在意大利坎帕尼亞大區(qū)那不勒斯灣，有一座名為“赫庫蘭尼姆”的古羅馬城市，被史學(xué)家稱為“時光凍結(jié)之城”。公元79年，維蘇威火山爆發(fā)，距離龐貝古城最近的赫庫蘭尼姆城被高達(dá)20米的火山灰掩埋了，至今還保持著公元1 世紀(jì)的風(fēng)貌。

1752年， 考古學(xué)家在對赫庫蘭尼姆的挖掘中發(fā)現(xiàn)了大量文物，其中包括已被燒焦的1800 個紙莎草卷軸（也被稱為“赫庫蘭尼姆卷軸”）。這些卷軸埋藏在火山灰層下近2000 年，雖然重見天日，但已嚴(yán)重碳化，讓科學(xué)家束手無策。

設(shè)大賽破解難題

幾個世紀(jì)以來，一直有歷史學(xué)家嘗試對赫庫蘭尼姆卷軸進(jìn)行破譯，但一些卷軸直接在展開的過程中被損毀，變成碎片。

2016年， 美國肯塔基大學(xué)“數(shù)字恢復(fù)計劃”負(fù)責(zé)人布倫特·西爾斯利用X 射線計算機(jī)斷層掃描技術(shù)（CT）成功解讀了來自以色列恩戈地的一部燒焦的卷軸。這是因為書寫恩戈地的卷軸用的墨水含有金屬，因此在CT 掃描中會發(fā)出耀眼的光芒。但赫庫蘭尼姆卷軸上的墨水是碳基的，密度與紙莎草紙的密度相近，因而在掃描中根本不會顯現(xiàn)出來。

2019年，西爾斯利用高亮度的光束照射卷軸，能夠識別出墨水和空白區(qū)域之間的細(xì)微纖維結(jié)構(gòu)差別。西爾斯的學(xué)生斯蒂芬·帕森斯則成功地利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型偵測到碎片中的墨水，結(jié)合一個“虛擬成像”軟件重建出文字在紙莎草紙上的位置。這一過程實際上是“虛擬揭開”薄如蟬翼的紙莎草紙層，以一種非破壞性的方式虛擬讀取卷軸上的內(nèi)容。

西爾斯的研究團(tuán)隊得到了企業(yè)家納特·弗萊德曼等人的資助。資助者們提出了一種創(chuàng)新性的方案：通過“維蘇威挑戰(zhàn)賽”的形式，以破解赫庫蘭尼姆卷軸為目標(biāo)，推動人工智能技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

2023年3月，“維蘇威挑戰(zhàn)賽”正式啟動，賽事獎金高達(dá)100 萬美元。大賽分為三個階段：第一階段的任務(wù)包括組建破譯團(tuán)隊、搭建人工智能模型和策劃制訂項目報告；第二階段是人工智能程序的運行和初步成果展示；第三階段展示卷軸破解結(jié)果和相關(guān)論文。比賽章程規(guī)定，參賽者必須在2023年年底前在赫庫蘭尼姆卷軸的4平方厘米區(qū)域內(nèi)至少找到10 個字符、在每段140 個字符總共4段文字中破譯85% 以上的字符。

年輕人拔得頭籌

“維蘇威挑戰(zhàn)賽”的消息發(fā)布后，吸引了來自全球各地三千多名參賽者的積極參與，參賽者自發(fā)組成了幾百個研究團(tuán)隊。2024年2月5日，獲獎成果公布，最終獲勝者竟然是一個名不見經(jīng)傳的大學(xué)生團(tuán)隊。這個團(tuán)隊由來自不同國家的3名大學(xué)生組成，他們之間從未面對面工作過，成員分別擅長羅馬歷史、計算機(jī)編程、文字及圖像處理、三維建模等技能。他們協(xié)同合作，利用人工智能技術(shù)破譯了卷軸上的2000多個希臘字母，相當(dāng)于一份卷軸5% 的內(nèi)容。

2023年8月，美國物理學(xué)家凱西·漢默撰寫了一篇博客，講述了他通過長時間觀察，注意到CT三維掃描卷軸中有著模糊的墨水紋理，類似于破裂的泥土（他稱之為“裂紋”），似乎形成了希臘字母的形狀。這項發(fā)現(xiàn)極大地激發(fā)了其他選手的靈感。

冠軍團(tuán)隊中，21歲的盧克·法里托受到漢默發(fā)現(xiàn)的啟發(fā)，他通過表面紋理的細(xì)微差別，訓(xùn)練了一個關(guān)于“裂紋”模式的人工智能學(xué)習(xí)模型，在卷起的紙莎草紙上成功地檢測到幾行希臘字母，其中一串字符翻譯成英文意思是“紫色布料”。他是一名美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)的本科生，卻成了世界上第一個讀出赫庫蘭尼姆卷軸完整單詞的人，贏得首字母一等獎。

該團(tuán)隊中來自德國柏林自由大學(xué)生物機(jī)器人工程系的成員、博士生優(yōu)素?！ぜ{德也鑒別出與法里托相同的幾行希臘字母，贏得首字母二等獎。只不過，他是利用圖片中的字母形狀來訓(xùn)練人工智能學(xué)習(xí)模型的。

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院機(jī)器人系的學(xué)生朱利安·席利格是該團(tuán)隊的負(fù)責(zé)人。他勇于啃硬骨頭，研究挑戰(zhàn)賽最耗時的問題——分割，創(chuàng)建出能用數(shù)字方式展開卷軸CT 掃描的代碼，并在卷軸發(fā)黑的表面上尋找微弱的墨水圖案，他因此贏得三項分割工具獎。

隨后，這個大學(xué)生團(tuán)隊和西爾斯的研究團(tuán)隊一起工作了數(shù)月，并于2024 年2 月6 日在《自然》期刊上公布了這份卷軸上已被讀取的部分內(nèi)容。這部分內(nèi)容與音樂、感官及快樂有關(guān)，其中一行寫道：“就食物而言，我們不會立即相信稀缺的東西絕對比豐富的東西更令人愉快?！?/p>

另一行寫道：“……因為我們不會質(zhì)疑某些事情，而是理解或記住其他事情。愿我們的誠實是顯而易見的，因為它們可能經(jīng)?？雌饋砗苊黠@！”根據(jù)學(xué)者們的說法，“文本的主題是快樂，如果理解得當(dāng)，這是伊壁鳩魯哲學(xué)中最高的善。在卷軸這兩個連續(xù)的片段中，作者關(guān)心的是食物等商品的供應(yīng)是否充足及如何影響它們所提供的快樂”。

這項成就一時轟動了全球?qū)W術(shù)界，網(wǎng)上的總瀏覽量已經(jīng)超過了1500萬次。

對此，西爾斯總結(jié)道：“人工智能破譯赫庫蘭尼姆卷軸的過程，分三個步驟進(jìn)行：第一步，掃描。利用X 射線斷層掃描技術(shù)對卷軸或碎片進(jìn)行CT三維掃描。第二步，分割。在三維掃描圖像中追蹤紙莎草紙的褶皺層，隨后將其展開或鋪平。第三步，墨跡檢測。借助機(jī)器學(xué)習(xí)模型，識別鋪平段落中的墨跡區(qū)域。

“維蘇威挑戰(zhàn)賽”還未結(jié)束，2024年，挑戰(zhàn)賽的新目標(biāo)是從識別一個已掃描卷軸的5% 增加到所有的4個卷軸的至少90%，為日后閱讀800個卷軸奠定基礎(chǔ)。

（摘自《科學(xué)24小時》2024年第7-8期，宮可可圖）