悲情天才Walter Pitts—计算神经学，控制论和人工智能的诞生

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原文作者：屠龙的一口胭脂井

悲情天才Walter Pitts—计算神经学，控制论和人工智能的诞生 

前两天，在论坛上看见人抱怨小时候被同学欺负殴打，至今有心理阴影。这让我想起来计算神经学，控制论和人工智能的共同奠基人之一，Walter Pitts。今天咱不说大道理，就讲故事，八八他这从小被欺负的天才传奇的一生。


Pitts出生在底特律的穷人区。家里都是文盲，邻居都是流氓。他爹一遇见点儿事儿就动拳头。Pitts从小到大一身伤。更惨的是，街上的小男孩们都看他不顺眼，他一出门就抡拳头打。


从小体弱又内向的Pitts只有一个避难所，那就是一家公立图书馆。他常常在安静的图书馆里，躲避着这个世界无尽的恶意: 殴打，暴力，侮辱，还有贫穷带来的无力的辍学。在这里，他不仅找到了宁静，还自学了希腊语，拉丁语，哲学，和数学。


突然有一天，他在书架上发现了闪闪发光的Principia Mathematica（拉丁语：数学原理）。Bertrand Russell 和Alfred Whitehead共同撰写的将数学和逻辑学结合的三卷大部头。刚被打的昏头胀脑的Pitts，就坐下来看。一连看了三天，没吃没喝没出图书馆，把三卷2000多页著作全部看完了，找出了N处错误。


他认为应该告知作者Russell，于是就给他写信。Russell看到一个年仅12岁的少年给他写信，十分惊讶。然而他深深被出动了，不仅回了信，还邀请Pitts到剑桥来当他的研究生。


然而Pitts的父母不懂什么叫剑桥，什么叫研究生，反正就是不许他去，一通打击和暴力之后，此事不了了之。


三年之后，当Pitts听说Russell要去芝加哥大学讲学的时候，就毅然离家出走了。从此，他这一生再没回家。


在世界的另一个角落，Pitts这一生最重要的人，也研读过数学原理。Warren McCulloch大Pitts 25岁，出生在医生律师哲学家辈出的美国东岸上流家庭。在贵族男校受的基础教育，在耶鲁学的哲学，然后再哥伦比亚学医，专攻神经生理学。那个时候，佛洛依德的那套精神分析学已经被演绎到玄学的境地。而McCulloch却不买账，他认为，人的思想是有神经元基础的，是放电造成的。


更进一步，数学原理给McCulloch带来了灵感, 他认为我们的思想也是有各种“逻辑门”（如“与非门”等）的二进制编码计算而成。而这种二进制就由神经放电来产生。


就在这个时候，上天让他遇见了Pitts。由于Pitts高中没有毕业，芝加哥大学不能让他正式上课，于是只能边打工，边去到处蹭讲座听。Pitts通过哥们介绍认识了McCulloch。两人虽然表面上风马牛不相及，一个42岁的富贵高壮教授，一个18岁的赤贫羞涩少年，却同时热烈相信着大脑是二进制计算系统，一拍即合，成了灵魂伴侣。


McCulloch把Pitts带回了他在芝加哥郊区的家住下。每当夜深人静，McCulloch的太太Rook带着三个孩子睡觉时，他就和Pitts成夜不眠的讨论计算神经问题。他们坚信，神经的运行，也是逻辑系统，充满了‘与’‘或’‘非’的系统。


此时的他们，正好看到了Alan Turing（图灵）的文章。Turing从数学上证明了，一个信息处理的机器，是可以完全用二进制逻辑进行运算的。


再此之前McCulloch的思维陷入的瓶颈，他不知道怎么在计算神经网络中引入时间这个变量。是Pitts给他提供了新的思路：大脑的维度里，是没有时间的。时间即是永恒。那些曾经存在的事物，在脑海里会永远存在，我们可以称之为“记忆”。


当Pitts完成“记忆”的数学模型的时候，他们就将结果写进了一篇永载史册的文章里“A Logical Calculus of Ideas Immanent in Nervous Activity”, 开辟了现代计算神经的开端，将佛洛依德的精神分析学派彻底打入了“近代科学历史”。 计算神经学，将认知神经学和脑科学，从玄学的边缘挽救了回来，成为了真正的科学。


McCulloch那天很激动的说: for the first time in the history of science, we know how we know (科学史上第一次，我们知道了‘我们是怎么知道的’)。


Pitts从McCulloch那里得到的不仅仅是温暖和关爱，更是从没体验过的接受，理解，学术上共鸣和父爱。从此他管McCulloch和妻子的家叫“Home”。直到他死，他说的home，都是指这个家，而不是自己的原生家庭。


1943年，Pitts去了波士顿，在MIT结识了控制论之父, Norbert Wiener。Wiener第一次见Pitts那一天，也不自我介绍，就是把Pitts领到了一处黑板，开始进行数学推导。在他推导过程中，Pitts不断给他提问题和建议。写满两块黑板之后，Wiener已经决定让Pitts成为MIT的博士生。


MIT也是牛，居然没像芝加哥大学那样墨守成规，要看Pitts毕业证。只看了Wiener保证，就受了高中没毕业的天才少年成了博士生。Wiener指导Pitts将神经网络计算更加复杂化，真实化，并且引入更多的统计学原理。奠定了后来的statistical neural network的基础。


那年冬天，Wiener还带着Pitts去了普林斯顿，结识了二十世纪最NB的天才冯纽曼（John von Neumann）。至此，控制论核心天才天团组合，形成了。


1945年6月，von Neumann写了一篇划时代的报告““First Draft of a Report on the EDVAC” (人类第一代计算机的原理报告)。以往的计算系统基本都可以算是计算器，而不是计算机。计算器没有存储，也不可以重新编程。Von Neumann就是靠着Pitts的记忆的数学模型（memory）做出了计算机存储功能。因此这篇报告里，只引用了一篇文章，就是Pitts的文章。


至此，所有的大神，都肯定了Pitts的天赋和能力。1954年，福布斯评选20位40岁以下的科学天才，Pitts榜上有名，排在Claude Shannon（information science之父）和James Watson（DNA双螺旋模型提出者）之后。


这时候McCulloch也卖掉了芝加哥的大房子，放着正教授不当，追随他们来到了MIT，此时控制论学派达到了顶峰。这一批天才集合在一起，做着那个时候的brain initiative，企图将脑科学和人工智能，控制论，统计相结合，似乎一切尽在掌握，一切皆有可能。


冯纽曼对此却是悲观的。在他看来，脑科学和人工智能的分家已经成了定局。一个是混沌的计算世界，另一个是清晰的逻辑系统，似乎完全无法整合在一起。Pitts也开始出现了早期的抑郁症症状。他给McCulloch的信中写道，我常常感到一种忧伤，似乎人生的一切都渐渐失去价值。我在寻找自己人生中的“逻辑”。


此时又出了一档子事儿，加重了Pitts的病情。Wiener的太太Margaret属于有点事儿妈性人格，非常不喜欢Pitts和McCulloch一对儿师徒。她跟自己老公吹枕边风说McCulloch的儿子，试图“勾引”自家女儿。


按我们现在人的眼光，“勾引”这个词实在是欲加之罪。少男少女并没有实质身体接触，互相喜欢也实在是很正常。况且McCulloch家孩子也是书香门第的公子，不是瘪三流氓，这抹黑似乎有点过。但Wiener实在护女心切，盛怒之下给McCulloch发了电报说 “我这辈子不要见到你”。


Pitts由于和McCulloch情同父子，所以也被Wiener毫不留情的拉黑朋友圈。Pitts在刺激下，开始酗酒过度，甚至将自己博士论文一把火烧成了灰烬。 Wiener这时也有点后悔，花了很多钱让人去修复这篇论文，然而破镜难圆，论文也灰飞烟灭。


Pitts为了对抗抑郁，被拉黑朋友圈之后，开始投身研究大脑视觉原理。主要的实验材料是青蛙。他们给青蛙看各种图像，然后录神经元是如何处理信号的。和Pitts想象的不同，视觉神经元，对信号进行了各种过滤和处理。1959年，这批青蛙变成了王子，被发表在一篇著名的paper上“What the Frog’s Eye Tells the Frog’s Brain”.


Pitts对此却是忧伤的。他看到了大脑处理信号的复杂，混沌和随机性，与他乌托邦中的清晰逻辑，差之甚远。 他每天都消失在酒吧里。他的朋友们天天都要寻找，他今天又醉了在那里。看见他自毁，对朋友们都说极其痛苦的过程。


1969年，46岁的他在家里因肝病引发的综合症去世。4个月后，71岁的McCulloch也因冠心病撒手人寰。他们共同开启了控制论和人工智能的基石。他们协助了现代电脑的产生。他们也把认知脑科学，从佛洛依德的定性精神分析，飞跃到了计算分析。


他们能不能想到，下一个世纪，神经网络和machine learning，又将把分离得人工智能和脑科学，重新结合在一起?


这个出身在贫困愚昧无知家庭，受尽欺凌的孩子，还会说多国语言，是植物学，化学，鸟类学，解剖学和物理的大师级学者。更重要的是，他从抑郁的深渊里，给全人类推出了光明和“记忆”。


这也许就是最终的逻辑。