Posted By Mr. Thursday 今天上網尋找東西或資訊，無論是用Google還是Yahoo，我們用的都是關鍵字 (keyword) 搜尋。關鍵字搜尋對一些專有名詞的資訊搜尋效果不錯，然而有時候我們只知道比較廣泛的概念，想要找比較詳細的資訊卻不知道該下什麼關鍵字，或著是同義字很多，像是 Apple是指水果的蘋果，還是蘋果電腦？或是我們想用自然語言的問句，來界定我們關鍵字的上下文意義，避免找到有這個關鍵字，應用情境 (context) 卻不是想要尋找的情況。「語意搜尋引擎」想要達成的目標就是如此，當少數關鍵字的意思並不明確，無法清楚定義出情境 (context) 或是排除同義字，或是想從廣泛的概念搜尋比較詳細特定的概念，就可以運用語意搜尋引擎來找找。 目前有哪些搜尋引擎呢？針對 Wikipedia 內容來做語意搜尋的搜尋引擎有 Powerset 和 Cognition，Cognition除了包含Wikipedia的內容外，也針對法律 (legal) 內容和醫學 (medicine) 內容做搜尋。Hakia 則是針對整個網路的內容做語意搜尋。除此之外，最近也有 Evri 這個語意搜尋引擎，使用類似資料庫裡面 entity-relationship (ER) 的瀏覽方式，讓使用者可以根據事情之間意義上的關係，從一個網頁連到另外一個網頁，讓超連結 (hyperlink) 不是只有關鍵字的連結，而是經由事物的屬性意義的連結。下面就讓我們先看一下這些搜尋引擎的 DEMO 吧！ 影片1 Powerset demo
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神經科學研究的各個層次
Posted in Mr. Thursday, Research, 大腦, 專欄, 影片, 神經生物, 認知心理, 電腦科學 on Sep 16th, 2008
Posted By Mr. Thursday 在之前有寫了一些神經科學相關的文章，有些是偏向認知心理的，有些是偏向細胞分子的，或是偏向視覺處理的。神經科學的研究，我本身的是以人工智慧作為出發點，往神經科學研究方向進行。至於為什麼要在人工智慧以外加上神經科學呢？這兩者似乎有一點距離？原來資訊工程的技術是否已經足夠了呢？ 這邊我提出幾點研究的動機。首先，目前的機器學習的方式，和人類學習的方式比較起來，有個最大的不同，就是我們人類可能從上課或是閱讀當中自我學習，或是由外在環境給予的經驗來學習。機器同樣也是接收外界的刺激，調整自己的反應來學習，然而機器學習過程當中，有時候會需要滿多人類的介入，譬如說調整參數、調整模型或演算法等等。如果用類比的方式來說，目前機器學習的方式如果用到人上面，就像是把人的腦蓋打開，調整裡面的神經連結，關起來以後再讓人腦跑跑看有沒有學習到。其實這種方式學習也沒有什麼不好，因為機器的目標，其實是服務人類，學習的東西有學到，怎樣子學習到就不那麼重要了。 那麼機器目前學習的情況如何呢？其實目前的電腦和機器算是滿先進的，加上運算速度快，純粹數字計算的能力就比人類心算能力還快，許多應用服務也讓人類生活改善不少。然而有些比較難處理的問題，像是需要人類智能才能完成的問題，譬如說翻譯、圖形辨識、影像辨識、語音辨識、語意了解等等，這些都算是人工智慧 (Artifitial Intelligence 人工智能) 所需要解決的問題，這些問題的解決，沒有隨著硬體速度的增加而解決，因此軟體上面的進步，就是關鍵了！目前對於這些難以解決的方式，有兩種解法：(1) 運用大量的訓練資料，譬如說Google翻譯，使用大量的訓練資料，或是PDA的手寫辨識，大量的訓練資料都讓正確率大大提升。(2) 運用人工運算 (Human Computing) 結合Web2.0的方式，提供人性化的介面，讓每個人在趣味中貢獻微小的人類智力，解決一些大量資料也無法解決的東西，譬如說reCAPTCHA、語意辨識、圖形的ROI (region of interest) 等等。
Posted by Mr. Thursday 之前曾經介紹過〈海扁學習與神經網路的同步化〉，今天則是要和各位介紹和長期記憶相關的一個腦部結構，叫做「海馬迴」。「海馬迴」英文稱為 hippocampus，是從希臘文字根 hippos (馬) + kampos (海怪)而來的。 圖1 海馬迴在人腦裡面的位置 海馬迴重要在哪裡呢？主要是因為海馬迴和我們形成長期記憶的過程有關。怎樣子曉得和長期記憶有關呢？最重要的是因為在1953年，有一為病人，名字縮寫為H.M. (Henry M.) ，因為一直為癲癇 (epilepsy) 所苦，因此醫生決定為他開刀，把癲癇的來源，也就是腦部顳葉 (temporal lobe) 的地方，摘除掉。這個部分剛好也就是海馬迴的地方，因此他的左右的海馬迴、以及杏仁核 (amygdala, 負責情緒功能的區域)，也被摘除掉了。 手術之後，病人H.M.好像恢復正常，不再癲癇。但是，他開始產生嚴重的失憶症，手術往前一部分時間的記憶消失，手術後無法形成新的長期記憶。人沒有長期記憶的功能，是非常不容易生活下去的！醫師發現這個情況以後，也就在沒有其他醫生會使用這種切除海馬迴的方式來治療癲癇了。對於科學研究來說，我們則是順便從這個病例，了解到海馬迴具有形成長期記憶的功能，詳細迴路可能還不知道，但是至少知道如果整個海馬迴摘掉，就無法形成長期記憶，因此非常重要！ 下面是另外一張海馬迴的立體位置圖：(尋找hippocampus的地方) 圖2 海馬迴位置圖
語言數字觀研究與人類數字功能的猜想
Posted in Mr. Thursday, Research, 大腦, 專欄, 神經生物, 網路新聞, 認知心理 on Sep 1st, 2008
Posted By Mr. Thursday MIT News前陣子有一篇報導，敘述有一些和認知語言有關的研究。他們主要是研究南美洲一些原住民部落的語言，主要是巴西的西北部一個叫做Piraha的部落。在那邊除了研究語言之外，也研究該部落的語言，對於數字的概念是如何？他們發現到一個有趣的現象，就是在Piraha這個部落的語言裡面，對於數字的觀念非常模糊，幾乎沒有精確的數字描述。譬如說研究者請他們從1數到10，或是從10數到1，結果用他們的語言，1和2兩個字都有，但是數到3以上，都是同一個單字。也就是說，他們對於數字的觀念，只有「1」、「2」、和「很多」這三種區別。(圖: Edward Gibson教授) 就我們的工作記憶(working memory) 來講，的確也是有類似的現象，譬如說我們印象深刻的數字，第一個大概是「3」，大於「3」的數字，我們比較不容易捕捉其概念。舉個例子來說，中文字的1是「一」，2是「二」，3是「三」，但是4呢？就不是四條橫線了！又另外一個數字比較印象深刻的，大概是7。不是因為7乘以4等於28天，也不是一個禮拜剛好七天，而是因為工作記憶的容量，通常就在7到8位數字左右，觀察一下我們的電話號碼，你說手機有10位數字，但是開頭兩位可能都是固定的，所以其實只要記住8位數字就好，室內電話最多也是8位數，第一位數有時候也是固定的。如果要再科學一點，我們也可以用實驗的方式，來證實工作記憶的儲存容量，對一般人來說就是7到8位數。譬如說亂數唸出一堆數字，然後請受試者寫下記得的數字，一般人大概最多回憶到7組數字 (如果兩個數字一組，7組數字就是14個數字，也就是7個二位數的數字)。 而這則新聞和認知科學上面對工作記憶的發現，也讓我產生了一個大膽的假設，或許有興趣的話，可以實驗來證明一下。我的假設是說：人類數字功能，是一種類似「繞道」而行的方式產生，也就是說數字功能可能不是天生的，但是後天可以勤能補拙，產生數字的功能。為什麼會這樣子假設呢？
Posted By Mr. Thursday David OReilly運用 anamorphosis 的技術 (古代把物體畫成變形的圖案，透過特殊鏡片或角度才能看到原貌的繪圖技術)，將他原本的動畫呈現在iphone上面，但是會因為觀看角度的關係，讓人以為這隻小貓是立體的，而且還可以透過觸控螢幕來移動動畫的觀賞角度呢！實在是非常神奇的創作！ iHologram – iPhone application from David OReilly on Vimeo. 資料來源 (The Next Web) See that little creature? It’s a iPhone holographic illusion
免疫系統一日遊
Posted in Mr. Thursday, 專欄, 影片, 神經生物 on Aug 25th, 2008
Posted By Mr. Thursday 免疫系統對我們實在是非常重要。之前介紹過的病毒，或是生活環境中都有許多細菌，甚至身體裡面也會自己長出癌細胞，但是因為有了免疫系統，我們可以在一定程度下保持自己的健康，除此之外，我們得過一種疾病之後，還會記住這個疾病，第二次的免疫反應會更大更迅速，讓我們有「免疫」的表現。或者透過疫苗的方式，我們也不需要得過一次病，就可以「免疫」了！然而我們的免疫系統，是如何運轉的呢？除了白血球 (可以細分為4種今天不談) 提供身體一般非特定性的免疫功能，對每一種疾病特定的免疫反應，則是透過身體裡面的兩種淋巴細胞來反應，分別是B細胞和T細胞。為什麼叫做B細胞和T細胞呢？是因為他們喜歡用 BT 下載影片嗎？No No No! B細胞是因為他是在骨髓 (bone marrow) 裡面成熟，所以稱為B細胞， T細胞是因為他是在胸腺 (thymus) 成熟，所以稱為T細胞。 圖1 淋巴細胞(lymphocyte)與樹狀白血球細胞(dendritic cell) B細胞和T細胞如何在身體裡面清除病原，讓身體保持健康呢？這邊有另外兩個主角，就是抗原和抗體 (antigen and antibody)。抗原是病菌或病毒上面某個可以被辨認的蛋白質片段，而抗體就是免疫細胞上面，可以專門來辨認和結合抗原的部分，抗原和抗體，就有如鑰匙和鎖的關係，而且具有特定性，一個抗體就只辨認一種抗原。B細胞和T細胞的差別，可以從他們細胞膜上面的抗體來分別。 圖2 抗原 (antigen) 與 抗體 (antibody) 每個T細胞或B細胞上面有許多抗體 (antibody)，就像上面那張圖裡面紫色的部分一樣，每個細胞有很多個抗體，但是同一個細胞表面的抗體會全部都一樣，也就是說抗體有很多種，但是一個B細胞或T細胞上面，只有一種抗體分布在上面。而一個抗原(antigen)則會有許多小部分 (epitopes) 可以讓某一個特定的抗體所辨認，所以一個抗原，有時候會需要三個抗體才能完全被辨認和結合。 抗體結合到抗原上面，就表現出免疫的作用了，譬如說病毒如果被抗體辨認，然後結合起來，病毒原來可以侵入細胞的區域，可能就被抗體給佔據，因此病毒就無法再入侵健康的細胞了。對於已經被感染的細胞，或是外來的病菌，抗體則是有另外一種作用，簡單地說，是一種把抗原標示起來的作用，讓免疫系統其他組成份子可以確定摧毀的目標。整個故事怎麼走呢？下面就來慢慢解釋。
呼吸的花朵與人機運算的比較
Posted in Mr. Thursday, Research, 大腦, 專欄, 影片, 神經生物, 網路新聞, 認知心理 on Aug 23rd, 2008
Posted By Mr. Thursday 下面的FLASH是由 Arthur Shapiro 所製作的視覺錯覺。原本固定形狀的花朵，加上邊緣的線條，就會開始規律地扭轉，好像在呼吸一樣呢！ FLASH1 呼吸的花 Arthur Shapiro會在他的blog每天製作一個視覺的錯覺 (Visual Illusion)。也許會納悶，怎麼人的視覺系統會產生錯覺呢？這樣子不就不大好？其實我們也可以說，因為人類視覺系統如此特別，所以可以輕鬆地辨識物體，尤其在切割兩個重疊的影像的時候，我們可以很輕鬆地把同一盤菜裡面的菜和湯分開來，如果要用電腦來處理，目前仍然無法很容易地進行。 其中部分原因，是因為我們的視覺系統是用對比的訊號 (contrast)，而不是像電腦的編碼，儲存的時候是用點陣圖的方式儲存，對比的資訊需要另外計算。電腦似乎就是用「絕對」的方式來處理視覺資訊，而人腦就是用一種「相對」的方式來處理視覺資訊，因此對電腦來說不容易的視覺工作，人腦是非常容易辦到，不過也因此會有副產品的產生，就是視覺上的錯覺了。之前曾經介紹的Ebbinghaus Illusion，就是可以說明我們使用相對資訊來處理視覺，因而產生錯覺的例子，您看！中間兩個圓圈是一樣大的，但是因為週遭圓圈大小不同，我們相對的視覺系統，就產生大小不同的錯覺了。 圖1 ebbinghaus illusion 除了「相對」的處理方式是人腦和電腦有所不同的地方，「平行計算」是另一個可以比較的地方。不過無論是電腦或是人腦，都會有平行計算，因此今天想探討的是另外一個問題，請各位先觀察一下下面這張圖片： 圖2 人腦XOR 這個圖片是由 Mark Changizi 所製作的，主要的想法是希望能夠利用人腦平行計算的能力，來解決一些邏輯上的運算。譬如說上面這張圖，是希望在圖的最上方可以放0或1，0的盒子會遠離觀賞者，1的盒子看起來會朝向觀賞者。接著觀賞著沿著這張設計好的圖，運用人腦的平行計算能力，看到圖片最下方的地方，如果感覺是朝向觀賞者，就說是1，如果最下面看起來是遠離觀賞者，就說是0。而這張圖的設計，可以讓觀賞者自然地從上面看到下面的時候，做了一個XOR (exclusive OR) 的運算。 不過我想探討的問題就是：平行計算應該是發生在運算初期的部分，無論是人腦還是電腦的平行計算。
