人類智能的獨(dú)特之處在于能夠從感官體驗(yàn)中抽象出概念，從而在概念空間進(jìn)行思考和交流。這種將高維感知“壓縮”為低維概念，再由概念“重構(gòu)”感知的雙向過程，構(gòu)成了人類符號(hào)化思維的基礎(chǔ)。但是，當(dāng)前人工智能系統(tǒng)卻難以實(shí)現(xiàn)這一過程。

　　近日，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所團(tuán)隊(duì)等，提出了新型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架CATS Net，實(shí)現(xiàn)了類人的概念形成、理解和交流。這一成果為理解人類的概念認(rèn)知提供了計(jì)算模型，并為建立具有類人概念智能的人工智能系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)。

　　CATS Net包含概念抽象（CA）模塊與任務(wù)求解（TS）模塊。在處理視覺任務(wù)時(shí)，CA模塊能夠自發(fā)地將高維的視覺輸入壓縮成緊湊的低維“概念向量”。隨后，這些概念向量如同開鎖的“鑰匙”一般，通過分層門控機(jī)制產(chǎn)生一系列“開關(guān)”信號(hào)，能夠動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)TS模塊的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)，高效靈活地指導(dǎo)系統(tǒng)完成特定的視覺感知任務(wù)。系統(tǒng)可以根據(jù)與環(huán)境的互動(dòng)自主生成大量新概念，形成自己的概念空間。當(dāng)不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)所生成的概念空間對(duì)齊后，可以直接通過概念向量在網(wǎng)絡(luò)間傳遞知識(shí)。這些能力再現(xiàn)了人腦的概念生成、理解和交流。

　　團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將CATS Net自發(fā)形成的概念表征與人類的概念空間和神經(jīng)活動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。功能磁共振成像的表征相似性分析顯示，CATS Net生成的概念空間與心理學(xué)上的人類認(rèn)知語義模型一致，其表征模式還與人類大腦中負(fù)責(zé)視覺語義表征的腹側(cè)枕顳皮層活動(dòng)模式相關(guān)。同時(shí)，CA模塊的動(dòng)態(tài)門控機(jī)制與腦中負(fù)責(zé)概念提取與操控的語義控制網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)模式吻合。這表明CATS Net在功能層面模擬了人類的概念認(rèn)知，并在機(jī)制層面揭示了人腦概念形成與理解的計(jì)算原理。

　　該工作為研發(fā)具備人類概念形成與應(yīng)用能力的下一代智能系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

　　相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《自然-計(jì)算科學(xué)》（Nature Computational Science）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目等的支持。