2023 中国人工智能系列白皮书——心智计算：构建脑与心智启发的人工智能

——心智计算：构建脑与心智启发的人工智能 中国人工智能学会 二○二三年九月 《中国人工智能系列白皮书》编委会 主任：戴琼海 执行主任：王国胤 副主任：陈杰何友刘成林刘宏孙富春王恩东王文博赵春江周志华 委员：班晓娟曹鹏陈纯陈松灿邓伟文董振江杜军平付宜利古天龙桂卫华何清胡国平黄河燕季向阳贾英民焦李成李斌刘民刘庆峰刘增良鲁华祥马华东苗夺谦潘纲朴松昊钱锋乔俊飞孙长银孙茂松陶建华王卫宁王熙照王轩王蕴红吾守尔·斯拉木吴晓蓓杨放春于剑岳东张小川张学工张毅章毅周国栋周鸿祎周建设周杰祝烈煌庄越挺 《中国人工智能系列白皮书----心智计算：构建脑与心智启发的 人工智能》编写组 曾毅史忠植施路平蔡恒进张丽清曹存根库逸轩黄铁军丁世飞李清勇候彪赵菲菲张倩赵宇轩鲁恩萌赵卓雅冯慧丘铱可 目录 第1章引言...............................................................................................4 第2章心智计算研究概述......................................................................6 2.1心智计算的发展历程.................................................................62.2心智计算的科学问题.................................................................72.3心智计算的哲学展望...............................................................102.4本章小结...................................................................................11 第3章心智计算的理论模型................................................................12 3.1图灵机........................................................................................123.2物理符号系统...........................................................................133.3 ACT-R .........................................................................................143.4 SOAR..........................................................................................153.5 CAM ...........................................................................................173.6 BrainCog.....................................................................................193.7本章小结...................................................................................22 第4章心智计算中的心理揣测............................................................23 4.1心理揣测概述...........................................................................234.2心理揣测的实验范式...............................................................244.2.1以动物为被试的实验范式................................................254.2.2以人为被试的实验范式....................................................264.3心理揣测的神经基础...............................................................284.4心理揣测的计算模型...............................................................294.4.1基于贝叶斯的心理揣测模型............................................294.4.2基于深度学习的心理揣测模型........................................324.4.3基于脑启发的心理揣测模型............................................324.4.4基于其他方法的心理揣测模型........................................34 4.5本章小结...................................................................................35 5.1情感共情概述...........................................................................365.2情感共情的实验范式...............................................................375.3情感共情的神经机制...............................................................375.4情感共情的计算模型...............................................................405.5本章小结...................................................................................43 6.1意识理论概述...........................................................................446.2意识理论的实验范式...............................................................456.2.1裂脑人实验........................................................................456.2.2遗忘症与情节记忆............................................................456.2.3最小神经关联物................................................................466.3意识理论模型...........................................................................466.3.1高阶理论............................................................................476.3.2全局工作空间理论............................................................476.3.3整合信息理论....................................................................486.3.4再入/预测处理理论...........................................................506.3.5因果链重构理论................................................................516.4本章小结...................................................................................52第7章总结与展望................................................................................54第8章参考文献....................................................................................56 第1章引言 心智计算（Mind Computation）以多学科交叉的方式融合来自人工智能、认知科学、脑与神经科学、演化生物学、人类学等学科的研究方法与计算范式，对生物智能与心智活动的计算机制机理进行多视角、多尺度系统性的探索，在研究动物与人类心智计算理论与模型的基础上，发展受脑与心智启发的通用人工智能。重点研究生物与人工心智的计算理论体系、心智建模、学习与记忆机制、常识构建与理解、生物与人工意识、社会认知等的科学原理和计算理论与技术。 神经科学、脑科学、认知科学从多视角、多尺度系统地揭示生物脑的结构、功能和机制，理解生物心智活动的自然智能本质；人工智能通过计算建模来模拟、延伸和拓展动物与人类智能的方方面面，达到类生物水平的理解、思考、学习、决策及社会认知能力。尽管人工智能经过近七十年的发展已经在某些领域取得了显著进展，但动物与人类心智涉及到的复杂认知和意识、情感、想象力和创造力等，在当前的人工智能系统中仍难以模拟和重现。为此，心智计算旨在充分实现多学科交叉融合，深度借鉴脑与心智的工作机理，通过计算建模模拟生物心智活动的多尺度结构和功能可塑性，在计算系统中重现动物与人类的心智。 动物与人类的心智是思维和认知能力的总体，包括感知、学习、记忆、决策、推理、情感、心理揣测、意识等。当前对于心智的计算建模更多关注感知、学习、记忆、决策等方面，对与自我认知相关的情感、意识、心理揣测的研究相对较少。为此，本白皮书聚焦于心智计算的理论模型、心理揣测、情感共情以及意识理论展开详细的介绍。 本白皮书首先回顾心智计算的研究历史与发展历程，汇总主要的科学问题，从哲学视角介绍心智计算的愿景。紧接着，详细介绍六种心智计算的理论模型，心智计算的理论体系模型旨在同时集成感知、记忆、决策、运动，以及意识、共情、心理揣测等社会认知能力到一 套通用、系统的框架中。进一步地，本白皮书以心智活动中与自我认知紧密结合的心理揣测、情感共情、意识理论为切入点，深入介绍经典的实验范式、神经机理以及计算理论模型。最后，本白皮书简要的总结与展望心智计算的研究。 第2章心智计算研究概述 2.1心智计算的发展历程 心智计算的发展历程可以追溯到20世纪60年代，由最初的对心智的具体问题求解