第十三章 神经网络
模型可能是有用的,它与现实情况足够相似。这样便允许仔细地研究模型各组成部分的行为。与在动物上做相同的实验相比,这更加快速也更彻底。
我们必须明白科学目标并非到此为止,这很重要。例如,模型可能会显示,在该模型中某一类突触需要按反传法确定的某种方式改变。但在真实系统中反传法并不出现。因此模拟者必须为这一类突触找到合适的真实的学习规则。例如,那些特定的突触或许只需要某一种形式的赫布规则。这些现实性的学习规则可能是局部的,在模型的各个部分不尽相同。如果需要的话,可能会引入一些全局信号,然后必须重新运行该模型。
如果模型仍能工作,那么实验者必须表明这种学习方式确实在预测的地方出现,并揭示这种学习所包含的细胞和分子机制以支持这个观点。只有如此我们才能从这些quot;有趣quot;的演示上升为真正科学的有说服力的结果。
所有这些意味着需要对大量的模型及其变体进行测试。幸运的是,随着极高速而又廉价的计算机的发展,现在可以对许多模型进行模拟。这样人们就可以检测某种设置的实际行为是否与原先所希望的相同,但即便使用最先进的计算机也很难检验那些人们所希望的巨大而复杂的模型。
quot;坚持要求所有的模型应当经过模拟检验,这令人遗憾地带来了两个副产品。如果一个的假设模型的行为相当成功,其设计者很难相信它是不正确的。然而经验告诉我们,若干差异很大的模型也会产生相同的行为。为了证明这些模型哪个更接近于事实,看来还需要其他证据,诸如真实神经元及脑中该部分的分子的准确特性。
另一种危害是,对成功的模型过分强调会抑制对问题的更为自由的想像,从而会阻碍理论的产生。自然界是以一种特殊的方式运行的。对问题过于狭隘的讨论会使人们由于某种特殊的困难而放弃极有价值的想法。但是进化或许使用了某些额外的小花招来回避这些困难。尽管有这些保留,模拟一个理论,即便仅仅为了体会一下它事实上如何工作,也是有用的。
我们对神经网络能总结出些什么呢?它们的基础设计更像脑,而不是标准计算机的结构,然而,它们的单元并没有真实神经元那样复杂,大多数网络的结构与新皮层的回路相比也过于简单。目前,如果一个网络要在普通计算机上在合理的时间内进行模拟,它的规模只能很小。随着计算机变得越来越快,以及像网络那样高度并行的计算机的生产商业化,这会有所改善,但仍将一直是严重的障碍。
尽管神经网络有这些局限性,它现在仍然显示出了惊人的完成任务的能力。整个领域内充满了新观点。虽然其中许多网络会被人们遗忘,但通过了解它们,抓住其局限性并设计改进它们的新方法,肯定会有坚实的发展。这些网络有可能具有重要的商业应用。尽管有时它会导致理论家远离生物事实,但最终会产生有用的观点和发明。也许所有这些神经网络方面的工作的最重要的结果是它提出了关于脑可能的工作方式的新观点。
在过去,脑的许多方面看上去是完全不可理解的。得益于所有这些新的观念,人们现在至少瞥见了将来按生物现实设计脑模型的可能性,而不是用一些毫无生物依据的模型仅仅去捕捉脑行为的某些有限方面。即便现在这些新观念已经使我们对实验的讨论更为敏锐,我们现在更多地了解了关于个体神经元所必须掌握的知识。我们可以指出回路的哪些方面我们尚不足够了解(如新皮层的向回的通路),我们从新的角度看待单个神经元的行为,并意识到在实验日程上下一个重要的任务是它们整个群体的行为。神经网络还有很长的路要走,但它们终于有了好的开端。
①查尔斯·安德森(charlesAnderson)和戴维·范·埃森提