第十三章 神经网络
人印象格外深刻。
另一个神经网络是由西德尼·莱基(Sidney Leopping)的复杂细胞。
网络和反传算法二者都在多处与生物学违背,但这个例子提出了这样一个回想起来应该很明显的问题:仅仅从观察脑中一个神经元的感受野并不能推断出它的功能,正如第十一章描述的那样,了解它的投射野,即它将轴突传向哪些神经元,也同样重要。
我们已经关注了神经网络中quot;学习quot;的两种极端情况:由赫布规则说明的无教师学习和反传算法那样的有教师学习。此外还有若干种常见的类型。一种同样重要的类型是quot;竞争学习quot;。①其基本思想是网络操作中存在一种胜者为王机制,使得能够最好地表达了输入的含义的那个单元(或更实际他说是少数单元)抑制了其他所有单元。学习过程中,每一步中只修正与胜者密切相关的那些连接,而不是系统的全部连接。这通常用一个三层网络进行模拟,如同标准的反传网络,但又有显著差异,即它的中间层单元之间具有强的相互连接。这些连接的强度通常是固定的,并不改变。通常短程连接是兴奋性的,而长程的则是抑制性的,一个单元倾向于与其近邻友好而与远处的相对抗。这种设置意味着中间层的神经元为整个网络的活动而竞争。在一个精心设计的网络中,在任何一次试验中通常只有一个胜者。
这种网络并没有外部教师。网络自己寻找最佳反应。这种学习算法使得只有胜者及其近邻单元调节输入权重。这种方式使得当前的那种特殊反应在将来出现可能性更大。由于学习算法自动将权重推向所要求的方向,每个隐单元将学会与一种特定种类的输入相联系。①
到此为止我们考虑的网络处理的是静态的输入,并在一个时间间隔后产生一个静态的输出。很显然在脑中有一些操作能表达一个时间序列,如口哨吹出一段曲调或理解一种语言并用之交谈。人们初步设计了一些网络来着手解决这个问题,但目前尚不深入。(NEt talk确实产生了一个时间序列,但这只是数据传入和传出网络的一种方法,而不是它的一种特性。)
语言学家曾经强调,目前在语言处理方面(如句法规则)根据人工智能理论编写的程序处理更为有效。其本质原因是网络擅长于高度并行的处理,而这种语言学任务要求一定程度的序列式处理。脑中具有注意系统,它具有某种序列式的本性,对低层的并行处理进行操作,迄今为止神经网络并未达到要求的这种序列处理的复杂程度,虽然它应当出现。
真实神经元(其轴突、突触和树突)都存在不可避免的时间延迟和处理过程中的不断变化。神经网络的大多数设计者认为这些特性很讨厌,因而回避它们。这种态度也许是错的。几乎可以肯定进化就建立在这些改变和时间延迟上,并从中获益。
对这些神经网络的一种可能的批评是,由于它们使用这样一种大体上说不真实的学习算法,事实上它们并不能揭示很多关于脑的情况。对此有两种答案。一种是尝试在生物学看来更容易接受的算法,另一种方法更有效且更具有普遍性。加利福尼亚州立大学圣迭戈分校的戴维·齐帕泽(David Zipser),一个由分子生物学家转为神经理论学家,曾经指出,对于鉴别研究中的系统的本质而言,反传算法是非常好的方法。他称之为quot;神经系统的身份证明quot;。他的观点是,如果一个网络的结构至少近似于真实物体,并了解了系统足够多的限制,那么反传算法作为一种最小化误差的方法,通常能达到一个一般性质相似于真实生物系统的解。这样便在朝着了解生物系统行为的正确方向上迈出了第一步。
如果神经元及其连接的结构还算逼真,并已有足够的限制被加入到系统中,那么产生的