人工智能:从单细胞生物的智能说起
2018-05-17 23:27
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我们抛开所有傲慢和偏见,了解一下单细胞生物的智商:
它有一个细胞膜,细胞膜内的物质与细胞膜外的物质应该是不同的,内外存在压力差,导致草履虫个体被撑起来,近似圆筒状的鞋底。它外表有很多纤毛,纤毛能感知水流(也是压力差)——压力差可能来自水的势能差,或附近其他生物搅动造成的。它能判断压力差的大小而做出相应的反应:
水流压力差很大,对它来说是不可抗力,它只能随波逐流;
水流压力差很小,它也无力抵抗,随波逐流;
水流压力差轻微,它会尽可能的摆动纤毛,让水中的细菌等有机质进入它的口中;
水流压力差为零,水体平静,它会调节细胞内的气泡,让自己动起来,向有机物多的水域靠近。
那么问题来了——它没有眼睛,如何知道哪里的水域有机质丰富?
户外清洁的水体受到阳光照射,升温较快,温度随水深而降低;
户外水质富养的区域由于水表层被有机物遮挡了一些阳光,导致表层下的水温低于附近水体纯净的区域;
细胞内液体的不同的化学物质(生物细胞内有各种氨基酸、线粒体、金属离子等)在不同温度下的活跃的频率是不同的,也就是能感知极小的温度差;
细胞尾部的某个氨基酸离子比头部同类氨基酸离子稍微活跃一丁点,在细胞内部形成某种生物电位差;
电位差让草履虫得出“尾部区域可能是富养水域”的判断;
草履虫驱动纤毛,调整体位(调转方向),向尾部富养水域游去;
游多长时间可以进入到富养水域——它不知道,但却策动纤毛不断地游;
草履虫的寿命约24小时,能否在生命尽头游到目标水域——它应该不知道,但它只是策动纤毛不断地游向目标。
又引出一个问题:草履虫是单细胞,没有神经系统,如何具备“根据某种信号,调转身体,驱动纤毛,游向富养水域”的简单智慧?
假设是某种简单的“生物算法”(比“智慧”低的判断能力):当生物电位差信号在某个值的范围内,则驱动生物的某种能力(如策动纤毛);
策动纤毛游向那个方向:电位差应该有“向量”,所以还需假设每个草履虫有一个虚拟的三维坐标系,细胞内空间A点与空间B点的电位差及向量的值,是“生物算法”。
智慧的个体需要感知外部周围的信息(外界水流压力差);
智慧的个体需要感知内部的信息(细胞内物质的化学和物理性质);
智慧的个体是有“意识”——即内部信息是否需要对外部信息进行反应(水流压力差大小不同,反应不同);
体现智慧的算法应该是建立在多维时空(暂且是三维空间 + 一维时间)。
从草履虫说起
我们不细究草履虫的个体和品种的差异,也不细究草履虫社会的生态,仅仅只是用人类的眼光来观察一只具有生命力的草履虫(下列描述有一些属于猜想,并非是科学结论)。它有一个细胞膜,细胞膜内的物质与细胞膜外的物质应该是不同的,内外存在压力差,导致草履虫个体被撑起来,近似圆筒状的鞋底。它外表有很多纤毛,纤毛能感知水流(也是压力差)——压力差可能来自水的势能差,或附近其他生物搅动造成的。它能判断压力差的大小而做出相应的反应:
水流压力差很大,对它来说是不可抗力,它只能随波逐流;
水流压力差很小,它也无力抵抗,随波逐流;
水流压力差轻微,它会尽可能的摆动纤毛,让水中的细菌等有机质进入它的口中;
水流压力差为零,水体平静,它会调节细胞内的气泡,让自己动起来,向有机物多的水域靠近。
那么问题来了——它没有眼睛,如何知道哪里的水域有机质丰富?
户外清洁的水体受到阳光照射,升温较快,温度随水深而降低;
户外水质富养的区域由于水表层被有机物遮挡了一些阳光,导致表层下的水温低于附近水体纯净的区域;
细胞内液体的不同的化学物质(生物细胞内有各种氨基酸、线粒体、金属离子等)在不同温度下的活跃的频率是不同的,也就是能感知极小的温度差;
细胞尾部的某个氨基酸离子比头部同类氨基酸离子稍微活跃一丁点,在细胞内部形成某种生物电位差;
电位差让草履虫得出“尾部区域可能是富养水域”的判断;
草履虫驱动纤毛,调整体位(调转方向),向尾部富养水域游去;
游多长时间可以进入到富养水域——它不知道,但却策动纤毛不断地游;
草履虫的寿命约24小时,能否在生命尽头游到目标水域——它应该不知道,但它只是策动纤毛不断地游向目标。
又引出一个问题:草履虫是单细胞,没有神经系统,如何具备“根据某种信号,调转身体,驱动纤毛,游向富养水域”的简单智慧?
假设是某种简单的“生物算法”(比“智慧”低的判断能力):当生物电位差信号在某个值的范围内,则驱动生物的某种能力(如策动纤毛);
策动纤毛游向那个方向:电位差应该有“向量”,所以还需假设每个草履虫有一个虚拟的三维坐标系,细胞内空间A点与空间B点的电位差及向量的值,是“生物算法”。
粗浅的结论:
草履虫具备“单细胞生物的智能(智慧和能力)”;智慧的个体需要感知外部周围的信息(外界水流压力差);
智慧的个体需要感知内部的信息(细胞内物质的化学和物理性质);
智慧的个体是有“意识”——即内部信息是否需要对外部信息进行反应(水流压力差大小不同,反应不同);
体现智慧的算法应该是建立在多维时空(暂且是三维空间 + 一维时间)。
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