還有什么工作不可能被AI取代，什么工作可以由AI催生？
面對這個具有普遍性的困惑，計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域杰出學(xué)者喬恩·克萊因伯格（Jon Kleinberg）坦言，“我不知道”。
“2008年我們不會想到人工智能將會在視覺分析、語言處理上有那么好的發(fā)展，2016年我們也未曾料到人工智能可以和人進(jìn)行自然的對話。”同樣驚詫于AI的迅猛發(fā)展的他始終認(rèn)為，這些科學(xué)活動都是人類功能的延伸，“如果沒有人類的觀察和思考，我們就不可能推進(jìn)這些工作。”
今天（10月21日），第九期浦江科學(xué)大師講壇在復(fù)旦大學(xué)相輝堂舉行，在搜索引擎算法和社交網(wǎng)絡(luò)底層架構(gòu)等前沿領(lǐng)域取得開創(chuàng)性成就的康奈爾大學(xué)計算機(jī)科學(xué)和信息科學(xué)講席教授喬恩·克萊因伯格（Jon Kleinberg）和視覺科學(xué)領(lǐng)域卓越的科學(xué)家之一、約翰斯·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院分子生物學(xué)與遺傳學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和眼科學(xué)講席教授杰瑞米·內(nèi)森斯（Jeremy Nathans）聯(lián)袂開講。
日前，他們在上海被授予2024世界頂尖科學(xué)家協(xié)會獎。這是2024世界頂尖科學(xué)家協(xié)會獎獲獎?wù)邅頊麑W(xué)術(shù)交流活動首場活動，他們將出席10月25日在2024世界頂尖科學(xué)家論壇開幕式上舉行的頒獎典禮。
報告前，上海市政協(xié)副主席吳信寶為兩位嘉賓頒發(fā)浦江科學(xué)大師講壇主講科學(xué)家的紀(jì)念證書，中國科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)校長金力主持講壇。市政協(xié)各專門委員會、市科技黨委、市科委、市教委、市科協(xié)、頂科協(xié)等單位負(fù)責(zé)人，上海市各高校、中學(xué)師生以及科研人員、校友代表出席活動。
算法與生俱來就有偏見 需關(guān)注公平性與多元化
算法視角下的人類世界是怎樣的？如何確保算法的公平性？未來人工智能是否會完全替代人類行動？克萊因伯格以“算法視角下的世界：計算與高風(fēng)險決策”為題，對這些問題進(jìn)行了回答。
克萊因伯格曾對小世界理論和萬維網(wǎng)搜索算法做出開創(chuàng)性工作。他25歲拿下麻省理工學(xué)院博士，28歲發(fā)表關(guān)于“外部網(wǎng)絡(luò)的HITS算法”的論文。他和各個學(xué)科領(lǐng)域開展合作，希望將人工智能更好、更善、更公平的應(yīng)用于人類社會。如今，他思考并推動算法公平，尤其是當(dāng)算法輔助人類做出決策時，如何定義和實現(xiàn)公平。
算法讓互聯(lián)網(wǎng)
成為“智能生態(tài)系統(tǒng)”
31年前，天文學(xué)家、康奈爾大學(xué)教授卡爾·薩根（Carl Edward Sagan）在一場講座中介紹了1990年12月伽利略探測器的繞地飛行歷程，期間所收集的數(shù)據(jù)，通過圖像特征揭示了大氣層內(nèi)存在豐富的氧氣。這場講座讓克萊因伯格受益匪淺。
“90年代初，我們開始將互聯(lián)網(wǎng)看作是一個巨大的圖書館。”克萊因伯格把計算機(jī)科學(xué)三十多年的發(fā)展史分為三個階段，隨之而來的是社交媒體興起，互聯(lián)網(wǎng)被賦予了更多含義——人與人、人與機(jī)器在社交網(wǎng)絡(luò)的接觸，產(chǎn)生巨量分享、轉(zhuǎn)發(fā)和虛擬社群信息，在互聯(lián)網(wǎng)空間形成了囊括各種人類行為的生態(tài)系統(tǒng)。
2014年以來，人工智能技術(shù)的發(fā)展使互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)入第三階段。“在這個過程中，算法發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，它們能夠處理海量的信息，并從中提取有價值的部分。”克萊因伯格指出。
然而，算法的應(yīng)用也產(chǎn)生許多新的問題，比如怎樣通過算法分析獲得更多信息？虛擬信息是否能轉(zhuǎn)化為可研究、可加工的素材？為此，有效利用機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)，能讓當(dāng)前以人工智能作為基礎(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系更為健全。
算法視角
解碼人類活動“熱點”
數(shù)字時代，海量的數(shù)據(jù)如何改變?nèi)祟悾克惴ㄒ暯窍碌氖澜缡窃鯓拥模?/p>
克萊因伯格團(tuán)隊通過分析數(shù)百萬用戶的照片、搜索引擎查詢以及移動設(shè)備的位置信息，識別地球上人類活動的“熱點”。這些“熱點”不僅是物理空間中的聚集點，更是特定時間段內(nèi)人們社會活動的中心。
旅行、度假、家庭、朋友……人們會在社交平臺對這些地點進(jìn)行標(biāo)記。在一個城市著名地標(biāo)周圍，或是大型公共活動期間，都會形成顯著的數(shù)據(jù)密集區(qū)。
在克萊因伯格看來，數(shù)據(jù)表面就能提供很多意義，大模型可以挖掘出更多信息。他們對地理標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行熱力圖分析，借助大語言模型從紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)中提煉出有用的信息，分析其中的高頻詞匯、特殊詞匯，從而準(zhǔn)確定位并描述這些“熱點”。
這種基于大數(shù)據(jù)的研究方法，在兩個不同的尺度上進(jìn)行：以大約100公里為半徑的大都市規(guī)模，和縮小到僅約100米的地標(biāo)級精細(xì)度。這不僅有助于人們更好地了解大范圍內(nèi)的人口流動趨勢，也能對單個地點有更加清晰的認(rèn)識。“當(dāng)我們使用算法來分析這些數(shù)據(jù)時，我們可以發(fā)現(xiàn)許多有趣且重要的社會和文化內(nèi)涵。”
這項研究有助于提升城市規(guī)劃、旅游管理、災(zāi)害響應(yīng)等多個領(lǐng)域的工作效率。“隨著越來越多關(guān)于人類行為模式的數(shù)據(jù)積累起來，未來或許能及時有效地應(yīng)對更復(fù)雜多元的社會問題。”
克服算法偏見
需要公平與多元
“算法與生俱來就有偏見。在設(shè)計算法時，必須考慮到多元化的公平標(biāo)準(zhǔn)，并開發(fā)新的技術(shù)方法。”多年來，克萊因伯格一直致力于探索如何定義及實現(xiàn)算法公平，尤其是在算法輔助人類做決定的場景。在他看來，公平不只是是一個單一標(biāo)準(zhǔn)，而是涉及多個維度。“需要考慮不同的度量標(biāo)準(zhǔn)，確保算法在各個層面上都是公平的。”
有聽眾提出隱憂——如何在研究中考慮到?jīng)]有移動設(shè)備、無法接入互聯(lián)網(wǎng)的人？而世界各國人們常用的社交平臺不同，又該如何得到更為客觀準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)和分析？克萊因伯格對這一關(guān)切表示贊同，認(rèn)為研究者們可以從政府、非營利組織、援助機(jī)構(gòu)等渠道獲得多元類型數(shù)據(jù)，開展物理世界和數(shù)字世界的綜合比對，同時不能只關(guān)注某個特定的平臺和地點，要全面關(guān)注人類對互聯(lián)網(wǎng)的使用。
“我們必須思考算法對人類生活和后代可能產(chǎn)生的影響。”克萊因伯格強(qiáng)調(diào)，除了偏見，算法還可能存在文化單一問題。“如果我們都使用同一種算法去做決定，是否會導(dǎo)致做出的決定高度趨同，導(dǎo)致我們的文化也是高度趨同？”在他看來，人類在使用算法工具的時候，設(shè)計者、使用者、研究者都需要保持一定的多元性。
我通常不是人群中最聰明的
但擅長艱苦的工作
內(nèi)森斯曾揭示人類顏色視覺的分子基礎(chǔ)，通過基因研究闡明了視網(wǎng)膜發(fā)育的機(jī)制及其與遺傳性眼病的關(guān)系。同時，他還探索了基因治療在視覺系統(tǒng)疾病中的潛力，為視覺科學(xué)的研究和臨床應(yīng)用開辟了新的方向，也改變了人類對如何“看”世界的理解。
這兩種氨基酸
影響人對顏色的敏感度
顏色視覺在現(xiàn)實生活中不僅具有美學(xué)優(yōu)勢，還具有實用價值，是一種重要的信息來源。比如對植物而言，顏色能夠幫助其吸引昆蟲和鳥類為其授粉；對動物而言，可以利用自身鮮艷的顏色對捕食者發(fā)出警告，告訴對方“我有毒”。
早在300多年前，人類就已經(jīng)開始探索顏色視覺的奧秘。1666年，英國科學(xué)家艾薩克·牛頓（Isaac Newton）進(jìn)行了歷史上著名的三棱鏡色散實驗，發(fā)現(xiàn)陽光經(jīng)過三棱鏡折射后，會在墻上被“分解”為多種顏色，證明陽光是由多種顏色的光組成的。內(nèi)森斯認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)是“對人類顏色視覺最早、最深的洞察”。
20世紀(jì)中期，哈佛大學(xué)生物學(xué)家如特·哈勃（Ruth Hubbard）和喬治·沃爾（George Wald）發(fā)現(xiàn)所有動物的視覺都遵循順反異構(gòu)的規(guī)則。視黃醛11-12位的化學(xué)鍵有順式和反式兩種狀態(tài)，兩個狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的過程，就是所有視覺產(chǎn)生的過程。所有有視覺的動物都通過光異構(gòu)化反應(yīng)獲得視覺，前提是在視覺光感受器細(xì)胞上具有光受體，才能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)化為大腦可處理的信息。
人體具有紅、藍(lán)和綠三類不同的色覺基因，不同基因?qū)Χ鄠€波長的光敏感程度不同，但對某一組特定波長的光的敏感度最佳。內(nèi)森斯發(fā)現(xiàn)，人類感知紅和綠的過程中，有三個關(guān)鍵位置的氨基酸起到非常重要的作用，攜帶不同氨基酸會導(dǎo)致人們對不同的顏色的敏感度不同。
他舉了一個有趣的例子，同樣是對紅色敏感的視蛋白，如果180位的氨基酸是絲氨酸或丙氨酸，會導(dǎo)致人們有4nm的色覺偏差。而這個微小的偏差則會因性別不同而擴(kuò)大，因為這個基因在X染色體上，使得男性和女性在長波長光譜的感知上有一些差異。
色覺障礙如何產(chǎn)生？
他在分子層面闡明原因
從分子基礎(chǔ)出發(fā)，內(nèi)森斯開始探究視覺基因的相關(guān)疾病。
1794年，英國化學(xué)家約翰·道爾頓（John Dalton）第一次發(fā)現(xiàn)了色盲癥。正常情況下，人類是“三色視者”，其視網(wǎng)膜上的視錐細(xì)胞存在三種感光色素，分別能夠識別紅、綠、藍(lán)三原色。色盲患者則通常缺失或異常表達(dá)其中一種或多種色素，不能辨別某種或某幾種顏色，包括人們所熟知的紅色盲、綠色盲和較少見的藍(lán)黃色盲。
“我相信聽眾中一定有人色覺跟其他大多數(shù)人不一樣，這種色覺不一樣是由基因來決定的。”內(nèi)森斯表示，基因決定了人們對長波和中波光線的接收情況。在進(jìn)化的過程中，編碼紅色和綠色色覺的基因到了一條染色體上，這一基因重組事件，也是人類色覺變異的根源。
內(nèi)森斯表示，他對自己的DNA進(jìn)行了測序，發(fā)現(xiàn)他的染色體上就有1個紅色和2個綠色的色覺基因，這也是人類物種中最常見的組合。而基因內(nèi)部的混合重組會導(dǎo)致異常色覺，紅綠色盲的分子基礎(chǔ)是在染色體上串聯(lián)排布的紅綠感光色素基因異常重組或者基因缺失。
X染色體失活
為女性視覺系統(tǒng)帶來了新的可能
一只具有黑色、橘色、白色毛發(fā)的花色母貓看似尋常，但卻反映了遺傳學(xué)中一種特殊的現(xiàn)象：X染色體失活。在正常雌性哺乳動物的細(xì)胞中，兩條X染色體中的一條會失去活性，導(dǎo)致X連鎖基因得到劑量補(bǔ)償，保證雌雄個體在功能上具有相同的基因表達(dá)水平。
X染色體失活，正是色盲癥男女有別的奧秘。內(nèi)森斯介紹，人類大部分色覺受體位于X染色體上，如果發(fā)生基因突變，就會導(dǎo)致色盲癥。女性有兩條X染色體，如果其一發(fā)生失活，另一條X染色體就會進(jìn)行代償，而男性只有一條X染色體，一旦發(fā)生病變，無法得到代償，只能“認(rèn)栽”。這就是男性比女性患色盲癥比例高的原因。
在了解人類顏色視覺基因?qū)用婀ぷ鳈C(jī)制的基礎(chǔ)上，內(nèi)森斯和合作者進(jìn)一步探索創(chuàng)新，在一項小鼠遺傳和行為研究中，對具有基因缺陷的小鼠進(jìn)行了基因改造，使得本來只具有長波、中波、短波色素基因中的一部分的二色視覺小鼠能夠看到原來看不到的色彩，通過三色視覺測試。
這一驚人發(fā)現(xiàn)凸顯了視覺系統(tǒng)的非凡可塑性。有聽眾提問：“X染色體失活能夠應(yīng)用于基因治療之中嗎？”內(nèi)森斯表示，雌性動物X染色體失活機(jī)制有望在基因缺陷疾病診療方面解決一些問題，理論上，人們可以通過讓讓失活的基因重新表達(dá)，將突變的基因沉默，但如果一條染色體失活，可能會影響其他疾病的表達(dá)。“科學(xué)問題就像洋蔥，揭開一層還有一層，”他強(qiáng)調(diào)，“盡管我們做了多年研究，但還是不了解具體機(jī)制，仍然需要做更多工作。”
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