国产 探花

“目前该作念什么？”

这个问题在我的科研和教学生涯中束缚出现。每位科学家、学者、作者、艺术家……每天齐会濒临这样一个问题：今天该作念些什么。

大多数东说念主会采纳赓续昨天的责任，不管是延续某个研究标的、完成一些测量或是推动故事的情节发展。但如果被动在更深脉络上，或者是在一个弥远技俩中问我方“目前该作念什么”，大多数东说念主会尽量幸免改变他们一直以来乐在其中的研究领域。

而我，采纳去寻找一个委果的「难题」（A PROBLEM），而不是小问题（a problem）……对我来说，心智怎么从大脑中涌现是最深脉络的问题，竣工是一齐难题。

译丨王启隆

出品丨AI 科技大本营（ID：rgznai100）

约翰·霍普菲尔德（John Hopfield）是普林斯顿大学教会，他的研究生涯横跨生物学、化学、神经科学和物理学等多个领域，设置斐然。尤为紧要的是，他以物理学家狠恶的眼神扫视了生物学这一复杂的领域。他最驰名的孝顺之一是建议了神经收罗，即目前的Hopfield 收罗，这一表面是推动当代深度学习领域发展的早期念念想之一。

跟着 2024 年的诺贝尔物理学奖授予霍普菲尔德教会与“AI 教父”杰弗里·辛顿（Geoffery Hinton）教会，对于两位前驱者的深奥念念想再次走进环球视线。

辛顿教会动作图灵奖和诺贝尔奖双料得主，许多东说念主热衷于挖掘他和“ChatGPT 幕后勇士”伊尔亚·苏茨克维（Ilya Sutskever）之间的师徒关系感到意思，同期也对“东说念主工智能巨匠是否该取得物理学奖项”感到质疑。

但事实上，霍普菲尔德教会和物理学却有相当深厚的接洽。他的父亲是“霍普菲尔德带”（氧气的光谱带）的发现者与“莱曼-伯奇-霍普菲尔德带”（氮气的光谱带）的共同发现者，母亲亦然一位物理学家。从小在学术环境中耳濡目击的霍普菲尔德，在长大后取得了物理学博士学位，速即前去了知名的「贝尔实验室」，在表面组责任了两年。

离开实验室后，霍普菲尔德教会开端了漫长且“横跨多学科”的科研生涯。一览他的职教资格，会发现他曾在加利福尼亚大学伯克利分校教过物理学，在普林斯顿大学教过物理学，在加州理工学院教过化学和生物学，随后又回到普林斯顿大学教分子生物学。而于今的 16 年来，他一直担任物理学教会，并在普林斯顿神经科学研究所的建立中施展了过错作用。

正如霍普菲尔德教会在 2018 年发表的著作《目前该作念什么?》（Now What?）中所说，他的许多设置齐是通过束缚地问我方“目前该作念什么?”并在许多时候通过改变研究标的来完毕的。下文是对这篇经典著作的翻译，极力引颈读者们走近这位驱动了东说念主工智能发展的物理学家。

小序

《目前该作念什么？》 (Now What?) [1]

John J. Hopfield，普林斯顿大学，2018 年 10 月

我的第一份全员责任是在新泽西州默里山的贝尔实验室，这个处所在 1948 年发明了晶体管。实验室的六东说念主表面物理小组礼聘了我，担任本事员职位。我已经在康奈尔大学完成了博士学位论文的撰写和答辩，并知足了其他通盘博士毕业的要求，于 1958 年 3 月初细腻报到。

入职的第一天上昼，我忙于处理各种行政手续。中午，我和几位共事在食堂共进午餐，随后前去我的新办公室。整理了一些竹素和期刊，花了粗拙一个小时。接着，我去五楼的仓库领了一些札记本、铅笔和一个便携式的削笔刀。于是，我把几支铅笔削好。速即脑海中蹦出了一个问题：

“目前该作念什么？”（Now What?）

这个问题在我的科研和教学生涯中束缚出现。每位科学家、学者、作者、艺术家……每天齐会濒临这样一个问题：今天该作念些什么。

大多数东说念主会采纳赓续昨天的责任，不管是延续某个研究标的、完成一些测量或是推动故事的情节发展。但如果被动在更深脉络上，或者是在一个弥远技俩中问我方“目前该作念什么”，大多数东说念主会尽量幸免改变他们一直以来乐在其中的研究领域。

我取得 2019 年富兰克林物理学奖[2]，是“因将表面物理学的想法应用于提供对多个领域（包括遗传学和神经科学）中的紧要生物学问题的新视力，并对规划机科学领域中的机器学习产生了显耀影响。” 这些设置的取得是因为我经常通过改变研究标的往复话“目前该作念什么？”的问题。而富兰克林奖项的一个更为科学的援用指出，我的两篇研究论文才是我取得提名的过错。

本文将陈述我是怎么偶然碰到这些论文所惩办或领悟的研究问题的历史。我对“目前该作念什么”的回答是，“这是一个不同寻常的、可能紧要的、新颖的研究问题，我不错建议并可能因为我的物理学配景而惩办”。这种情况不会被那些配景比我更相干的东说念主员粗俗识别为一个问题。

采纳研究问题是科学领域中个东说念主设置的主要决定成分。我在科学问题上经常谨防力不时时刻较短（谨防博学者与浅尝辄止者之间的隐微离别，我经常处于后者的位置）。因此，我一直齐在寻找更道理的问题，而这要么是在我目前的问题得到惩办时，要么是在我字据我方的特地才能判断它们无法惩办时。

物理学是什么？

我在一个父母齐是物理学家的家庭中长大，因此对我来说，物理学不单是是一门学科。原子、对流层、原子核、一块玻璃、洗衣机、我的自行车、留声机、磁铁——这些齐是偶然的课题。

我中枢的理念是：宇宙是不错领悟的，你应该或者拆解任何东西，领悟其构成部分之间的关系，进行实验，并在此基础上或者发展出对其行为的定量领悟。因此，物理学是一种形而上学上的不雅点（point of view），即咱们周围的这个宇宙，通过努力、鼎新温情应的资源，不错以预计和合理定量的方式被领悟。

成为又名物理学家，便意味着极力于于这 种领悟。

广义上的训诫

我在拆解事物、了解它们是怎么责任的、修理自行车、在厨房（或更好的是在地下室）探索化学、建造遨游模子飞机、晶体收音机和轻松无线电、玩电板和电线圈并学会用手念念考和操作什物的经过中长大。

我最早的牵挂之一是一把小螺丝刀，它被放在母亲使用的脚踏缝纫机抽屉里。它是用来微调缝纫机的，但允许我用它拆解家里的任何东西——唯有我把它放回抽屉里。如果我偶尔不行重新拼装我间隔的东西，我父亲会在晚上耐烦肠帮我重新拼装。

但是，成为又名物理学家对年青时期的我来说是一个较为神秘的想法，即在更抽象的层面上进行这种游戏般的探索。

在我父亲那一代，物理学并不会带来丰厚的薪金。我父亲在 1929 年凭借古根海姆奖学金去了柏林，规划在 1930 年复返好意思国收受一份学术责任。1929 年的华尔街崩盘侵扰了，取消了通盘大学的招聘。相悖，他收受了几个临时职位，包括在 1933 年芝加哥世博会成立物理展览——我就是在那处出身。

成为物理学家在经济上并不睬想，是以我照旧良晌地筹商过其他职业。我的高中化学敦厚相当出色，而我的高中物理敦厚（过后看来）致使枯竭对基本力学和电学的领悟。受此影响，在填写大学肯求时，我列出了“物理或化学”动作可能的专科。

来到斯沃斯莫尔学院（Swarthmore）后，我的导师是威廉·“比尔”·埃尔莫尔（William “Bill” Elmore）。比尔了解我的父亲和我的配景。我仍然难忘第一次走进他的办公室时的情景，他提起描述着我的兴致和学习标的的卡片，拿出一支笔，划掉了两个词，并说说念：“我觉得咱们不需要筹商化学。”

威廉·“比尔”·埃尔莫尔

好意思国实验物理学家，曾参与研制原枪弹的曼哈顿规划，是三位一体核试（Trinity）的目睹者。

但我照旧必须采纳一个具体的研究标的。因此，在斯沃斯莫尔学院学习的后期，我开端关注物理研究生院，着眼于我可能会专攻的标的。我的成长资格至极围聚在对周围宇宙的物理学的兴致上，而不是原子核或天地的物理学，而是日常宇宙过甚本事的物理学。

最终我采纳了去康奈尔大学而不是普林斯顿大学读研究生，因为在 1954 年，康奈尔大学似乎有一个部门对固体物理学领域感兴致。它由几门带有固体字样的课程、一个固体物理研讨会、两位在这个领域进行表面研究的老师和粗拙四个实验标的界说。阿谁部门那时进行的实验问题包括低温热导率、碱金属卤化物中的色心、绝缘体的紫外光谱和 X 射线招揽。我还难忘部门里有个东说念主在研究 氦-4 的超流动性系，但那信托不属于那时界说的固态物理学领域。刚从伊利诺伊大学来的唐纳德·霍尔科姆领有一台瓦里安核磁共振仪，而且他的研究处于主流之外。系里其他的主流研究标的则包括核物理与粒子物理、X射线以及天地学和天体物理学。

在康奈尔大学的第二年末期，我找到了表面物理学家阿尔伯特·奥弗豪泽（Albert W. Overhauser），问他是否满足指导我的论文并帮我找到一个论文题目。通过课程和惩办问题，我飞速掌捏了表面物理学的器用，但我仍不知说念怎么找到一个合适的研究问题。找到好的问题并不是（即使在今天也不是）在课堂或研讨会上磋议的主题。

阿尔伯特·奥弗豪泽

物理学家，好意思国国度科学院院士，因建议核磁共振中的奥弗豪瑟效应表面而驰名。

运道的是，我不错去惩办奥弗豪泽悬而未决的一系列道理谜题。这些谜题经常是口头上的悖论，比如：“固体物理学中某一表象的初步表面分析得出拆伙 A，而实验却给出了完全不同的拆伙 B”。还有个例子，奥弗豪泽动作作者援用最多的论文的前两句是：

“轻松的经典表面对离子晶体的介电常数和压缩性的描述导致了两个关系，其中放纵参数已被摈弃，称为Szigeti关系。这两者齐不相宜实验数据，标明这些轻松表面存在不及。”（B. G. Dick 和 A. W. Overhauser， 1957）

这篇总结了奥弗豪泽第二位学生盖尔·迪克博士论文的著作，描述了一个能摈弃表面与实验拆伙之间各异的更好模子。

在奥弗豪泽列出的悖论中，大多数情况下他我方也不知说念是什么导致了表面分析与实验拆伙之间的矛盾。于是，我采纳了一个对于晶体中激子辐射寿命的问题，因为这个问题在表面上存在矛盾。轻松的表面字据应用方式得出零或无尽的拆伙，这齐分歧乎情理。这个问题成了我的研究焦点，而奥弗豪泽并莫得在这方面的研究。

每次我去见他时，他齐动作倾听者和品评者赐与了极大的复古，但寻找研究标的和惩办本事表面问题完全是我的拖累。他给我的最大礼物是对一个道理问题的通盘权，以及对研究和进展的全部拖累。有一天，他告诉我最佳开端整理我的研究效果，这标记着我博士研究的收尾。为了摈弃这一悖论，咱们发明了极化激元，这是一种新的固体物理“粒子”。从我的论文中写成的单篇论文（和单个作者）于今仍被高度援用，这得益于激光、极化激元凝华态和当代光子学。谢谢你，奥弗豪泽，我已经尽力通过培养新一代落寞的学 生往复报你。

第一份委果的责任

手捏表面固态物理学论文，我踏入了职业阛阓。是采纳学术界照旧工业界？从我听过的固态物理学研讨会演讲者那处，谜底已经很明确了。AT&T 的贝尔实验室和通用电气在固态物理学领域有着比任何大学齐更宽泛、更有活力的研究技俩。从这些实验室挂牵后，我对工业界所追求的这一领域以及这两个实验室相对解放的研究氛围感到相当振奋。

最终，我采纳了贝尔实验室，主淌若因为它的实验室管束结构。他们重组了结构，使得有一个微型的表面物理组，不径直附庸于磁性或半导体等子领域。比拟之下，通用电气在每个固态物理学主题子群中齐有几个表面学家。天然，加入贝尔实验室的固态表面组，就像在阿谁时间加入洋基队（知名职业棒球队）成为投手一样。

表面学家们齐在研究奥弗豪泽那种密语般的课题。

菲利普. 安德森（Philip W. Anderson）彼时写罢了他那篇对于“某些偶而晶格中枯竭扩散”的论文。这篇论文将成为他其后取得诺贝尔奖的基础，其动机是为了解释费厄（Feher）在掺杂硅实验中不雅察到的一些悖论性的电子自旋弛豫拆伙。梅尔文·拉克斯（Melvin Lax）试图以不违犯热力学第二定律的方式来阐明半导体二极管中的噪声问题。因为在一个轻松的二极管-电阻电路中，很难写出一个表面，使得二极管的整流特质导致电容器上的平均电荷为零。康耶斯·赫林（Conyers Herring）发明了声子拖曳（Phonon Drag）来解释掺杂半导体中异常强大的热电势。格雷戈里·万尼尔（Gregory Wannier）那时在研究斯塔克效应（Stark effect）过甚在高电场下的可能不雅测。

目前挂牵通盘这个词功绩，让我印象潜入的是，研究主题齐是固态物理学的精深问题。表面责任经常基于详备的实验，但并不成心由 AT&T 的材料科学和器件需求驱动。天然，贝尔实验室的大部单干作齐围聚在后一类问题上，但表面组却不同。

赫林阅读了通盘固态物理学文件，致使亲身翻译了一些苏联文件。他主理每月一次的期刊俱乐部，从他的阅读中采纳最道理的内容，指派相干的实验室科学家进行演讲。很少有东说念主拒却这样作念。这些充满争论的会议对我的蔓延训诫和动作先容贝尔实验室极其各种化的社会环境齐是极好的。

赫林亦然表面组的负责东说念主，他看到我在努力寻找下一个研究问题。他建议我去拜访实验学家，以取得对道理谜题所在的我方的嗅觉，我仍然难忘许多这样的拜访。阿瑟·肖洛（Arthur Schawlow）向我解释了 1958 年汤斯-肖洛（Townes-Schawlow）对于“光学激光器”可能性的表面论文。然后，他从桌子抽屉里拿出一根粗拙三英寸长的粉红色棒子，描述了使 Al2O3 成为红相持的 Cr3+杂质的奇妙光谱细节。他收尾讲话时说，灾祸的是，R1 和 R2 光谱线完全不稳妥制造光学激光器。但两年后，在西奥多·梅曼（Theodore Maiman）展示了闪光灯泵浦红相持的激光作用后，这种晶体被用于制造贝尔实验室的第一台光学激光器。可见制造脉冲激光的紧要性并未被肖洛相识到。

比尔·博伊尔（Bill [Willard] Boyle）那时在测量半金属铋的低温磁热性质。乔治·费厄（George Feher）使用他开发的 ENDOR 本事（电子-核双共振）画图了硅中磷檀越的电子波函数图。伯恩德·马蒂亚斯（Bernd Matthias）则告诉在步地有满足听的东说念主，超导性不可能确实是 BCS 型的，因为在某些材料中莫得同位素效应。罗伯特·科林斯（Robert J. Collins）倒是向我先容了 CdS 中的“边缘辐射”发光，这为我的第二篇论文提供了主题。

拜访吉姆·兰德（Jim Lander）的子部门让我到手相识了戴维·托马斯（David G. Thomas），咱们随后的配合为我将来几年提供了必要的“谜题”。贝尔实验室黄金时间的神秘感以过甚管束者和科学家的不凡远见使我想陈述这个团队的配景故事。这个部门完全极力于于氧化锌（ZnO）研究，而在 1960 年之前，真空管是通盘电话电子开采中的基本放大器。真空管需要来自热阴极的电子辐射，但为了延长使用寿命和裁减功耗，温度需要尽可能低。氧化钡（BaO）涂层阴极在这方面推崇细密，因此贝尔实验室成立了一个研究氧化钡的小组。

到 20 世纪 50 年代中期，很昭彰真空管时间行将收尾。尽管如斯，1956 年第一条承载电话会话的跨大欧好意思电缆仍然每 43 英里就有一个真空管放大器。（这条电缆在使用 22 年后因本事逾期而住手使用，通盘真空管仍在正常责任！） 由于氧化钡不再是 AT&T 将来本事感兴致的材料，而且该小组在氧化物材料方面有教会基础，他们这才将研究重心转向了氧化锌。氧化锌被觉得是一种半导体，因此可能与电子本事关系，而且氧化锌晶体相对容易孕育。因此，兰登的小组或者通过设想一个看似合理的替代道理来保存我方，并 在贝尔实验室的结构中发展。

我在责任前十年对“目前该作念什么？”的回答

一言以蔽之，我碰到化学家戴维·托马斯，并与他建立了一个表面与实验相结合的责任定约，这个定约最终波及了许多不同的化合物半导体。它为我提供了多年来未预感的问题和悖论，为 AT&T 提供了化合物半导体和半导体光学的紧要学问基础，并在 1969 年为咱们赢得了好意思国物理学会颁发的“奥利弗·E·巴克利凝华态物资奖（Oliver E. Buckley Condensed Matter Prize，经常简称巴克利奖）”。

但在那时，莫得东说念主会猜到光和化合物半导体 会有目前这样大的本事远景。

离开闲散区

1968 年，我发目前凝华态物理学中已经找不到稳妥我特地才能的问题了。我取得了一个古根海姆奖学金（Guggenheim Fellowship，好意思国驰名的学术资助技俩），前去剑桥大学的卡文迪许实验室待了半年，但愿找到新的道理标的，但险些一无所获。

从剑桥大学回到普林斯顿大学后，在贝尔实验室半导体组的接洽责任中，我碰到了罗伯特·舒尔曼（Robert G. Shulman），一位正在对血红卵白进行高分辨率核磁共振实验的化学家。

罗伯特·舒尔曼

他是好意思国国度科学院院士和好意思国国度医学研究所院士。他其后毁掉了生物分子结构研究，转而研究体内通路。

舒尔曼向我先容了血红卵白中四个铁原子在宽泛分离的血红素组中心的协同氧结合。令东说念主咋舌的是，各种物理学本事齐被用来研究这个分子。核磁共振（NMR）、电子顺磁共振（EPR）、光谱学、共振拉曼散射、X 射线结构研究、中子散射、穆斯堡尔光谱学——通盘这些固态物理学的高明实验本事似乎齐与血红卵白密切相干。有一段时刻，血红卵白成为物理学家领悟卵白质怎么运作的“氢原子”。

舒尔曼但愿有表面方面的伙伴来匡助解释他的核磁共振拆伙，通过这些拆伙，他但愿领悟生理上紧要的协同氧结合的物理基础。他 知说念我通过与贝尔实验室的实验化学家戴维·托马斯的配合所产生的影响。因此，他努力让我对血红卵白问题产生兴致，并让我相识到这种研究有可能使生物学成为一门 “硬 ”科学。

了解我方的才能：生物学是我的好去向

在 1970 年代中期，我为一部对于化学、物理学和生物学交叉研究的训诫片作念了旁白。其中有一个短片，化学家莱纳斯·鲍林（Linus Pauling）回答了一个对于他“怎么采纳研究问题”的问题。鲍林的回答是：“我常问我方，我正在筹商的问题是否是我可能作念出孝顺的问题。”

鲍林本可能因初度领悟可遗传的“分子疾病”而取得生理学和医学诺贝尔奖（如果他不是已经取得了化学/和平双料诺贝尔奖的话），但这种天才也一样会觉得问题与我方才能的匹配很紧要。

只是知说念一个问题很紧要，并不及以成为追求它的充分道理。

生物学为科学带来的特有想法孝顺是“功能”（function）的不雅念；即存在一小部分对生物学极为紧要的属性，而进化经过已经塑造了生物系统，使其功能完善。“功能”（function）这个词在生物学中至极常见，也出目前为了东说念主类利益而发展的应用科学和工程学中，但在纯物理学、纯化学、天文体或地质学中并不相干。

我与舒尔曼的小组配合了几年，极力于于领悟导致血红卵白均衡氧结合协同性的相互作用能量。贝尔实验室对这个新尝试线路领悟。我的接洽责任从半导体组飞舞到了生物物理组，但有些幽默的是，实验室那年险些无法栽培我的接洽费，因为我相应的专科水平一下子从「宇宙巨匠」飞舞到了「一无所知」。但咱们在用一个共同的框架解释各种实验方面仍然取得了一些到手。

这个小组中那时不太出名的成员之一是小川诚二（Seiji Ogawa），20 年后他因诈欺核磁共振和血红卵白方面的专科学问发明了功能性磁共振成像（fMRI，Functional Magnetic Resonance Imaging）而成名。fMRI 不错成像展示大脑怎么处理信息（即大脑怎么“运作”）。

小川诚二

那时名不见经传的他，其后被誉为当代功能性磁共振成像（fMRI）之父。

舒尔曼的贝尔实验室小组随后将研究重心从血红卵白卵白质转向了被称为转运核糖核酸（tRNA）的核酸，他们不错从核磁共振中详情分子二级结构的某些方面。由于枯竭将这些实验与功能问题接洽起来的方法，我对该小组对于 tRNA 的实验失去了兴致。但是，我如实参加了许多外部演讲者的研讨会，他们描述了 tRNA 的功能生物学方面，尽管对其结构知之甚少。

45 年后，仍然留在我牵挂中的是赫伯特·韦斯巴赫（Herbert Weissbach）对于卵白质合成的演讲。演讲中充满了太多细节，以至于任何物理学家齐难以记着，其中包括一部道理的电影，学生们饰演氨基酸、RNA、卵白质等脚色，终末以一串流畅的“氨基酸学生”生成而收尾，同期“磷酸盐学生”和“tRNA 学生”褪色在虚无中。我的全体印象只是，在卵白质合成经过中似乎存在高能分子的日食万钱。演讲者专注于描述拼装卵白质的线性生化阶梯，并未说起我动作物理学家对能量挥霍的看法。参加这个两小时的讲座是我加入贝尔实验室生物物理小组的部分“赎罪”。但它也让我明晰地看到生物化学家经常怎么看待一个复杂的问题。

与此同期，我在普林斯顿大学开设了第一门为物理研究生设想的生物物理学课程。我花了过多的时刻教会血红卵白。灾祸的是，血红卵白是生物学问题的糟糕引入，因为其最昭彰的物理问题是均衡问题。生物学的实质是隔离均衡的驱动系统的能源学。粗拙在学期的第五周，我一天晚高下定决心要开发一个表面来处理生物能源学的任何问题。唯一的前提条目是需要以一种只需要基础量子力学和低级固态物理学问的水蔼然方式处理。

我很快相识到，从物理学的角度来看，生物学中最轻松的化学反应是电子飞舞，险些莫得原子核领悟和化学键重排。光配合用的早期阶段和氧化磷酸化中的一些紧要经过就是这种性质。是以那天晚上，我详情了下周的主题，并淘气惩办了电子飞舞速率问题。

为了稍作休息，我在电子飞舞讲座之后用三周时刻进行了对于细胞膜和霍奇金-赫胥黎方程（描述神经冲动沿神经细胞轴突传播）的标准生物物理学讲座。我的教会中完全莫得原创性或创造性，但讲座准备开端为我打下了神经生物学的基础，这其后评释是无价的。

在课程的终末一周，我努力描述了一个波及 tRNA 的能源学问题。采纳这类分子主淌若因为它是我除了血红卵白之外唯一了解一些的生物分子系统。tRNA 在按照信使核糖核酸（mRNA）上的领导将氨基酸拼装成卵白质中起着中枢作用。只需几分钟的物理学念念考就得出论断，怎么准确地完成这已经过在一定进程上是一个化学能源学问题。

尽管我对生物化学知之甚少，但在终末一周的讲座中，我转向了准确制造卵白质的能源学问题。大多数描述卵白质合成的生物化学研究和教科书齐基于化学反应的“锁和钥匙”模子，也就是说，他们觉得失实的反应是不可能的，因为“失实的氨基酸不稳妥”。同理，领悟生物化学经常被视为画图“发生什么”的问题，对于“不发生什么”并莫得太多念念考。

从物理学的角度来看，大多数生化反应在室温下齐是可能的。访佛但不同的反应只会有不同的能量，从而有不同的玻尔兹曼因子决定能源学速率。区别现实上是基于能量各异。在生物化学家的宇宙里，奥弗豪泽那种对于“A 发生而 B 不发生”的谜题，应该被替换为“A 以 exp(-EA/kT) 的速率发生，B 以 exp(-EB/kT) 的速率发生”。坏反应与好反应的速率比必须是 exp(-(EB-EA)/kT)，其中 EB-EA 是区别能，是一个正数。

总之，我设法组织了几次讲座，展示了对于准确的生物合成，化学反应收罗不应该被推动得太快运行。但这些讲座不波及任何原创构想，只是课堂材料，而不是研究。在准备讲座的经过中，我对两种相当相似的氨基酸（缬氨酸和异亮氨酸，它们只在一个甲基基团上有区别）之间的区别能进行了淘气的固态物理学类型计算。我规划出任何（合理的）异亮氨酸结合位点失实使用较小分子缬氨酸的最大才智约为1/50。灾祸的是，生物卵白质合成中的实验数字约为 1/3000，而这点照旧那时从物理学家罗伯特·洛夫菲尔德（R. B. Loftfield）于 1963 年的优雅责任中得知的。

我的才智在将估算手段从一个领域飞舞到另一个领域上昭彰有限！动作对物理学家豪恣立场的一个劝诫，我其后把这个昭彰不准确的估规划法告诉了学生们。

学期收尾后，这个问题仍然萦绕在我的脑海中。一个月后，我相识到这可能是一个委果的悖论。我的计算可能大致正确。但是洛夫菲尔德的不雅点也可能是正确的，而准确度可能不是由轻松的辨认能量决定的。在宏不雅层面上，一个打字员不错校对文档，从而产生一份最终副本，其华夏始打字中的大多数失实齐已被矫正。解释这个准确度悖论的一种方法是，细胞生物学包含了一种在分子水平上校对生化反应的方法，从而从约五十分之一的内在基本准确度取得了五十分之一乘以五十分之一，即约二千五百分之一的准确度。

这致使有可能是一个研究问题，即东说念主体内的生化经过可能自动进行了这种「校对」（proofread），而咱们（即生物化学家）只是莫得谨防到这一事实，因为咱们不知说念要去寻找。

奥弗豪泽效应：一个改变科学界的发现

我相当感谢许多东说念主的匡助，尤其感谢我的论文导师阿尔伯特·奥弗豪泽。我通过发现悖论来识别研究问题的方法径直来自他。但是了解奥弗豪泽也让我从根蒂上念念考他最伟大的研究论文《金属中核的极化》（A. W. Overhauser，1953 年）[3] 的含义。这个主题与生物学的详尽接洽进程不错说是物理学所能达到的极限。这是一篇令东说念主咋舌的论文。请让我援用他在 1979 年取得芝加哥大学荣誉理学博士学位时的几段话：

“奥弗豪泽建议了令东说念主胆怯的原创想法，如斯不寻常以至于领先让部分科学界感到讶异，但由于其深度和真谛，开辟了稠密的新科学领域。”“这一发现——被称为核奥弗豪泽效应（nuclear Overhauser effect，简称 NOE）——对核磁共振（一种用于研究物资结构的本事），以及通过核磁共振对化学、生物学和高能物理学的影响是强大的。这个想法不仅产生了相当现实的后果，而且领先由于其不测性而遭到该领域泰斗的浓烈贬抑。直到 1953 年查尔斯·斯利切特（Charles P. Slichter）和马歇尔·卡弗（Marshall W. Carver）通过实考评释了其存在，它才被完全收受。”

基于奥弗豪泽论文的推论对核磁共振（NMR）在详情分子结构方面的应用产生了宽泛影响。这篇论文是他取得国度科学奖章的基础。库尔特·维特里希（Kurt Wüthrich）在2002年取得的化学诺贝尔奖很猛进程上即是基于奥弗豪泽的研究效果。

那么，让我简要阐述一下为什么奥弗豪泽的论文对险些通盘据说过它的东说念主来说齐显得如斯失实。

他的表面预计抵牾了通盘物理科学家的基本直观。假定有东说念主试图向你倾销一个不错在微波炉中制作冰咖啡的马克杯。你被见告这个普通的马克杯具有这样的特质：杯子的大部分会被微波加热，但神奇的是，杯中的咖啡会变冷。这正如同那些倾销“药到病除”神药的商东说念主的宣传，而奥弗豪泽似乎就是在作念这样的事情。他宣称，当一块金属流露在强微波下时，样品的部分会变冷。

如今，咱们常见的雪柜是一种由电源驱动的小巧开采，它能让雪柜的一部分变热，同期使另一部分变冷。是以，这样一个设想并非不可能完毕。但是，让每一小块锂金属实质上齐推崇出一个小巧雪柜的功能似乎是极度的，即使你偶然预见了这种揭示奇异可能性的一般论证（天然这不太可能）。但事实评释这是正确的。

奥弗豪泽从未在这个总体领域再写过另一篇研究论文。（这篇细察不是奥弗豪泽被援用次数最多的论文，这也凸显了只是通过一篇论文被援用次数来掂量其对科学的紧要性是何等毋庸。）但恰是这篇著作在那时如斯眩惑我，以至于我为我方发展出了一种轻松的领悟，开脱了主导奥弗豪泽论文的通盘金属物理学细节。多年后，这种领悟示意，奥弗豪泽效应在生物化学领域的类比表象可能解释了生物怎么达到高准确度，如果生化系统也波及与化学能源的耦合。这种玄虚如斯具有隐喻性，并隔离生物化学，以至于我莫得在 1974 年的论文中提到它，尽管它对我我方念念考「校对」是极其紧要。‍

另一种栽培准确度的方法只是是顺应地恭候。当一个化学复合物暂时造成时，它赓续保持结合的概率会呈指数衰减，其寿命取决于其结合能。结合位点与其首选氨基酸造成的瞬时复合物将比与不正确氨基酸造成的复合物具有更长的寿命。如果动作一个“麦克斯韦妖”（一个想象的能区别分子速率的智能体），咱们不雅察到一个未识别的氨基酸与结合位点结合，但在使用该氨基酸之前恭候很永劫刻，阿谁“失实”的氨基酸仍然存在并被误用的可能性将大大裁减。使用任何这种方法齐需要恭候。恭候需要知说念时刻在荏苒，领悟将来和往常的区别。要作念到这极少需要不可逆性，因此才需要能量耗散。

近在目下

以上两段内容分别阐明了两种视力，但任何一种齐莫得详备描述任何特定的生化系统怎么进行「校对」。这两种不雅点唯一昭彰的共同特征是，怎么从固定的辨认能量中取得更好的准确度这两个想法齐波及将系统与能源耦合。卵白质合成波及无法解释的大齐生化能量耗尽。

在这一洞见之后的一个月里，更紧迫的事务占据了我的时刻。但我目前知说念得豪阔多，不错竣工详情，当我或者回到这个问题时，卵白质合成中怎么「校对」的细节将变得可想而知。

掩蔽在生物化学细节中的「校对」

随后，在两个月内，我找到了基于已知生化细节的卵白质合成中的可行「校对」决策，并描述了不错对是否发生校对进行过错测试的实验类型。为了将氨基酸添加到正在孕育的卵白质中，使用了一个含有一个 GTP 分子、一个 tRNA 分子和一个氨基酸的特定复合物。那时的范式会将这种 GTP 使用和添加的氨基酸之间的正确化学计量比（即反应物资的量的比例）描述为一比一。任何测量到的偏离这个整数比的情况齐应归因于实验研究中的东说念主为成分。

我的预计是，这个计量比不是整数：即使对于正确氨基酸的添加，也应该有滑移，计量比略大于一比一，而对于添加失实的氨基酸，这个比例应该很大——信托大于十比一。但我不知说念怎么现实设想一个委果的实验来测试这个想法。

通常的基本校对反应决策似乎存在于 DNA 合成、tRNA 充电（行将氨基酸与其特定 tRNA 流畅）和卵白质拼装中。我在 1974 年的研究论文[4]将这三个相当不同的化学经过的反应决策描述为以不同方式包含一个轻松长入道理的方法。诚然在 1974 年这篇论文之前，东说念主们已司领悟了 DNA 合成中的“裁剪”想法，但校对和辨认的一般长入能量和能源学方面尚未被相识到。

即使在发表两年后，这篇论文仍然莫得许多分子生物学领域的读者。之是以还有读者，部分归功于布鲁斯·阿尔伯茨（Bruce Alberts，其后成为好意思国国度科学院院长）对最终稿的匡助。生物化学家通过细节来看待经过，如果描述中有任何细节失实就会拒却一个想法，是以他仔细矫正了我在化学定名法中通盘无知的失实。因为这是我第一次在论文里写“核苷”、“合成酶”、“异亮氨酸”致使“GTP”这些词。

我偶尔被邀请作念生物物理学研讨会。1976 年在哈佛医学院的一次演讲以简略先容校对和我对卵白质合成中非计量比的预计收尾。演讲收尾后的第二个问题来自罗伯特·汤普森（Robert C Thompson），一个我完全不相识的东说念主。他只是问：“你想听听这样一个实验的拆伙吗？” 然后开端描述他的实验（刻下卫未发表）和测量到的计量比，这些拆伙压倒性地复古了我对于「校对」的想法。他接着描述了链霉素怎么通过摈弃校对来杀死细菌，导致卵白质中有太多失实以至于细菌无法活命。1977 年，他发表了论文[5]。这是我科学生涯中最大的惊喜之一，亦然最令东说念主欣忭的。

1974 年的那篇论文对我处理生物学问题的方法很紧要，因为它指导我念念考生物学中反应收罗结构的功能，而不是分子自己结构的功能。一个收罗不错“惩办问题”或具有超出单个分子和线性通路才智的功能。六年后，我在念念考神经元收罗而不是单个神经元的特质时，推论了这一不雅点。

【编者注】霍普菲尔德在文中花这样大文字回忆的「校对」，全称为能源学校对（Kinetic proofreading），这是一种建造生物化学反应失实的机制，霍普菲尔德教会以此解释 DNA 复制的准确性。

正如他在文中所说，对于「校对」的研究，最终一定进程上设置了 2024 年诺贝尔物理学奖所犒赏的“霍普菲尔德神经收罗”。

目前又该作念什么？寻找一个委果的「难题」

1977 年的冬天，我在哥本哈根的玻尔研究所渡过了漫长的时刻，参与这间研究所荒芜但历史悠久的生物学推论行为的一部分。

我口头上的任务是举办一系列面向物理学家的当代生物学研讨会，并邀请来自全欧的凸起讲者。凭借玻尔的名声，我到手地召集了一群强劲的讲者。在阿谁年代，东说念主们仍然难忘尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）对生物学的兴致。

尼尔斯·玻尔

1922 年物理学诺奖得主，量子力学的领军者，曾评释过爱因斯坦失实。 国外地说念与应用化学鸠集会以他的名字定名107 号元素——。1962 年，他因腹黑零落灭绝。

1932 年，年青的表面物理学家马克斯·德尔布吕克（Max Delbruck）收尾假期后，匆忙赶到哥本哈根参加国外光疗大会的开幕式，玻尔将在会上作一场名为《光与人命》的演讲。玻尔探讨了人命自己的深层解释与量子力学解释的形而上学疲塌性之间是否有内在接洽。这场演讲对德尔布吕克来说是一次更动的资格，促使他其后从表面物理学转向最终取得诺贝尔生理学或医学奖的研究。

马克斯·德尔布吕克

原在哥廷根大学研读天文物理学，其后转向表面物理学。在和玻尔这位“对生物学感兴致的物理学奖”相见后，他开端谨防起生物学，最终在 1969 年取得诺贝尔生理学或医学奖。

但是，在 1977 年，我邀请的生物学巨匠们强调了他们所掌捏的学问，并隐秘了其表面框架和研究范式中的空缺。他们昭彰莫得把生物学描写成需要（或宽容）表面物理学家介入的状态。对我和其他东说念主来说，听 1977 年的讲座并莫得带来任何迁徙性的体验。略感失望，我回到了普林斯顿，莫得任何新问题的苗头。

东说念主们老是不错基于之前的论文建议变化和彭胀，不管这些论文是我方的照旧别东说念主的。科学文件中充斥着这样的责任。但我那时寻找的是一齐委果的「难题」，而不是一个小问题。

两者之间的区别在于什么？1970 年代初，我担任了某个极富创造力但行为有些歪邪的化学研究生的导师。在完成了与我配合的表面化学论文后，这名学生又成为另一位导师詹姆斯·沃森（James D. Watson）在冷泉港实验室的实验博士后。粗拙九个月后，我偶遇了吉姆·兰德，并得知我的（前）学生还未找到具体的研究标的，因此我抒发了歉意。

但吉姆打断我说：“不要紧。当我第一次碰到弗朗西斯·克里克（Francis Crick）时，他已经 35 岁了，还莫得找到他的问题。” 那时，克里克已经发表了十多篇主要对于 X 射线晶体学的研究论文，但他的导师沃森觉得，克里克在研究的问题并不是委果的「难题」。而沃森已经领悟到而且正试图向克里克倾销的阿谁「难题」才是生物学的中枢，即了解 DNA 结构能解释生物遗传的基础。

弗朗西斯·克里克

1953 年，这位“极富创造力但行为有些歪邪的化学研究生”在剑桥大学卡文迪许实验室，与詹姆斯·沃森共同发现了（DNA）的双螺旋结构，二东说念主也因此与莫里斯·威尔金斯共同取得了 1962 年诺贝尔生理及医学奖。

从闇练的后见之明来看，我那时是在寻找一个生物学的「难题」，而我特有的配景为此提供了惟一无二的准备。

神经科学 / NRP

在我穿越普林斯顿校园，从贾德温物理实验室前去弗里克化学实验室准备 1977 年秋季学期生物化学课程的路上，我的办公室电话响了起来。顺带一提，化学系尽然允许我这样一个既没学过有机化学也没学过生物化学的东说念主去教这门课，这完全是由于大学在最高管束层面上对化学与生物学交叉领域管束不善所致。

总之，我以为那是网球一又友打来的电话，于是急遽接听，却发现回电者是弗朗西斯·施密特（Francis O. Schmitt）。他只说他是麻省理工学院神经科学研究所的负责东说念主，下周三会途经普林斯顿，并但愿我能抽出半小时的时刻见一面。尽管我从未据说过施密特或这个研究所，但筹商到“半小时汉典”，我照旧接待了会面。

接下来的一周，弗朗西斯·施密特来访了。他描述了一个被称为神经科学研究技俩（Neuroscience Research Program，后文简称NRP）的实体，该技俩主要在波士顿举办微型会议，参会东说念主员包括 20 位固定的技俩成员和 20 位访客。访客的采纳范围很广，但经常是以特定会议的主题为重心。

施密特邀请我不才次会议上发言。而我建议让我的生物化学课程中的一位物理研究生来作念一个演讲，因为他撰写了一篇对于神经编码的数学论文，可能会让听众更感兴致，但施密特很快考虑了这个建议。

我只可告诉他，我方对神经科学（neuroscience）一窍欠亨——神经科学这个词就是施密特多年前创造的。但他说不要紧，“只管讲你感兴致的内容”，于是我决定谈一谈对于「能源学校对」以及细胞内大分子合成精度的一般问题。

弗朗西斯·施密特

1962 年，他创建了 NRP，后世将其视作神经科学动作一门学科建立的过错时刻。NRP 的主要行为是建立神经科学和行为科学之间的接洽，波及三大中枢兴致领域：分子生物学、神经系统和心思学。

参会那天，听众中有神经学家、神经内分泌学家、心思学家、免疫学家、电生理学家、神经剖解学家和生物化学家，他们险些听不懂我在讲什么。但这并不紧要。因为施密特但愿在团队中增多又名物理学家成员，但愿引入一个具有多学科配景的东说念主来与他的课题互动，也许不错匡助这门学科变得愈加综并吞具备更强的预计才智。

施密特是一个信徒，他怀着狂热的信念，信托科学总有一天或者弥合分子、大脑、心智和行为之间的边界。他是通过普林斯顿的相对论巨匠约翰·惠勒（John A. Wheeler）了解到我的，而惠勒（出于我一直不解白的原因）一直是我的鉴定复古者。惠勒曾经担任招聘委员会主席，因为我在固体物理学方面的研究将我带到了普林斯顿担任物理教会。总之，我其实算是中了他们的圈套。在弗兰克的指导下，小组投票决定给与我为成员。

约翰·惠勒

广义相对论领域的紧要学者和宗匠，和前文说起的玻尔在 1942 年共同揭示了核裂变机制，并参加了曼哈顿工程。他照旧好意思国第一个氢弹安设的主要设想者之一。当下好意思国天地学或者天体表面物理的一线东说念主物，有相当一部分是惠勒的学生。

随后，会议上的演讲飞速让我眷恋。对我来说，心智怎么从大脑中产生是咱们东说念主类所濒临最深奥的「难题」。这竣工是个委果的「难题」，而 NRP 里的科学家们各自以其不同的才能和极大的眷注，在褊狭的领域内追求这一问题的谜底。但在我看来，这群科学家似乎不可能惩办这个「难题」，因为它只可用顺应的数学话语和结构来表述。而在 NRP 中，莫得东说念主或者苟且地参预这个领域。是以我加入了 NRP，但愿能界说、构建或发现一些我不错在这个领域中作念的有效的事情。施密特懂得怎么举办一个豪阔优雅和有眩惑力的会议，使得国外顶尖的科学家们满足加入他的圈子，这天然也影响了我的决定。

我在参加 NRP 每半年一次的会议期间，坐在各领域的宇宙级巨匠傍边，他们会耐烦肠向我解释他们对该领域的领悟。诚然施密特尽力让巨匠们宽泛地教会他们的主题，并以整合的方式描述神经科学，但他经常无法完毕这个策划。因此，我的初学学问是由一系列断断续续的实验神经科学巨匠不雅点构成的，每个巨匠齐来自神经科学的另一个旯旮。这些挑剔经常对其他子领域所研究的细节线路起火，但科学本来就是如斯，不管怎么，我所寻求的也不是细节。

我给我方定下的任务是找到一种整合的不雅点，试图卓著讲座中涵盖的宽泛主题——如灵长类动物的神经剖解学、虫豸的遨游行为、海蜗牛的电生理学、大鼠的海马学习、、钾通说念、东说念主类话语处理等——并找到不错用表面物理学器用来责任的技俩。

大脑和机器通过追踪动描述态轨迹来进行“规划”

轻松的数字规划机通过从机器的一种运转状态开端，这种状态隐式地由递次和一些数据描述，来获取谜底。它们按照机器硬件芯片内置的轻松法例，在每次规划机时钟周期时改变状态。终末状态改变住手。达到一个极端状态，在这种状态下法例不再产生进一步的状态改变。编程问题的谜底，就是目前存储在几个特定内存寄存器中的信息。

细胞自动机（Cellular automata）则长短常特地的数字规划机，在 20 世纪 70 年代末有过良晌的后光时期。它们由一组等效的“细胞”构成，就像跳棋盘的方格。每个“细胞”齐有一个随时刻详情味变化的里面状态，字据仅波及该“细胞”的里面状态过甚左近“细胞”的里面状态的法例。通盘细胞齐是等效的，而且同期改变它们的里面状态。

我第一次据说细胞自动机，是在阅读《科学好意思国东说念主》（Scientific American）杂志中对于约翰·康威（John Horton Conway）的“人命游戏”（Game of Life），并推测对这一基本念念想的一般化或修改可能有助于领悟大脑是怎么运作的。

【编者注】

“人命游戏”是一种零玩家的游戏，其演化完全由其运转状态决定，不含偶而成分。游戏在一个网格上进行，每一个格点在职意一代齐是活的或是死的。下一个世代的每一个格点将字据周围八个邻居的景色来决定死活。法举例下：

1. 任何活细胞，若周围有少于两个活邻居，则因东说念主口太少而升天。

2. 任何活细胞，若周围有两或三个活邻居，则保管活命。

3. 任何活细胞，若周围有进步三个活邻居，则因东说念主口过多而升天。

4. 任何死细胞，若周围有赶巧三个活邻居，则变成活细胞。

康威的人命游戏因其轻松法例下产生的复杂行为而驰名，它不错展示出身、升天、厚实结构、出动结构（如滑翔机）以过甚他复杂的模式。这个游戏不仅是一个数学上的玩物，也启发了许多对于复杂系统的研究。

我推测，如果细胞状态诊治法例变得不那么严格，更像提供神经元之间输入的突触流畅收罗，而且如果时刻同步收缩以反应神经信号传播和处理中的延迟，可能会有可能弥合数字规划机和神经系统的想法边界。

1978 年秋天，我开端尝试“人命游戏”的变体，使其稍许更接近神经生物学，但愿看到它通过追踪状态轨迹来进行规划并得出谜底。缺憾的是，我莫得或者实行任何此类模子所需的数学来追踪变化状态的轨迹。我需要编写一个数字规划机来模拟这样一个系统，并进行规划机实验以细察各种这样的模子。

如今很难想象 37 年前大学规划机实验室的原始状态。机器很慢，机器时刻很贵，输入规划机主淌若通过穿孔卡片，输出打印在大型打印机上，电视类型的骄矜末端很有数。按照微处理器中的晶体管数目来掂量的规划才智，在往常 50 年里顺从“摩尔定律”，粗拙每两年翻一番。这使得在 1978 年到目前之间有了 18 次加倍。因此，我领有的规划才智只是目前（本文写于 2018 年）的 1/250，000。

除了少数值得谨防的例外（如麻省理工学院的东说念主工智能实验室），规划机主要用于从可靠的递次和腾贵的数据中产生数值拆伙。如果你用规划机模拟一个模子，那是因为你有一个细密的信念觉得该模子与现实细密对应。你不会对多种可能的模子进行实验——太贵了，挥霍了珍贵的资源。莫得强调易于编程的话语，而规划效力高的话语则使用未便。

普林斯顿通用规划组和普林斯顿高能物理组的规划机（物理系唯一的部门级规划机）齐在数值规划模式下运行。猜测模子结构，快速而容易地在一个数字机器上探索这些猜测的后果，并但愿找到道理的神经行为演化模子的想法，在我所属的普林斯顿和贝尔实验室的规划设施和环境中是生分的。

鉴于我的规划环境，我莫得取得若干进展。我想追求的基本念念想是，任何规划机，不管是数字机器照旧大脑，齐是通过从开端（递次和数据）到极端顺从一个动态轨迹来操作，而且轨迹需要厚实性以可靠地得出谜底，尽管存在噪声和系统不完善。我在 NRP 上如实作念了一次对于神经生物学动作一个诈欺能源吸弁言规划的系统的演讲。但既莫得规划机模拟也莫得数学来复古这一不雅点。一位年青的访谒学者之后告诉我，这是一个精彩的演讲，但灾祸的是与神经生物学无关。其他东说念主则忽略了它。我讽刺地谨防到，我在 2015 年从神经科学学会取得的Swartz 奖（The Swartz Prize）现实上是基于这一基本念念想。

天然，规划神经科学这一术语的存在自己就意味着如今有许多数学上珍视的科学家在这一领域，而在 1979 年，这种情况极为苦处。

更好的环境

1978 年，被任命为加州理工学院校长的哈罗德·布朗（Harold Brown）离职，去担任国防部长。加州理工只可再次寻找一位物理学家担任校长。他们找到了马文·戈德伯格（Marvin Murph Goldberger），一位凸起的表面物理学家，他曾任普林斯顿大学物理系主任。

在这件事的前一年，马克斯·德尔布吕克收尾了他在加州理工学院生物系的教学任期，而他任职的三十年间，一直极力于于加强生物学与物理学之间的接洽。因此，戈德伯格谨防到了我在普林斯顿大学物理系内努力从事生物物理学研究，并决定劝服加州理工的老师们向我提供一个化学与生物学共同的终生教会职位。

但是，受到默里·盖尔-曼（Murray Gell-Mann）和理查德·费曼（Richard Feynman）念念维的影响，加州理工学院物理系对生物化学方朝上任命教职毫无兴致。

至于普林斯顿物理系的立场是什么样的呢？在我撰写的两篇最道理的与生物学相干的论文（一篇是对于能源学校对，另一篇对于生物电子飞舞）期间，我从未在物理系的研讨会上或物理磋议会上先容过这两项责任。他们对此的总身形度是，我可能在作念一些道理的事情，但它包含了太多细节，不稳妥普林斯顿物理系。尽管如斯，物理系主任瓦尔·菲奇（Val Fitch）照旧秘要塞设法任命我为终生教会。

瓦尔·菲奇

他在普林斯顿大学担任了 52 年教会。1980 年，因为发现中性 K 介子衰变时存在对称坑害，他与詹姆斯·克罗宁共同荣获诺贝尔物理学奖。他和本文出现的许多物理学教会一样，也参与了曼哈顿规划，是三位一体核试的目睹者。

当我在 1979 年 10 月去找瓦尔，告诉他加州理工学院提供的职位时，他线路很缺憾，因为对我来说离开昭彰是最佳的采纳——从科学上对我最佳，而且也简化了他在部门定位上的问题。于是，莫得任何反提案。

时刻来到 1980 年 2 月。加州理工学院的量子化学规划设施是一个尝试模子的绝佳环境。它复古多用户及时规划，配有 CRT 骄矜器和径直键盘输入，无需编译延迟。我的研究是对这个设施预期用途的偏离，但莫得东说念主谨防。

跟着新开采的使用，我很快发现一个事实：我在 1979 年对于大脑规划与传统细胞自动机之间关系的推测毫无真谛。

终末的「难题」

毁掉一个已经培育了一年时刻的失实不雅念，比想象中要远程得多。因此，细胞自动机并莫得被我澈底摈弃，而是更动成了一种偶而的伪神经收罗（quasi-neural network），细胞自动机蓝本的法例结构被毁掉了，改姓易代的是偶而采纳的流畅。复杂的逻辑状态诊治法例，被一个受生物学启发的新法例取代。

经过一年的模拟和数学分析后，我最终照旧毁掉了偶而收罗。相悖，为什么不尝试一个具有特定结构的收罗呢？这种结构是为了完成神经生物学飞速完成的某个轻松但潜入的任务，而这任务对于生物学来说似乎是自但是然的，但对于规划机来说却并非如斯。表面上最轻松的这样的任务，同期亦然天然地融入通过能源系统吸弁言进行规划的基本规划范式的，就是盼望牵挂（associative memory）。

盼望牵挂是相互的——看到一个东说念主会让你想起他们的名字（或者至少在我年青的时候是这样），听到他们的名字会让你想起他们长什么样。这个事实不错通过建立互逆的流畅在收罗结构中抒发出来。这类收罗的数学与负责固体中通盘复杂磁性口头的“自旋”系统的数学密切相干。通过我在贝尔实验室与表面物理学的接洽，我对这些系统早已有所了解。（而这要归功于我和菲利普. 安德森长达一世的搏斗）瞬息之间，我发现了我所领悟 的物理系统与神经生物学之间存在的接洽。一个月后，我开端撰写一篇论文。

发表论文[6]

1981 年夏天，我本旨参加凡尔赛人命研究所（the Institut de la Vie at Versailles）举办的题为 “从物理学到生物学 ”的研讨会。举办者莫里斯-马鲁瓦（Maurice Marois）是一位医学博士，他梦想加强不同科学家之间的接洽。他对支持商游说有方，对诺贝尔奖取得者则团结有加，使会议到手在凡尔赛宫的镜廊举行，演讲者得以住在城堡傍边的特里亚侬宫旅店。于是，我欢然收受了邀请（诚然内心感到有点退步），参加了这样一次全额付费的巴黎之旅。我毁掉了之前采取的主题，转而字据那项神经收罗的研究发上演讲。这亦然我在凡尔赛的初度公开演讲。不外，我于今从未碰到难忘听过此次演讲的东说念主。

我就这项研究撰写的第一份手稿，其实是为规划出版的会论说文集所撰写的对于我那时研究过甚学问配景的广畅谈述。在主办方毁掉出版规划后，我才开端将草稿改写成研究著作。

这篇著作有两个策划读者：物理学家和神经生物学家，因此我立即预见在《好意思国科学院院刊》（PNAS）上发表著作。神经生物学家经常阅读 PNAS，可能会看到这篇著作。诚然在阿谁时间很少有物理学家经常阅读 PNAS，但至少 PNAS 经常在物理藏书楼齐能找到。这并不睬想，但已经是我能预见的最佳目的了。动作学院会员，我不错发表这样一篇论文，而无需经过任何审查（目前已经不是这样了，是以我对科学出版和促进原创性感到悲伤）。为《好意思国国度科学院院刊》撰写论文是一项挑战，因为著作篇幅竣工不行进步 5 页，还要面对两大读者群体，而且还有许多话要说。

对于非捏造作品的写稿，海明威曾说过这样一句话、

“如果一个散文作者对他所写的东西有豪阔的了解，他不错不祥我方所知说念的东西；而如果作者写得豪阔委果，读者对这些东西的感受就会像作者说出来一样浓烈。” (海明威，1932 年）

由于 PNAS 的篇幅罢休，我不得不对所写的内容和不祥的内容进行严格筛选。如果海明威是物理学家，他一定会懂我这种格调。过后看来，不祥险些可想而知的内容可能会增多论文的影响力。未阐述的内容成为了邀请他东说念主补充这一主题的邀请函，从而饱读吹了一批撰稿东说念主极力于于此类收罗模子的研究。到手的科学老是一项群体功绩。

这篇 1982 年的 PNAS 论文是我使用“神经元”（neuron）一词的第一篇论文。它为许多物理学家和规划机科学家提供了参预神经科学领域责任的阶梯，这些其后东说念主进一步的责任将这些收罗与盼望牵挂除外的许多紧要应用接洽起来。这亦然我写过的被援用次数最多的论文（6800 次援用）。就连 AT&T 也很欢畅（在这一时期，我一直在贝尔实验室兼职），因为这项研究还为他们的专利池带来了一项经常被援用的专利[7]，并加强了贝尔实验室神经生物物理学与凝华态物理学之间的接洽。

接下来该作念什么？

在小序中，我把采纳研究标的描述为研究生涯中最紧要的成分。本文其余部分描述了我怎么通过教会和窥伺，找到了两个足以成为主要研究领域的「难题」。在每一个案例中，齐有一个缓缓的个东说念主积攒经过，其中既有三念念尔后行的智商，也有塑造我看待科学宇宙方式的偶然事件。这种积攒将决定我不才一个支路口的采纳。

英国剧作者大卫·哈雷（David Hare）曾在他 2015 年的采访中说过一句话：“后见之明往往能让一件事看起来铿锵有劲。是以我想写一册回忆录，来解释人命是何等地说念地依赖于偶然”。哈雷接着陈述了他是如安在上世纪 60 年代末成为又名剧作者的故事。那时，他还只是一个具有浓烈政事倾向的导演，从未想过我方会成为作者。

其后有一次，剧组内的作者未能按期交出脚本，哈雷便临危衔命，在四天之内写出了《布罗菲到手了》（Brophy made good）这部戏，以确保演员们或者在接下来的一周排演，并在再下一周公演。

当我读到哈雷描述的这段文字时，内心不禁惊奇：“这就是我！”我在 1974 年发表的那一篇论文，就像我在一系列不可预计的事件中创作的“脚本”。从童年时期从物理学家父母那处了解到的“物理宇宙”，到其后修业期间涉足凝华态物理，再到康奈尔大学和贝尔实验室转向卵白质的化学物理，最终到教会一门我学问有限的普林斯顿大学生物化学课程，这一连串的资格让我对科学产生了特有的视角。就像哈雷急需脚本一样，我也热切需要给学生们准备讲座内容。得益于之前在生物课上的偶然获利，以及凝华态物理中的一些碎屑学问，我有了撰写这篇“物理学家的脚本”的初步素材。但在我教书的那一年之前，我完全莫得料预见会有这样的研究标的。

我在科学领域的责任完全依赖于巨匠们的实验和表面研究。我对他们充满敬意，尤其是那些满足与非智商域的东说念主员换取的东说念主。我还想补充极少，巨匠们擅长回答问题。如果你勇于发问，就斗胆地说出来吧。不要太过牵挂你是怎么发现这些问题的。

参考文件：

[1]: https://pni.princeton.edu/people/john-j-hopfield/now-what

[2]: https://www.fi.edu/awards/class-of-2019

[3]: Polarization of Nuclei in Metals， Albert W. Overhauser， 1953

[4]: Kinetic Proofreading: A New Mechanism for Reducing Errors in Biosynthetic Processes Requiring High Specificity， J. J. Hopfield， 1974

[5]: Proofreading of the codon-anticodon interaction on ribosomes， R C Thompson， P J Stone， 1977

[6]: Neural networks and physical systems with emergent collective computational abilities， J. J. Hopfield， 1982

[7]: http://www.google.com/patents/US4660166