭一边和家人讨论。第三个发现是新皮质的关键是参考系，他拿着咖啡杯自问大脑需要知道什么才能预测手指的感觉，答案是物体是什么以及手指在物体上的位置，于是明白芒卡斯尔的算法和克里克要的框架都基于参考系。他兴奋得跳起来跑向同事办公室，差点撞倒妻子。章末说满足的限制因素越多，顿悟越可靠。
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09 · 第5章大脑中的地图
第5章大脑中的地图
第5章，大脑中的地图。本章回答参考系在神经元层面如何实现。作者用纸质地图类比：把十个小镇的地图剪成一千个方格打乱，你被蒙眼扔在某个小镇，靠翻找方格确定自己在哪，靠移动消除不确定，这就像手指在黑盒子里摸物体。接着讲一九七一年奥基夫发现位置细胞，老鼠到特定位置就兴奋，像地图上你在这里的标记；二零零五年莫泽夫妇发现网格细胞，活跃位置呈网格状排列，像地图的行和列，两人后来凭这些发现获诺贝尔奖。作者推断新皮质中每根皮质柱都有一组功能类似的细胞，上层相当于位置细胞表征感觉，下层相当于网格细胞表征位置，通过学习两层间的联系就能学成物体模型。他还指出大自然像把海马和内嗅皮质压缩后复制了数万份排进皮质柱，五个指尖摸杯子就像五只老鼠在探索箱子。
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10 · 第6章大脑中的参考系
第6章大脑中的参考系
第6章，大脑中的参考系。本章把理论从实物推广到一切知识，核心假设是大脑使用参考系管理所有知识，思考是移动的一种形式。作者先解释what柱和where柱的区别：what柱把参考系附着在物体上，知道那是什么；where柱把参考系附着在身体上，知道它在哪里，二者合起来才能又识别又拿到物体。参考系不必附着实物，民主和素数这类概念的参考系可以自洽且超过三维。他举记忆宫殿的位点法证明知识存在参考系中，回忆就是在脑内地图上移动；又用爱因斯坦靠火车和手电筒这些日常参考系推出狭义相对论，说明成为专家的关键是找到好的参考系。功能磁共振实验发现新皮质前额区存在网格细胞，被试想到不同脖长腿长的鸟时，大脑就在鸟的地图上移动。章末强调每个事实都对应参考系中的一个位置。
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11 · 第7章千脑智能理论
第7章千脑智能理论
第7章，千脑智能理论。这是全书第一部分的高潮，正式提出书名的理论。核心论点是关于任何物体的知识并不存储在单一模型里，而是分布在成千上万个互补的模型中，这就是千脑智能理论名称的由来。作者先批判流行的特征层次理论，指出它无法解释绑定问题，也无法解释眼睛扫视时感知为何依然稳定。他的答案是投票机制：每根皮质柱都学习完整物体的模型，通过长距离连接互相投票达成共识，我们感知到的单一物体就是皮质柱的民主共识，这同时解释了裂脑病人左右脑各自得出结论的现象。层次结构传递的是完整物体而非特征。他用城市水利部门五十名员工分头掌握维护知识作类比。章末回忆芒卡斯尔临别忠告，让他停止谈论层次理论，并引出第二部分对人工智能未来的讨论。
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12 · 第8章并不智能的人工智能
第8章并不智能的人工智能
第8章，并不智能的人工智能。本章开启全书第二部分，核心论点是深度学习并不能通向真正的智能机器。作者回顾人工智能几十年的夏天与冬天，指出当今系统只会做一件事，下围棋的机器不会修轮胎，部署后无法继续学习，也缺乏人类般的灵活性。他依据大脑特性提出判断智能的四条标准：持续学习、通过运动学习、多重模型、使用参考系存储知识，而如今几乎没有任何系统具备其中一条。他用通用图灵机类比，预言人工智能将从专用走向通用，就像当年通用计算机取代五花八门的专用机器。深度学习网络给图片贴标签，却不知道猫会喵喵叫会掉毛，它靠统计和海量数据绕开了知识表征问题。他坚信大脑通过学习世界模型来存储知识，模型才是知识，未来人工智能必然建立在大脑原理之上。
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13 · 第9章当机器拥有意识
第9章当机器拥有意识
第9章，当机器拥有意识。本章讨论意识问题，作者反对把意识神秘化，不同意查默斯所谓意识是困难问题的说法，他认为意识肯定可以像生命一样被科学解释，就像生命的冲动这个神秘概念早已成为历史。他提出意识的核心是存在感，靠不断形成并回放最近思想和经历的记忆来维持，他设计了一个思想实验：如果把你的大脑重置到早上醒来时，抹去白天洗车的记忆，你会坚信自己那天没洗车也没有意识。关于感受质，他用那条引发争论的连衣裙照片说明颜色是大脑世界模型的属性，而非光的固有频率，绿色可以用一个表示表面方向的参考系来学习。结论是按大脑原理工作的机器将会有意识，但不必担心关掉它，因为对死亡的恐惧来自旧脑，没有旧脑的机器不会在意被关闭。
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14 · 第10章机器智能的未来
第10章机器智能的未来
第10章，机器智能的未来。本章畅想智能机器的样子，核心是设计智能机器的三个部分：具身、旧脑部分和大脑新皮质。具身指可移动的传感器，形状可以是机器人、汽车甚至虚拟的网上爬虫，作者设想出在细胞内理解蛋白质的智能蛋白质机器，以及传感器遍布全球、像理解手机一样理解天气的分布式大脑。旧脑部分只需内置行走避障等行为原语和安全措施，参考阿西莫夫机器人三定律；新皮质学习世界模型，本身却没有目标和动机，就像地图不发动战争也不热爱和平，欲望来自用地图的人。硅晶体管比神经元快一百万倍，但受钻孔和实验进度的限制，整体速度不会快一百万倍。智能机器还像软件一样可复制，训练一台火星建筑机器人后就能克隆出十几个副本。章末强调最大的障碍不是技术，而是我们对智能的理解。
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15 · 第11章机器智能存在的风险
第11章机器智能存在的风险
第11章，机器智能存在的风险。本章回应智能机器威胁人类生存的流行担忧，作者认为这类争论建立在对智能的错误理解上。他把风险拆成三个概念：复制、动机和智能。能自我复制的东西才危险，比如病毒和细菌才是种族灭绝的真凶；动机是进化的产物，不复制不进化的机器不会突然想统治人类；智能是三者中最温和的，模型像地图，本身没有目标。针对目标失调，他引用巫师的学徒和回形针思想实验，指出这需要机器既忽略后续指令又能征用全球资源，两个条件都不现实。针对智能爆炸，他说学习必须与世界互动，造望远镜收数据都需要时间，再快的机器也无法一夜之间无所不知。真正的风险是坏人滥用智能武器和操控宣传，应像对待化学武器一样达成国际协议。
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16 · 第12章大脑的错误信念
第12章大脑的错误信念
第12章，大脑的错误信念。本章开启全书第三部分，核心论点是我们感知到的只是大脑构建的虚拟世界模型，而非真实世界本身，所以人相信的东西往往不是真的。幻肢现象说明大脑模型可以相信不存在的东西，橡胶手错觉说明正常人的身体模型也会出错，棋盘阴影错觉则显示感知会被模型改写。地平说信徒只相信自己直接感知的东西，靠互联网选择性观看与观念一致的内容维持错误模型。最麻烦的是既能病毒式传播又不正确的世界模型：作者虚构一本充满错误又要求信徒传教并驱逐异己的历史书，用道金斯的模因概念解释错误信念如何与基因共生、相互强化地扩散。他强调区分真假的唯一科学方法是主动寻找与自己信念相反的证据，而不是只找支持自己的证据。
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17 · 第13章人类智能存在的风险
第13章人类智能存在的风险
第13章，人类智能存在的风险。本章指出人类面临两大系统性生存风险，根源都在大脑结构。第一个风险来自旧脑：它为短期生存和基因复制而进化，人类仍为领土和交配权争斗，而新皮质发明的强大科技让这种短视行为足以毁灭地球。人口从1960年的30亿涨到近80亿，明知道不可持续却停不下来，就像明知蛋糕有害仍然会吃掉它，因为旧脑总是获胜。聪明的解法是赋予女性生育权，节育技术让旧脑得到性又不产生后代。第二个风险来自错误信念，它有三个特征：无法直接体验、忽视相反证据、病毒式传播，疫苗导致孤独症、否认气候变化和极端的来世信仰都是例子。章末强调智能机器无害，真正危险的是人类智能与旧脑的结合。
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18 · 第14章脑机融合的畅想
第14章脑机融合的畅想
第14章，脑机融合的畅想。本章评估两种用技术对抗死亡的热门设想。第一种是上传大脑：把每个神经元和突触扫描进计算机实现永生。作者承认理论上不排除可能，但提出尖锐质疑，大脑与身体是紧密相连的单一系统，只上传新皮质可能让复制体浑身幻肢般剧痛；更根本的是复制不等于延续，生物的你和计算机里的你会经历不同人生，逐渐疏远成两个人，就像孩子终究不是你，上传只是一个岔路口而非道路的延伸。第二种是脑机融合：植入电极让大脑直连计算机，脑控假肢已经帮助脊髓损伤者重获行动能力，但数十亿连接的完全融合意义不大，尤其为对抗智能爆炸而融合更没必要。章末指出这两个方案都无法解决人类的生存风险。
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19 · 第15章保存人类遗产的3种可能
第15章保存人类遗产的3种可能
第15章，保存人类遗产的3种可能。本章从漂流瓶之信讲起：先驱者号和旅行者号探测器带着铭牌与金唱片飞出太阳系，是人类最早的宇宙漂流瓶。作者指出恐龙活了1.6亿年却无人知晓其存在，永远消失就如同从未存在，这让他不安，因此主张趁现在做人类的遗产规划。受益者有两类：地球上可能二次进化出的智能动物，和银河系其他地方的外星文明。书中讨论三种方案：一是主动向外星广播的METI计划，作者反驳了暴露位置会招来毁灭的担忧，认为那些假设层层叠加几乎不可能，就像创业者分享想法远比保密更明智；二是发射能持续数百万年的持久信号，比如用轨道上的太阳光阻挡器摆出自然界不会出现的图案，像在晚会上留下我们曾经来过的名片；三是把维基百科式知识库存档在环绕太阳的卫星上，形成可保存数亿年的时间胶囊。
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20 · 第16章阻止人类灭绝的3种方法
第16章阻止人类灭绝的3种方法
第16章，阻止人类灭绝的3种方法。本章是全书最后一章，核心论点是知识比基因更重要：基因只是会自我复制的分子，没有方向和目标；知识却有方向和终点，就像从牛顿到爱因斯坦的重力认识只进不退。作者提出三种避免灭绝的方法。第一种是成为星际物种，在火星建立居住地，但火星环境比南极还恶劣，必须先派能自主工作的智能建筑机器人去改造，而且火星人带着旧脑，地球的麻烦会跟着上火星。第二种是修改自身基因，比如编辑DNA让人适应火星低重力或像鱼一样冷冻休眠，作者认为没有绝对对错，只有利益抉择。第三种是离开达尔文轨道，创造不依赖人类的智能机器作为后代，让它们带着人类知识穿越银河系，保存并获取新知识。章末强调未来由我们自己选择。
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21 · 后记人类最重要的科学探索
后记人类最重要的科学探索
后记，人类最重要的科学探索。作者回顾全书并升华主题：宇宙中数千亿个星系持续运转数十亿年，而唯一知道宇宙存在的物体是我们的大脑，因此对大脑逆向工程、理解智能是人类最重要的科学探索。他回顾了三个部分：第一部分讲千脑智能理论，新皮质包含约15万个感觉运动模型系统，一切都以参考系为基础；第二部分指出当今人工智能并不智能，机器智能本身不是生存风险，益处远大于坏处；第三部分从大脑理论审视人类处境，旧脑加错误信念才是真正的威胁。他呼吁每个地球人都该了解自己的大脑如何工作，就像知道地球绕太阳转一样，家长要向孩子传授大脑知识。最后他回答了我们是谁、从哪里来、到哪里去这三个古老问题，对智能和知识的未来抱有希望。
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22 · 译者后记
译者后记
译者后记。三位译者分享翻译本书的心路历程。统筹者廖璐回忆2021年智源大会结识霍金斯，被他温润谦和的人格与追本溯源的科学精神打动，随后组建翻译小组，白天工作晚上和周末翻译，在翻译朱利安·赫胥黎的诗歌时几易其稿，体会到一名之立、旬月踟蹰的译者心境。熊宇轩负责第二部分，他敬佩霍金斯设计过PalmPilot掌上电脑又投身脑科学的传奇经历，认为千脑智能理论与多模态学习、知识工程、类脑计算等热门方向联系紧密，眼光超前令人拍案叫绝。马雷毛遂自荐翻译第三部分，边译边学，对新脑与旧脑之争、大脑中的民主共识、知识和智能的最终目的等问题有了全新认识，并打趣说维基地球计划应该上传此书。三人一致认为这是人工智能与脑科学方向的科普佳作。
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