人工智能下一个热点探讨,为什么要提出互联网大脑模型 ?

刘锋 原创 | 2018-05-09 13:05 | 收藏 | 投票 编辑推荐
关键字:人工智能 互联网大脑 

 

  前言

  从2008年发表论文第一次提出互联网大脑模型,时间已经过去十年。撰写这篇文章,主要是详细介绍我们在十年前提出互联网大脑模型的原因;十年来在计算机和智能领域产生了哪些进展;在未来,互联网大脑模型对互联网、人工智能、混合智能、智慧城市和智慧社会建设有怎样的推动

  一、原有互联网定义和模型的不足和缺陷

  1969年,互联网在美国诞生,此后互联网从美国的四所研究机构扩展到整个美洲,欧洲,亚洲,直到今天覆盖全球。在应用上从最早的军事和科研,扩展到人类的生活,娱乐,办公,社会管理等方方面面,互联网的定义是什么,计算机学科一般是这样的定义:

  互联网是指将世界范围计算机网络互相联接在一起的网际网络,在这基础上发展出覆盖全世界的全球性互联网络称互联网,即是互相连接一起的网络结构。(下图是互联网的典型图示模型)

  互联网进入到21世纪以后,出现了爆发式增长,包括2000年左右开始的社交网络,实现了人与人的信息通讯和社交沟通。

  2009年开始的物联网热潮,使得互联网除了连接计算机,也开始连接安放在土壤,机器,大楼,汽车中的温度,图像、声音、压力、湿度等等传感器。

  到2010年,互联网中的服务器开始进一步集中,出现了为政府,企业提供大数据存储,高性能计算的巨型服务器集群,这就是云计算的出现。

  此后,移动互联网、工业4.0、工业互联网、大数据、人工智能不断涌现,互联网已经远远超出了原先的定义和模型架构。

  那么用一种什么样的新定义和新模型能够反映互联网的核心特征和未来趋势。这个问题就是十年以来,我们对互联网大脑模型进行研究的目的和基础。

  二、互联网的4个类脑现象启示

  历史上很多人独立揭示了社会可以看作为带有神经系统有机体的概念。例如认为国王是头,农夫是脚的观点,至少可以追溯到古希腊人。

  传媒领域的著名开拓者,马歇尔·麦克卢汉在1964年出版的《理解媒介》一书中提到“在过去数千年的机械技术时代,人类实现了身体在空间中延伸;在一个多世纪的电子技术时代,人类已在全球范围延伸了自己的中枢神经系统并进一步在全球范围扩展”

  英国哲学家彼得·罗素(P.Russell)1983年撰写了《地球脑的觉醒——进化的下一次飞跃》,他提出人类社会通过政治,文化,技术等各种联系使地球成为一个类人脑的组织结构,也就是地球脑或全球脑。

  麦克卢汉、彼得·罗素等先驱已经意识到人类社会和科技技术以脑的形式进行运转。但总体看这些思考还属于社会学和哲学层面。对于1969年诞生的互联网,要到21世纪爆发以后,其技术和应用的类脑特征才逐步显现出来,并在今天成为科技新的热点。

  2005年到2007年,随时互联网爆炸性增长,特别是中国互联网快速发展,让我们有机会不断发现互联网的类脑特征,这其中有四次重要的启发,使得我们最终在2008年正式发表论文提出互联网新的定义和模型--互联网大脑模型。

  1)2005年,互联网不仅仅是连接计算机,更是联结人的启示

  2005年当我们在科学院大学开始研究网络经济时。试图制作一个网站将科学院丰富的专家资源与社会企业的科研需求对接起来,发现在互联网上专家的知识、智慧、经验通过解决问题变成商品进行交易,是一个新的互联网商业模式,我们将这个新的领域命名为威客模式。

  这个研究在一年后受到中央电视台新闻联播,人民日报等数百家媒体的报道,促使包括猪八戒网,一品威客网等威客模式网站的商业爆发,此后的10年里,这些企业经过艰苦探索,发展成为独角兽企业,并形成年交易额超过10亿人民币的产业。另一方面这个研究也为后来提出互联网大脑模型奠定了重要的基础,

  威客模式提出专家可以通过互联网用智慧帮助企业和他人解决问题,获得财富,提醒我们互联网不仅仅是计算机或机器的联网,更是关于人类知识,智慧甚至是人类大脑的联网。

  2)2006年,互联网类脑神经元网络的发现和启示

  2006年,faceboook,QQ为代表的社交网络开始兴起,通过社交网络的个人空间,人们可以相互沟通,相互关注,互加好友,同样我们发现威客模式中,提问者和回答者之间也会形成知识和智慧交易的社交网络。当我们在《威客地图(witmap)--互联网下一代搜索引擎》把这些社交网络图示绘制出来时,第一次发现互联网中类脑神经元网络的特征。

  3)2007年4月,互联网类脑的躯体感觉神经系统现象启示

  2007年4月,我们参与中国水利部防汛抗旱指挥部相关项目的专家咨询。这个项目提出在中国的水域按放湿度、风速、温度等等传感器,信号通过有线和无线线路传递到北京的服务器中,经过处理形成定时报告供国家决策部门预警使用。这个项目比2009年兴起的智慧地球和物联网热潮早了2年,它引起我们注意到互联网也存在类似躯体感觉神经系统的特征。

  4)2007年6月,互联网类脑的视觉神经系统现象启示

  2007年6月,对科学院大学学生的旅游视频创业项目进行讨论,又一次观察到互联网的类脑特征,这个项目提出在中国各个景区如黄山,大理,九寨沟等地方安放摄像头,把景区的实时景象传递到旅行社大厅的大屏幕上,让游客可以远程感受景区的风景,并决定选择哪一条旅游路线。虽然后来因为技术,经费的原因没有成功,但应该说这个创意是比较超前的,在这一年,谷歌的街景系统也开始推出,在世界范围安防摄像头和视频观察汽车。让互联网用户可以实时观看世界各地的场景和景色,这一项目使我们进一步意识到互联网同样具备视觉神经系统的特征。

  三、2008年提出互联网大脑的定义和模型

  2007年上半年一直感觉对于互联网的认识应该有新的突破,但这种突破究竟是什么,总是感觉隔着一层窗户纸。在受到多次互联网领域类脑现象启发后。在2007年7月,我们终于意识到,互联网的完整架构和未来方向很可能与大脑的架构有关。

  2007年7月末,在中国科学院大学经济管理学院吕本富教授的主持下,我们在科学院大学的一次内部学术研讨会中,向科学院师生阐述了互联网种种类脑现象。并提出互联网的未来会不会形成与大脑高度相似的架构。与会的师生进行了热烈的讨论。吕本富教授当时给予的评价意见是:这是一个很有趣也很有意义的思路,但如何从构思变成科学研究还需要有大量的工作去做。

  虽然在2008年1月在新浪博客发表了《互联网的进化示意图》「1」,5月《互联网虚拟大脑架构图》「2」,受到了业内关注,但在学术论文的投稿中依然经历了多次失败,包括NATURE,ACM的学术期刊,现在回想起来颇有些无知者无畏的精神。

  2008年9月,我和科学院大学的彭耿教授在中国教育部成立的《中国科技论文在线》通过同行评议,正式发表了《互联网的进化趋势与规律》「3」。这是一个快速审稿的线上学术期刊,选择先在这里发布,也是希望尽快向科学共同体阐述互联网大脑的模型和研究方向。

  在这篇论文中第一次绘制了互联网大脑的模型架构图,并提出了互联网的新定义。在此后的10年之中,逐步形成了互联网大脑的完整图示和定义;

  互联网大脑的定义:互联网大脑就是互联网向与人类大脑高度相似的方向进化过程中,形成的类脑巨系统架构。互联网大脑架构具备不断成熟的类脑视觉、听觉、躯体感觉、运动神经系统、记忆神经系统、中枢神经系统、自主神经系统。互联网大脑通过类脑神经元网络将互联网各神经系统和世界各元素关联起来,互联网大脑在群体智慧和人工智能的驱动下通过云反射弧实现对世界的认知,判断,决策、反馈和改造。

  四、10年以来,关于互联网大脑模型取得了哪些进展

  2009年3月,论文《从人脑的结构机理看互联网的进化》在《人类工效学》发表,对互联网大脑进行更为深入的阐述,这也是互联网大脑模型在纸质期刊第一次正式发表「4」。

  在此后的10年里,我和科学院的科学院彭耿,刘颖,石勇等教授形成研究团队,在包括IJITDM、《复杂系统与复杂网络》、IEEE等SCI、EI、ISTP、中国核心期刊在内的学术期刊发表相关论文近20篇,由清华大学出版社出版的专著《互联网进化论》一部。

  到2018年5月,互联网大脑模型研究总体形成的进展有6个方向。

  1).提出新的互联网定义和新模型-互联网大脑模型

  从移动互联网、社交网络、物联网、云计算、工业4.0的逐步产生看,互联网不仅仅是联结计算机的网络,同时它也联结了人、传感器、摄像头、无人汽车等等要素。同时在结构上形成了类脑的巨系统架构,互联网大脑定义和模型的建立,可以为互联网,移动互联网,物联网,云计算,大数据、人工智能、工业4.0、边缘计算等新技术的研究提供了一种统一模型架构「7」。

  2)提出类脑神经元网络和云反射弧是互联网大脑模型的核心要素

  通过互联网与神经科学的对比研究,我们在2010年的论文中《互联网虚拟大脑的架构与功能》中提出互联网大脑模型中两个最重要的类脑架构,互联网类脑神经元网络和互联网云反射弧「5」。

  我们知道,神经网络是大脑中最重要的结构和功能。动物机体是一个极为复杂的有机体,各器官、系统的功能不是孤立的,它们之间互相联系、互相制约,实现这一需求就需要生物体有统一的神经网络系统。

  在互联网大脑模型中,如何将社会各要素(包括但不仅限于人,AI系统,生产资料,生产工具)和自然各要素(包括但不仅限于河流,山脉,动物,植物,太空)链接起来,并使这些元素之间实现信息的沟通交流,同样需要互联网首先实现类脑神经元网络架构,具体实现方式,文章也提出可以通过类社交网络的应用层或具有社交属性的操作系统来实现。

  另一方面,神经反射现象是人类神经系统最重要的神经活动之一,也是生命体智能的重要体现,同样研究互联网大脑的神经反射弧现象(云反射弧)也是非常重要的课题,目前根据互联网大脑云反射弧的起点和终点的不同,将云反射弧的类型分为九种(如下图所示)。

  无论是在互联网的内部虚拟世界,还是在现实世界,在完成云反射弧时,都存在如何发现和选择最优路径和实现快速,有效和稳定的执行的问题,会涉及到图论,互联网节点布局,通讯线路,传感器等等方面,这也是下一步需要深入研究的方向。

  3)基于互联网大脑模型开展智慧城市和智慧社会的构建研究

  从互联网大脑模型的进化角度,提出无论是智慧城市还是智慧社会的产生,都是互联网发展到一定程度,向人类社会各个领域蔓延深入的结果。因此研究智慧城市和智慧社会的建设不能忽视互联网的发展趋势和进化规律。

  在2015年研究团队开始发表论文《基于互联网大脑架构的智慧城市建设》,提出城市大脑的概念和定义「8」:

  城市大脑就是城市建设伴随着互联网的发展过程中,逐步形成自己中枢神经系统(云计算),城市感觉神经系统(物联网),城市运动神经系统(工业4.0),城市神经末梢发育(边缘计算),城市智慧的产生与应用(大数据与人工智能),城市神经纤维(通讯技术)。以此为基础形成城市的两个核心功能:第一是城市神经元网络系统(城市大社交网络),实现城市中人与人,人与物,物与物的信息交互。第二是城市大脑(云脑)的云反射弧,实现城市服务的的快速智能反应。基于上述类功能推动城市智慧的不断进步。这样基于互联网大脑模型的类脑城市架构称之为城市大脑。

  2018年4月,研究团队在文章《智慧社会的产生、建设与未来,基于互联网大脑模型的研究》中提出对智慧社会的理解和定义「16」:

  智慧社会就是整个人类社会因为互联网及其延伸产物云计算,大数据,物联网,工业互联网(工业4.0),云机器人,人工智能,边缘计算的爆发,形成的类脑巨系统架构驱动的社会组织模式,智慧社会依托互联网形成社会的类脑中枢神经系统,视觉神经系统,躯体感觉神经系统,听觉神经系统,运动神经系统,神经纤维,神经元网络,社会云反射弧等等结构。智慧社会通过类脑的神经元网络将社会各要素(包括但不仅限于人,AI系统,生产资料,生产工具)和自然各要素(包括但不仅限于河流,山脉,动物,植物,太空)链接起来,通过社会云反射弧实现实现对世界的认知,判断,决策、反馈和改造。

  4)从互联网大脑模型延伸的AI智商评测和扩展冯诺依曼架构

  2012年,研究团队成员刘锋和科学院石勇教授开始思考能否对不断发展的互联网大脑的智慧水平进行评测。到2014年,这个研究课题延伸成为对人工智能系统的智商水平进行评测研究。建立标准智能模型,提出任何一个智能体,包括AI程序,机器人,人类,也包括互联网大脑模型都可以被描述成一个同时具备知识的输入,掌握,创新和反馈的综合系统,虽然AI的智商评测模型与方法与互联网大脑模型并没有直接关系,但互联网大脑是这项研究的起点,同时也是将冯诺依曼架构扩展出云存储器的重要原因「9」。

  AI智商评测的研究在2014年和2016年对包括50个搜索引擎和3个不同年龄段人类的智商进行了统一测试,相关论文4篇,相关研究受到包括美国CBNC,麻省理工科技评论等媒体的报道。

  5)互联网大脑模型对脑科学研究的启发

  2010年3月,研究团队在“复杂系统和复杂网络”期刊发表论文《互联网虚拟大脑的功能与结构》「5」,在文章中提出了互联网与人类大脑的15个类比特征,除了互联网的视觉,听觉,躯体感觉,中枢等神经系统,也列出大脑中的类搜索引擎,社交网络,维基百科等特征。2010年4月,研究团队在科学院大学课堂上完成大脑中类搜索引擎功能的心理学实验。实验结果发表在科学院官网和2012年《互联网进化论》「6」一书中。

  6)互联网大脑模型对于生物进化方向的探索性启发

  我们在互联网大脑的产生过程中提到,互联网的类脑架构并不是人为规划出来的,而是在科学研究和商业竞争的推动下,自然形成的类脑巨系统架构。也就是人类社会依托互联网将向着与大脑结构高度相似的方向进化,

  同时互联网大脑的参考体系大脑,在过去几亿年中也体现出明显的方向性,如果我们解剖人类大脑,可以发现人脑大脑皮层下包含了哺乳动物的大脑,哺乳动物大脑下包含了两栖动物大脑,两栖动物大脑下包含爬行动物大脑,爬行动物大脑下包含鱼类大脑。

  在2016年发表的论文《AI的智商和智能等级》一文中,提出包括互联网大脑,人类大脑和AI系统在内的智能系统,从扩展的冯诺依曼架构的角度,从低到高可以分为7个等级。

  2016年4月13日,我们在中国科学院科技战略咨询研究院与腾讯研究院联合举办的“2017人工智能:技术、伦理与法律研讨会”上的发言中提出“

  脑的进化,互联网的进化,智能系统的智力等级划分都表现出明显的方向性。对于这三个领域,他们的共同点都是承载着生命的知识和智慧,并不断进化和提升。知识和智慧的提升和进化是生物进化的核心,从知识和智慧的角度判断生物进化的方向和生物的高低等级。

  生物种群知识库的膨胀速度是生物进化的焦点,其它生物的知识库停滞,走向死胡同,因此在千万年里没有进一步的变化,在地球的生命圈中也处在越来越低的地位。而人类在近1万年里,在知识和智慧上不断扩展和加速,并因为互联网和人工智能的发明而得到进一步巨大飞跃,从而获得了地球自然竞争的统治地位。”

  这个发言形成的文稿《生物进化方向是制定AI伦理的关键》在科学网发布「12」

  五,互联网大脑模型的未来研究

  互联网大脑模型从正式发表论文提出到现在已经10年时间,虽然取得了一些进展和突破,但在更大尺度上,依然有大量课题需要深入研究,这包括:

  1)互联网大脑与Agent和多Agent系统的关系和交叉研究

  2.)互联网大脑的类脑神经元和云反射弧原理与应用研究;

  3)互联网大脑与智慧城市、智慧社会深入结合的研究;

  4)互联网大脑与生物进化论的关系研究;

  5)互联网大脑与神经科学关系研究;

  6)互联网大脑的智慧发展评价研究,

  7)互联网大脑模型与智慧行业、智慧产业、智慧军事、智慧企业、智慧家庭的建设研究等。

  六,部分文章和论文列表

  从2005年到2018年,包括在博客,报刊,会议,期刊发表的互联网大脑相关文章有300多篇,以下选择其中较为重要的文章进行介绍,也反映出这个研究从构思,到提出到逐步深入的过程。更多文章的汇总地址在:http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=39263

  1)2008年1月2日,《互联网大脑的进化示意图》在新浪博客发布,作者刘锋,用9幅图将互联网形成类脑架构的进化过程描述出来

  2)2008年5月7日,《互联网虚拟大脑结构图》在科学网发布,作者刘锋,彭庚,刘颖,详细阐述了互联网大脑架构的产生和架构。

  3)2008年9月26日,《互联网进化规律的发现与分析〉在中国科技论文在线发表。作者刘锋,彭庚,介绍了互联网大脑架构和互联网进化规律的发现过程和细节要点。

  4)2009年3月15日,《从人脑的结构机理看互联网的进化〉在“人类工效学“期刊发表。作者:刘锋,彭庚,刘颖

  5)2010年7月10日,《互联网与神经学的交叉对比研究》在《复杂系统与复杂网络》发表、作者刘锋

  6)2012年年7月 ,《互联网进化论》在清华大学出版社出版,作者,刘锋,

  7)2014年8月 , 《Structure and Operation Mechanism of Internet Virtual Brain》在IEEE International Conference on Computer & Information Technology发表,作者刘锋。

  8)2015年2月,《基于互联网大脑架构的智慧城市建设研究》在CSDN发表,作者刘锋,提出城市大脑的定义与顶层建设问题。

  9)2015年 3月,《World Search Engine IQ Test Based on the Internet IQ Evaluation Algorithms》在International Journal of Information Technology & Decision Making发表,作者:刘锋、石勇、汪波

  10)2016年4月,《从机器人到谷歌大脑—人工智能的6个智能等级》在《中国计算机学会通讯》发表,作者刘锋,阐述了基于互联网大脑启发的扩展冯诺依曼架构,并产生智能等级的划分方法。

  11)2017年7月,《城市大脑的建设与发展》在中国管理学会《管理蓝皮书中国管理发展报告》发布,阐述基于互联网大脑的城市大脑建设。作者刘锋

  12 2017年4月,《生物进化方向是制定AI伦理的关键》在科学院与腾讯“2017人工智能:技术、伦理与法律研讨会”作为主题发言发布,形成的文稿发布在科学网。

  13)2017年8月,Intelligence Quotient and Intelligence Grade of Artificial Intelligence在Ann. Data. Sci发表,作者:刘锋、石勇、刘颖用数学方法描述智能等级的划分方法。

  14)2017年9月,《城市大脑,基于互联网云脑的智慧城市新架构》的英文论文《City Cloud Brain, a New Architecture of Smart City Based on the Internet Brain》在美国康奈儿大学预印本网站arxiv.org发布,作者:刘锋、刘仿尧、石勇

  15)2017年10月,《从脑科学的角度分析人工智能与互联网的关系》的英文论文《Analysis of the Relation between Artificial Intelligence and the Internet from the Perspective of Brain Science》在斯普林格出版社《Procedia Computer Science》发表。作者刘锋、李佩佳、石勇

  16)2018年4月,《智慧社会的产生、建设与未来,基于互联网大脑模型的研究》在科学网发布 ,作者:刘锋

  17)2018年5月,《City Brain, a New Architecture of Smart City Based on the Internet Brain》在IEEE CSCWD 发表,作者:刘锋、刘仿尧、石勇

个人简介
中国科学院虚拟经济与数据科学研究中心客座研究员,威客理论和互联网进化论创始人,intevl.com
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