王德奎 摘要:大脑密码学是在三旋数学破译物质的夸克结构、微观向宏观进化的圈群组装、大脑思维的魔方模拟模型之后提出来的。这三者也是我们认定大脑与物质具有合一性的基础,它能阐释大脑这种生态位为什么会在自然进化中出现,以及意识怎样构成人脑的机能与属性等问题。建筑在类圈体三旋模型基础上的“大脑密码学”,正是沿着从白箱来分析黑箱的道路,去探索大脑的智能与结构的。在大脑密码学模型里,大脑是硬件与软件合一的密码机。 关键词:大脑、密码学、计算机、信息、三旋数学 【0、引言】 大脑密码学的三旋数学模型,受启发于美国杰出的神经外科医生伯格兰德,在他的《神智的结构》一书中对传统的理论提出质疑。 因为两百多年来,人们一直认为,一切信息都是由电信号沿着神经系统传递到人脑的;而人脑,就象一台计算机那样,再将电信号处理成各种思想意识。伯格兰德却认为,人脑实际只是一个腺体,其功能作用取决于激素和分子的变换结构。人的语言是化学性的而非电学性的,人脑中的电脉冲仅是表层信息。对于向人脑传送的信号来说,它并不象激素那么重要。
【1、意识的现代数理结构】 以上理论,不仅为人脑研究领域开拓了新的广阔前景,而且也为新型智能机的设计开拓了广阔的前景。 其一,它将大大丰富电子计算机的传输媒介。 当代电子计算机普遍以电流作传输信号,这正如人类普遍使用语言、文字思维一样。然而人类的思维却不限于语言和文字,而是按全方位信息处理的,语言只是其中最主要的一种。 对这种多因素的信息处理,只靠单元性的电讯编码,即使其容量和形式是大量的,也还是不够的。而思维的化学递质的多元性理论的提出,便为新一代电子计算机全方位信息编码处理提供了理论基础。 其二,当今电子计算机系统正面临着“病毒”的威胁。所谓病毒,是指一个作怪的小 小程序,能够不知不觉地污染连结各计算机的电子网络,而使系统陷于瘫痪:把受污染的磁盘装入机中,这种病毒就会传播,并且继续留在计算机数据库里,破坏插入的其它磁盘。而排除这种病毒必须付出昂贵的代价。为此,大脑密码学愿为设计新型的全方位信息处理并为对付“病毒”的电子计算机寻找一条出路。 大脑密码学是在三旋数学破译物质的夸克结构、微观向宏观进化的圈群组装、大脑思维的魔方模拟模型之后提出来的。这三者也是我们认定大脑与物质具有合一性的基础,它能阐释大脑这种生态位为什么会在自然进化中出现,以及意识怎样构成人脑的机能与属性等问题。 密码学最基本的概论,如“明文”与“密文”,“密文中高频字母群”与“明文中高频字母群”,“密码机”与“密码体制”,“加密”、“密钥”、与“解密”、“破译”等,对大脑密码学来说,是很容易 联想的。我们可以把一切显秩序都看成是明文,即把我们人类能观感到的东西都可以看成是明文,这样我们平常用的语言和文字,仅是明文字母中的特殊部分。相反隐秩序、体内解也可以看成是密文。 从某一种意义上说,人类的大脑密码体制并不十分复杂,但却十分优越、和谐和统一。而且人和动物的密码体制的建构原理并没有什么不同,也许仅是密钥不同之分。 当然,密码学还仅能体现我们大脑工作情况的一部分,但从这一部分,我们也能窥视大脑的创造力与分析力的一些机制。为了说明大脑的密码学模型。我们先来看看大脑的智能控制模型。 大脑密码学要解决的根本问题是意识问题。从某种意义上说,人类仍然是一种物质,但它何来的意识与智能呢?虽然大脑能充分利用和发挥物质类圈的各种层次上的结构与功能,但智能控制论运用控制原理和方法,不是也能研究人脑神经系统的功能,模拟和放大人的智能,设计和建造智能控制系统吗?1943年美国科学家麦卡洛克和匹茨提出一种神经元模型,以二值(1与0)逻辑刻画神经细胞的兴奋与抑制的双态工作。由这种形式的神经元构成神经网络的形式化系统,它在一定程度上也能模拟人脑的功能。并沿着神经网络模型的方向发展,形成称之为脑模型的专门领域,建成既有感知、识别和学习的脑模型,又有用计算机进行的模拟实验。对这一模型加以改进,以之模拟简单的思维过程,可以实现三段论式的推理和简单归纳逻辑。 当然这还仅是智能控制论的一个方面,另一个更为全面的方面是 人工智能的研究,强调机器能思维,从而沿着以计算机为支持手段的智能模拟方向发展。它的特点是从软件方面考虑机器行为与人脑功能的相似,而不从硬件方面追究机器构件与脑内结构的等同性。 因此,人工智能主要是编制智能软件,采用算法或启发式方法进行程序设计,使计算机具有智能。目前这方面已有不少成果,用机器证明定理、发现定理,用机器下棋、绘画、翻译和模式识别,均已成为现实;而运用知识工程方法研究的化学专家系统、医学专家系统、探矿专家系统已被应用于实践。智能机器人开始走出了实验室。 但目前的智能控制论,尽管成就突出,而其基本方法仍未超出黑箱范围。即使操作功能有些已超过了活脑,但意识的实际结构仍然无从揭示。三旋数学认为,从黑箱不能完全分析白箱,从灰箱也不能完全分析白箱。那么能不能从白箱来分析黑箱呢? 建筑在类圈体三旋模型基础上的“大脑密码学”,正是沿着从白箱来分析黑箱的道路,去探索大脑的智能与结构的。在大脑密码学模型里,大脑是硬件与软件合一的密码机。 这种密码、译码,不是说象气味这类无形的东西对人体的嗅觉、大脑的影响,或者象人体使用气味交流信息以及象气味是由细菌在皮肤上分泌的作用而产生那样作解释就可以了事的。大脑的密码功能具有拓扑特性,这可以从视知觉的拓扑特性看出。1982年我国科学家陈霖报道,用5毫秒的速示仪提供图形刺激,通过对一批受试者的测试统计,发现在接近阀值的条件下,在拓扑学意义上不同的图形对(圆盘──环等)的正确判别概率,总是高于拓扑学意义上相同而几何学意义上不同的图形对(圆盘──正方形;圆盘──三角形等)。 这说明拓扑学意义上不同的图形对有更大的可判别性,这是由视觉系统对拓扑结构的敏感性决定的。在大脑接收的信息总量中,视觉比例最大,而拓扑信息量与类圈体模型的信息编码相关极大,这正反映出大脑功能注意信息拓扑量是与类圈体模型联系在一起的。如类圈体的三旋排列跟光子跃迁的联系,就涉及到大脑化学递质的编码与译码结构。沿着这思路,我们来看看密码学的内容。 目前的密码编制已经实现了机械化,密码分析实现了数学化。传统密码编制的最基本方式是代替和换位,而代替密码是按一定规则用密文代替明文字母的。从明文字母表X到密文字母表Y的一一映射的序列K=(f1,f2,f3,……),称为代替密码体制的密钥。由密钥K决定一个密码变换Tk。它按照公式yi =fi (xi),(其中i=1,2,3,…),将明文字母序列X1,X2,X3,…变换为密文字母序列Y1,Y2,Y3,…。解密过程是按照公式Xi=fi-1(Yi),(其中i=1,2,3,…),将密文恢复为明文X1,X2,X3,…。这里fi-1表示fi的逆映射。当f1=f2=f3=…时,称Tk为单表代替,否则称Tk为多表代替。 换位密码是将明文字母的正常次序打乱,即按密钥所确定的顺序得到密文。例如周期为e的换位是将明文字母划分为组,每组e个字母,密钥是1,2,…e的一个置换f。然后按照公式Yi+ne=Xf(i)+ne,(其中i=1,…e;n=0,1,…)将明文X1,X2,X3,…加密为密文Y1,Y2,Y3,…。解密过程则按照下式进行:Xj+ne=Yf-1 (j)+ne,(其中j=1,…e;n=0,1…)。由此可见,各种简单的和复杂的密码体制,都是代数密码体制的非常特殊的情况。如果把大脑密码也转化为数学问题,那么,我们便可改进计算机设备的弱点,并依靠数学技巧,而获得全新的破译大脑创造性思维的方法。 【2、从智能模型到密码学模型】 解剖开人的大脑,所见无非是脑细胞和各种有机物质,却找不到人们认识世界所留下的表象。其间的隐秩序,即我们不能观感到的大脑里的体内解,恰与密文对应;而显秩序,即我们的意识随时都能反映的外部事物及其联系,正与明文对应。大脑密码学正是将意识与大脑内部组织相分离,而通过明文与密文对应把它们联系在一起,以此揭示大脑的结构。这样,我们将发现,人和动植物的密码体制的建构原理并无不同,只不过密钥不同罢了。 从反应与记忆看,人和动植物的机体相同,作为生命物质,都由细胞、 DNA构成,都有信息接收和反应表现,都有充分利用类圈体结构与功能的特性。若从密码机和密码体制来看,其最低级层次上都有类似光谱频率变换的三旋密码编译机制。但随着动植物高级程度的不同,体外解性质的不同,这种密码机和密码体制的复杂程度也不同。 这不仅符合它们的进化过程,也符合它们生存活动需要。以语言、文字及其对应的具体事物为例,这些明文字母在人类大脑中能够转换为密文编码,当它再作为明文转译反映出来时,我们发现每个人的“密码机”虽然形式、结构、原理相同,但结果却存在差异。这从传统密码的破译方法上便可以理解。传统密码的破译通常使用统计分析的方法,分析字母的频率和连缀关系。以英文字母的单表代替为例,破译者首先统计密文中每个字母的频率及连缀关系,然后与一般英文中各个字母的出现频率对照,即将密文中高频字母群和明文中高频字母群对应,再根据连缀关系进行探测,就可能破译密码。又如破译有周期密钥的多表代替密码,也是通过计算重码之间的距离,并将这些数分解成因子,根据出现频率最高的因子测定密钥的周期。一旦周期被确定,破译多表代替密码就可归结为用频率法破译各单表代替密码。由于每个人是硬件与软件相结合的密码机与密码体制共振的独立系统,因此在接受各种明文时,通常带有独特的处理方法,反映在大脑译出的明文中,便是各具特色。这类似于几个人同译一本英文小说,英文的明文是早定下的,翻译规则也大致相同,但因互不沟通信息,因而各人所译便大不相同。数理语言学家正是利用这种不同,来分析考证作品的地方色彩与个性风格,从而确定它的时代与作者等问题的。
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