AI有了數字感，跟人類和動物驚人相似！

新智元原創

編輯整理：元子

【新智元導讀】人工智慧可以培養出類似人類的「數字感」。一直以來研究人員希望了解人們的數學技巧來自哪裡，「數字感」是否人類獨有。一項新的研究表明人工智慧也能夠發展出所謂的「數字感」，以一種與人類大腦驚人相似的方式「數數」。這一發現有助於深入了解人工智慧在沒有明確指導的情況下可以學到什麼，或許也會有助於研究動物如何產生數字感。

「數學能力是一個非常複雜的概念，有許多因素起作用。」美國北卡羅來納州杜克大學心理和神經系統學系研究生Ariel Starr說。

研究發現如果一個嬰兒，在6個月大的時候就已經能夠將20個圓點和10個圓點區分開，那麼到幼兒園時期，ta可能會更擅長數學。這個結果非常有意思，它表明人類對數字的感覺，可能是與生俱來的。

什麼是人類的「數字感」

在數學教育中，數字感可以指人類對數字的直觀理解，包括數字的大小、相互關係以及數學運算。

而在非人類動物中，數字感不是計數的能力，而是能夠感知集合中事物數量的變化。比如所有哺乳動物和大多數鳥類都會注意到附近幼仔的數量是否有變化。

猴子和人類都能識別20個圓點的圖片和30個圓點的圖片，然後選出50個圓點的圖片代表前兩張圖片圓點的總和。但是，只有人能夠利用阿拉伯數字進行加法計算。研究人員懷疑，這種數字感可能在人類獨有的使用符號進行算術的能力中發揮作用。

雖然計算機擁有人類無法企及的運算能力，但我們很難說它具有數字感。計算機執行運算的時候，需要提前指定數字類型，整型？浮點？布爾？它們並不具備「數」這個概念。

AI也出現了「數字感」？

一直以來研究人員都在試圖去了解人類的數學技巧到底是是天生的、後天習得的，或是兩者的兼具？最近發表在Science Advance上的一篇論文，似乎為這個謎底揭開了一線光芒。

研究人員通過訓練神經網路，發現在數字判斷任務中，人工智慧表現出與人類和動物類似的數字感！

德國蒂賓根大學的神經生物學家Andreas Nieder及其同事，使用了大約120萬張標記圖像的數據來訓練人工神經網路，以識別圖片中的動物和車輛等物體。然後研究人員向AI展示了包含1到30個點的點圖案，詢問圖案是否包含相同數量的點，並記錄了各種虛擬神經元的反應。

當顯示特定數量的點時，AI中對該數字敏感的虛擬神經元優先激活。例如，當顯示兩個點而不顯示20個時，一些神經元更加活躍；反之，則另一些神經更加活躍。

像人類和其他動物一樣，AI努力區分具有點數相同的圖案，在81％的時間都是正確的。這些神經元對某些數字的偏愛程度，與之前研究來自猴子神經元的數據幾乎相同，在類似的匹配任務上也是如此。

科學家們相信，這一發現有助於深入了解人工智慧在沒有明確指導的情況下可以學到什麼，或許也可能解開對研究如何在動物身上產生數字感的謎團。

數字感是這樣產生的嗎？

論文指出，數字感的自發出現是基於視覺系統固有的機制。視覺系統的運作似乎足以達到視覺上的數字感。數值選擇性可以簡單地作為暴露於自然視覺刺激的副產品而出現，而不需要對數量估計進行任何明確的訓練。

基礎數字感可能不依賴於某個特定領域的發展，但似乎利用已有的皮層網路。這可以解釋為什麼像新生兒、野生動物等雖然完全沒有接觸過數字這個概念，但天生就具有數字感。

論文還指出，除了提供數字感的神經科學的解釋外，該研究研究結果還表明，人工神經網路似乎從自然圖像中提取了比以前認為的更多更高階的特徵，可以利用神經網路的這些方面，來更好地理解它們在不同任務中進行概括的能力。

專家對此結論有爭議

哥倫比亞大學的神經科學家伊萊亞斯伊薩（Elias Issa）表示，這項研究結果是人工智慧如何在為特定任務進行培訓時，獲得多種技能的「非常好的演示」。但他說，究竟如何以及為什麼在這種人工神經網路中出現數感仍然不清楚。

Nieder及其同事認為，人工智慧中數字意義的出現可能有助於生物學家了解人類嬰兒和野生動物如何在不被教導的情況下獲得多種感覺。 Nieder說，也許基本的數字靈敏度「與我們視覺系統的架構相關聯」。

Ivilin Stoianov是帕多瓦義大利國家研究委員會的計算神經科學家，他不相信這種人工智慧中的數字感與動物大腦中的數字感之間，存在這種直接的對等關係。這個人工智慧通過研究許多標記的圖片來學習「看」，但與嬰兒火野生動物學會理解世界的方式不同。

未來的實驗可以探索相似數量的神經元是否出現在人工智慧系統中，它們更接近模仿生物大腦的學習方式。

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