堯德中：人之所以聰明不是因為人腦大，是腦功能模塊的組合優導致

2017年5月21日，由中國人工智慧學會、中文信息學會主辦，億歐承辦的2017·全球人工智慧技術大會在北京·國家會議中心拉開帷幕，學術界、工業界、高校師生參與其中，5月22日上午為腦科學與人工智慧分論壇。主講嘉賓包括電子科技大學生命科學與技術學院院長-堯德中、清華大學醫學院教授-宋森、北京納通醫療集團董事長-趙毅武、浙江大學計算機學院教授-潘綱等。

電子科技大學生命科學與技術學院院長、教授、神經信息教育部重點實驗室和科技部國際聯合研究中心主任堯德中以腦智基礎及其調控為題做了演講。

以下為觀點提煉：

1、人之所以聰明不是簡單的因為人腦很大，而可能是腦功能模塊的組合優化所導致

2、智能的定義是從感覺到記憶到思維的整個過程，稱為智慧，有智慧就會產生語言和行為，語言和行為的表達過程稱為能力，兩者結合起來才叫智能

以下為演講速記：

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，這也是國內的專家寫的，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，有智慧就會產生語言和行為，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。

維基百科怎麼說的呢？它說智力和能力是指生物一般性的精神能力，包括理解、計劃、解決問題，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，所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。亞里士多德認為，關於智慧是一門關於第一原理的科學，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慧，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、白質與智力的關係也具有很高的遺傳度，所以該文確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：腦袋越大越聰明呢？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，而且它與體重的佔比也不是最大的，都是處在靠前面的位置但不是最大的，這就說明人之所以聰明不是簡單的因為人腦很大，而可能是腦功能模塊的組合優化所導致。也就是說人腦所具備的許多能力在其他動物中也有，但是他們可能只是具有單一的能力，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路，這個腦網路跟智力是什麼關係呢？有個研究做了這樣的事情，比如我們可以在靜息態下，測他的功能磁共振，也可以在任務態下測磁共振，看它的大腦有多少變化，就是研究靜息態到任務態時腦網路的變化，如果網路之間相關性高，就說明變化不大。

結果發現，智商高的人，他在做同樣任務的時候他的腦網路改變小，智商低的人改變大。所以我就給他總結了一句話，「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，所以「費力不一定能出活」的，所以每個人要干適合自己的事情。

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（四川方言）「前啄金，後啄銀」不謀而合。意思是說，看小孩先看他的額葉，額葉突出意味著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、智商這些東西確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？下面我介紹一些相關的工作：

1、關於聰明葯。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葯，希望實現認知增強，這就有可能出現一個問題，高考的時候會不會有家長給小孩買所謂的聰明葯去吃呢？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葯。鑒於這個情況，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，比如高考或全球性的電子遊戲大賽都是靠腦力來拼輸贏的領域，可能以後也要引入是否服用了所謂聰明葯的問題。

然而，聰明葯到底是些什麼樣的葯呢？可惜文獻認為現在沒有大家公認的聰明葯，使用的往往是一些現成的處方葯的功能泛化，或者處方葯被非法購買或者被標識外使用。這個葯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葯使用了。這些葯本身是把病人調到正常狀態，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，所以我覺得還是要謹慎使用，尤其在高考這種事情上，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葯？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態好一些，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。

聰明葯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。

2、腦智調控的音樂方法。典型的例子是莫札特音樂效應。這個事情發生在93年，一個學者在Nature上發了一篇一頁紙的文章，其中只有一個圖，這個圖說，讓人聽莫札特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產業，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培訓。這個事情到底是怎麼回事？

我們在前幾年做了一個研究，就是把莫札特音樂反過來播，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物理屬性是一樣的，可以排除不少干擾因素。我們對老鼠做水迷宮實驗，讓他聽了音樂之後再把老鼠放在水迷宮裡去，看它找到目標的時間長短，如果找到目標的時間短，就說明它聰明一點。對大學生，就讓他做摺紙實驗，以考察其空間推理能力。結果顯示，人和動物確實都有莫札特效應，就是聽了莫札特音樂之後，他的空間記憶能力比對照要強。但是出乎我們預料的是，聽反莫札特音樂有副作用，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，發現聽莫札特音樂的，神經元數量有增加，聽反莫札特的神經元會減少。結論與上面的行為實驗結果高度一致。

我們接著又問了一個問題，到底是莫札特裡面的什麼東西在起作用呢？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，聽莫札特的節奏（就是把音高全部變成一樣的）跟莫札特音樂是一樣的，聽反的節奏也跟反聽莫札特音樂一樣，而正反音高均無效應，這個實驗充分表明，莫札特效應就是其節奏的效應。

下面，我再講一個調控方法，就是遊戲。遊戲是伴隨著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1.875億遊戲用戶，佔總人口的將近60%，中國有5.17億遊戲用戶，平均每天超過一個小時的1.47億人，這些都是正規的統計數據。

現在，電子遊戲實際上已經是一個非常大的產業，各個地方都在抓。總之，遊戲已經創造了一個虛擬世界，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。

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

下面我給大家報告一下我們實驗室在這方面做的工作，第一個是關於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有明顯的加強。這個文章發表後媒體很關注，Nature Asia專門進行了報道，國內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路的影響，我們的研究發現，在與注意和認知有關的網路上，動作遊戲專家的網路參數，比如網路效率比其他人的要好。

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

最後探討一下這個領域值得做的一些問題。

1）我們在這裡講智能、講信息，那麼大腦信息的冗餘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）腦網路現在非常火，並且發現了諸如小世界、無標度、富人俱樂部等現象，但人們對腦網路的動態機制，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諤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？我的介紹就到這裡，謝謝大家！

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