历史维度下人脑等价电脑的逻辑 *

黄家裕

在日常生活中，人们总是把计算机称为“电脑”，为什么计算机被称为“电脑”，而算盘之类的计算器没有被人们称为“算脑”？根据当代认知科学，从历史维度可以找到这一问题的答案。

认知科学是由神经科学、计算机科学、人工智能、心理学和哲学等学科交汇、互动形成的学科。当前，占统治地位的认知科学范式都是以分析哲学为哲学基础，它的基石是“心灵之于大脑犹如软件之于硬件”。按照该思想，心灵隐喻于软件，脑神经等器官则隐喻于计算机硬件，所以“电脑等价人脑。”但是，为什么电脑等价于人脑？二者等价的逻辑怎样？从历史维度看，电脑是在隐喻人脑基础上形成的逻辑运作。

一、“脑”的硬件与软件

事实上，“电脑等价人脑”在哲学上预设着身心二元论。这种身心二元论的思想可追溯到柏拉图的“灵魂可脱离身体而存在”的身心关系的理念。按照柏拉图，灵魂不但可以脱离肉体而存在，而且灵魂可以载入不同的身体。如果把这话置于当今的认知科学语境，那么可以把它说成“软件可脱离硬件而存在”；并且相同软件可以载入不同的硬件。由此可知，以心智计算的模型（computational theory of mind，CTM）的隐喻为大脑是认知科学的核心理念，它是柏拉图关于“灵魂可脱离身体而存在”的思想移植于计算心理学，然后对其进行实证研究和现实化的结果。在柏拉图那里，同一个灵魂可以脱离物质性身体而存在，而且其可以被多个物质性的身体分享。同理，在人工智能中，软件可脱离硬件而存在，并且不同的计算机硬件可以分享相同的软件。比如，不同厂家的计算机都可以装载WINDOWS 软件。因此，不同硬件可以分享相同软件和灵魂可以独立于身体、相同灵魂可以被不同身体分享等理念是相一致的。如果说柏拉图是“1.0 版本”的灵魂心智认知模型，那么，认知主义则是“2.0 版本”的计算心智认知模型。

根据“心灵之于大脑犹如软件之于硬件”的隐喻思想，认知主义及其产生过程可以分为两个主题。第一个主题是“和可内省的常识心理学相关；第二个主题是“非可内省的非常识生物学相关。我们将前者称为‘软件’主题，将后者称为‘硬件’主题”。亚里士多德最早讨论了这两个主题。在“软件主题”上，他讨论了记忆内容的联想联结，并讨论了“硬件主题”：大脑只是血液的散热器；他认为，思维是由心脏产生的，即人们日常用语的“用心学习”。后来，学界难以找到灵魂，逐渐以心灵取代灵魂。到了近代，笛卡尔认为，心灵和身体有根本性的区别。心灵不占据空间，它没有广延性；身体占据一定的空间，它具有广延性。

当代智能科学吸收这一思想，然后用计算机的术语加以重新表述：软件可以脱离硬件而存在，并且同一软件可以装载到不同的硬件中。由此可知，当代的认知科学关于软件可脱离硬件单独存在，并且软件没有任何“广延性”，软件不占据空间；而同一软件可装载到不同的硬件中的思想和柏拉图的思想是相一致的。

实际上，软件和心灵等价，硬件与身体等价，或者说人脑等价于电脑没有任何先验性的逻辑依据，也没有任何先验性的真理可言。这隐喻只是一个人类实践形成的历史逻辑的过程。那么，人脑等价于电脑形成的历史逻辑怎样？或者说它的硬件、软件以及二者交融的逻辑怎样？我们将在下面阐释它们产生、发展的逻辑。

二、“脑”软件产生的逻辑

脑软件的产生和发展经历心智表征的思想阶段，然后进一步发展为“心—脑”计算观阶段。从逻辑看，如果心智是表征性的、符号性的，那么心智必然是可计算的。因为符号性的东西是可以做移动、删除、置换等操作的，亦即符号具有计算性。当心和脑被视为同一时，那么“心—脑”计算观就产生了。

（一）心智表征的思想产生和发展的逻辑

心智的表征思想可以追溯到亚里士多德的相关思想。亚里士多德讨论了“心灵软件”的记忆内容等，但是，亚里士多德错误地把心脏当作“心智硬件”。后来，在古希腊关于心灵的思想的基础上，阿维森纳进一步讨论了心理表征。近代，奥卡姆等人提出了“心理语言”“心理表征”等思想；1Claude Panaccio, Semantics and Mental Language, in Paul Vincent Spade (ed.), The Cambridge Companion to Ockham,New York: Cambridge University Press, 1999, pp. 53-75.洛克则发展了记忆联想的思想。2Ned Block, Mental Paint and Mental Latex, in Enrique Villanueva (ed.), Perception (Philosophical Issues, Volume 7),Atascadero: Ridgeview Publishing Company, 1996, pp. 19-49.然而，他们的心理表征的相关思想都没有“意向性”（aboutness）的意思。3Martin M. Tweedale, Mental Representations in Later Medieval Scholasticism, in J-C. Smith (ed.), Historical Foundations of Cognitive Science, Dordrecht: Kluwer Academic Publishers, 1990, pp. 35-48.后来，胡塞尔则把心理表征和心理意向性联系起来。4Hubert L. Dreyfus, Husserl, Intentionality and Cognitive Science, Cambridge, Mass.: MIT Press, 1982, p. 2.这对当今人工智能的发展具有巨大的意义。因此，也有人称胡塞尔是人工智能之父。齐硕母等分析哲学家基于自然主义立场，把现象学的意向性思想引入分析哲学，并且齐硕姆及后来的分析哲学学者把心理表征、意向性和语言符号等进一步联系起来，从数理逻辑进一步研究它们的关系。后来，人工智能、认知科学和心灵哲学相互结合形成了心灵表征计算观。

首先，近代哲学提出了心灵的表征馆，并阐明了心灵表征的特点。柏拉图和亚里士多德所用希腊词“phantasia”（心理映像）含有表征的意识，它既有智能活动之意，也有情感活动之意，或者说它是介于智能活动和情感活动之间的。在中世纪，经院哲学家就已经探究表征了。“repraesentare”“represaesentatio”是表征的最早词根，它们的意思就是“再现”“重现”。阿拉伯哲学家阿维森纳（Avicenna）和阿威罗伊（Averroes）翻译古希腊哲学著作时首先用这个词，并把这词和心灵进一步联系起来。5Mental Representation in Medieval Philosophy (Stanford Encyclopedia of Philosophy), https://plato.stanford.edu/entries/representation-medieval/.按照他们的思想，概念没有表征的作用，心灵、感觉等才有表征的作用。在英语中，上述两个词的大致含义是某对象呈现于心理的行为；或者现金支付；或者艺术的想象、表达等意思。由此可知，它们都具有再现、代表等方面的意义。当然，比如，某个对象呈现于心灵的过程是一种内在的表征，这是心灵的性质；但是，在艺术创作中，人们对艺术作品的想象则是外在表征。

阿维森纳关于表征的思想对托马斯·阿奎那的影响比较大。后者在“phantasia”的意义上使用表征，并且表征总是和内在感觉紧密相关，因为表征没有涉及相应的物质条件，所以此时表征也被称为感觉和智能的种子（intellect species）。所谓智能种子，其大意是积极性智能、生产性智能的意思。在中世纪中，一些哲学家将表征和概念联系起来，比如，格兰德斯·考姆普提斯（Garlandus Compotista）和法国的阿伯拉尔（Abelard）区分出了强迫意义和表征意义。强迫意义是某个对象被迫接受另一个东西的意思，表征意义是一个事物指向某个事物性质的意思。

在中世纪，学界尽管已经用表征概念于感觉等认知领域，但是，他们并不认为表征是心灵的本质属性，他们并没有把表征概念作为心灵的内性质。后来，唯名论哲学家进一步阐释了表征和心灵的关系。奥卡姆和J. 布里丹（J. Buridan）完成了这一工作。按照他们的思想，概念在思考的过程中对事物起着记号的作用。概念的记号是因为相应客体引起的，所以它们能够表征客体对象。记号是在心灵里面的，它们是心灵的东西。因为记号能够表征一个客体，所以心灵也能够表征客体；这些记号在心灵语言中的作用相当于“语词”在日常语言中的作用。

其次，心灵表征和意向性发生联结。随着心理学的诞生，布伦塔诺否定了身心区分标准是广延性。按照布伦塔诺的思想，身体的空间性和心灵的非空间性并不是二者区别的标准，意向性才是心理现象区别于物理现象的根本标识，然而他没有把心理的意向性和表征联系起来。亦即在布伦塔诺那里，意向性没有表征的意思。胡塞尔则从现象学的角度进一步阐释了心智表征理论，并且胡塞尔把心理的意向性和心理表征联系起来。按照他的观点，心理表征具有意向性。胡塞尔把心理表征置于心灵哲学的核心地位。如果表征具有意向性的特点，那么一些具有能够表征他物的事物也具有“意向性”的特点。如果某一事物能够意向性地表征另一事物，那么该事物具有智能的性质，亦即意向性是智能的基本特点。当今人工智能的本质就是用人工的办法使得一个事物能够表征另一个事物，然后，用人工方式对它们进行删除、移动、置换、存取等一系列动作，由此而执行了相应的逻辑推理而已。因此，一些学者认为，胡塞尔是当代认知心理学和人工智能的先驱。1Hubert L, Dreyfus, Husserl, Intentionality and Cognitive Science, Cambridge, Mass.: MIT Press, 1982, p. 2.

再次，意向性和语言也发生了联结。分析哲学吸收意向性和表征的相关思想，把意向性和语言联系起来，使得心理表征、意向性和语言符号产生了有机的关联。美国哲学家齐硕姆批判性地把布伦塔诺的意向性理论引入分析哲学，齐硕姆不但在心灵领域应用意向性，而且把意向性推进语言领域。齐硕姆认为，语言的本质特征就是意向性。不同的分析哲学学者对语言意向性和心灵意向性的关系开展争论。W. 塞拉斯（W. Sellars）等人认为语言意向性比心灵意向性更为根本，人们可以通过语言意向性阐释心灵意向性；齐硕姆、塞尔等人则反对塞拉斯的观点，他们认为心灵意向性是语言意向性的根本来源，只有弄清楚了心灵意向性，我们才能解释语言意向性。按照他们的观点，心灵意向性是语言产生的根源。

最后，心灵表征及其意向性的自然化。自然化从两个方面进行。一方面，如果心灵表征及其意向性的东西是自然现象，那么，人们就可以用其他事物把它们表述出来。以语言符号自然化心灵表征及其意向性是常见路径。由于语言本身是由不同的符号构成的，如果语言具有意向性，不管语言具有原初意向性，还是派生意向性，人们都可以操作符号，亦即以“计算”方式加工处理意向性。人工智能、认知科学崛起之后，学界从自然主义立场进一步研究心理表征、语言和意向性的关系。由此形成心智表征的计算观。另一方面，如果心灵表征及其意向性是自然现象，那么可以通过动物的意向性进行说明。随着意向性理论在心灵哲学上的发展，分析传统的心灵哲学家，特别是坚持心灵自然主义观的铁杆子——德雷斯基、福多等人则将意向性推广到动物领域，认为动物也有意向性。他们抹杀了人的意向性和动物意向性的区别，因为他们认为低级动物，比如，猫、狗等也可以对外界事物进行表征，它们也有意向性；并且动物和人的意向性都是心理的一种“关于”（aboutness）的性质。当然，它们不一定具有把心理状态归属于他人的能力。自然主义者试图把意向性自然化，他们认为意向性是一种自然现象，可以在自然界的因果关系链的顺序中找到相应的秩序的位置，因此，只要人们能够在自然秩序中安插上意向性，那么人们就可以消除意向性的神秘性；并且，从整个生物物种的系列来看，在人类的意向性和生物的意向性中存在相应的连续性。但是，自然主义的做法也可能导致取消意向性的危险，使得心理现象和物理现象的区别模糊起来，由此又不得不面临心理现象和物理现象的划界问题。

由此可知，既然心理表征、意向性可以自然化。如果心理表征是自然性质的东西，那么它和计算机的表征的本质都是一致的。因为它们都是自然现象，都是可以通过自然的因果秩序进行说明。也就说，心理表征、意向性、计算机表征都可在自然秩序中找到相应的位置。

（二）“心—脑”计算观

如果心理状态是一个表征状态，意向性是一种心理表征，那么不同心理状态的关系就是不同表征之间的关系，心理推理就是从一组心理表征转换为另一组心理表征的过程，或者不同心理表征发生关联、移动、存取的过程。在这一过程中，心灵对心理表征进行删除、补充、移动、变形等一系列操作，并形成相应的表征。由此可知，心理状态如果是一种表征，那么，其意味着心灵运作的机制是计算。因为计算的本质是操作不同的表征，所以心灵表征观必然会进一步发展形成心智计算观。1The Computational Theory of Mind (Stanford Encyclopedia of Philosophy), https://plato.stanford.edu/entries/computational-mind/.

首先，学界从哲学视角提出了心理计算观。近代哲学家霍布斯已提出计算主义思想。他阐释了心灵是一个可计算的物理符号系统。洛克等人则创新性地发展了亚里士多德有关的记忆联想的思想。霍布斯则批判性地吸收了其他人的观点，由此完善心灵是一个可计算的符号系统的思想。他说，“语言或其他意志符号在人或任何其他有构思能力的动物心中所引起的想象通称为理解。”2[英]霍布斯：《利维坦》，黎思复、黎廷弼译，商务印书馆，1986 年，第12 页。因此，哲学家郝格兰把霍布斯称为“人工智能之先祖”3J. Haugel, Artificial Intelligence: The Very Idea, Cambridge: The MIT Press, 1985, p. 22.。霍布斯认为，心理的想象活动过程只是一个计算过程，人们对某一事物的理解只是一种生物性的计算。不但人的推理是某种计算，并且人的联想过程也是种计算。他指出：“我们就可以界说或确定推理这一词在列为心理官能之一时其意义是什么。因为在这种意义下，推理就是一种计算，也就是将公认为标示或表明思想的普通名词所构成的序列相加减：我所谓的标示是我们自己进行计算时的说法……”1[英]霍布斯：《利维坦》，黎思复、黎廷弼译，商务印书馆，1986 年，第28 页。按照霍布斯的意思，推理只是事物序列的改变，计算也是事物序列的改变，因此，推理就是计算。推理计算的方式是人们通过对事物进行标示，使得事物的序列发生改变。霍布斯不但认为心灵运作的方式就是计算，而且他认为宇宙的一切事物都是按照计算的方式联结在一起，所有事物都是可计算的。他说：“所有的物体都可以……列入计算。”2[英]霍布斯：《利维坦》，黎思复、黎廷弼译，商务印书馆，1986 年，第12 页。这表明在霍布斯看来，宇宙里一切事物都是按照某种算法进行计算的，并且人们可以对它们进行计算。由此可知，凡是可以用符号表示的事物都可以计算。当然，这并非纯粹数学意义上的计算，而是广义的计算。可以说，霍布斯的许多思想是当今计算主义的开山鼻祖，是人工智能关于计算的思想的始祖。

其次，图灵等人把机器计算和心灵计算等价起来。霍布斯的相关计算的论述表明包括心灵在内，宇宙所有事物都是可计算的。图灵正是基于这种机械唯物主义立场，深化心灵运作方式是计算的哲学假设，并结合当代数学的相关思想，在1936 年的《论可计算数及其在判定难题中的应用》中提出“通用图灵机”；它能够计算任何可计算的东西。3Turing, Alan, On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungs Problem, Alan Turing His Work &Impacts, S2-42, no. 1, 1936, pp. 11-13.在1950 年，图灵又在《计算机与智能》中提出图灵测试：当人和人工智能体交谈一段时间后，如果人不能区别与之谈话的对象是人或是机器，我们便可认为机器有智能。4[美]W. S. 麦卡洛克、[美]W. H. 皮茨：《神经活动内在概念的逻辑演算》，[英]玛格丽特·A. 博登：《人工智能哲学》，刘西瑞、王汉琦译，上海世纪出版集团，2006 年，第44 ～72 页。在图灵测试中，人机“交谈”实际是人机通过符号交换，改变符号之间的物理性顺序或逻辑性顺序等，而不是语音交谈。因此，所谓人机交谈本质是人机通过符号计算进行互动而已。亦即符号计算是人机相互作用的方式，是人机交流和互动的方式。既然人机可以交流，如果人有智能，那么机器当然也有智能。因为只有两个都具有智能的东西才能进行交谈，一个有智能，另一个没有智能，那么二者是无法交谈的。

后来，认知主义以图灵机为模型隐喻地把心理的计算观的相关概念系统化，它把心灵作为一个软件系统，把心理状态当作软件系统中的某个子程序；不同的心理状态之间的关系则类似于软件中不同子程序之间的关系。系统化了的图灵机进一步用人工的方式进行操作。另一方面，按照认知主义及人工智能哲学，大脑本质是一个可计算的形式系统。在神经系统中，不同的神经细胞的运作方式犹如机器的开关线路一样，它们都可以用数字电路加以描述。实际上，这种思想在霍布斯那里已经有雏形。随着心理学的发展，行为主义成为心理学的统治范式，它不但把内省、意识、感受性等排除出心理学领域，而且否定主体所有内部状态。它认为主体的行为是心理学唯一的研究对象。认知科学革命之后，认知主义以计算机隐喻心灵，他们不但研究行为，而且还要研究心理的内部结构。按照其观点，心理状态是一些表征知识的数据结构；心理状态之间是一些转换控制程序；心理状态包括许多类似于计算机的子程序；即心理的运作机制是计算，心理可以计算所有能够计算的事物。

三、“脑”硬件的产生和发展的逻辑

智能“硬件主题”的发展比较缓慢。它的发展线索是：寻找身体的什么器官负责产生思维，或者说身体的什么硬件负责思维？→探究身体的器官如何发生思维？

心智硬件的发展过程包括三个阶段。第一阶段，早期认为思维器官是心脏，后来，学界逐渐确定思维器官是脑；第二阶段，确定大脑是思维器官之后，人们进一步探究大脑神经系统的模式；第三阶段，学界探究神经元之间的关系。前面两个阶段和“计算”没有直接关系。对于大脑的神经系统的相关分析，目前分析哲学流派占据主导地位，它主要用数理逻辑的方式分析大脑的神经系统，并使用二进制使得大脑成为一个可以形式化的计算系统。该过程也称为智能硬件化过程。

首先，什么器官能够产生思维？有些学者认为心脏是思维的器官，有些学者认为大脑才是思维的器官，到了近代最终确认大脑是思维的器官。

恩培多克勒（Empedocles）认为心脏是思维的中心。亚里士多德则发展了关于心脏是思维器官的思想。亚里士多德认同思维器官不是大脑，而是心脏，并且他进一步阐释了心脏产生思想的机制。按照亚里士多德的观点，心脏具有活力普纽玛（vital pneuma），心脏通过血管把它输送到大脑，大脑则把它转化成灵魂普纽玛（psychic pneuma），然后再送往肌肉，由此引起肌肉运动。1[澳]贝内特、[英]哈克：《神经科学的哲学基础》，张立等译，浙江大学出版社，2008 年，第11 ～18 页。

阿那克萨哥拉（Anaxagoras）认为脑才是思维的中心。盖伦（Galen）进一步发现脊髓伸向肌肉的神经，并认为肌肉收缩是神经引起的。盖伦区分了运动神经和感觉神经。大脑有许多灵魂普纽玛，心理能力和大脑紧密相关，脑室负责推理的功能。由此他否定了亚里士多德的观点，认为各种感知能力根源于大脑。尼梅休斯（Nemesius）进一步阐明了脑室的各种心理功能。脑室被认为是思维中心的观念统治了一千年左右。2[澳]贝内特、[英]哈克：《神经科学的哲学基础》，张立等译，浙江大学出版社，2008 年，第20 ～23 页。

到了近代，笛卡尔等人也认为大脑负责思维功能，但是，大脑的什么部位负责思维、推理、想象？笛卡尔不太关注。后来，高尔（F. J. Gall，1758—1828）把神经解剖学和颅相学结合起来，他由此提出思维定位说。随着脑神经科学的进一步发展，布罗卡（P. Broca，1842—1880）和维尔尼克（C. Wernicke，1848—1905）根据失语症等现象研究成果，创造性地推进了大脑思维定位说。弗楼伦（M. J. P. Floures，1794—1867）等人对大脑定位说也作出重要贡献。由此可知，近代欧洲学界已经明确大脑及其神经是思维发生的地方。

其次，大脑的神经系统是怎样的？或者说大脑的神经系统的模式是怎样的？高尔基（C.Golgi，1843—1926）提出“神经细胞相互融合”的模式。1[美]R. M. 哈尼什：《心智、大脑与计算机：认知科学创立史导论》，王淼、李鹏鑫译，浙江大学出版社，2010 年，第61 ～62 页。按照高尔基的思想，神经系统类似于血液循环系统，大脑神经细胞只是起着营养和支持的作用，神经细胞之间是相互连续的融合关系而形成神经网络系统，神经系统是循环往复的；只有整个大脑才表现相应的神经功能，其他地方则没有表现出相应的神经功能。这一理论不承认神经细胞的相对独立性，它难以解释为什么只有大脑才有思维功能，而其他具有神经的地方则没有思维功能。它称为“神经组织网络理论”。卡哈尔（S. R. Cajal，1852—1958）则反对高尔基的神经理论，并提出“神经元理论”模式。2[美]R. M. 哈尼什：《心智、大脑与计算机：认知科学创立史导论》，王淼、李鹏鑫译，浙江大学出版社，2010 年，第62 ～63 页。按照卡哈尔的观点，大脑中有不同的神经元，神经元之间是相互独立的，不同神经元之间相互联结成网络，神经网络类似于人的骨骼系统，神经元之间通过连接点和间隙而形成一个系统。这两个神经理论模型的对或错在很长时间内没有定论。后来，谢灵顿（C.Sherrington，1857—1952）在研究神经突触时，所发现的证据都支持神经元理论。3[澳]贝内特、[英]哈克：《神经科学的哲学基础》，张立等译，浙江大学出版社，2008 年，第20 ～23 页。

1950 年左右，神经元的基本特征和神经系统的基本特点已经为学界所把握。神经元及其相关特征的发现为学界进一步探究大脑神经的运作机制奠定了基础。

最后，大脑神经元之间的关系怎样？亦即大脑神经的运作方式怎样？麦卡洛克（W.McCulloch，1898—1969）与皮茨（W. Pitts，1923—1969）在《神经活动内在概念的逻辑演算》中糅合了哲学、计算机科学、心理学而提出了不同神经元之间以形式逻辑的方式相互作用的观点。4[美] W. S. 麦卡洛克、[美]W. H. 皮茨：《神经活动内在概念的逻辑演算》，[英]玛格丽特·A. 博登：《人工智能哲学》，刘西瑞、王汉琦译，上海世纪出版集团，2006 年，第24 ～43 页。根据他们的思想，大脑神经运作方式如下。第一，神经元激活是“全—或—无”的方式。这有点类似于电子开关，亦即神经元的激活只有两种方式。当神经元之间的神经脉冲达到一定数值的时候，神经元之间就处于“联通”状态；当神经元之间的神经脉冲低于某一数值时，神经元之间处于“断开”状态。第二，神经系统的运动不是按照物理空间方式进行的，其本身具有逻辑性。有些固定数量的突触被激活，但是，它们和神经元先前的活动、位置没有关系，这导致任何时刻都有某一个神经元被激活。这排除了神经激活和物理的空间之间存在必然性的关系。在此基础上可以进一步推理神经系统本身具有相应的运作逻辑。亦即神经元的激活不是按照空间物理位置激活，而是按照神经系统本身的性质和内在的逻辑激活。第三，突触延迟是神经系统内唯一有效的延迟。由于突触具有延迟的功能，所以神经激活和时间紧密相关。时间是神经延迟的一个基本要素。人们能够以时间作为尺度测量神经活动。这为神经研究走向量化研究和实证性研究提供了理论依据。第四，神经突触的任何抑制性活动都能够阻止神经元的那时刻的兴奋，这表明神经元之间的抑制和兴奋是相互影响的。第五，神经网络结构不因时间变化而变化。这表明虽然神经元的延迟等功能和时间紧密相关，但是神经的内在结构本身具有自己的性质，神经元的结构更多和生理及外部刺激相关。神经元结构却和时间没有什么关系。

根据他们的理论假设及相关思想可知，如果用“1”表示不同神经元之间的兴奋，用“0”表示不同神经元之间的抑制，亦即神经元之间的联通等价于“1”，不同神经元之间的断开等价于“0”，那么神经元的活动模式就是以二进制的“0”或“1”的方式的活动。该文为大脑神经逻辑化、数学化提供了理论基础和思路。这使得脑神经系统转化为一个可形式化的计算系统；并且它为冯·诺依曼机的产生提供思想雏形。

由此可知，按照该思想，神经系统、计算机都是以“0 或1”运作，二者具有相同的数学基础，它们都是可形式化的计算系统。

四、“脑”软件和硬件交融的逻辑及其现实化的过程

“脑”的软件和“脑”的硬件交融的重要途径是：《易经》→莱布尼兹→香农和冯·诺依曼→计算机模型。这是在中西文化交融的基础上形成的。

（一）软件和硬件交融的逻辑

中国传统的文化认知思想提供了二进制的思想源泉，莱布尼兹受到易图的启发而创立了二进制，香农（C. E. Shannon）则把电子硬件二进制化，这为软件和硬件的融合提供了数学哲学思想。

首先，中国文化认知思想对软件和硬件融合的贡献主要表现为中国的八卦等思想促进二进制的产生，这为大脑和计算机之间的等价提供数学的哲学基础。莱布尼兹在1703 年收到法国传教士白晋（F. J. Bouvet）的信笺。他读这封信时，看到宋代画家邵雍绘制的易图。他从易图中得到启发，分别用0 和1 替换八卦中的阴爻和阳爻，这便形成了二进制。1李存山：莱布尼茨的二进制与《易经》，《中国文化研究》2000 年第3 期，第139 ～144 页。二进制为大脑和计算机等硬件提供了“软件”必备的哲学基础，并为它们的运作机制提供了必要的工具。结合上述可知，若神经元和计算机是按照“0”“1”方式运作的，那么神经元的运作只是某种程序而已，因此，神经运作方式和电脑的“软件”是等价的。

其次，根据二进制的哲学思想和数学工具，香农在他的硕士论文中进一步把“电子硬件二进制化”，由此深度推进认知软件和硬件的有机融合。1938 年，香农的硕士论文《继电器与开关电路的符号分析》把开关电路和二进制联系起来，使得电子线路既可用硬件表达，也可用软件表达。按照香浓思想，二进制中只有“0”和“1”两个数字，开关器则只有“关”状态和“开”状态，如果以二进制的“0”代替电子开关的“关”状态，以“1”代替电子开关的“开”状态，由此可以建构电子硬件的二进制数学模型。这为人类可以用认知的模式阐述电子硬件的运作机制，奠定了智能的数字电路的理论基础。

最后，人工智能把香农的信息论思想吸收到数据计算机中，形成现实的表征计算认知模型。按照当前的智能哲学，人类因为有智能，所以人类能够表征命题的“真”和“假”。在机器中，当用“1”表示真，用“0”表示假时，这和电子线路的“0”表示“关”，“1”表示“开”是相互一致的；并且它们都可以使用电子逻辑门作出相应的决定。由此，计算机的“1”“0”可以表征命题的真和假，也可表征某命题成真的条件或成假的条件。同样，大脑的神经元的关系也是以“0”和“1”运作，大脑和电脑对命题及其真和假的表征都是一样的，亦即神经元的逻辑关系和电子逻辑门都可以表征相应的命题及其真和假。

总之，神经元的逻辑关系可以表征命题的真与假，电子逻辑门也可表征命题的真与假，并且它们都可以用二进制表征。因此，它们便可以按照一定算法进行计算，都可以物化于具体的物质。

（二）软件和硬件交融从理论走向现实

首先，图灵把软件和硬件糅合起来，并模拟大脑智能的理想模型。图灵在1936 年提出了图灵机。它包括无限长的磁带、一个读写的磁头、一套程序表、一个寄存器。（1）磁带无限长，可双向延展，有无限的格子，格子的内容是0 或1（当然也可其他符号）。（2）读写磁头在磁带上前后运动，并写上0 或1（当然也可用其他符号）。（3）程序表包含有限指令列表，每一条指令包含物质信息：当前状态、输入（写）字符，输出（读）字符；读写头向左（或向右）的命令；下一种状态。图灵机的运作是根据程序表的指令进行的，磁头得到程序表的指令之后，它把特定的符号写入当前的小格子，然后，它向右或向左移动一个格子，或者保持当前位置不变，并根据程序表的指令进入下一个状态。

图灵机只是一种理想的机器，它需要无限长的纸带等条件，现实中不可能存在理想的机器。但是，现实中的任何一台计算机都可视为图灵机的特例。根据图灵机的结构，它可以分为硬件和软件两部分。磁带、读写的磁头、寄存器属于硬件，程序表以及相关的指令则属于软件。这表明软件和硬件在图灵机那里得到有机结合，并能够产生类似于大脑智能的逻辑性能。

其次，1945 年，冯·诺依曼进一步糅合神经元二进制运作的思想和香农的数字电路的思想，由此设计EDVAC 计算机方案。他将二进制作为计算机设计思想（第一台计算机ENIAC 采用的是十进制）的基础，并简化了计算机的逻辑线路，建构了计算机的模型，由此奠定计算机的软件和硬件的结合模式。

冯·诺依曼把图灵机和计算机制造的经验结合起来，形成现实的电脑。冯·诺依曼基于二进制提出现实的电脑模型。第一台计算机ENIAC 有两个致命的缺陷。其一，它采用十进制作为运作的机制。这造成它的结构很复杂，并且需要很多的逻辑元件，因此，它的可靠性比较差。其二，它缺少专门的存储器，它的运算指令比较零散，主要分别存储于许多电路元件的内部。因此，当它运行的时候容易发生死机等故障。其三，由于它采用十进制，当计算机运作时，对不同的计算任务，由于指令之间的匹配问题、指令和硬件的相容性问题等原因，人们需要把这些不同的电子线路重新布局、重新搭建，这就像重新搭积木。也就是说，每次新的任务，人们都需要重新布局电子线路。这使得每当任务发生变化时，计算机非常浪费人力、物力，也非常麻烦。

诺依曼针对这些问题，提出计算和存储分离的原则，以二进制代替十进制；采用二进制算法进行运算；按照存储理论重新建构计算机的存储设备。因此，根据他的思想，由运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备等五大部分构成计算机的构想被提出。这实际上相当于人的推理、操控、记忆、感觉、行为，等等。因为计算机采用二进制和内存器，所以指令、数据便可以在一起存放在存贮器中，并且按照相同的方式对这些数据进行处理。也就是说，计算机以二进制作为运算的基础，按照程序顺序执行就可以运行了。由此，计算机的结构简化了，并且能够实现运算控制自动化，提高运算速度。计算机具有运算程序、数据、中间结果和最终结果的功能，并且能够完成各种算术、数据传输、逻辑运算等数据加工的能力，能够按照用户需求控制程序，并根据指令协调各部件的工作，输出相应的结果给用户。它奠定了电子计算机的基本架构，标志着“电脑”的诞生。

由此可知，电脑的元件和大脑神经系统的神经元都是以“0”和“1”进行逻辑运算的；并且前者是物理电力运作，后者则是用生物电力运作，即二者都是以电子方式运作，以二进制方式运作。因此，二者等价。如果前者的运算纸带无限长，它就是“无机”的图灵机；如果大脑的寿命无限长，并且大脑容量无限大，那么大脑就是“有机”的图灵机。