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神经地经济学家并从未直接在人类中找到关于空间思维的中央难点,即大家或然都生活在微型机模拟条件中
2020-05-02 17:34

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本文由腾讯数码独家发布

  生物学方面的研究内容很广泛,它包括低等、高等植物、微组织、昆虫、脊椎动物、活组织培养以及生物聚合物等的研究;也研究生命活动的过程——遗传学、可变性、细胞分裂、胚胎发育等。到目前为止,空间生物学方面的研究重点集中在植物栽培上。在空间栽培高等植物,对宇宙航行、特别是远距离星际航行解决食物问题有着现实、迫切和根本的意义。

一个可以完美模拟虚拟世界的空间 - 科幻小说系列星际迷航的虚构全息甲是着名的。为了探索生物体的定位和空间思维,生物学家现在已经开发出一种类似的系统:一种用于神经生物学模型动物的全息甲板

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  前苏联在礼炮号航天站进行的第一批植物栽培试验,曾显示了一种可怕的失望:他们在航天站试验田里播种了豌豆和小麦,开头长得不错,接着它们相继在成熟期死亡。

  • 苍蝇,鱼和老鼠。研究人员解释说,该系统允许在现实世界中无法实现的实验。

黑客帝国

  直到1982年,航天员安·贝勒车伏依和万·莱必得夫在航天站工作期间,试验播种少量阿拉伯香草,它们发芽生长并获得了种子,全过程成功了。这些种子带回地面播种后,长出了新的一代,而且长势良好,给人们带来了一线希望。经过不断努力研究,科学家又在礼炮7号航天站试验园里种植莴苣,经200多天飞行,不仅长得很好,并且获得好收成,与地面温室内收成相比,不相上下。这些实验证明:在失重状态下,高等植物能通过其生长的所有阶段,不一定会在成熟期死亡。这个结果有十分重要的意义。地面进行的模拟试验以及在航天站反复进行的一系列试验都证实了上述结论。

当人们在新环境中旅行时,他们如何定位自己,他们如何估计他们旅行的距离?作为一项规则,神经科学家并没有直接在人类中找到关于空间思维的基本问题,而是在模型动物中。然而,在这项研究中存在一个挑战:动物和人类使用感官输入来更新他们的心理地图,这使得这些运动与感觉不可分割。为了理解大脑如何处理不同的信息,因此能够解决彼此的各个方面是理想的。

《黑客帝国》上映于约20年前,而且这部经典科幻电影的影响力已经成为一种文化现象,远远超出了科幻小说的范畴。虽然这部电影在当时被普遍认为是科幻小说,但它也某种程度上支持了一个假说:即我们或许都生活在计算机模拟环境中。

  肩负重大使命的太空动物园

分离感知和行为

Rizwan Virk是麻省理工学院电子游戏项目Play Labs的执行董事,也是Tapjoy、Telltale Games和Discord等多家电子游戏初创公司的联合创始人和投资者。Rizwan Virk的新书《模拟假说》(The Simulation Hypothesis)中也提到这点,一位麻省理工学院的计算机科学家向我们展示了为什么人工智能、量子物理学和东方神秘主义者都认为我们生活在计算机模拟环境中。

  为了了解和验证动物的太空习性,以便为人类在不久的将来到太空去生活和工作摸索出一些经验和根据,人们开始了宇宙动物学的研究。在宇宙飞船上建立了动物实验室,即“太空动物园”。

在这种情况下,我们迄今为止羡慕电视连续剧星际迷航的科幻小说世界有一项发明:全息甲,阿尔伯特

路德维希大学弗莱堡的安德鲁斯特拉德说。但现在已经结束了,因为研究人员的梦想现在已经真正改变了:斯特劳和国际研究团队已经开发出类似全息甲板的系统来创建虚拟世界。我们创造了一个全面的,三维的虚拟现实,实验动物可以自由移动,斯特劳说。这使我们能够将我们准备的视觉景观与他们的行为和观念联系起来。

视觉景观包括例如垂直柱,各种植物或来自计算机游戏的所谓太空入侵者的数字。在该系统中,多个摄像机捕获鱼,苍蝇或鼠标的精确三维位置。计算机程序在几毫秒内记录动物的每次移动,以便可以始终将更新的虚拟环境图像投影在墙壁上。研究人员报告说,事实证明,动物实际上认为模拟物体是真实的,并且在不同的视觉环境中改变了它们的行为。

虚拟恐惧的高度和群体行为

研究人员面对该系统,例如,具有虚拟深渊的老鼠,因此能够记录他们对人工环境中的高度的恐惧。然而,在苍蝇的情况下,它们通过全息甲板中的视觉刺激改变了飞行方向。在鱼的情况下,焦点再次集中在蜂拥而至的行为上:科学家们用实验来模拟一群太空入侵者的数字,其中一只实验鱼继续前行。虚拟群被编程为将真鱼作为自身的一部分。这反过来对动物的行为产生了显着影响。

研究人员还第一次能够以复杂的方式操纵几个人之间的相互作用。他们开发了一种可以由计算机控制的漂浮鱼的照片级真实感模型。事实证明,当鱼将游泳方向重新调整到另一条真正的鱼时,它会跟随这个虚拟样本。简而言之:令人兴奋的可能性正在出现,研究人员对他们未来主义的玩具充满热情。所以你可能会好奇他们将会发现有关方向基础知识的内容。

虽然Nick Bostrom2003年的一篇文章在学术界和科学家中引发了广泛的讨论,但埃隆·马斯克(Elon Musk)在2016年的编码大会(Code Conference)上发表的关于电子游戏的看法,真正让许多科技行业人士更加认真地对待这个想法。马斯克指出,40年前,电子游戏就是Pong(以乒乓球为题材的游戏,基本上是两个方块和一个点),而今天,我们有了3D MMORPG(大型3D多人在线角色扮演游戏),以及逼真的VR和AR技术。

  现在,在太空动物园里旅居的都是中、小动物,如青蛙、兔子、猫、狗、猴、鸡、鱼和蜂等。苍蝇和老鼠为人类所憎恶,但作为研究的良好对象,也成为太空的座上客。而在地球上的动物园里尊为贵客的大型动物狮、虎、象等,由于运载上天所需的本钱太大,尚需等待时机。

不少电子游戏行业的业内人士和技术专家也开始思考,如何才能构建出像《黑客帝国》这样的世界,一个如此逼真的模拟,以至于与现实世界难以区分?很明显的是,目前我们的技术还不成熟,但不是大家想的那样。这不仅仅是图像分辨率、像素密度以及视觉真实感的问题。相反,这是要创建完全沉浸式体验并实时记录我们的反应。

  现在,让我们也来了解一些动物在太空生活的情况吧!

模拟世界

  科学家把几百只苍蝇分放在太空动物园的三个角落里,这三个角落的重力场各不相同:一个模拟地面,一个二倍于地面,再一个五倍于地面。结果发现,苍蝇们都喜欢到模拟地面重力的那个角落产卵生殖;在二倍于地面重力场的地方,苍蝇都萎靡不振,出现病态;而在五倍于地面重力场处的苍蝇,都很快地死去了。

那么我们离真正的模拟世界还有多远呢?我们能够创造出与物理现实难以区分的虚拟世界吗?在《模拟假说》中,有列出创建一个像黑客帝国这样包罗万象的虚拟世界所需经历的10个技术阶段。接下我们就来看一看到底需要经历怎样的发展过程。

  太空动物园里还装有6对雄雌老鼠和30只独身雄鼠,分别让它们在模拟地面和二倍、四倍于地面重力场的环境中生活。结果发现:老鼠的抵抗力大于苍蝇,任何环境下的老鼠都没有死亡。不过,大于地面重力环境里的老鼠都显得惊躁不安,并且在7天以后,它们的肌肉萎缩了,病态很严重。回到地面后解剖检查得知,它们的肌肉中粘多糖成分下降,胃壁细胞中的细胞质密度变小,胃中磷酸酶的活性增大。而在模拟地面重力环境下的老鼠,不但健康如常,而且有两对还在太空中成亲、交配、怀孕和分娩,生下的小老鼠在回到地面后仍能健康地活着。其他环境下的太空鼠都没有生育。

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  太空动物园里还养了一群黄蜂,在模拟地面重力场中生活的黄蜂筑巢和地面上基本一致,但在两倍于地面重力场下的黄蜂筑巢就与前者明显不同——沿着重力加大的方向巢壁加厚,以对抗重力加大产生的影响。这说明像黄蜂这样的低等动物,也会在太空特定环境中作出反应以求生存。另外,还发现在一倍半于地面重力时,黄蜂的筑巢速度最快。

通往模拟世界的各阶段

  在太空动物园的二倍于地面重力的区域里,还生活着一群小鸡。它们在那儿生活了18个星期后,回到地面时体重普遍下降,膝盖骨明显变形,肌丝受到损伤。

接着我们就从电子游戏的简史开始具体来看看这每一个阶段。

  此外,太空动物园中的猫、狗、猴的抵抗力都较好,猴子可以安全返回而不得什么“太空脖;狗也基本健康而归;相比之下,猫的身体状况欠佳。

第0-3阶段: 从文本到MMORPG游戏

  可以认为动物愈高等,自动调节适应太空变异的环境的能力愈强。

在电脑里探索世界的想法始于基于文字游戏,如20世纪70年代的Colossal Cave Adventure,接着在Zork I-III和Hitchhikers Guide to The Galaxy中达到了顶峰。第一个比较知名的图形游戏Pong直接引领了上世纪80年代的街机和家用视频游戏机热潮,其中包括Space invader和Pac Man等游戏。

  在有鱼类和青蛙参加的太空失重状态实验中发现,鱼的耐失重能力比青蛙好,青蛙的耐失重能力比猴子好。这说明水生动物的耐失重能力一般比陆生动物好,据推想可能是水生动物的细胞组织结构较疏松、较轻盈,对重力变化敏感度小些。

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  在太空动物园里生活,可以改变动物的遗传性能。比如:在太空孵出的鳃足虫,到第三代大都寿命不长。但草履虫的繁殖率却提高了4倍。据研究是太空辐射线使遗传物质中的染色体发生变异的原故。由于宇宙环境可以改变遗传能力,现已开始建立太空遗传学这门新学科。

3D视角和游戏化身的引入

直到图形街机游戏的与文本冒险的元素相结合,我们才真正开始沿着模拟世界的道路前进。这些原始RPG包括Kings Quest,Legend of Zelda等等。虽然这些都是简单的2D单人游戏,但它们也具备了现在3D MMORPG游戏,比如World of Warcraft和Fortnite的许多元素,可以探索的世界,以及可以移动的角色/化身。

从这个意义上讲,Toy Story(玩具总动员 1995)和Doom(毁灭战士 1993)是具有里程碑意义的,它们真正标志着3D图形和渲染技术的飞跃。渲染像Toy Story这样的电影每帧需要花费数小时,而Doom可以左右移动,场景也可以实时切换。Doom的首席程序员John Carmac后来成为Oculus的首席技术官,为现代虚拟现实技术的发展做出了巨大贡献。

第5阶段:虚拟现实,增强现实,介导现实和完全沉浸

基于3D MMORPG游戏,如今的虚拟现实和增强现实系统让科幻小说更贴近现实。例如,在去年的《头号玩家》电影中,角色不仅可以通过头显体验VR,还可以使用触觉手套、全身套装,甚至是全方位的跑步机来增加游戏真实感。在现实世界中,这些项目的某些已经在开发中,而且甚至现在已经可以在市场上买到。

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来源:华纳兄弟电影公司

第6阶段:建造《星际迷航》中的复制器和全息甲板

第6阶段包括3D打印机和光场技术,它们代表了虚拟物体制作技术的重大飞跃。事实上,这些技术比较像是《星际迷航》中的复制器和全息甲板,而不是电子游戏。3D打印机的基本原理是,几乎任何物理对象都可以进行建模,然后打印为一系列3D物体。

如今的3D打印机一般只能打印一种“墨水”(通常是一种单色热塑性塑料),此前打印或阿斯顿·马丁(Aston Martin)汽车1/3比例的模型,以及真正的枪。最近,一个以色列团队能够利用病人的细胞打印出1/3比例的器官。如果这种趋势继续下去,3D打印机的未来将会很广阔。

虽然今天的AR头显依然依赖于物理头显,但杨百翰大学和麻省理工学院正在进行研究,利用光场技术模拟光从物体上的反射。这也在某种程度上表明,在未来10年到20年内,我们有可能不需要戴头显感觉到像真实物体的逼真全息图。

第7-8阶段:大脑接口和记忆植入

现在让我们回到那部电影,《黑客帝国》中的虚拟世界对Neo这样的人类来说如此真实的一个主要原因是,这些图像直接被发送到他们的大脑中,在这种情况下是通过连接大脑皮层的一根电线发送的。基本上,这是大脑被欺骗了,认为这种体验是真实的。然后Neo在一个装有电线的舱中醒来,这根电线连接到他的大脑皮层,负责向他的大脑发送图像并记录他的反应。

要想真正创造出这样的东西,我们需要绕过目前的VR和AR眼镜,直接与大脑或者说意识连接,读取我们的意图,并将游戏世界可视化。

过去十年取得的进步显示,大脑接口并不像我们想象的那么遥远。在这个领域的初创企业包括Neurable,这家公司致力于开发BCI,在虚拟现实中只用你的大脑控制物体。另一家创业公司Neuralink(由埃隆?马斯克出资)声称,基于科幻作家Iain Banks的理念,该公司开发了高带宽和安全的脑机接口。

最近,华盛顿大学(University of Washington)和卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的一组研究人员利用头盖骨和脑电波,在3名玩家之间发送如何移动俄罗斯方块的信息,其中两名玩家能看到屏幕,一名玩家不能,实际上这是一种电子形式的心灵感应。

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2011年和2016年,加州大学伯克利分校的研究人员通过测量参与者的大脑活动,重建了他们所观看的低分辨率电影预告片。这项研究表明,在不久的将来,记录我们的梦境是可能的。

所以,我们很容易就能读懂大脑意图。但相反的情况呢,我们是否能影响大脑意识,或者说是否可以向大脑植入记忆。

Wilder penfield在上世纪50年代做的实验表明,记忆可以通过电信号在大脑内部触发。听起来像是Blade Runner,记忆也可以被植入。

2013年,麻省理工学院的一组研究人员在研究阿尔茨海默氏症(Alzheimer’s)时发现,他们可以在老鼠的大脑中植入虚假记忆,这些记忆最终与真实记忆在大脑中具有相同的神经结构。这只是啮齿动物的简单反应,但技术上看来还是有希望的。

如果记忆可以被伪造,那么我们可能正在进入斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)警告过的那个世界。他说,“历史和我们的记忆可能只是幻觉。是过去告诉我们我们是谁,没有它,我们就丢失了自己的身份。”

第9-10阶段: 人工、模拟和可下载的意识

人工智能和人工意识在今天来说相对比较普遍,但还不够成熟,还是比较原始的形式。以电子游戏中的NPC为例。这些都是可以在虚拟世界中移动并进行互动的虚拟角色,但是他们还无法通过图灵测试。图灵测试由计算机先驱艾伦·图灵(Alan Turing)创建,基本上是一种对人工智能的测试方法。

尽管我们不完全了解意识,但人工智能是当今计算机科学中发展最快的领域之一。此前,大家也都知道,人工智能已经在国际象棋和围棋等传统游戏中给人类带来了不小的竞争压力。中国新华社最近推出了虚拟新闻主播,可以像真人一样阅读新闻。人工智能还可以生成深度假照片,这些照片与真实照片几乎没什么区别。最近,一段使用人工智能将汽车从场景中抹除的视频在网上疯传,效果相当惊人。

超人类主义运动的领导者之一、谷歌未来学家Ray Kurzweil认为,我们正在接近超智能人工智能的奇点,而且是以另一种方式,将意识下载到基于硅的设备上,将我们的思维永远保存。

相信这一点的人认为,我们所需要做的就是复制大脑中的神经元和神经连接,即1012个神经元通过1015个突触形成各种神经网络。虽然这个想法在20年前似乎是无法想象的,但今天,研究小组已经用更少的神经元和连接来模拟老鼠大脑中的神经元。Ray Kurzweil认为这个想法将在2045年实现。

另一些人则认为意识更为复杂,更接近于哲学和宗教的讨论。世界上的大多数宗教已经涉及到了意识:出生起开始记录,在死亡时上传。电子游戏的隐喻提出了一种可能性,即既存在纯粹人为的PC,也存在纯粹人为的NPC。

虚拟世界和真实世界

硅谷着名风险投资家Marc Andreeson曾说过一句名言:“软件正在吞噬世界。”然而,这本关于《模拟假说》的部分观点是,计算机科学似乎正在为其他科学提供新的理解和基础。

从前,物理学和生物学被认为是对物理对象的研究。今天,物理学家和生物学家得出这样的结论,信息是打开科学大门的钥匙。例如,基因如果不是在生物计算机中存储信息的一种方式,那么它就什么都不是。物理学家John Wheeler是最后一批曾与爱因斯坦(Albert Einstein)共事的人之一。当他表示,“It from bit”,他认定世界上没有物质世界,一切都归结为信息。

如果这一切都是信息,那么我们目前的技术发展趋势将很快把我们引向模拟世界。看看上面列举的这些阶段,其中许多将在2050年之前完成,但有一些,比如下载意识,估计最多在100-200年内可以实现,我们将拥有构建我们自己的模拟世界所需的技术基础。

牛津大学的Nick Bostrom在他的论文“你生活在模拟世界中吗?”中,他认为,如果这种技术能够实现出来,那么很有可能已经被宇宙某处的先进文明先创造出来了。如果是这样的话,我们又怎么知道我们不是生活在一个巨大的模拟世界里的呢?