人工神经网络和生物神经网络有什么差别?我们如果利用它们?
二三十年前,一想到神经网络,我们就会想到生物神经网络系统当中,数以万计的神经连接,将感官与反射器联系在一起的系统,但是今天,你可能的第一反应却是电脑,还有电脑程序当中的人工神经网络。昔日复杂的动神经网络系统居然神奇地放入了计算机,而且人类正在将这种人工神经网络系统推向更高的境界,今天的世界早已布满了人工神经网络的身影,比如 Google 的搜索引擎,股票价格预测,机器人学习,围棋,家庭助手等等。
从金融到仿生样样都能运用,看起来人工神经网络的确很强大,但是不是有这么一个问题一直在你脑海中环绕,没有答案,那就是计算机领域的神经网络,和我们自己身体里的神经网络,究竟是不是一样呢?900亿神经细胞组成了我们今天复杂的神经网络系统,这个数量甚至可以和宇宙中的星球数相比较,如果仅仅靠单个的神经元,是永远没有办法让我们像今天一样,完成各种任务,处理各种复杂的问题,那我们是如何靠这些神经元来解决问题的呢?
首先需要知道的是,我们的记忆是如何产生的,想象我们还是个婴儿,包着尿布的我们什么都不知道,神经元并没有形成系统和网络,可能只是一些分散的细胞而已,一端连着嘴巴的味觉感受器,一端连着手部的肌肉,小时候,世界上有一种神奇的东西,叫做糖果,当我们第一次品尝它的时候,美妙的感觉,让我们发现活着是多么有意义的事情。这时候神经元开始产生连接,记忆形成,但是形成的新连接怎么样变成记忆,仍然是科学界的一个迷,不过现在,我们的手和嘴产生了某种固定的搭配。
每次发现有糖果的时候,某种生物信号就会从我们的嘴,通过之前形成的神经连接,传递到手上,让手的动作变得有意义,然后爸妈就会再给我们一颗糖果,吃糖的目的达成。现在我们来看看人工神经网络是怎样达到这个目的,首先,替代掉生物神经网络的,就是已经成体系的人工神经网络,所有神经元之间的连接,都是固定不可更换的,这也就是说,在人工神经网络里,没有凭空产生新连接这回事。
人工神经网络典型的一种学习方式就是,我已经知道吃到糖果时,手会如何动,但是我想让神经网络学着帮我做这件动动手的事情,所以我预先准备好非常多吃糖的学习数据,然后将这些数据一次次放入这套人工神经网络系统中。糖的信号会通过这套系统传递到手,然后通过对比这次信号传递后,手的动作是不是“讨糖”的动作,来修改人工神经网络当中的神经元强度,这种修改在专业术语中叫做”误差反向传递”,也可以看作是再一次将传过来的信号传回去。
那么负责传递信号神经元对于”讨糖”的这个动作,到底有没有贡献?让它好好反思与修正,争取下一次做出更好的贡献,这样看来,人工神经网络和生物神经网络的确不是那么一回事,人工神经网络靠的是正向和反向传播来更新神经元,从而形成一个更好的神经系统,本质上,这是一个能让计算机处理和优化的数学模型,而生物神经网络是通过刺激,产生新的连接,让信号能够通过新的连接传递而形成反溃
虽然现在的计算机技术越来越高超,不过我们身体里的神经系统经过了数千万年的进化,还是独一无二的,迄今为止,再复杂、再庞大的人工神经网络系统,也不能替换我们的小脑袋,我们应该感到自豪,也应该珍惜上天的这份礼物。