晶體管模仿神經(jīng)元，類腦計算機會成為“硅基生命”嗎？

浙江大學聯(lián)合之江實驗室共同研制成功了我國首臺基于自主知識產(chǎn)權(quán)類腦芯片的類腦計算機(Darwin Mouse)。這臺類腦計算機包含792達爾文2代類腦芯片，支持1.2億脈沖神經(jīng)元、近千億神經(jīng)突觸，與小鼠大腦神經(jīng)元數(shù)量規(guī)模相當，典型運行功耗只需要350-500瓦。

此前，世界上關(guān)于類腦計算機及神經(jīng)形態(tài)計算、神經(jīng)形態(tài)芯片的研究已經(jīng)很多：

2012年，計算機科學家Dharmendra Modha使用一臺強大的超級計算機來模擬超過5000億神經(jīng)元的活動——甚至比人腦中850億左右的神經(jīng)元還要多;

2014年，IBM開發(fā)具辨識能力的類似人腦芯片SyNAPSE，擁有100萬個人工神經(jīng)元(類腦細胞)，2.56億個突觸(儲存單元)和4096個稱為“神經(jīng)突觸”(neurosynapTIc)的處理核心;

2018年，擁有100萬個處理器內(nèi)核的超級計算機SpiNNaker首次啟用，每秒可執(zhí)行200萬億次操作;

2019年，英特爾發(fā)布了神經(jīng)形態(tài)計算系統(tǒng)Pohoiki Beach，由64塊Loihi神經(jīng)形態(tài)計算芯片構(gòu)成，計算能力相當于800萬神經(jīng)元……

所有這些研究都在極力使計算機與人腦更加相似：類腦芯片用脈沖傳遞信號，模擬離子出入導致細胞膜電壓變化的神經(jīng)元工作機理;使用優(yōu)先響應特定類型刺激的人工水平調(diào)諧神經(jīng)元模擬大腦的神經(jīng)選擇性;建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以模擬不同腦區(qū)神經(jīng)元的周期性反應……

在感慨技術(shù)發(fā)展之余，這也引申出了一個問題：

當人工制造的蛋白質(zhì)與天然蛋白質(zhì)具有一樣的結(jié)構(gòu)和成分時，它們像天然蛋白質(zhì)一樣工作;

當人工合成的DNA與天然DNA具有一樣的結(jié)構(gòu)和成分時，它們像天然DNA一樣復制;

那么當人工制造的類腦計算機能夠幾近完全地模擬人類大腦時，它們會不會像人類大腦一樣思考、判斷、萌發(fā)自我意識，從而變成另一種“硅基生命”?

一、相同與不同

現(xiàn)代計算機在很多功能上已經(jīng)與人腦非常相似。作為一個信息處理系統(tǒng)來看待，大腦和計算機遵循同一套運作機制：輸入、輸出、存儲、處理和指令。

在人腦中，這些過程使用的是感覺細胞、肌肉細胞、神經(jīng)中樞、神經(jīng)信號和突觸，在計算機中則是攝像頭、掃描儀、處理器、內(nèi)存、算法和計算機語言。

但計算機仍在許多方面和人腦截然不同：當人們討論計算機時，他們理解的是一種精心設(shè)計的、基于邏輯和數(shù)學、具有可重復性、可預測性的機器，但人腦卻是一團混亂的、看似隨機的神經(jīng)元，它們的行為方式是不可預測的。

比起計算機，人腦既輕巧又靈活，在實現(xiàn)同樣的處理速度時，人腦只需要點亮一個燈泡所需的能量，但超級計算機的耗能足以為一棟大廈供電;神經(jīng)元可以自我斷開并重連，改變自己的物理結(jié)構(gòu)，甚至自我修復，計算機則稍有故障便產(chǎn)生錯誤、死機甚至燒毀。

然而，兩者間最重要的區(qū)別，同時也是生命與非生命最重要的分野，即是“意識”。

二、意識從何而來?

意識從何而來，這既是一個科學問題，也是一個哲學問題。

神經(jīng)學家和精神病學家Giulio Tononi認為，意識由核心的“比特”信息組成;

全局神經(jīng)工作區(qū)(簡稱GNW)理論認為意識源自一類特殊的信息處理過程;

信息整合理論(簡稱IIT)認為意識是任何復雜系統(tǒng)都擁有的內(nèi)在因果力(intrinsic causal power)，人腦只是其中一個例子;

以塔夫斯大學(Tufts University)的Daniel Dennett為代表的很多現(xiàn)代分析哲學家則聲稱，意識只是一種幻覺，意識的存在與他們所堅信的機械的物質(zhì)宇宙完全無法兼容。他們或是認為感質(zhì)不存在，或是認為這從根本上不是一個可以被科學系統(tǒng)研究的話題。

有些意識專家堅持認為，對理解意識至關(guān)重要的基本屬性是生物學的，也就是說，只有一個真實的大腦或者像它一樣的有機的東西才能是有意識的。

另一些人堅持認為關(guān)鍵特性不是生物學上的，而是功能性的。他們認為精神狀態(tài)與某些功能性狀態(tài)相同，或產(chǎn)生于功能性組織。如果大腦能夠被機械復制，那么意識也可以。

科技發(fā)展到今天，科學家們?nèi)詿o法解釋意識是如何從大腦中誕生。雖然在PET和CT掃描、核磁共振和腦電圖中，意識可能顯示出其潛在的大腦活動跡象，但意識本身并沒有可識別的形式。

在過去的100年里，大腦曾被比作配電盤、電話交換機、無線電網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在又被比作計算機。

盡管說法繁多，目前還沒有任何物理或理論證據(jù)表明任何非生命的東西可以是有意識的?！肮杌w”仍然只存在于文學作品中。

有一種說法或許能解釋這種現(xiàn)象：從科學上講，碳能比硅形成更強、更穩(wěn)定的化學鍵，這使得碳可以形成大量的化合物，而且碳更容易形成雙鍵。很可能碳的這種物理特性是意識所必需的。

三、硅基生命存在嗎?

不得不說，與此相關(guān)的任何探討目前都還停留在理論與幻想層面。不過，根據(jù)硅的特性，科學家已經(jīng)圍繞“硅基生命”是否能真實存在產(chǎn)生了種種爭論：

支持者稱，碳和硅都是4價，單個原子都能與其他元素形成化合物，都能與氧成鍵，都能形成長鏈聚合物，不過由于硅在中等溫度下是惰性的，硅基生命可能只能在非常高的溫度下存在;

反對者則稱，碳基生命利用氧氣作為釋放和利用能量的媒介，而硅與氧結(jié)合只能變成固態(tài)而穩(wěn)定的二氧化硅，這為生命的新陳代謝制造了障礙。

在碳基生命的生物過程中，如酶等的復雜生物大分子之所以能精確地完成工作，這依賴于“手性”。 當任何一種酶與它幫助發(fā)生反應的化合物“交配”時，這兩種分子形狀就像鎖和鑰匙。

許多碳基分子利用了左右兩種形式。例如，大自然選擇同樣穩(wěn)定的六碳水化合物在人體(以一種叫做糖原的聚合物形式)和植物(以聚合物纖維素的形式)中儲存能量。糖原和纖維素的主要區(qū)別就在于單個碳原子的旋向性，即碳水化合物聚合或形成鏈時形成的旋向性。

手性是使各種生物分子具有識別和調(diào)節(jié)各種生物過程的能力的特征，而與碳不同，硅并不能形成很多具有手性的化合物?；瘜W家們一直在試圖創(chuàng)造新的硅化合物，但許多類似于碳化合物的硅化合物仍然無法形成，熱力學數(shù)據(jù)證實，這些類似物往往太不穩(wěn)定或太活潑。

盡管太陽能硅電池能夠收集能量，硅酮可以組成收縮的肌肉類物質(zhì)，硅酮液體能夠攜帶氧化劑，硅酸鹽可以形成骨架，硅樹脂可以形成細胞膜，甚至硅酸鹽沸石中有旋向性的空洞，但是創(chuàng)造生命形式所需要的化學物質(zhì)并不存在。

生命需要復雜的、連鎖的鏈式反應，硅的此類反應只能在很窄的溫度和pH值范圍內(nèi)發(fā)生?？紤]到這些限制，硅基生命的存在似乎比人類在宇宙中找到外星智慧生命更為希望渺茫。