真實(shí)的歷史從來(lái)都比后世敘述更詭秘。

1946年，馮·諾伊曼對(duì)邏輯大腦模型提出尖銳批評(píng)，但似乎并未產(chǎn)生什么影響，皮茨1947年在控制論會(huì)議上還介紹自己正在撰寫(xiě)概率三維神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的博士論文。維納在《控制論》序言中也提到，1947年麥卡洛克和皮茨“接受了一個(gè)設(shè)計(jì)一種幫助盲人用耳代目閱讀印刷品的裝置的任務(wù)……能夠把一個(gè)形象和另一個(gè)大小與它不同的標(biāo)準(zhǔn)形象做比較……引起了馮·博寧博士的注意，他立刻問(wèn)道：‘這是不是一張大腦視覺(jué)皮質(zhì)第四層的圖？’受到這個(gè)啟發(fā)后，麥卡洛克博士在皮茨先生的幫助下創(chuàng)造了一個(gè)把視覺(jué)皮質(zhì)的解剖學(xué)和生理學(xué)聯(lián)系起來(lái)的學(xué)說(shuō)”。這就是他們1947年發(fā)表的《論我們何以認(rèn)識(shí)世界：對(duì)視聽(tīng)形式的感知》。

當(dāng)然，維納也沒(méi)把馮·諾伊曼的忠告忘在腦后。1951年，他說(shuō)服麻省理工學(xué)院電子研究實(shí)驗(yàn)室副主任杰里·威斯納，邀請(qǐng)神經(jīng)生理學(xué)家成立“實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)論(Experimental Epistemology)”研究組。梅西控制論會(huì)議常任主席麥卡洛克已經(jīng)年過(guò)半百，毅然辭去正教授職位而低就副教授，介紹三人認(rèn)識(shí)的“媒人”萊特文也從最初級(jí)職位做起。“控制論”金三角聚首麻省理工學(xué)院。就在歷史“準(zhǔn)備再次偉大”時(shí)，1952年正在墨西哥學(xué)術(shù)休假的維納突然發(fā)電報(bào)給威斯納：“請(qǐng)告訴（皮茨和萊特文），我跟他們，以及你的項(xiàng)目從此一刀兩斷?！?/p>

維納發(fā)飆的原因，一種說(shuō)法是皮茨和萊特文之前興沖沖地給他寫(xiě)過(guò)信，說(shuō)：“很多先進(jìn)設(shè)備已到位，要做最好的研究。你快回來(lái)，回來(lái)晚了這個(gè)世界就都變了！”另一種廣為傳播的說(shuō)法是，維納太太捏造說(shuō)，女兒被“那位波希尼亞人（指麥卡洛克）”的“男孩們”玷污了。

維納斷交肯定對(duì)皮茨造成了很大打擊。對(duì)于15歲離家出走的皮茨來(lái)說(shuō)，維納既是知音和導(dǎo)師，還像父親。而如今突然火冒三丈，不可理喻地絕交，而且閉口不談為什么，真的不合邏輯好嗎！

真正不合邏輯的更大打擊還在后頭。

少了維納，實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)論組并未消亡。1955~1965年，他們合作發(fā)表了5篇論文，其中最著名的是《青蛙的眼睛告訴了大腦什么？》這篇論文的第一作者是萊特文。萊特文本想成為一名詩(shī)人（他一生確實(shí)筆耕不輟），但他媽媽立場(chǎng)更堅(jiān)定，“不學(xué)醫(yī)，沒(méi)學(xué)費(fèi)”，他只得選擇醫(yī)學(xué)院。加入實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)論組后，萊特文給自己的定位是，“為神經(jīng)生理學(xué)的問(wèn)題以及更清晰地定義這些問(wèn)題設(shè)計(jì)新方法”。

萊特文研究青蛙開(kāi)始于1956年。1953年，英國(guó)神經(jīng)科學(xué)家荷瑞斯·巴洛(Horace Basil Barlow, 1921-)就發(fā)現(xiàn)青蛙視網(wǎng)膜有一種神經(jīng)節(jié)細(xì)胞對(duì)運(yùn)動(dòng)斑點(diǎn)敏感（被形象地稱(chēng)為“小蟲(chóng)檢測(cè)器”）。萊特文的這篇文章則發(fā)現(xiàn)4種新功能的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞。正如后來(lái)巴洛總結(jié)的：“單個(gè)神經(jīng)元可以完成的任務(wù)比人們過(guò)去所想象的要復(fù)雜得多，也精確得多。”

皮茨參加了青蛙實(shí)驗(yàn)，有照片為證，他本來(lái)期望實(shí)驗(yàn)?zāi)転樗倪壿嫶竽X模型提供實(shí)證。但是，萊特文回憶說(shuō)：“我們完成青蛙眼睛的研究后，他很明顯地意識(shí)到，就算邏輯在這個(gè)過(guò)程中發(fā)揮了作用，也并非如我們所想的那樣承擔(dān)了重要或核心的工作，……這讓他失望透頂?！?/p>

從12歲讀完《數(shù)學(xué)原理》開(kāi)始，邏輯就成為皮茨內(nèi)心抵抗外部復(fù)雜世界的強(qiáng)大力量，馮·諾伊曼的批評(píng)和維納的斷交都未能擊垮他?？扇缃?，邏輯竟然連青蛙的大腦都對(duì)付不了，這從根本上撼動(dòng)了皮茨的世界觀。他把研究報(bào)告、筆記和論文付之一炬，不再跟任何人說(shuō)話，還經(jīng)常失蹤。萊特文回憶說(shuō)： “我們幾天幾夜地找他?！币淮鷶?shù)理邏輯天才就此一蹶不振。

青蛙眼睛和大腦的會(huì)話未必符合數(shù)理邏輯，但符合生死時(shí)速的大邏輯。

研究青蛙視網(wǎng)膜的巴洛，他媽媽的爺爺達(dá)爾文在《物種起源》中曾寫(xiě)道：“如果假定眼睛能由自然選擇而形成，我坦白承認(rèn)，這種說(shuō)法好像是極其荒謬的?！睘榇?，達(dá)爾文花了大量篇幅論證進(jìn)化出眼睛的可能性（全書(shū)60多處提到眼睛）。例如，“在關(guān)節(jié)動(dòng)物這一大綱里，我們可以看到最原始的單純被色素層包圍著的視神經(jīng)，這種色素層有時(shí)形成一個(gè)瞳孔，但沒(méi)有晶狀體或其他光學(xué)裝置?！比鸬渎〉麓髮W(xué)丹·克尼爾森教授把眼睛進(jìn)化分為無(wú)向光感受器、有向光感受器、低分辨率視覺(jué)和高分辨率視覺(jué)4個(gè)階段，估計(jì)50萬(wàn)年之內(nèi)就足以進(jìn)化出眼睛。

最近已知，視感受器出現(xiàn)在6億年前，魚(yú)眼出現(xiàn)在5.5億年前，而昆蟲(chóng)復(fù)眼出現(xiàn)在1.6億年前。人們往往想當(dāng)然地認(rèn)為，動(dòng)物眼中的世界和自己看到的類(lèi)似，實(shí)際上大相徑庭。立方水母全身神經(jīng)元也就1萬(wàn)多個(gè)，卻有24只眼睛，4片膜上各有一只像不倒翁一樣永遠(yuǎn)向上的眼睛，用以辨別身處開(kāi)闊水面還是食物豐富的紅樹(shù)林。夜間活動(dòng)的飛蛾用復(fù)眼感知光線方向，但不分距離，靠遙遠(yuǎn)的月亮導(dǎo)航?jīng)]問(wèn)題，遇上人造燈火就麻煩了：或者撲火而亡，或者圍繞燈光不停旋轉(zhuǎn)，除非偶然離去，否則就只能撞死或累死。貓?jiān)诨璋淡h(huán)境下捕食，感知亮度的視桿細(xì)胞比人眼多，但感知色彩的視錐細(xì)胞很少，因此貓看到的世界是灰色的。古巴巖鬣蜥的世界五彩繽紛，它有4種視錐細(xì)胞，而人類(lèi)只有3種，極少數(shù)女士有4種。螳螂蝦進(jìn)化出12種視錐細(xì)胞，能夠感知紅外和紫外光，而且還能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，更加顧盼神飛。有種跳蛛的視感受器排成V字形，功能就是識(shí)別配偶背上的V字形狀。

接下來(lái)的問(wèn)題就是：動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)這些視覺(jué)功能的？生物控制論創(chuàng)始人沃納·賴(lài)夏特(Werner E. Reichardt, 1924-1992)1950年對(duì)伯恩哈德·哈森施坦因(Bernhard Hassenstein, 1922-2016)的甲蟲(chóng)視動(dòng)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)感興趣，兩人提出了昆蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)視覺(jué)感知模型，并于1958年在德國(guó)馬普學(xué)會(huì)生物所共同創(chuàng)立控制論研究組，1968年獨(dú)立為生物控制論研究所。賴(lài)夏特作為創(chuàng)始所長(zhǎng)，繼續(xù)開(kāi)展昆蟲(chóng)視覺(jué)信息處理過(guò)程的研究。他選中的是腦復(fù)雜度適中的家蠅。1971年，剛拿到物理學(xué)博士學(xué)位的托馬索·波焦(Tomaso Armando Poggio, 1947- )加入這項(xiàng)研究，發(fā)現(xiàn)了家蠅視覺(jué)飛行控制系統(tǒng)的秘密，并給出了精確的定量描述：家蠅的視覺(jué)器官并不感知人類(lèi)熟悉的三維世界，而是直接感知一對(duì)方向角，再通過(guò)5個(gè)相互獨(dú)立的固定快速反應(yīng)（從視覺(jué)刺激到改變扭矩僅需2毫秒），實(shí)現(xiàn)起飛、著陸和追逐等動(dòng)作。

1982~1984年，我國(guó)神經(jīng)生理學(xué)家郭愛(ài)克院士(1940- )在賴(lài)夏特研究組作為訪問(wèn)學(xué)者參加家蠅視覺(jué)系統(tǒng)圖形與背景分辨研究。采用類(lèi)似實(shí)驗(yàn)手段，郭愛(ài)克和唐世明在2001年發(fā)現(xiàn)果蠅具有抉擇這種高級(jí)認(rèn)知行為。2006年，郭愛(ài)克和郭增強(qiáng)發(fā)現(xiàn)果蠅視覺(jué)和嗅覺(jué)的學(xué)習(xí)記憶可以跨模態(tài)增強(qiáng)。2016年9月，果蠅全腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)三維精細(xì)模型繪制完成，從神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)層次破解蠅視覺(jué)的秘密，曙光在前。

與蠅視覺(jué)相比，人類(lèi)視覺(jué)要復(fù)雜得多。果蠅全部神經(jīng)元約25萬(wàn)個(gè)，人類(lèi)初級(jí)視皮層神經(jīng)元就有2.8億個(gè)，兩者差距上萬(wàn)倍，更遑論結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。但是，視覺(jué)的難度在人工智能早期被嚴(yán)重低估。1967年，明斯基宣稱(chēng)，“創(chuàng)建‘人工智能’只需要一代人”。他的同事佩帕特則表示，“計(jì)算機(jī)聯(lián)上攝像頭，‘描繪它看到什么’這個(gè)問(wèn)題一個(gè)暑期項(xiàng)目就能搞定”。兩人在1969年出版《感知機(jī)》，挑起人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之戰(zhàn)。麻省理工學(xué)院人工智能實(shí)驗(yàn)室也在1970年正式成立。然而好景不長(zhǎng)，1971年，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)旗手羅森布拉特猝然辭世，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入寒冬。唇亡齒寒，人工智能也未能堅(jiān)持太久，1974年，英國(guó)和美國(guó)相繼斬?cái)鄬?duì)人工智能的資助。

人工智能寒冬將至未至的1973年，大衛(wèi)·馬爾(David Courtnay Marr, 1945-1980)加入麻省理工學(xué)院人工智能實(shí)驗(yàn)室。明斯基和佩帕特延攬馬爾，是希望他收拾機(jī)器視覺(jué)這個(gè)牛皮吹破的“爛攤子”。馬爾曾引用一段話描述當(dāng)時(shí)的狀況：“一些（計(jì)算機(jī)視覺(jué)）研究者都有一種共同的、幾乎是令人絕望的感受：在一幅圖像中任何事情都可能發(fā)生，而且事實(shí)上所有的事情也都在圖像中發(fā)生?！?/p>

馬爾1966年從劍橋大學(xué)獲得碩士學(xué)位，本科和碩士專(zhuān)業(yè)都是數(shù)學(xué)，后轉(zhuǎn)向神經(jīng)生理學(xué)，1972年獲得生理學(xué)博士學(xué)位。博士論文的內(nèi)容是基于解剖學(xué)和生理學(xué)數(shù)據(jù)的小腦功能建模。1973年10月，馬爾在給自己博士導(dǎo)師的信中說(shuō)，決定把研究興趣轉(zhuǎn)到視覺(jué)，12月又寫(xiě)信說(shuō)，“再也不準(zhǔn)備寫(xiě)任何理論神經(jīng)生理學(xué)方面的論文了”。

馬爾說(shuō)到做到，全身心投入視覺(jué)計(jì)算研究，1977年獲生理學(xué)系正式教職，1980年升任教授，當(dāng)年因白血病辭世。馬爾的同事和學(xué)生把他尚未完成的《視覺(jué)》補(bǔ)充完善出版，成為計(jì)算機(jī)視覺(jué)的開(kāi)山之作。

馬爾對(duì)視覺(jué)計(jì)算理論的重大貢獻(xiàn)是把神經(jīng)生理學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)深度結(jié)合。據(jù)波焦回憶，他1973年初次造訪波士頓就見(jiàn)到了馬爾，兩人當(dāng)時(shí)談?wù)摰氖邱R爾感興趣的視網(wǎng)膜特征檢測(cè)器。1976年，波焦再次到麻省理工學(xué)院短期訪問(wèn)。兩人討論認(rèn)為，大腦和計(jì)算機(jī)都是信息處理系統(tǒng)，而理解一個(gè)復(fù)雜的信息系統(tǒng)，至少應(yīng)該分成三個(gè)層次：計(jì)算理論（對(duì)功能和行為的理解）、表征和處理、物理實(shí)現(xiàn)，這奠定了《視覺(jué)》一書(shū)的基本思想。這個(gè)思想對(duì)神經(jīng)生理學(xué)是一股新風(fēng)，但在計(jì)算機(jī)學(xué)科卻是常識(shí)：底層物理實(shí)現(xiàn)就是計(jì)算機(jī)本身（主要是體系結(jié)構(gòu)）；中層的表征對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，處理對(duì)應(yīng)算法；頂層是對(duì)要解決的問(wèn)題進(jìn)行理論分析建模。馬爾把重點(diǎn)放在中間層，因此把“人對(duì)視覺(jué)信息的表征和處理的計(jì)算研究”作為《視覺(jué)》一書(shū)的副標(biāo)題 。

馬爾在著作中描述了自己的“思想轉(zhuǎn)變”過(guò)程：“我也曾相信，真理從根本上是屬于神經(jīng)的，研究的中心任務(wù)就是對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)做徹底的功能分析”，轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝蒙窠?jīng)元（除作為實(shí)現(xiàn)一種計(jì)算方法的手段外）對(duì)視覺(jué)現(xiàn)象所做的任何解釋已經(jīng)不堪回首了。取代它們的是對(duì)一系列問(wèn)題的明確認(rèn)識(shí)：要計(jì)算的是什么東西？怎樣才能進(jìn)行這種計(jì)算？計(jì)算使用的方法基于哪些物理假設(shè)？對(duì)可執(zhí)行這種計(jì)算的算法怎樣進(jìn)行分析？”

馬爾的視覺(jué)計(jì)算理論影響至今，但基于這套理論開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)，即使經(jīng)過(guò)多年改進(jìn)，也還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能和生物視覺(jué)系統(tǒng)相提并論。回過(guò)頭來(lái)看，馬爾的視覺(jué)計(jì)算理論固然是一座重要的里程碑，但也是一個(gè)先天不足的早產(chǎn)兒。

馬爾的視覺(jué)計(jì)算理論采納了當(dāng)時(shí)最新的神經(jīng)生理學(xué)成果，但當(dāng)時(shí)的神經(jīng)生理學(xué)還不足以支撐這個(gè)新興學(xué)科，馬爾只能猜測(cè)視覺(jué)信息的處理過(guò)程?！氨碚鳌笔邱R爾視覺(jué)計(jì)算理論的核心之一，馬爾將之劃分為“要素圖→物體2.5維描述→3維描述”三個(gè)層級(jí)，但是提取這些表征的算法很難獲得可靠結(jié)果?！疤幚怼笔沁@套理論的核心之二，是“從一種表征獲得另一種表征的一個(gè)映射”，處理流程自底向上，而實(shí)際的生物視覺(jué)系統(tǒng)是“自頂向下”和“自底向上”相互作用的雙向動(dòng)態(tài)過(guò)程。20世紀(jì)70年代神經(jīng)生理學(xué)家轉(zhuǎn)向解剖學(xué)和可塑性，馬爾認(rèn)為是“停滯了”，這種看法失之偏頗。大腦皮層需要映射大千世界的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)，必須有可塑性，這是大腦信息處理能力強(qiáng)大的關(guān)鍵。因此，這個(gè)“轉(zhuǎn)向”不是停滯，而是正確選擇。當(dāng)然，即使在今天，要突破計(jì)算機(jī)視覺(jué)，腦科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)仍然還有很長(zhǎng)的路要走。

馬爾假定底層“物理實(shí)現(xiàn)”是計(jì)算機(jī)，這個(gè)將要?jiǎng)?chuàng)立的新學(xué)科不是機(jī)器視覺(jué)，而是計(jì)算機(jī)視覺(jué)，這在當(dāng)時(shí)對(duì)促進(jìn)兩個(gè)學(xué)科結(jié)合意義重大。但是，計(jì)算機(jī)并非實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)的理想平臺(tái)。生物大腦是個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)為一些復(fù)雜功能進(jìn)化出了專(zhuān)門(mén)的結(jié)構(gòu)，因此“算法”就可以相對(duì)簡(jiǎn)單。經(jīng)典計(jì)算機(jī)是個(gè)簡(jiǎn)單的串行結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)視覺(jué)功能需要復(fù)雜的算法，有些視覺(jué)功能難以實(shí)現(xiàn)，甚至不能實(shí)現(xiàn)，必須依靠神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)。

“先結(jié)構(gòu)，后功能”是最終解決視覺(jué)計(jì)算問(wèn)題的必由之路。近年來(lái)，深度學(xué)習(xí)利用海量數(shù)據(jù)訓(xùn)練出特征濾波器，采用多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提高表達(dá)能力，在圖像識(shí)別等方面已經(jīng)超越人類(lèi)，說(shuō)明“結(jié)構(gòu)先行”的路線是有效的。當(dāng)然，目前深度學(xué)習(xí)針對(duì)專(zhuān)門(mén)視覺(jué)任務(wù)“就事論事”，還遠(yuǎn)不是視覺(jué)的全部。下一步應(yīng)該從生物視覺(jué)系統(tǒng)中獲得更多支持：視網(wǎng)膜是億萬(wàn)年“進(jìn)化大數(shù)據(jù)”訓(xùn)練的結(jié)果，是更為合適的視覺(jué)濾波器；視皮層不僅僅是多層結(jié)構(gòu)，而是層級(jí)結(jié)構(gòu)，這對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)也有重要參考價(jià)值；生物視覺(jué)對(duì)時(shí)空信息的處理機(jī)制更為巧妙，前饋、反饋和側(cè)向互動(dòng)更是機(jī)器視覺(jué)應(yīng)該學(xué)習(xí)的。

機(jī)器視覺(jué)要逼近乃至超越人類(lèi)視覺(jué)，需要以人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解析為基礎(chǔ)，先構(gòu)造具有類(lèi)似視覺(jué)功能的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)，再對(duì)該系統(tǒng)的信息加工過(guò)程進(jìn)行分析，從而理解視覺(jué)功能背后的原理，進(jìn)而設(shè)計(jì)更優(yōu)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。縱使馬爾這樣的天才，也不能逆轉(zhuǎn)這個(gè)歷史過(guò)程。

機(jī)器視覺(jué)對(duì)生物視覺(jué)的借鑒，首先是視網(wǎng)膜信號(hào)加工和信息處理過(guò)程。神經(jīng)形態(tài)工程開(kāi)創(chuàng)者卡弗·米德就對(duì)生物視覺(jué)特別著迷。他曾表示：“我對(duì)動(dòng)物視覺(jué)系統(tǒng)背后的機(jī)制越來(lái)越佩服，我總是對(duì)自己說(shuō)，‘我永遠(yuǎn)也想不到這一點(diǎn)，但這確實(shí)是個(gè)好主意’?！痹谒闹笇?dǎo)下，1985年入學(xué)的博士生米莎(Misha Mahowald)研制出硅視網(wǎng)膜(silicon retina)，采用與亞閾值MOS晶體管耦合的光電轉(zhuǎn)換器件仿真視感受器，用二維電阻網(wǎng)絡(luò)模擬視網(wǎng)膜水平細(xì)胞，將光電轉(zhuǎn)換信號(hào)和水平細(xì)胞之差作為雙極細(xì)胞輸出，能夠再現(xiàn)赫爾曼格點(diǎn)這樣的視錯(cuò)覺(jué)現(xiàn)象。米莎入學(xué)時(shí)的專(zhuān)業(yè)方向是計(jì)算與神經(jīng)系統(tǒng)(computation and neural systems)，1992年獲得了計(jì)算神經(jīng)科學(xué)(computational neuroscience)博士學(xué)位，這也是這個(gè)新興學(xué)科確立的重要標(biāo)志。

接手米莎工作的師弟博阿漢實(shí)現(xiàn)了基于地址事件表達(dá)(Address Event Representation, AER)異步傳輸?shù)囊暰W(wǎng)膜形態(tài)視覺(jué)系統(tǒng)（之后他到斯坦福大學(xué)做神經(jīng)形態(tài)計(jì)算系統(tǒng)Neurogrid）。米莎1995年加入瑞士蘇黎世大學(xué)和聯(lián)邦理工學(xué)院聯(lián)合創(chuàng)辦的神經(jīng)信息學(xué)研究所，至今視覺(jué)神經(jīng)計(jì)算仍然是該所的重要研究方向。另外，多所大學(xué)也紛紛開(kāi)展相關(guān)研究和芯片研制，仿視網(wǎng)膜應(yīng)用日益增多。例如，IBM TrueNorth團(tuán)隊(duì)就采用神經(jīng)信息學(xué)研究所的DVS芯片進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)。加里克·奧查德(Garrick Orchard)等人提出了一種利用AER視覺(jué)傳感器所蘊(yùn)含的時(shí)域信息進(jìn)行對(duì)象識(shí)別的方法。

仿視網(wǎng)膜芯片抓住了生物視網(wǎng)膜的部分特性，但還只是冰山一角。正如2010年的綜述論文《眼睛比科學(xué)家認(rèn)為的更聰明：視網(wǎng)膜網(wǎng)絡(luò)中的神經(jīng)計(jì)算》所言，生物視網(wǎng)膜還有大量巧妙特性等待發(fā)現(xiàn)。為了獲得視網(wǎng)膜的精細(xì)結(jié)構(gòu)，麻省理工學(xué)院腦和認(rèn)知科學(xué)系的承現(xiàn)峻（Sebastian Seung，現(xiàn)在普林斯頓大學(xué)）2012年發(fā)起Eyewire眾包行動(dòng)，來(lái)自150多個(gè)國(guó)家的20多萬(wàn)網(wǎng)友參與鼠視網(wǎng)膜電鏡掃描圖像的標(biāo)注，發(fā)現(xiàn)了支持方向選擇的具有時(shí)空連接特異性的精細(xì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

視皮層是大腦皮層中研究最多，也了解最多的部分，但就像大衛(wèi)·休伯爾(David H. Hubel, 1926-2013)所言，“我們可以看見(jiàn)中等距離的山巒，但還遠(yuǎn)遠(yuǎn)看不到盡頭”。從他和威塞爾(Torsten Wiesel, 1924-)1959年在貓初級(jí)視皮層(V1)發(fā)現(xiàn)對(duì)特定朝向敏感的神經(jīng)元以及眼優(yōu)勢(shì)柱開(kāi)始，至今靈長(zhǎng)類(lèi)視皮層各功能區(qū)的精細(xì)分區(qū)已很清晰，從接收視束輸入的V1（紋狀皮層）到紋外V2、V3、V4、V5各分區(qū)之間的介觀連接圖譜已經(jīng)繪制完成，但神經(jīng)元和突觸層次的微觀網(wǎng)絡(luò)繪制還需要艱苦努力。2016年3月，美國(guó)情報(bào)高級(jí)研究計(jì)劃署MICrONS（大腦皮層網(wǎng)絡(luò)機(jī)器智能）計(jì)劃對(duì)1立方毫米的鼠視皮層進(jìn)行反向工程，希望改進(jìn)機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法，這是計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的重要標(biāo)志。

在北京“腦科學(xué)與類(lèi)腦研究”計(jì)劃《腦初級(jí)視覺(jué)系統(tǒng)解析仿真平臺(tái)研究與應(yīng)用驗(yàn)證》的支持下，北京大學(xué)對(duì)靈長(zhǎng)類(lèi)視網(wǎng)膜中央凹進(jìn)行了精細(xì)解析和仿真建模。唐世明研究組對(duì)基因標(biāo)記的清醒猴視皮層神經(jīng)元和樹(shù)突活動(dòng)進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定清晰成像 ，開(kāi)啟了微觀層面研究視覺(jué)乃至高級(jí)認(rèn)知功能的大門(mén)。

眼睛是心靈之窗，是大腦感知外部世界最重要的通道。通往人類(lèi)大腦的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)和味覺(jué)等感知神經(jīng)共計(jì)300多萬(wàn)根，其中每只眼睛各100多萬(wàn)根。這些感知通道都采用神經(jīng)脈沖向大腦皮層報(bào)告外界環(huán)境的信息。1978年，美國(guó)神經(jīng)學(xué)家弗農(nóng)·蒙特卡斯特（Vernon Mountcastle, 1918-2015，1950年發(fā)現(xiàn)皮層功能柱結(jié)構(gòu)）在《大腦功能的組織原理》中提出，大腦皮層處理視、聽(tīng)、觸等感知信息的原理是一樣的。因此，一旦發(fā)現(xiàn)了大腦的視覺(jué)“算法”，也適合其他感知通道。

對(duì)于計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究者來(lái)說(shuō)，視覺(jué)往往就是指識(shí)別，但識(shí)別只是視覺(jué)的外顯功能。視覺(jué)首先是“覺(jué)”，即知覺(jué)或意識(shí)(awareness或consciousness)。清醒狀態(tài)下外部世界“如影隨形”，意識(shí)喪失前“眼前一黑”，就是視覺(jué)意識(shí)在起作用。閉上眼睛，即使最熟悉的人站在你面前，你也回憶不起長(zhǎng)相細(xì)節(jié)。這說(shuō)明我們習(xí)以為常的視覺(jué)是一個(gè)轉(zhuǎn)瞬即逝的狀態(tài)，維護(hù)這個(gè)狀態(tài)就是生物視覺(jué)的基本任務(wù)。視覺(jué)占大腦功耗的一半，占全身1/10。我們“閉上眼睛想想”，實(shí)際上是要把能量調(diào)配到負(fù)責(zé)高級(jí)意識(shí)活動(dòng)的腦區(qū)。

今天已經(jīng)普及的高清視頻（200萬(wàn)像素，30幀/秒）的原始帶寬為1.5Gbps，人類(lèi)兩只眼睛加起來(lái)的空間分辨率與之相當(dāng)。但是，眼睛通往大腦的視神經(jīng)束的“數(shù)據(jù)帶寬”還不到10Mbps。那么，幽居于顱骨內(nèi)的大腦如何從這稀疏的神經(jīng)脈沖流中解碼出清晰的世界？如果能揭開(kāi)生物神經(jīng)系統(tǒng)的編碼機(jī)理，就能找到極高效的視覺(jué)信息編解碼算法。

意識(shí)是活體大腦這個(gè)復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，視覺(jué)是揭示意識(shí)奧秘的重要突破口。在采用自然科學(xué)方法解決意識(shí)問(wèn)題的科學(xué)家中，弗朗西斯·克里克(Francis H. Crick, 1916-2004)是最著名的一位?？死锟耸菆?jiān)定的還原主義者。1953年，他發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)，為復(fù)雜生命現(xiàn)象找到了精細(xì)的物質(zhì)基礎(chǔ)。為了研究意識(shí)，1976年克里克加入美國(guó)圣迭亞哥索爾克研究所。1979年，克里克邀請(qǐng)馬爾和波焦來(lái)訪，探討視皮層結(jié)構(gòu)和典型視覺(jué)功能的關(guān)系，例如初級(jí)視皮層的4cβ層的圖像插值和銳度提升作用。1981年，克里克在德國(guó)馬普生物控制論研究所遇到波焦的博士生克里斯托夫·科赫(Christof Koch，1956-)?？坪债厴I(yè)后先在麻省理工學(xué)院跟隨波焦數(shù)年，1986年加入加州理工學(xué)院。他指導(dǎo)博士生伊狄(Laurent Itti)開(kāi)啟的視覺(jué)顯著計(jì)算廣為人知，但他來(lái)加州理工學(xué)院的主要目的是與克里克相會(huì)。1990年，兩人合作發(fā)表《意識(shí)的神經(jīng)生物學(xué)理論芻議》，提出意識(shí)問(wèn)題必須從也只能從神經(jīng)基礎(chǔ)進(jìn)行逐步揭示，論文以視覺(jué)為例展開(kāi)。2003年，兩人發(fā)表《意識(shí)的框架》，提出人類(lèi)意識(shí)可能是大腦皮層前扣帶回的一組神經(jīng)元以伽馬振蕩形式產(chǎn)生的。同年，科赫出版《意識(shí)探秘》，仍然圍繞視覺(jué)展開(kāi)，猜測(cè)在腹側(cè)視覺(jué)通路較高層最有可能找到視覺(jué)意識(shí)相關(guān)的神經(jīng)元。2004年，克里克去世那天還在修改一篇論文，猜測(cè)屏狀核可能是意識(shí)這首交響樂(lè)的總指揮。2014年，對(duì)一位左屏狀核附近安裝了電極的癲癇病人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)表明，刺激確實(shí)可以起到意識(shí)開(kāi)關(guān)作用。

從道理上講，用透顱磁刺激正常人屏狀核，就有可能體驗(yàn)到意識(shí)的暫停或重啟，眼前世界就會(huì)消失或重現(xiàn)。但大腦如果沒(méi)有自動(dòng)重啟，那就真玩過(guò)火了！所以還是老老實(shí)實(shí)仿照生物大腦制造“電腦”和“電眼”吧，這樣就有機(jī)會(huì)動(dòng)動(dòng)它的“電屏狀核”，當(dāng)然是它在蘇醒之前……