作者:田瑞颖 来源:中国科学报 发布时间:2020/9/25 9:51:43
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“换位思考”人类专属?机器人:我也能

 

“你是机器人吗?为什么不能站在我的位置上想想?”

每当人们发生争执时,这种耳熟能详的“灵魂拷问”总能让人哑口无言。然而,现实可能是“残酷”的,也许机器人比你更懂得“换位思考”。

近日,中国科学院自动化研究所研究员、类脑智能研究中心副主任曾毅团队提出机器人类脑思维揣测模型,实现了机器人的自我经验学习,并可以对他人信念进行揣测和预测,这种“换位思考”距离“我懂你”更进一步,相关研究成果发表于《Frontiers in Neurorobotics》。

曾毅在接受《中国科学报》采访时表示:“类脑思维揣测模型为将来智能体在此基础上获得更深刻的情感共情奠定了基础,只有具备认知共情与情感共情等思维揣测能力,才能够使未来的人工智能与人类和谐共生。”

从“冷冰冰”走向“我懂你”

思维揣测是指个体理解自己与他人的心理状态,包括情绪、知识、意图、期望、思考和信念等,并藉此信息预测和解释他人行为的一种能力。

曾毅解释道:“智能体的思维揣测模型就是期望使人工智能获得思维揣测的能力,简单而言,就是使机器人实现‘换位思考’。”

“思维揣测是情感共情的基础与根源,理解自己和他人的信念、知识、意图、观点等不同,无论对于人类还是人工智能都非常重要。”曾毅说,“缺乏思维揣测能力的机器人只能依靠明确的命令和具体的操作进行‘冷冰冰’的交互,不具备‘换位思考’的能力,也就不具备真正理解环境中其他智能体和其他生命体(包括人类、动物)的能力。”

然而,思维揣测作为一种高级认知功能,其神经基础和神经机制尚未彻底明确,“如何结合现有研究基础,探索思维揣测机制,构建计算可行的类脑思维揣测理论模型是需要解决的关键问题。”曾毅表示。

为解决这一关键问题,曾毅团队结合认知心理学、神经影像学、脑科学等学科在思维揣测领域的研究成果,确定了思维揣测的神经基础,即所涉脑区、脑区功能及神经环路,并采用脉冲神经网络对所涉脑区进行认知功能建模,详细构建了脑区间信息环路的连接结构。

此外,曾毅团队还融合抑制控制机制,构建了类脑思维揣测模型,使智能体可以利用自身经验完成对其他个体信念的推理。“这是继机器人通过镜像测试,获得初步自我感知能力后开展的又一次大胆尝试。”曾毅说。

从“类脑”走向“类人”

“目前,国内外对于机器人思维揣测模型的研究相对较少,且大多数研究与真正的脑神经机制相去甚远。有些研究认为思维揣测并不需要第一视角的自身经验,但是从认知科学和心理学角度来看,不具备自身经验的预测行为,并不是认知意义上的思维揣测,恐怕也不是真正对智能体思维的理解。” 曾毅坦言。

与其他模型不同,曾毅团队提出的思维揣测模型强调自身经验和脑区发育对思维揣测能力的影响,通过模拟包括颞顶联合区,内侧前额叶在内的多个脑区及脑区间信息传递的通路,特别是额下回和颞顶联合区的自我视角抑制、额下回和腹内侧前额叶的自我信念抑制,然后将模型部署到Nao机器人上,通过“不透明——透明眼罩测试”来验证模型的效果。

“不透明-透明眼罩测试”包括训练和测试部分。首先将机器人分为两组,一组为“不透明眼罩组”,一组为“透明眼罩组”,两组外观一致。

在训练中,首先将物体(如瓢虫)放在两个黑色矩形框的其中一个之上,然后分别将不透明眼罩和透明眼罩插入到机器人和物体之间,问机器人“瓢虫在哪”,使机器人学习眼罩的特性。

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随后,研究团队开展了让被试机器人(红色机器人)推理表演机器人(蓝色机器人)信念的测试。首先,研究人员将瓢虫放在其中一个黑色矩形框上,再将瓢虫藏在黄色盒子中,随后将眼罩插入到表演者机器人和瓢虫之间,并将物体移动到另一个黑色矩形框上,然后将瓢虫藏在绿色盒子中,最后将眼罩移开。

“对蓝色机器人来说,瓢虫在哪里?” 当研究人员向被试的红色机器人提问时,根据自身经验的不同,“透明眼罩组”的红色机器人和蓝色机器人对物体位置的信念一致,红色机器人会指向右侧盒子;而“不透明眼罩组”则不一致,红色机器人会指向左侧的盒子。

随后,研究人员又向被试的红色机器人提问:“对你自己来说,瓢虫在哪里?”。结果显示,“不透明眼罩组”和“透明眼罩组”的红色机器人都会指向绿色盒子。

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曾毅解释道:“抑制控制是思维揣测过程中的重要机制,我们认为额下回和颞顶联合区之间、额下回和腹内侧前额叶之间的成熟连接是自我视角抑制和自我信念抑制的神经基础。”

为验证抑制控制对实验结果的影响,曾毅团队设定了不同的连接强度。研究发现,当额下回和颞顶联合区之间的连接未成熟时,被试机器人无法抑制自我感知的信息,因此无法正确推理表演机器人对物体位置的信念;当额下回和颞顶联合区之间的连接成熟,但额下回和腹内侧前额叶之间的连接未成熟时,虽然被试机器人可以正确推理表演机器人对物体位置的信念,但无法抑制自身对物体位置的信念。

然而,当额下回和颞顶联合区,额下回和腹内侧前额叶之间的连接都成熟时,被试机器人不仅可以抑制自我感知的信息,还能抑制自我信念。

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曾毅表示:“虽然这是初步的类脑思维揣测模型,尚有很多问题待解决,但该模型为未来智能体在此基础上获得更深刻的情感共情奠定了基础,未来将不断尝试突破不同的高级认知功能,使机器人距离实现‘机理类脑,行为类人’的目标更近。”

从“学习”走向“遵守”

实际上,曾毅团队于2017年就开始了机器人思维揣测模型的研究,而当时思维揣测的脑机制尚未完全明确,要开展类脑思维揣测模型的研究,必须通过计算建模填补认知空白。

为克服这一困难,曾毅团队广泛调研了认知心理学、神经影像学、脑科学等学科在思维揣测领域的研究成果,确定了不同实验范式中一致激活的脑区和脑区功能,并结合团队人员对机制的猜想及在认知功能建模方面的研究基础,以计算建模来检验目前尚不完全清晰的假设,最终构建类脑思维揣测模型。

在曾毅看来,不合理的假设难以与已知的认知神经机制融合并取得一致性,而在神经科学研究还无法提供足够的机制基础时,融合已知神经机制,通过计算建模填补认知空白,以构建具有生物合理性和可行性的“真智能”,“这正是类脑智能研究的重要意义之一。”

对于未来的计划,曾毅坦言:“对思维揣测的计算建模,构建具有思维揣测能力的智能体只是第一步。接下来,要将类脑思维揣测模型应用于使智能体自主习得与环境、其他智能体以及人类交互过程中应当遵守的‘道德’规范。”

在曾毅看来,人类是脆弱的,正因如此,人类构建了道德与伦理并成为人类和谐共生的契约,“而真正使人类理解道德和伦理的内涵并付诸行动的动机的基础,正是思维揣测。”

“基于类脑思维揣测的智能模型使人工智能体能够通过交互,真正理解“习得”人类道德与伦理,是未来人工智能与人类和谐共生的必经之路。”曾毅说。

 
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