零点场 | 和清华教授聊聊电影《攻壳机动队》

《攻壳机动队》真人版电影上映一周了，不管你是“甜豆花”还是“咸豆花”，多少都会有自己的理解。撇开剧情，影片中有不少对未来科技的大胆想象，在今天已经实现。我们真的很好奇，权威科研工作者，到底是怎么看这部作品的？

「义体」与脑机接口

小白：您觉得这个电影的假想特别大胆？

邓教授：对，特别大胆！但随着科技发展，我们身体很多部分可以被机器替换，这是有可能实现的。

小白：现在用机器替换身体已经有了吗？

邓教授：已经有了，例如假肢，但还不是很灵活。现在的机器人也存在这种问题——不够灵巧与灵活。机械手的操作没有人类灵巧，移动机器人也不如人类灵活，也许是原理上的问题。

例如现在的机器人其实就是一系列电机的联动，通过相互协调完成许多动作。如果没有颠覆性的技术进展，比如人工肌肉，或者人造骨骼，可能就无法达到电影里的效果。

小白：前阵子媒体报道有一个双足直立行走的机器人，也是靠的电机控制？

邓教授：还是相同的老原理，除了电驱动，也采用了液压驱动，但原理上没有革命性的进展，相对于人类，运动起来还是笨笨的。

▲波士顿动力（Boston Dynamics）开发出可以双足直立行走的仿人类机器人，一经发布立刻引起媒体关注和行业热议

小白：其他关键组织器官的义体化进展到什么阶段了？

邓教授：早就有了人工心脏，用高分子材料制造的，可以起搏，可以替代人的心脏；还有其他一些组织器官也可义体化，如人工耳蜗，已有数十万例植入。人体的许多器官在某种程度上是可以替换的，但技术上的挑战也很多。

现在挑战最大的是大脑。就大脑皮层而言，例如我们对比较低级的初级视皮层相对了解得比较清楚，但深入到高级视皮层，它是如何跟环境交互适应、如何相互影响完成学习、记忆、意识等，这些关于高级认知智能的研究，现在我们能掌握的规律很少。

小白：《攻壳》电影里人脑连接计算机的桥段，现在可以实现吗？

邓教授：这个看来描述的是脑机接口，它是很前沿的研究方向，尽管迄今已发展了40多年了。

脑机接口（BCI）就是将人或动物的大脑跟计算机连接起来，这既可通过植入的电极阵列，也可通过电极帽（EEG设备）、脑磁图（MEG）、功能性核磁共振成像（fMRI）等，把神经信号从大脑中取出来进行解码分析，当然也可以反过来由计算机编码产生一系列神经脉冲，注入大脑完成对对象的运动控制与奖赏等。

小白：用计算机提取分析大脑信息？

邓教授：对，通过解码神经信息，来分析你的运动意图等。比如在运动想象中，你可以闭眼想象着自己在挥舞着左手，在P300中当你看到熟悉的物体时，或者在SSVEP中你看到某个闪烁的亮块刺激时，目前的脑电接口技术都可以解析出特定的运动行为或模式设定来。

小白：太神奇了！现在这种技术能用在人身上吗？

邓教授：这些非侵入式的脑电接口技术就是用在人类身上的。但信号特征最为明显的莫过于侵入式的电极阵列植入了。

不过侵入式的研究，对人类而言是被法律或伦理所禁止的，通常用于动物实验。

侵入式就是把电极阵列通过脑外科手术方式直接插入到大脑皮层的神经元里，虽然在技术上可实现，但感染与免疫排异风险大，死亡率高，所以从人道主义角度来看，即使对实验性动物也需非常谨慎。

（所以电影中看到的画面是相当残忍的）

小白：如果大脑信息未来可以移植到电脑上，义体也能换，人是不是可以永生？

邓教授：现在我们虽然还读不懂大脑中的全部神经信息，但我们相信人脑的思维等一切智能活动均体现在巨量神经元的活性上，肯定没有什么“符号”，包括海马体中的长期记忆等也都是由脉冲序列来表达的。

能否把这些记忆读取出来，永久存储在硅基的电脑中？

人脑是碳基，而电脑存储是硅基，当长期记忆和自我意识等神经表达信息被存放在硅基物质中，通过“无机化”，是否就可以获得影片中的“ghost”了？

当记忆与意识不会随着生物体的新陈代谢消逝后，它的承载体也就可以通过人造的义体或假体延续——比如未来某一天，我们身体的每个器官都可以人造，甚至大脑也可以人造，最后ghost也可以放进去，这实在是非常大胆的想象和假设。

《攻壳机动队》的场景设定是2029年吧？还有12年的时间，不知道届时是不是能实现。

记忆调换 · 脑波控制

小白：《攻壳》电影里有个情节我印象很深，一个很爱自己妻子女儿的男人，时常烦恼于妻子要跟他离婚；最后我们发现这些家庭记忆，都是别人给他植入进去的，他完全活在虚拟生活里。这可能吗？

邓教授：现在看起来这种植入记忆还很科幻。目前的意念控制，其实是给人戴上电极帽，它上面的电极紧贴头皮，这个帽子感应的就是你的脑电波，我们可以通过这种方式把大脑信号取出来，然后对这些波形进行解码分析。

当然也可以反过来通过计算机编码产生神经脉冲序列，通过电极阵列反作用于人或动物的大脑。

比如说一只鸽子，我们通过编码神经脉冲序列，现在可以控制它的几种行为，例如计算机给它指令，就能让它起飞、降落，还可以让它盘旋。

再举个小白鼠走迷宫的例子。让一只饥饿的老鼠走迷宫，如果最终找到迷宫中的食物，就可以获得食物奖励；同样的迷宫实验，科学家在小白鼠走到终点后奖励它一串编码的神经脉冲信号，刺激其愉悦与奖赏区，它也同样会很兴奋，就像吃到食物的感觉一样。

关于改变记忆的研究目前还很初步，2015年巴黎的一个科学家团队，通过在熟睡老鼠的大脑中，改变海马体位置细胞与奖赏区刺激的相关性，让它在回放强化过程中植入新的记忆。

▲去年年初，佛罗里达大学举办了一场特别的无人机比赛，操作者们通过脑电波讯号实现动无人机的直接控制，参赛选手们在脑中一直想着“向前”，驱动无人机起飞

小白：小白鼠可以靠脉冲串不用吃东西？

邓教授：刺激它的愉悦与奖赏区，它就可以不用吃东西，而且很兴奋；但长期这样下去身体必然会出状况。这种“食物”是虚拟的。人类其实也是类似的“生物化学机器”。

小白：那记忆是怎么被“掉包”的呢？

邓教授：大脑皮层可以分为四个区域：负责视觉的枕叶，掌管体感和空间能力的顶叶，负责听觉和语言的颞叶，还有控制许多精神活动及与决策、形成运动意图相关的额叶。

包括视听触觉、语义、记忆等信息汇总到前额叶后，就会进行物体判别与决策等，并控制运动皮层。比如，从视觉感知到形成决策、继而产生抓取动作，整个闭环响应过程最多不超过220毫秒到250毫秒。

我们的大脑里面最重要的就是前额叶，精神活动、意识形成、推理、规划、决策与思考，甚至是注意力，多通道的整合等都在这部分，就是负责高级认知过程。

另外一个很关键的东西是“海马体”，我们的常识、技巧、知识等长期记忆都在海马体里面。所以一个人重要的自我意识和记忆是靠海马体和前额叶等共同完成的。

人的大脑里面只有神经元和表达神经信息的脉冲序列。记忆是什么东西？记忆包括工作记忆、短期记忆和长期记忆。

记忆其实是固化在神经突触中的，通过奖赏区的刺激关联，利用一系列的强化或“记忆巩固”，就可从工作记忆变为短期记忆，再转化为长期记忆，进入海马体。我们的大多数记忆通常不是“一幕”，而是时空关联的“多幕”，但无论如何都是通过一系列脉冲串表达的。

如同前面的例子，我们可以通过破解神经脉冲序列实现解码和编码，利用对奖赏区的“错位”刺激关联等，植入或“改变”人的记忆。就像我们给睡眠中的老鼠一个错位的位置奖赏刺激，使老鼠醒来后直接跑到那个错位的位置，以获得愉悦和满足感。

当然，除了法律和伦理的问题，相对于动物来讲，人类的植入记忆要复杂得多。

人工智能· Ghost

小白：《攻壳》最触动您的是什么？

邓教授：就是这个ghost，所谓的意识。

目前的科学中不清楚什么叫ghost ，也解释不清人的意识是如何产生的，就更不用说把身体和“意识”进行分离。

但是随着机器人技术的发展，特别是时代的进步，确实不排除存在这种可能性，未来世界能够把人的各种组织器官全部用性能更强的义体替代，连头都用机器来做，只留下脑组织，像电影一样，只把ghost复制的编码表达放进义体里，这种想象真的很大胆！

小白：电影里的“傀儡师”就是拥有了自我意识的人工智能，人工智能可能成为Ghost吗？

邓教授：什么叫人工智能？就是人造的智能。ghost不是人造的，但它在本质上是一种编码，是人意识表达的编码。人类意识的神经脉冲的表达形态是非常复杂的，现在人类科学还完全无法了解与复现。

换句话说，现在复兴的人工智能更多是大数据驱动的“感知智能”，不仅是最底层的，比如视觉、听觉的识别与分割部分，而且还完全有别于生物智能，是一种“大数据智能”。至于更高级的“认知智能”和“创造性智能”，人类大脑是怎么做到的，有什么原理？我们现在还知之甚少，就更别提模仿了。

小白：有点抽象，能举个例子吗？

邓教授：感知智能，比如“条件反射”等直觉，你看一个东西马上就知道是什么，不会有什么深思熟虑，最多仅需1秒钟就会做出判别。而高级的认知智能，则需要进行推理、规划、决策、思考等，需要较长时间的深思熟虑。

小白：下棋呢？

邓教授：下棋比较特殊，它需要决策与思考，属于高级智能活动，因此有认知的部分，而且也不属于完备大数据驱动。它采用的是“深度强化学习”的方法，其中的强化学习方法，这也是我们人类的一种学习方法。

我们有三种学习方法：

一种是监督学习，就是我们进到学校里，老师告诉你每一步的正确答案，这就是监督学习，毫无疑问具有最高的学习效率；

二是无监督学习，比如说婴儿还不知道许多东西叫什么，但他/她已对这些东西自主地产生了大致的“印象”。

还有一个就是离开学校以后，到社会去学习，这种学习方法就叫强化学习。就是在实践互动中向成功与失败学习，也叫向经验与教训学习，只有一个标量的性能反馈，这是人类与动物的一种典型的行为学习方法。

AlphaGo基于深度卷积神经网络，结合了监督与强化两种学习方法。下棋只有两种结局：赢和输。

深度监督学习就是让它把人类职业高手的棋谱先学会，这有专门的服务器，里面有三段到九段高手的棋谱，它先学习人类棋谱；而深度强化学习的部分，就是自我对弈或者说是“左右互搏”，当然也有输赢，如此来进一步提升自己。

小白：电影里还有一个“自动驾驶”的情节，主角素子用根线把大脑和车连在一起，就控制车的行驶了。

邓教授：自动驾驶或无人驾驶汽车，必须无条件地接受人类的驾驶意图或指令，因此上述情节是很自然的。

小白：过去，人工智能只出现在科技板块，但现在连综艺节目都在谈这个话题，还说十年后50%工作要被人工智能替代掉，您觉得这是危言耸听吗？

邓教授：有人说50%，还有人说更多。我觉得那些1秒之内能够搞掂、不需要深思熟虑或者仅依靠视听觉与简单脑力劳动的工种，确实很有可能会被替换。比如电话客服或者前台咨询员，你给他/她打电话查询天气，或者当面咨询某条路怎么走、需要填写哪类储蓄表格等。

在移动互联网时代，人工智能机器人看的资料和掌握的知识比你多、比你快，它每天阅读海量信息，而我们由于精力的限制只能看到少量的信息、更别提可能你网上看到的信息都是碎片化的，有效信息就更少；

而人工智能机器人可以每天24小时不吃饭不睡觉，可以进行大量的基于深度学习的数据自动化处理，其时效性和实际效果肯定比你好。

小白：还有一部分人觉得这事情离我特别远，我们应该用一种怎样的态度来对待这项技术的发展？

邓教授：其实不远。过去20多年，我们大多数人已经先后感受过PC、互联网和移动互联网对我们社会的冲击。其实人工智能的冲击可能会更大。

现在我们拿个智能手机，现金都不用带就可上街，这个变化够大，而且已经成为现实。人工智能极有可能给我们的社会带来更大的改变，一些工种或职业可能会消失，但同时也会产生一些新的职业。

按我的说法就是，在马车时代，突然汽车问世了，你不用恐惧，其实来了之后，也会产生很多新的工种。你当不了马车夫，但你可以去开汽车，也可以当个汽车售票员，还可以修马路、造汽车，这都是新的职业机会，所以不用担心。

随着人工智能的不断发展，很多较复杂的体力劳动和简单的脑力劳动，就不需要人去做了，这是一种对人类生产力的大解放。

小白：发生变化的时间会是？

邓教授：在接下来的五年到十年时间之内吧。可能生活会更加方便，生产、服务与流程会更有效率。人可以去关注一些更重要的事情，比如我们可以去研究这个ghost，或者其他一些还没解决的科学问题。

小白：人工智能距离演它变为独立意识，到底还有多远？

邓教授：太远了。现在人工智能的发展还很初级，刚刚起步，属于婴幼儿阶段。现在怎么去实现“自我意识”，原理是什么，手段是什么，这些我们都没搞清楚。

它到底是怎么存在的？是怎么表达的？是怎么整合的？所以还早着呢！

电影与科学精神

小白：《攻壳》这部电影，可以跟科技工作者聊的东西特别多，因为里面有太多脑洞了。

邓教授：是的，这部影片特别有科技感和未来感。一部1995年的电影，能具有这样的创意与想象，到现在看起来也没有落伍，甚至还很大胆前卫。

在“科技对人的作用”和“科技对人生活的影响”方面，影片的讨论很多。随着科技的进步，该片对人类未来的影响与探索启迪意义，或会加大。

小白：作为科研工作者，您会思考“人被科技反制”这个问题吗？

邓教授：科技进步是双刃剑，关键还是人类如何使用它。趋势是不以人的意志为转移的，我们只能往前看、往前走。

我认为科学与社会环境是相互作用的，社会环境的大变化会导致大科学的大发展。

举个例子，正是由于时代的进步，在我们所处的移动互联网时代，由于有了云平台，我们有了大数据，由于有了众包，我们获得了带标签的大数据，同时由于“摩尔定律”的长期作用获得了超强的计算能力，这些时代的进步共同催生了人工智能的第三次复兴；人工智能的进一步发展，又必将深刻地改变我们的社会大环境。而每次社会环境的剧变，又一定会反过来推动科学的大发展。

这种科学发展与社会环境之间的相互作用和变化，我们称之为螺旋式上升的连锁反应。经过持续进化，也许有一天，我们会走到《攻壳机动队》中所幻想的那一天。

小白：社会构成都会发生变化？

邓教授：对。电影里的人有的就是半机械半生物的，暂且叫半机械人吧，这是有可能出现的。沿着这条道路发展下去，人最终就可能达到所谓的永生。

小白：您觉得科幻小说和电影对科学家有没有一种启示作用？

邓教授：有，肯定有。我小时候看儒勒·凡尔纳的《海底两万里》，印象特别深，感觉特别神奇。小说中的很多东西现在都变成了现实。

▲1869年，由法国作家儒勒·凡尔纳所著小说《海底两万里》，本书最早被翻译到中国是在1902年。

确实，搞科学探索就需要大胆的想象和创新，而科幻小说和科幻电影其实就在帮助社会培养科学精神。这点美国社会走在前面，我在美国看到大多数科技馆、博物馆等都是免费开放的，而且里面青少年特别多，他们的社会从小就崇尚科学崇拜与科学信仰。

小白：到底什么是科学精神？

邓教授：首先，需要理性与小心的求证，靠数据与事实说话；其次，要大胆假设，但也不能是天马行空的空想。科学研究最重要的就是要有思想，对人类社会进步来说，思想才是最有价值的，伟大的变革源于思想。

世界强国美国把科技的发展摆在很高的位置，整个社会对科学精神和科学家十分尊重、甚至是推崇，很多孩子从小的理想就是当科学家。

所以，我觉得除了科学研究本身之外，科普工作其实也很重要。要让全社会关注科学，让更多孩子从小热爱科学事业，培养浓厚的兴趣，这样他们才会有可能把科学事业当做未来的优先职业选择，一辈子从事科学研究，投身于这个对人类进步至关重要的伟大的事业。

美国制作了那么多的科幻大片，以娱乐的方式，客观上在社会上造成一个推崇科学的大氛围。

希望中国也尽快推出大量优秀的科幻电影，来引领这种风潮。否则，科普工作可能难以在全社会快速展开。