中国人工智能学会

Chinese Association for Artificial Intelligence

CAAI会士专栏丨CAAI名誉理事长李德毅院士:人脑进化中形成的最伟大发明,最终成就了人类!

发布时间:2022-06-21

11.png

文 | 李德毅 中国工程院院士、CAAI名誉理事长、国际欧亚科学院院士、少将

编辑| 李亚飞 瞭望智库

当今,“教育改变一个人的命运”已经成为全社会的共识。

其实,不局限在教育如何改变局部地区、特定民族、具体国家的命运问题,从物种进化的大时间尺度,从另外一颗星球上观察人类,从人类认知进化发展的大格局来看,教育改变了整个人类命运。

只有搞清楚教育在人类认知进化中的位置和贡献,搞清楚教育在智能和人工智能中的位置和贡献,搞清楚智能时代教育的精髓,搞清楚教育和智能的迭代发展,才能更好地迎接智能时代的教育革命。

1 最伟大的发明——教育

人类何以为人类?

和其他物种的最大不同,是人类顺应自然的人脑的进化,形成最伟大的发明——教育。

22.png

2021年12月9日,西安一所高校阶梯教室里,学生在学习。图|IC photo 

人类这个物种用300万年的进化才形成自己的语言优势。舌骨是人类语言的基础,喉头、软腭、舌面、舌尖、舌根和双唇,这样6个语音器官,再结合软腭如何张闭,舌根是否紧张,双唇是否撮起,可形成不同的音素。

如果已经灭绝的尼安德特人也拥有舌骨和语言,那就意味着350万年前从共同祖先那里继承了这一能力,人们发现FOXP2基因是人类拥有语言能力至关重要的基因,该基因在人类与尼安德特人的基因组内处于同一个部位。


经历了300万年的进化,人的声带发音系统和耳蜗听力系统精细神奇,和眼睛、大脑具有同等复杂度,有了语言能力的行为本能。

又经过100万年有了农业革命,但是仅仅经过一万年就有了工业革命,大约在6000年前才发明了文字,发明文字需要丰富的想象力和创造力,需要群体认同。

有了文字、文化和文明之后,紧接着就发明了教育。

教育始于史前时代,在没有文字的社会中通过口头和模仿,通过讲述,将知识、技能和价值观代代相传。

世界上最早的学校出现在两河流域的古巴比伦文明中,公元前3500年在古巴比伦苏美尔的苏路珀古城遗址有大量的泥板学生课本和作业,证明两河流域已有读、写、算等基本训练的“泥板书舍”,公元前2100年在两河流域的马里城遗址里一所由一条通道和两个房间(分别可坐20人和45人)组成的学校,使用楔形文字教学。

四大文明古国(古埃及、古巴比伦、古印度和中国)均出现最早的学校。

公元前2500年的古埃及有宫廷学校,我国在公元前2000多年的夏代就设有“序”“校”“庠”等专门的公学,还有春秋时期孔子的私学。

一个人一生的认知能力发展,尤其是学习的能力,离不开他或她所浸染的教育环境。教育可以把人类的智能迅速扩散传播,如同生物学的杂交优势,教育的优势是任何地方、任何民族、任何国家所取得的任何新的知识和智能,可以很快成为全人类的共同认知。

知识的传播、交流和后天灌输,效率很高,直接拿别人成熟的方案来解决问题,无需亲自实践,学懂了就用,大大节省了凡事都要独自摸索着解决问题所要消耗的体力和智力。

这些知识,是在地球上生活过的一千多亿人在几万年中形成的社会文明。这就让人的认知和智能跃上了快车道。在地球生命的历史上,第一次产生了能够利用群体智能和社会文明,通过语言、文字和教育,向后代传播并传承已有的人工智能的唯一物种。

教育的生态是人类文明,文明源于文化,文化源于文字,文字源于语言,语言源于人类的进化,文字可以无限组合,可以脱离生命体独立存在,承载了人的思想和智能,长期被使用。

早期人们把教育称之为教书、念书甚至识字,不无道理。教育通常在学校环境中进行,学生们在教室与经过培训的认证教师一起学习。学校系统围绕一套价值观或理想而设计,它们支配着学校的所有教育选择,包括课程、组织模式、物理学习空间的设计、班级规模、师生互动、评估方法、教育活动等。

教育已经成为人类社会一种特有的、不可或缺的,也是受人尊敬的职业和活动,是促进学生们学习或获得知识、技能、价值观、道德、信仰、习惯和个人发展的过程,是所有行业知识和社会文明转移成为个人智能的基地。

【注:人工智能早就有之,人类发明的语言、文字、作品、工具、仪器、工程等都是人类智能的结晶,可表现为体外的智能存在方式,成为客观的生态。

例如,发明计算机之前就有算盘、计算尺、打字机、钟表,编织机、留声机等,在公元前256年修建的都江堰“深淘滩、低作堰”的无坝引水就是一项智慧的工程,我们甚至可以追溯到6000年前文字的发明。文字承载人的思想和智能,可以独立于人体之外,书于竹帛,镂于金石,琢于盘盂,载于纸张,装进机器,经久不衰,都是人工的智能。

经过再三斟酌,我们认为:智能是学习的能力,以及解释、解决问题的能力,学习排在智能之首位。人工智能是人类智能的体外延伸。】

通过教育告诉人们如何学习,任何人在没有教育的环境里不可能理解这个世界,教育是人的智能的基础。

学习大大跃升了人类智能的适应度。任何人都有学习双语或多语言的潜力,聋哑人学习用手语交流,弥补听力障碍,盲人触摸盲文弥补视力障碍,中国出生的婴儿被欧洲人收养后,可表现出非凡的英语学习能力,我们不能简单地根据出生时不具备某种能力就判断这种能力不是本能,因为人的发育在出生后并未停止,基因在人的一生中都会起作用,本能与学习密不可分,任何一种学习都是以本能为基础,会语言、有文字,会学习是人类智能的优势,其他物种都难以望其项背,人类成为地球上最会学习的物种,教育的发明正顺应了人类的这一需求。

到今天,可以说全球任何一个地区、任何一个民族、任何一个国家,不管在意识形态方面有多少不同,不管经济发展差异多大,都认识到教育对自己所在的这个群体发展的不可或缺性,都认识到人类在局部地区累积的知识和技能对全人类的普遍有效性,都认识到人工智能生态对人的智能发展具有更加广泛的影响,也都认识到人类的认知是螺旋式发展的,没有尽头,知道的越多,不知道的会更多。

因此更要大力发展教育,学习如何学习,以解释、解决自然进化中遇到的一个又一个的新问题,让人类成为终身学习的物种。

2 人类智能的高明之处

自然进化并不在乎也不会特别关照人类是否拥有自己的语言,是否拥有聪明的大脑。

人脑相比于眼睛、耳朵、皮肤等感觉器官,相比于消化、呼吸、心脏、生殖等内脏器官,相比于四肢等行为器官,都是自然选择的结果,同样精致,在人体组织中具有同等的复杂性。说人脑特别复杂或许只是人类自己的一个借口或说辞。


33.png

长沙市湖南省科技馆,一位参观者用接触棒点击大脑模型并观察对面人体模型的反应。图|IC photo

500年前出生的婴儿和现代出生的婴儿比,他们生命的本能几乎没有什么不同;

500年的时间对于生物进化而言是短暂的,但500年前的人类和现代人类的智能却相差甚远。

这是为什么?

人类最伟大的科学家牛顿、达尔文和爱因斯坦等,如果去和一批辍学的中学生相比,他们出生时的大脑组织相差微乎其微,而到他们70多岁的时候,再比较大脑神经组织,尤其是大脑外皮层组织的修剪和重构,却相差甚远。

人类认知进化和发展到底发生了什么变化?

如果将地球的年龄缩短成一年,那么仅在最后一天才有了古猿人,现代人类仅在最后一天的最后半小时才出现,只在最后一天的最后一分钟人类才发明文字、形成文明,只在最后一天的最后一秒才发明机器智能。

人类怎么在这么短的一个时期内一下子就站到了全球的霸主地位了呢?

生物智能主要是具身智能,尤其是感知智能和行为智能。看看那些纪录片,鱼鹰如何捕鱼的,蜜蜂如何筑巢的,蚁群如何挖穴的,蜘蛛如何织网的,黑猩猩如何创造和使用工具的……其智能都让人类叹为观止。

和其他生物智能相比,人类除了手特别地灵巧之外,也许没有特别高明之处。那么,人类智能真正的高明之处在哪里呢?

应该说,地球上的所有生物多少都有点支持后天学习的本能,这里列举两个典型案例。

一是宠物狗,宠物狗尽管在人类居住的环境下生活,有好的学习环境,有丰富的情感,因为没有人类的基因遗传,不管怎样训练、怎么教育,也超不过两岁儿童的智能,最聪明的牧羊犬也记不了300个由人示意的行为模式(单词);

二是野兽抚养孩子,科学记载有30多起,羊养、熊养、猴养等,狼养居多。1920年在印度米德纳波小城附近,人们在狼窝里发现两个裸体女孩,大的七八岁,小的约两岁,只会爬行,送到孤儿院抚养,小的第二年就死了,大的两年后才会直立,也只活到16岁,4年学会6个单词,智力相当于两岁的孩子。

宠物狗的例子说明,和人相比,动物后天学习的本能并不强,后天习得与创造的智能增加有限:

狼孩的例子说明,尽管人类基因里有支持后天学习的强大本能,但后天的环境一定要合适,否则也不行。

生物智能和人类智能的主要区别在于大脑皮层的区别,人的认知能力,源于先天机制和后天学习的共同作用,人类在进化过程中获得的大脑结构和后天可重塑,使得人类的学习能力远远强于其他动物,学习的结果是记忆,教育的过程是大脑神经网络的反复修饰、修剪、重塑过程。

总之,和其他生物相比,自然选择、物竞天择、适者生存,形成了复杂精致的人类大脑,代价是需要漫长时间来进化,是千万年用生与死的世代更替,保存任何发生有利变异的个体,并毁灭在构造上有任何不合宜偏离的个体。

大自然奢于变异,吝于创新,自然界无飞跃。生物学意义的人脑,最主要的作用是对身体各部分器官组织的指挥、控制和调节,确保生存和繁衍,但最可贵的是给人的后天认知留下可重塑的空间,通过学习形成记忆

人类基因中只有30亿个碱基对,基因决定神经元的连接规则或者模式,并不指定神经元的连接强度。人脑有近千亿个神经元,平均每个神经元又有1000个左右的连接,因此基因没法完全指定每个神经元的连接方式和强度。

每个人的脑子里都有一个属于自己的主观认知空间,人类语言文字之所以能够传递不同人脑认知空间极其复杂的表征,是因为人脑生物结构的相似性,使得人们对物理世界里的同样物体或场景产生的内部表征大致是相同的。

可以用语言和文字谈论具体的、实在的事物,还可以讨论看不到、摸不着的虚拟概念,创造出物理空间并不真实存在的抽象概念,充满了认知力和创造力。

语言自然进化给了人类具有后天学习如何学习的生物学基础,区别于其他生物脑,人脑外皮层复杂的神经组织的可重塑能力,形成瞬时记忆、工作记忆和长期记忆,形成时间的认知,为人在本能基础上时间和空间的二次认知扩张奠定了基础,人依靠后天习得,创造的智能可增加很多很多,这就是人类能够接受教育的生物学基础。

不能不佩服大自然进化的神工,感谢人类的智力没有像肤色、头骨形状和身高那样强的基因遗传。如果智力遗传太强,那么人脑神经后天重塑的能力必然就变弱,削弱了时空认知能力的二次扩张。

3 人类通过教育实现传承

人类与时俱进地改革教育。

教师是社会的职业,学校是教育的载体,学习是集体的活动,大学是文明的领航者,人类在“教”和“学”的迭代中与时俱进地改革教育。

人类智能形成的科学技术成为学校传承学习的主要内容,不仅仅是有监督学习,更是有指导的学习和学生集体的学习,还有强化学习,自主学习也不是无监督学习,知识是认知力的食粮,学习培育了人类的继承力、认知力和创造力。

人类除了生物学因素的传承以外,最重要的就是通过教育,把人类创造的累积性知识与精神财富跨代、跨多代传承下去,这就摆脱了智能单纯通过基因逐代进化的单一渠道,原本依靠生物进化智能的“现在进行时”被添加了一个新的、而且占主导地位的认知渠道,即依靠教育发展智能的“现在完成时”,智能植根于教育。

人类发明文字和教育形成社会文明,人类发明的所有动能工具和智能工具、所有的科学和技术,都是人类智能的体外结晶,人类创造的人工智能可融入环境,改变环境,反过来又促进人类智能的发展。

现代人类作为生物如果没有人工智能这个生态,除了依靠基因遗传给下一代,生命结束智能也就消亡了。而文明所累积的一切存在都是人类智能的体外延伸,人工智能随时间的累积,共享的越积越多,成为全人类的宝贵财富,和当代人类相互作用,其他动物没有这样的本领。

人类智能始于语言,人工智能始于文字,人类智能基因进化和人工智能生态淀积,成为推动人类进入智能时代的双引擎。

地球上所有物种,都是依靠自然进化的生物本能,加上自身生命期内有限的实践经验,拓展智能。

唯有人类不同,一个人在完成了生育之后,他或她对人类这个物种的智能的生物学贡献就完成了,但实际上他或她在后来生命期内的智能,如果延伸到体外形成人工智能,对人类的智能发展的贡献依然存在。

有的时候,几十年整个人类群体认知进展不大;有的时候,几位杰出人物的认知和智能,对全人类的认知会影响几百年。得益于人工智能和教育,人的智能、群体智能和人类智能,就这样迭代发展着。

说小一点的例子,随着深度学习和强化学习在语言理解与处理、语音识别和语音合成方面的应用,社会上配音演员这个职业抑或会很快被克隆的语音机器所替代,语言处理和语音合成的机器可以一直存在下去,并批量生产。

说大一点的例子,牛顿、达尔文和爱因斯坦等伟大思想家的个体智能和学说,科学家和工程师们的成熟认知,转换成为共识的群体智能和人工智能,可写到书本里,装入机器里,可变成形形色色的虚拟数字人,随时和你交互,他们的思想、智能,作为认知的生态依然长期存在,影响着人类进步。

这些极强大的人的智能通过人工智能的淀积,可与后代人类持续交互,发展新的智能,这是进化论没有能够覆盖到的。

4 认知力和创造力成就了今天的人类

每个人学习的历史几乎与生命的历史一样漫长,人脑认知空间窗口期开放的一般规律是:

小孩第一个100天,脑神经网络形成期,为一生的智能打基础;

“三岁看大,七岁看老”,七岁前儿童的脑神经网络形成与修剪期,发育迅速,获得语言智能;

25岁前青年成长期,脑神经网络的修剪十分活跃,获得感知智能和具身智能;

25岁后认知空间被持久地修剪重构,终身学习,不断微调,获得较稳定的认知智能;

70岁以后人的感知智能、行为智能和认知智能会退化。

正是持久学习的能力造就了人类认知的想象力和创造力不停歇地增长,远远超出其他的动物。

因此,教育的根本目的就是要让人拥有学习如何学习的能力,引导和滋养每一个人认知空间里的想象力和创造力的发展,并反哺人类文明。

44.png

一位母亲帮助孩子蹒跚学步。图|图虫创意

人类从发明语言、文字和符号开始,学习始于模仿,模仿中有重复、试错,模仿中有抽象、联想和类比,由此开创了人工智能,开创了文化和文明。

“语”和“文”的迭代一直是人类认知力和创造力的根源,几乎每个人的一生,尤其是知识分子的一生,都在这样的迭代中锤炼自己的认知。

可惜很多著名的语言学家也没有认识到文字在语言进化中的这种凝聚作用。这些认知是“想象的现实”,使得人在自己的认知空间建立的智能可以独立存在于体外,人工智能为人类智能提供了一面巨大的镜子,映射出人类认知无尽的演化历程。

人类的学习能力,人类创造虚拟概念的能力,皆源于生物的进化,源于人群之间用语言传递和交流思想的需要,源于生存和竞争,以及本能的适应性。人后天的认知贡献在人类文明的生态里可以有飞跃,传承学习、集体学习和自主学习迭代的结果,使得人类认知这块“长板”更长。

和地球上其他万千物种相比,人类率先从“觅食者”跃升为“生产者”,又进一步跃升为“创造者”,劳动创造人类,认知成就人类。人类的学习能力,人类的认知力和想象力,人类解释、解决问题的能力,正以“超自然进化”的速度增长 。

人类使用文字符号作为载体,让人类的语言、思想、智能,脱离了生命体而独立存在,成为历史、文化、科学和技术,成为知识和技能,成为人工智能,成为人类文明。在文字的锤击下,还锻造出哲学、宗教、法律和人权、国家与政治。

人类的认知和人工智能迭代演进,协同发展,人类社会才被铸成了今天的样子。创造源于进化,源于人类生存和繁衍的需要,想象力和创造力是人类在自然进化中被逼出来的。

为了应对自然选择和竞争生存,可以把这代人的智能视为祖祖辈辈本能的进化和延伸,把后天习得的人类智能视为已有人工智能的延伸,人类和其他物种相比,尽管没有非常强大的感知智能和具身智能,个体又必亡,但人类作为有思维能力的物种,体现想象力和创造力的人的认知,可以通过语言、文字和教育,通过人工智能延伸到体外不朽,成为智能的生态,还可以转变成新的群体智能,生生不息。

一旦新生态成为人类智能进化过程中的“自然”环境时,人工智能和人类的生物智能的这种互相迭代增强的正向作用就加剧了,人工智能生态使得人类后天通过教育、通过学习踏上了智能发展的高速道,其他物种望尘莫及。

语言是认知的工具,文字是思想的载体,人工智能始于文字,体外存在的人工智能的累积优势形成人工智能文明生态。人的学习窗口一生开放,在语言和阅读基础上可以持久学习,通过教育的迭代积累和相互作用,涵养了人的认知,涵养了人的想象力和创造力,尤其是抽象、联想和类比的通用智能,用身体和认知同时感知世界,代代传承,用人的时空认知去解释、解决宇宙的物理空间的实在问题,无限逼近,群体智能形成的知识通过在学校有指导的学习,被吸收为个体智能,然后再发展成为新的群体智能,造就各行各业佼佼者,如思想家、艺术家、科学家、杰出工程师、教育家、文学家、社会学家,形成宝贵的人类智能和人类文明。

认知力和创造力成就了今天的人类,人类才得以站到了生物链的顶端。

随着新一代人工智能更快更细地深入人类现代生活,随着人脑认知空间和外部世界物理空间的迭代逼进,人类在认知空间的想象力、创造力会进一步拓展,甚至创造出没有任何物理意义的虚拟物。

人类正从纯粹的自然进化意义上的生物学的过去走了出来,成为地球上第一个智慧的物种,第一个发明语言、文字和教育,让人能够学会如何学习,从而发展后天智能的物种,第一个知道宇宙年龄的物种,第一个知道地球如何演化以及人类自身如何形成的物种,第一个发明机器智能用人工智能生态环境提高人的智能的物种,第一个发明制造工具用的工具、制造智能机器人的机器人的物种,随着越来越多的无人农场、无人工厂、无人驾驶、无人售货、无人系统的出现,人类自身这个物种一定可以更加智慧、更加尊严、更加优雅地生活。

人类认知的历史不是直线发展的,是一个螺旋式周而复始的演进过程。

哥白尼的地动说把地球从宇宙最中心的位置挪开了,太阳成为宇宙的中心;

人类曾经认为自己是宇宙间最高贵、最成功的,随着人类认知的螺旋发展,发现人也不是宇宙的中心,宇宙更不是以人为本的;

曾经被人类普遍认可的神学和宗教抑或要缓慢淡出,教育可以改变全人类的命运,科学和技术才是人类活动的第一推动力。

地球上唯一关心人类命运的是我们自己,人类无法阻止地球最基本的地质特征变化,无法阻止物种的进化和灭绝,当人类意识到地球上的资源有限、生态恶化,开始探索宇宙秘密,要成为迈向多星球物种的时候,思考人类未来,不再被地球生物自然进化的过往所裹挟,使人类的知识和智能在地球上和宇宙中延绵不断,创造人工智能生态,主动改变生态环境,通过教育改变全人类的命运,促进人类迈向更高阶的认知,与大自然和谐共生。

让我们迎接智能时代这场教育的伟大革命吧!

转自 库叔说 瞭望智库