中國人工智能學會通訊——腦智基礎及其調控

《腦智基礎及其調控》這個題目是很大的，但是在這個場合來作報告，就必須要跟智力挂點鈎，是以我就起了這樣一個題目。

首先我要問一個問題，什麼是智能？我自己因為這個會議也翻了一下文獻，比如我們從百度的百科看到（這也是國内的專家寫的），它對智能的定義是從感覺到記憶到思維的整個過程，稱為智慧；有智慧就會産生語言和行為，語言和行為的表達過程稱為能力，兩者結合起來才叫智能。跟這兩者相關的就有智商和能商的概念，大家很重視的情商就是調節這兩個的東西。

維基百科怎麼說的？它說智力和能力是指生物一般性的精神能力，包括了解、計劃、解決問題，以及抽象思維、表達意念及語言和學習的能力。有很多智力測驗說的就是測量這個精神能力，這是維基百科的說法。

做心理學理論的大家則提出了智能可以分為9大方面（多元智能理論）。實際上這9個方面把我們平時想得到的東西基本上都包含進去了，是以智能是非常寬泛的，行為學、認知科學都在裡面。那麼什麼是智能？可以說從自然科學、哲學甚至神學層面都有對智能、智慧的定義。也就是說，到現在沒有統一的定義或者公認的測量方法。亞裡士多德認為，關于智慧是一門關于第一原理的科學，擁有它已超出人類能力。還有人說，智能是自然界四大奧秘之一。總之，智能的邊界不是很清楚，我們這裡就不要糾結概念性的東西，而是把我們大家覺得是智能的東西實實在在往前做就可以了。

我們論壇是講腦科學與人工智能，我下面談談智能的生物機制問題，這個問題也是非常大的問題。

我看了一些文獻，有人從雙生子的角度（雙生子就是雙胞胎，它有同卵雙生和異卵雙生，同卵就是一個細胞分裂出來兩個小孩，異卵是兩個卵細胞生下來兩個小孩，這兩個的遺傳是不完全一樣的），經過雙生子研究結合韋氏智力量表，發現人腦的灰質的遺傳度達到0.82、白質達到0.87、工作記憶達到0.67。這篇文章進一步指出，腦的灰質、白質與智力的關系也具有很高的遺傳度，是以該文确實說明有的智慧完全靠後天學是不行的。這一點是否給人一個印象：腦袋越大越聰明？有人統計了哺乳類動物的情況，發現人的大腦在哺乳類動物中不是最大的，而且它與體重的占比也不是最大的，都是處在靠前面的位置但不是最大的，這就說明人之是以聰明不是簡單的因為人腦很大，而可能是腦功能子產品的組合優化所導緻。也就是說，人腦所具備的許多能力在其他動物中也有，但是它們可能隻是具有單一的能力，而我們擁有這些能力的綜合，我們的大腦比它們更優化，雖然是同樣一堆東西。

最近腦科學的一個非常熱的領域是腦網絡，這個腦網絡跟智力是什麼關系？有個研究做了這樣的事情，比如我們可以在靜息态下，測他的功能磁共振，也可以在任務态下測磁共振，看他的大腦有多少變化，就是研究靜息态到任務态時腦網絡的變化，如果網絡之間相關性高，就說明變化不大。結果發現，智商高的人，在做同樣任務時他的腦網絡改變小，智商低的人改變大。是以我就給其總結了一句話：“出活的人不費力”；而智商低一點的人可能大腦改變了很多，但是做的結果還沒有那麼好，是以“費力不一定能出活”的，是以每個人要幹适合自己的事情。

做腦科學研究有一個大家比較認可的思路，就是腦損傷研究，這個腦區是幹什麼的，找一個人，他的腦區因為各種原因受傷了，他的智力有什麼變化？能力又有什麼變化？有個研究發現，流體智力跟額葉、頂葉或枕葉這些區域是非常關聯的，這些區域受損的面積越大，它的流體智力降低就越多。這跟我小時候聽老人說的一個概念“前啄金，後啄銀”（四川方言）不謀而合。意思是說，看小孩先看他的額葉，額葉突出意味着這個小孩可能聰明，有前途；換成現在的話就是，額葉比較發達的話，他的智商就比較高，後面前途可能就比較好。除了前額葉以外，枕葉也很重要。實際上，現在大量的神經科學研究都表明額葉是非常重要的，很多重要的功能都在額葉完成的。

前面我們談到了，人的智力、智商這些東西确實是有腦科學基礎的，而且很多東西是由遺傳決定的。下面我講第三個方面——智力有沒有辦法調控？并介紹一些我們的相關工作。

關于聰明藥。有文獻說，2014年在英國、愛爾蘭有個調查，發現有3%以上的學生用過聰明藥，希望實作認知增強，這就有可能出現一個問題，聯考時會不會有家長給小孩買所謂的聰明藥去吃？另外一個調查顯示，外科醫生大概有20%的人在一生當中至少用過一次聰明藥。鑒于這個情況，除了體育運動等領域要搞興奮劑檢查外，現在很多人提出在智力比賽的領域，比如聯考或全球性的電子遊戲大賽都是靠腦力來拼輸赢的領域，可能以後也要引入是否服用了所謂聰明藥的問題。

然而，聰明藥到底是些什麼樣的藥？可惜文獻認為現在沒有大家公認的聰明藥，使用的往往是一些現成的處方藥的功能泛化，或者處方藥被非法購買或者被辨別外使用。這個藥本來告訴你治療某個病，而被另一些人當作了聰明藥用。舉個例子，處理注意力不集中（ADHD）的安非他明、利他林以及處理睡眠紊亂的莫達非尼，就被有的人擴大化為聰明藥使用了。這些藥本身是把病人調到正常狀态，是有科學依據的。但是這種東西能不能把一個正常人變的超常？這是沒有科學依據的，至少沒有人做過這種研究；同時，相關的副作用也沒有充分研究，是以我覺得還是要謹慎使用，尤其在聯考這種事情上，還是不要為了那幾分做這樣的事情。

那麼到底有沒有合法的聰明藥？文獻中舉的一個例子是尼古丁，看來抽煙還是有一定價值的，比如抽煙之後精神狀态好一些，注意力集中一些；還有一個例子就是咖啡因，大概喝咖啡的人都認同它有提神的效果。

聰明藥的事情可能在以後會成為一個重要話題，但是怎麼有效管理、有效使用是一個很重要的問題，涉及到倫理問題了。

腦智調控的音樂方法。典型的例子是莫劄特音樂效應。這個事情發生在1993年，一個學者在Nature上發了一篇一頁紙的文章，其中隻有一個圖，這個圖說，讓人聽莫劄特K48，他的空間推理能力會增強，就是智力會提高。這個事情的影響太大了，現在已經是很大一個産業，涉及胎教、兒童音樂教育，基本上家家戶戶都恨不得買個鋼琴，或者送孩子去做音樂教育訓練。這個事情到底是怎麼回事？

我們在前幾年做了一個研究，就是把莫劄特音樂反過來播，再看有什麼效果。據說現在的年輕人中，有些人喜歡反播音樂，且有專門的播放器。從科學研究的角度看，反過來播與順序播放的實體屬性是一樣的，可以排除不少幹擾因素。我們對老鼠做水迷宮實驗，讓老鼠聽了音樂之後再把它放在水迷宮裡去，看它找到目标的時間長短，如果找到目标的時間短，就說明它聰明一點。對大學生，就讓他做折紙實驗，以考察其空間推理能力。結果顯示，人和動物确實都有莫劄特效應，就是聽了莫劄特音樂之後，他的空間記憶能力比對照要強。但是出乎我們預料的是，聽反莫劄特音樂有副作用，就是聽了反的比不聽還糟糕，這個對反聽音樂的人來講或許是個提醒。

我們又做了神經生物學實驗，檢測了齒狀回的新生神經元的情況，發現聽莫劄特音樂的，神經元數量有增加，聽反莫劄特的神經元會減少。結論與上面的行為實驗結果高度一緻。

我們接着又問了一個問題，到底是莫劄特裡面的什麼東西在起作用？以前都是把音樂當成一個整體在進行研究，我們把音樂解開為單獨的節奏、單獨的音高進行類似的研究，結果發現，聽莫劄特的節奏（就是把音高全部變成一樣的）跟莫劄特音樂是一樣的，聽反的節奏也跟反聽莫劄特音樂一樣，而正反音高均無效應，這個實驗充分表明，莫劄特效應就是其節奏的效應。

遊戲調控辦法。遊戲是伴随着人類演化過程而出現的，以前沒有電子遊戲，人們也一直在玩其他的遊戲，我們小時候沒有這些東西，在山坡上打草仗也在玩，總之遊戲對人類是非常重要的。

昨天有人講，機器人陪小孩玩最多玩三天，因為它沒有電子遊戲的吸引力大。有調查發現，美國大概有1.875億遊戲使用者，占總人口的将近60%；中國有5.17億遊戲使用者，平均每天超過一個小時的1.47億人，這些都是正規的統計資料。

現在，電子遊戲實際上已經是一個非常大的産業，各個地方都在抓。總之，遊戲已經創造了一個虛拟世界，已經是影響我們人類的一個非常重要的因素，我們必須要面對它。

遊戲可大緻分為兩類，一類是角色扮演遊戲，據說這類遊戲相對容易讓人成瘾；另一種是對抗類的遊戲，它強調競争性、對抗性，這方面有官方的遊戲競賽，好像今年國内就有一個電子競技方面的大賽。

遊戲對大腦到底有什麼影響？我先簡單展示一下文獻中的發現，比如有研究發現它對知覺和運動能力有增強作用，對注意力有增強作用，對執行功能也有增強作用，可以增進記憶力的恢複等。總之，有大量的文章報道了遊戲的正面功能，當然也有一些報道了遊戲的負面功能，無論如何，遊戲已經是客觀在這兒，我們需要去認識它。

下面我給大家報告一下我們實驗室在這方面做的工作，第一個是關于電子遊戲對腦島的影響，我們發現遊戲專家組，他們的腦島的灰質體積有明顯的增加，而且腦島的亞區功能連接配接有明顯的加強。這篇文章發表後媒體很關注，Nature Asia專門進行了報道，國内科技日報等也進行了報道。

我們做的第2個工作就是電子遊戲對任務正網絡的影響，我們的研究發現，在與注意和認知有關的網絡上，動作遊戲專家的網絡參數，比如網絡效率比其他人的要好。

接着我們做了電子遊戲對全腦纖維連接配接的影響，現在有一個叫DTI的技術，能夠把大腦裡面的纖維連接配接成像出來，我們的結果發現，遊戲專家組的執行網絡、感覺運動網絡、注意力網絡的纖維連接配接顯著高于業餘組。此外，我們還做了1年的縱向研究，也得到了類似的結論。

最後探讨一下這個領域值得做的一些問題。

(1) 我們在這裡講智能、講資訊，那麼大腦資訊的備援性和穩健性的問題就是一個很好的問題。

(2) 神經編碼的問題，現在有一些基本的編碼理論，但還有很多現象無法解釋，需要創新神經編碼的理論來回答。

(3) 腦網絡現在非常火，并且發現了諸如小世界、無标度、富人俱樂部等現象，但人們對腦網絡的動态機制、認知基礎、重組規律仍然知之甚少。

(4) 腦科學還缺乏類似薛定谔方程之類的基礎理論，Karl Friston的Bayes大腦是否真的反映了大腦的工作原理？

（本報告根據速記整理）