概念计算

定义

概念计算是发生在概念网络^[1]中的计算。概念计算是人类智能(以及未来的人工智能)的关键要素。

推理、推断或思考，通俗地用来指概念计算的外在可观察到的效果。

人类智能有三个要素：

• 概念网络^[1]使大脑的硬件具有两个基本属性（1）自组织所需的网络级奖励和（2）功能依赖的架构
• 记忆使大脑的软件在很大程度上基于概念网络^[1]中的微观结构变化
• 概念计算是心智软件在心智硬件中通过（1）扩散激活和（2）注意力运行的方式

推理即计算

在解决问题的过程中，把推理看成是一种概念计算是有帮助的。它使得解释大脑在多个研究领域的几乎所有特性成为可能。

计算的模型有很多，图灵机就是一个典型的例子。在此，我提出了一个更简单的模型，反映了大脑如何工作。该模型是说明性的，不需要正式的数学语言。它有助于解释大脑在解决问题时的操作。这是相当琐碎的，说明一个概念网络^[1]如何实现图灵机，其中大脑通过人类文化的延伸可能近似于抽象机器的无限纸带。事实的一个重要含义是，人脑对现实的建模能力几乎是无限的。

概念网络

概念网络^[1]是由概念链接连接起来的概念的网络。在人的大脑中，这个网络对应的是可以住在脑海中的概念。

概念：当大脑想到一个物体或一个想法时，一个概念就会在脑海中亮起。一个概念对应着一组脑细胞，这些脑细胞在认识到或思考这个对象或想法时被激活。当想到森林时，大脑中的森林概念就会被激活。在最底层的神经层面上，理论上，一个概念可以由一个神经元来表示。

关系（或概念链接）：两个概念可以通过链接连接起来。在大脑中，它是细胞之间的简单连接。森林的概念与树的概念联系在一起，因为森林是由树组成的。一棵树的概念与树枝的概念是有联系的。当想到一棵树时，想到森林的概率就会增加，因为二者形成了概念联系。

概念图是一组通过关系连接起来的概念。当想到在森林里度过一段美好的时光时，大脑会点亮一个概念图，这个概念图可能包括森林、自我、快乐等概念，或许还有其他相关概念，如：蓝天、温暖、蝴蝶、鸟鸣等。概念图代表了思维的当前状态。在森林里的美好时光，可能会让人觉得复杂而完整，充满了细节和体验。然而，实际上，这只是大脑中亮起的数量少得惊人的概念图。我们的大脑将图的简单性转化为感知到的复杂体验。

概念网络^[1]是储存在大脑中的概念的庞大网络。其中许多概念是相互联系的。大脑的整个运作是基于大脑中概念的串行或并行激活。

详见：

注意力

大脑是一台并行机器，即它可以同时做很多事情，可以同时激活很多概念图。然而，在思维过程中，并行激活被集中到一个单一的注意力窗口中。在思考的时候，你遵循一条特定的推理路径，很少会分支出两条或更多的并行激活计算。在一般情况下，不可能在你的大脑中播下几个问题的种子，并有意识地并行解决它们。可以切换，可以多任务，但这不是真正的并行计算。由于需要重用重叠的概念图，往往会在概念网络^[1]中形成独特的表征，两个独立的问题要解决，可能会相互干扰。思考在能源使用方面是相当昂贵的。因此，并行计算也有可能导致稳态网络疲劳。然而，大量的并行处理发生在睡眠期间，能量在那时就不那么重要了。不过最重要的是，大脑是作为一个中央指挥器官进化而来的。它的目的不是根据概念计算来解决几十个独立的问题。它的主要目的是决定动物的下一步行动。为了这个目的，大脑从感官中收集可用的数据，将其整合，并执行一个计划。对于大脑来说，主要目标是在当前执行的计划中找到下一步。并行处理将是自主的和/或从属的。并行处理可能会将视觉信号转换为代表苹果、其位置和物理可用性的概念图。这转化为 "触手可及的食物 "的概念，这有助于执行饥饿动物的下一步：伸手去拿食物。同样的动物可能在脑海里有一些生殖计划，但大脑总会去做一个具体的执行动作。生殖计划和相应的概念图可能会保持在高激活状态，但它不会成为意识加工的一部分，除非是基于某种多任务原则。在所有的可能性中，一旦苹果被拿到，激活图将使动物回到繁殖计划。

活跃图是任何处于较高激活状态的概念图。它正在向大脑的其他部分发送信号。可能有几十个或几百个图同时活跃。然而，这些图中只有很少的图会影响意识体验。只有一个图会起到真正的核心作用：焦点图。

焦点图是一个活跃的概念图，它可以直接接触到首席执行官。这个图代表了你目前正在思考的问题。它也是决定行动计划的核心图。焦点图决定了我们下一步要做什么。

扩散激活

• 大脑状态是一组活跃的概念图，注意力中心有一个焦点图。
• 大脑状态转换是焦点图的变化，或者说沿着激活扩散的规则激活新的概念图，所有留下的激活逐渐消失。
• 在概念计算（即思维）中，大脑沿着决定概念图激活、消退和记忆的规则，经历了一系列的大脑状态转换。
• 创造力^[2]是随机搜索的一种形式，它探寻概念图激活，以满足一组条件，如构建抽象模型所需的条件。
• 问题解决中的解决方案是一个二元概念联想的序列，它是通过演绎推理(如基于快速思维)，或通过创造性搜索形成的。
• 概念联想（又名概念关联或概念链接）是活跃的概念图之间的新联系。它与一个新的想法相对应。一个关联形成了一个新的概念链接，它可能在未来被使用。新的链接将影响计算。所有的链接都会被估价，有价值的链接会被加强。未来的大脑转换更可能遵循获得高估值的链接。新的联想会留下向解决方法发展的痕迹。
• 突破性联想是指概念图之间建立的新链接。这个链接相当于一个决定解决方案的知识。当一个突破性联想在大脑中形成时，我们会体验到 "啊哈时刻"，这是一种高度愉悦的感觉。解决问题^[3]是一种高回报的活动。

概念计算（推理）是一个简单的连接概念链在头脑中流转的过程

解决问题

思维过程无非是一种计算。我们在不同的大脑状态之间移动。我们对计算的有意识的规划只是一种错觉。在现实中，计算是我们醒来时概念图的表达，我们的总目标由容易点亮的图表示，子目标可能更容易激活。醒来后，大脑中可能会先冒出一个伟大的晨间想法，然后，不可预知的是，最容易兴奋的活跃图会亮起来。这第一张晨间图的形式可能是 "我平时的晨间生活"、"我平时的基本目标"、"我的主要烦恼"、"我需要解决的关键问题 "等。还有一些因为电视上的新闻，或者电话里的信息，或者身体的疼痛，或者忧虑，这些东西都有一个容易被激活的图形式，可以随时侵入大脑。

我们把与问题相关联的概念图称为问题图。对于长期解决问题，我们可以做的第一件事就是保持问题图的活跃。如果这是醒来后的第一张图，这就是向解决问题迈出的第一步好吗！问题图需要像一个捕食者一样，随时准备抢夺任何灵感，并在影响下塑造自己。

即使是最复杂的问题，也可以简化为简单想法之间的简单联系

个人说明

20 世纪 80 年代，我读了几本关于大脑的书（如 Restak 的）和关于机器的书（如 Arbib 的）。这本早期的读物向我清晰地描绘了大脑是一台概念计算机器的想法。在接下来的 40 年里，我的工作主要集中在高效学习和记忆方面，这对理解概念网络^[1]在发展中的演变，以及在终身学习的过程中是有帮助的。

对于我自己的思考，对我工作影响最大的一个方面是渐进阅读^[4]。在渐进阅读中，我可以看到概念网络^[1]的结构在我眼前展开。该网络最引人注目的两个组成部分是其结构的透明性（如在 SuperMemo 中可以观察到的），以及它的永久性（即记忆的永久化与间隔重复^[5]）。这意味着，可以从记忆的物理表征（集合中的知识结构）和概念表征（头脑中的概念网络）中研究记忆的概念结构。这为概念计算及其所有令人垂涎的方面，如注意力、创造力、问题解决等提供了独特的见解。

近年来，对大脑微观组织学的理解取得了惊人的进展，这为理解概念计算以及它如何塑造大脑概念网络^[1]的神经结构增加了最后一个要素。

来自所有相关科学分支的所有证据都非常清楚。人工智能的未来将基于概念计算。下一步是语义网，以及在网络上实现简单的概念计算，它将把人类所有的智能联系起来，整合成一个强大的推理机体。

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