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2022年度文章:孤城之梦善默域

 ppk730 2022-12-31 发布于云南

普洱生茶第二研究范式概貌下的品茗研究:孤城之梦善默域

摘要:本文正式宣称普洱生茶茶学研究第二范式面世,任何一个普洱生茶茶学研究范式都有其出发点,都必须有对应其范式出发点的品茗方向,本文就是研究普洱生茶茶学研究第二范式在普洱生茶上的品茗方向:生津回甘,并发现,在特殊的普洱生茶冲泡方式:利用普洱生茶制程特有的、保留下来的茶叶内源酶,并在一定合适的茶汤浓度范围内,对人体产生了持久的生津回甘过程:孤城之梦,及其每一个普洱生茶都存在的、产生孤城之梦投茶量、润茶、冲泡水温的善默域。

普洱生茶研究目前有两个范式【1】

第一个范式是茶学院研究普洱生茶的普遍范式,基于分析普洱生茶和冲泡后茶汤的化学成分,品茗对应的是普洱生茶的香气、口感,结论部分是感官评价。

第一范式下,香气、口感这类感官评价的科学基础是嗅觉、味觉基于化学成分在嗅蕾、味蕾中产生神经电位,通过脑神经传递到脑。

就嗅觉来说,嗅觉信号从嗅球沿溴神经—束神经纤维,到达颞叶皮质的某个部位;味觉信号则沿舌咽神经和面神经的分支到达大脑皮质的味觉中枢。目前嗅觉神经信息模型中应用最多的是 Freeman 【美国】KIII 模型【2】,解决嗅觉的神经网络与信息传递。

这是一个由14 个微分方程组成的单通道的嗅觉系统神经网络方程,当通道数增加时,需要将方程组略加改动,同时每增加一个通道增加 5 个二阶微分方程。仿真时常取的通道数目为 8、16、32、64、128,通道数越多越完备,上述模型包含了众多参数,这些参数值的确立是嗅觉系统建立模型的一个关键问题,有些参数可以通过试验测量获得,有些无法直接得到取权值参量。详情见附录【1】。

味觉神经模型还未见有嗅觉神经模型那样成熟的方程。

感官评价是绕过了这些模型,直接用人的感觉来描述了。

普洱生茶明显是一个指向未来的茶类,从当下指向未来就必须构造普洱生茶的描述时空,在第一范式下,描述时空只能是由几百个呈味物质、呈香物质数据集构成,这些物质当下趋向未来是变化的,时空轴有的会消失,有的会加入。第一范式下的科学共同体成员未见有构造这类时空的,也就无法从普洱生茶当下的香气、口感指向未来的香气、口感。

任何一个普洱生茶研究范式必须有好茶指标,从当下指向未来,显然,在香气、口感这类感官评价中,无法形成这类指标。

普洱生茶当下和未来的化学成分数据集合,无法回答普洱生茶两个最基本的问题:什么是好茶?什么是越陈越香?

第二个范式是在研究了普洱生茶制程的人工目的性【3】后,基于分析普洱生茶和冲泡后茶汤的能量与茶性及制程保留下来的茶叶内源酶,品茗对应的是普洱生茶茶叶内的能量、物质在被人体利用时,能量转移产生放热驱动的人体生理机制:生津回甘,茶性对应的是普洱生茶冲泡后形成的物质分布状态在人体内聚集的部位(并且可以由普洱生茶的不同冲泡产生的物质分布不同状态来微调),这可由聚集部位的放热反应来确定。

通过生命形态的熵流耗散必须有对物质(自由能)的摄取,这里有能量转移必然伴随的放热过程,以及生命耗散结构通过对能量的耗散远离体系自身的热力学平衡,还包括远离与环境的热力学平衡,人的体温应保持在37℃左右,这是因为能量耗散需要温度梯度,要高于人所依赖的环境【4】。见附录【2】。

普洱生茶第二范式研究体系内,正是利用了人体正常静态状态和舒适环境下,人的体温保持在37℃下,摄入普洱生茶茶汤一定量后,茶叶能量转移时产生的放热过程,人体的体温变化会高于37℃,在人体体温控制机制下,产生一个处于窄幅的、高于37℃的体温震荡区间,过强的热运动将导致蛋白质的细致平衡被破坏,而温度过低时“化学反应的自我延续”将无法维持【2】,当人体体温过高时,人体会采用出汗的形式,来加速人体的散热。在控制环境避免人体出汗条件下(人体平稳基础代谢区域)并在普洱生茶饼茶仓平衡条件下更设定冲泡规范和茶汤摄入量后及人体体温昼夜节率变化考虑下,用这个高于37℃的震荡区间的长度来侧面度量茶叶能量值的大小,毕竟,这个体温高于37℃的震荡区间是摄入一定量的普洱生茶茶汤所致,这是在茶叶能量、物质被人体利用下,茶叶能量转移必然产生的放热过程,人体控温机制能控制人体内部的温度限高,会以一种受控后的形式呈现在摄入一定量普洱生茶茶汤后的体温测量图上。茶叶单位能量越高,这种摄入普洱生茶茶汤后产生的高于37℃体温震荡的时间就越长。

在这个普洱生茶研究范式下,产生了普洱生茶的好茶判据:能量与茶性,并且用这两个指标构造了普洱生茶的描述时空,普洱生茶一生的仓储结果,就是在这个普洱生茶描述时空中的一条轨迹,时间轴则是一种“内部时间”。“内部时间”是一种“生成时间”,不是物理时间 t 。

两种普洱生茶的研究范式具有不可通约性【1】,特别是在品茗方向上。

本文普洱生茶的品茗研究,是在普洱生茶研究的第二个范式内进行。

第二个生茶研究范式就是普洱生茶一生(新生茶到仓储后的老茶)的演化之舞,演化,某指定时空内所有事件之和。

演化之舞这个舞台上,将茶树、仓储、人,三位一体构造一个整体性的体系,这样的体系具有巨大的复杂性,包含了两个生命体和一个“活”(普洱生茶仓储中,在制程保留下来的内源酶驱动下的茶性转变)。如此复杂的体系,运用了近可分解层级思维【3】、【5】、【6】,构造一个生茶研究路线图,并且构造一个描述普洱生茶的描述时空。

符号定义:

E值:普洱生茶能量值,

R值:普洱生茶茶性【7】,(见附录【3】),利用其群子参数,规定  为高阴(----)、  为高阳(++++),依据阴阳的趋势在坐标轴上第一个单位为,第十六个单位为  。这样,这个坐标轴就显示了茶性由高阴性往高阳性变化的方向。

2021年度移除大小问题

                     图一:普洱生茶研究路线图

关于自然的近可分解层级系统【3】、【5】、【6】,参见附录【4】。

    普洱生茶研究路线图,是在近可分解层级系统上,分析从初始状态产生出目标状态的各种相互关联的层级系统的状态描述,将感受到的世界与受到作用的世界区别开来,从状态描述向过程描述转化,达到我们的目标。

冲泡规范定义:

盖碗容积:130ml,

润茶、冲泡水温、润茶次数及规范:

冲泡设定为四组每组三泡,

冲泡水温及润茶模式简记为 XXX,第一个X位置表示润茶水温,第二个X位置表示冲泡水温,第三个X位置表示润茶次数,示例:111 ,这是简化表示当地海拔下最高水温润茶一次并且当地最高水温冲泡,这类冲泡往往用于普洱生茶毛茶选茶时的测试冲泡。792,这是简化表示设置水壶控温在70℃水温润茶两次90℃水温冲泡(市面水壶控温不太准,背后实际对应一个水温值)。

冲泡规范简记为 YYYY,第一个Y位置表示第一组三泡的冲泡时间,如果全部是10秒的倍数值则去掉0简写,非10秒倍数则全写,如此类推。示例:1236,表示第一组三泡的冲泡时间为10秒,以此类推,此类冲泡规范往往用于测试冲泡,3236,表示第一组三泡的冲泡时间为30秒,以此类推,这类冲泡往往用于特殊的茶汤浓度控制下的品茗要求。

将润茶、冲泡水温、润茶次数及冲泡规范合起来简记为:XXX.YYYY。这是控制普洱生茶茶汤浓度必须的设定。

H值:在对环境温度对人体代谢量和体温的影响8研究数据下及人体体温昼夜节律,并且考察了普洱生茶饼茶的仓平衡状态后,规定:设定测试室内的环境适当温度值26℃、湿度值50~55% rH,午饭两小时后、茶汤冰箱冷藏室内二小时,茶汤温度低于人体体温,低海拔地区农夫山泉水(pH>7.2、TDS<60)111-1236测试冲泡规范,130ml盖碗,投茶量10.5克,四组茶汤混合后取450ml,一次性摄入,测量人体腋下体温,从静坐状态起始到人体腋下体温线37℃上的震荡,五分钟一次测量,到有效下穿人体腋下37℃体温线三个点为止,记录人体腋下37℃及以上体温线有效时长。H值采用指数上升记法:

2022年度H值定义

                   图二:H值定义

H值本质上是普洱生茶能量和物质在人体中被利用时,茶叶能量转移产生的放热过程,也直接关联测试冲泡规范下的每组茶汤浓度,毕竟茶叶能量由物质携带。H值度量的时长正比于茶叶能量大小。

普洱生茶冲泡用水,特别是水的pH值和硬度值,极大的影响一个冲泡规范下的每组每泡茶汤浓度,分子料理创始人提斯 【9】 ,一段关于法国农妇煮豆子,提斯 考虑是离子层面,植物的细胞是由一层细胞壁所围住,而壁层的成分是果胶跟纤维素。要让植物组织软化,首先要改变这硬得跟水泥墙一样的果胶外壳结构。在酸性溶液中,果胶会被中和。它们的羟基( 2013 <wbr>水 <wbr>(上篇) ),因为跟酸中的带正电的氢离子( 2013 <wbr>水 <wbr>(上篇) )结合而呈中性( 2013 <wbr>水 <wbr>(上篇) ),结果,中性的果胶分子不会彼此互斥,因而可以紧密地结合在一起,让扁豆坚硬。相反的,在碱性溶液中碳酸氢钠会造成羟基把氢离子释放出来而带负电,而彼此都带负电的果胶分子就开始互斥,结果造成植物纤维外墙的分解跟崩离,扁豆就变软了。水的硬度指标是钙、镁离子,带有二价正电,会跟两个植酸(在植物细胞质里)或是果胶结合,把它们连在一起,因而强化而非弱化它们的结构。单价离子,像是钠离子,就不会产生这种作用。

结论也简单,我们这个体系需要看测试规范下冲泡的茶汤浓度表现,要求水能泡出茶来,这样的水指标就是两个,pH值高和水硬度(二价正离子少)低,市面符合这两个条件的市售瓶装水而且全国范围都容易买到的就是农夫山泉(一般pH值7.3左右,最好的目前测试到的是陕西太白水源地约在pH 7.5左右,水硬度直接测量很繁琐费时,一般用T.D.S值来看,农夫山泉随各水源地不同,一般在T.D.S 35~55范围内)。我们选用以下四种水:屈臣氏蒸馏水(pH 5.70)、怡宝饮用纯净水(二级反渗透工艺 pH 6.41)、农夫山泉(万绿湖水源地 pH 7.41)电解水机可调pH水(自来水 pH 9.17),用同一个茶,测试了这个茶的H图:

2013春易武善元 pH 9.17、 pH 7.41、pH 6.41 对比图

图三:不同水的pH值同一个茶产生的H图

以下为2012年春茶四个茶的H图(使用农夫山泉万绿湖水源地,pH 7.55):

2012 春 易武 勐海 蛮砖四个茶 H 图

                     图四:普洱生茶H图

C值:品茗经验决定的普洱生茶茶季茶山高海拔晒场直出毛茶的等级值,

普洱生茶成茶过程有其特殊点,从毛茶状态到压制成型为饼茶,毛茶状态是选茶的开端,一般处于茶季高海拔区域,经过初制所匀堆后进入加工厂静电除尘、人工精选后压制成型。

高海拔茶山茶季选茶是极度干燥的阳光干燥晒场直出毛茶状态,选茶时间很短,不可能使用H值判定等级,H图的形成是低海拔饼茶,从开始测量到人体恢复正常,需要间隔三天的时间。

C值是特别应对茶季茶山上选茶用的毛茶好茶判据,这是避不开的普洱生茶特殊的成茶过程中间的一个环节,从高海拔阳光干燥晒场直出毛茶中选茶。

而身体放热有叠加性,茶季茶样多,不能完整试茶,只能根据各个低海拔饼茶H值在高海拔茶季阳光干燥晒场直出毛茶表现下的经验,观察四组茶汤的浓度表现,一杯或者二杯茶去体验身体放热强度来判定茶叶等级。         

C值,它具有和成饼茶后,在低海拔区域、饼茶状态、仓储条件一致下与H图直接对应的关系,是一种经验判据,但是能在低海拔地区仓储饼茶上来验证。

C值影响因素最大的是当地海拔影响的沸水水温,测试冲泡的沸水水温直接影响规范测试冲泡的茶汤浓度,其他影响较大因数有冲泡用水,取决于水的pH值和硬度值,第二个普洱生茶研究范式下对水的要求为pH值大于7.2,TDS值小于60,这两个指标直接影响规范测试冲泡的每组茶汤浓度。影响较大的还有山上毛茶的含水量,因为选茶时是阳光干燥晒场直出,毛茶含水量很低,影响固定测试冲泡程序下的每组茶汤浓度。

本文一律采用茶季山上选茶时的毛茶C值判定的等级标识,海拔1140米(海拔对应的是每年茶季在西双版纳易武茶区的选茶据点和压制成型的勐海地区),毛茶晒场直出测试,在蒸压成型后低海拔地区的C值上,茶汤浓度有海拔降低沸水温度高的茶汤浓度加成、毛茶压制成型(等效物理揉捻,容易出汤)加成、茶叶含水量(仓储稳定态)加成,三个主要因素的加成,经验上可以提高一个等级。凡是处于海拔1000米以上,言说普洱生茶等级,一律用当初在茶季茶山高海拔地区的晒场直出毛茶判定的C值,如果是饼茶状态有修正的加成。

饼茶上一个普洱生茶的最终等级判定是H值,是海拔地区、蒸压成型的饼茶压制松紧度、仓储态决定的。

高海拔茶季阳光干燥晒场直出毛茶C值与低海拔饼茶H值对应表:

海拔1140米晒场直出毛茶C值与H值对应关系

表一:高海拔茶季晒场直出毛茶C值与低海拔饼茶H值对应表

并非任何人都有这种摄入茶汤后,身体放热的明显体验,可以通过训练,包括已经在发展的特殊训练:奶中捞月(另文),已经成功训练达成这种体验。

霍兰【5】在其复杂适应系统(简称:CAS)中曾经这样描述:适应是生物体调整自己以适合环境的过程,生物体结构的变化是经验引导的结果。因此,随着时间的推移,生物体将会更好地利用环境达到自己的目的。把学习与相关过程也包括进来。时间尺度确实因情况而异,一旦重新标度时间,这些情况所涉及的机制是共同的。”                《隐秩序--适应性造就复杂性》【5】P 9

高海拔茶山上,茶季阳光干燥晒场直出毛茶状态的选茶:“对一个给定主体,一旦我们指定了可能发生的刺激的范围,以及估计到可能作出的反应集合,我们就已经确定了主体可以具有的规则的种类。然后,按行为的顺序考查这些规则,我们就可以得到主体行为的描述”

                             《隐秩序--适应性造就复杂性》【5】P 9  

在C值的应用上:“在定义这些规则时,我们的意图并不是要宣称我们能够在真实主体中明确地找出其规则。规则只不过是用来描述主体策略的一种方便途径”                          《隐秩序--适应性造就复杂性》【5】P 8

任何一个普洱生茶研究范式必须解决两个基本方向:品茗方向及描述时空构造。

E值、R值是所有普洱生茶的共性,无论新茶还是老茶,普洱生茶新生茶好茶判据是高E,并且具有自然赋予的新生茶的R值。普洱生茶老茶通过适当的仓储,在其制程下保留的茶叶内源酶、外界微生物的外源酶、氧化作用驱动下,茶性R由寒凉转向温热,并且适当仓储控制还能维持较高的E值,普洱生茶老生茶具备的高E、高R,是所有茶类中唯一具备的性质。新生茶自然赋予的R值各茶区、茶类型不相同,也是茶区、茶类型选择的判据,因为新生茶具备一定程度的趋温性方向后,未来在相同仓储条件下,指定一个未来R值下品茗,相对的比新生茶趋寒性的茶区、茶性到达时间(物理时间 t)为短,茶叶能量E值耗损会小。

在这个普洱生茶第二研究范式下,出发点是普洱生茶的E值,则品茗方向只能是茶叶能量在被人体利用时,能量转移产生的人体放热驱动下的人体生理机制::生津回甘。

时空构造上,时间轴是R(一种生成时间),指标轴是E。在这个时空构造中,普洱生茶的任何仓储就是这个时空中的一条轨迹,也是普洱生茶的制程指向未来的仓储结果,没有时空构造就完不成这个任务。

普洱生茶,从它的制程看,并不是为了获得新生茶当下的各种香气(没有高温逼香制程,高温会使得茶叶内源酶解构失效)、口感(不发酵,发酵使得茶叶能量耗损而降低)表现,而是以保留茶叶原始的内源酶为目标,这是普洱生茶经过未来的仓储,茶性由新生茶的寒凉转向温性的驱动力。看似极为简单、粗糙的制程,却隐含了隐秘的、指向未来的、不易察觉的动机。这一点,在生茶研究中是指导性的纲领,在回答生茶两个最基本问题:什么是好茶?什么是越陈越香?上,显得尤为重要。指向未来的具有高E、高R的茶类就是普洱生茶。我们如何刻画这个过程?在科学研究中,这类问题必须有好茶指标,必须有时空构造,时空中的轨迹就是刻画。这牵连了生茶的生态环境、茶季气候、管理中的人工干预程度与过程、不同茶季好茶指标的变化、制程、仓储。

茶是带有人工目的性的人工物:“某些现象在某种非常特别的意义上是“人工的”。即,这些现象之所以是现在这个样子,只是因为系统在目标或目的的作用下被改变得能适应它所生存的环境。如果说,自然现象由于服从自然法制而具有一种“必然性”(necessity)的外观,人工现象则由于易被环境改变而具有一种“权变性”(contingency)的外观”。

注:"权变"是指“随具体情境而变”或“依具体情况而定”。                     《人工科学-复杂性面面观》【3】(第二版序)

   人工物的那些东西并不脱离自然。它们并没有得到无视或违背自然法则的特许。同时,它们又要适应人的目标和目的。它们之所以是现在这个样子,正是为了满足人们想飞翔或想吃得好些等等的愿望。人的目标变了,其创造物也随之而变”。 

                                     《人工科学-复杂性面面观》【3】  P3

在演化之舞这个舞台上,通过对生茶制程的认知,归纳出生茶制程的核心就是:尽量保持自然赋予的茶叶能量(尽可能不发酵)、杀青温度不高时间不长从而尽可能保留茶叶中本身的内源酶(未高温提香)。更认识到,茶叶内源酶是未来普洱生茶通过仓储达成茶性转变的驱动力。普洱生茶制程根本就没有考虑香气(高温制程可以获得,这里茶叶内源酶开始解构了)、口感(通过适当发酵可以获得,这里茶叶自然赋予的能量就有耗散了)。生茶制程以牺牲当下生茶的香气、口感,保留内源酶获得未来茶性转变才是根本。

因此,演化之舞构造了一个生茶描述的时空:E&R时空,E是茶叶能量,R是茶性,茶性描述已经在【7】 中解决,茶性在第四统计力学视野下的群子理论当中,是一种各类化学成分的分布态描述,茶叶内源酶种类和数量分布形成的茶性转变驱动力,会反应在一个过程描述的偏微分方程的系数中。

任何一个刚出生的新生茶,在E&R时空中,都有唯一一个点位,经过仓储后,这个E&R时空中的点位就会产生移动,点位移动的必要条件是制程后的普洱生茶茶叶内源酶没有被高温解构。这个移动就表述了你的仓储边界条件控制下的茶性转变过程。茶性转变快慢,取决于生茶的制程后保留的内源酶多寡以及你的仓储边界条件。茶性转化速度上限是控制到不霉变劣变。也可以在分布参数系统最优控制理论指引下,完成指标类的最优控制,要高E高R(物理时间t会漫长)还是快速要高R舍弃一些E值(物理时间t会短),取决于你的需求。

事实上,世界上唯一具有高E高R的茶类,就是老生茶。如果以这个为生茶仓储的首要目标,就可以构造一个受控于仓储边界条件(温度、湿度)的偏微分方程,这个偏微分方程描述了能量E在茶性R转变后的耗散,利用分布参数系统最优控制理论,达到你的目标。

低R(茶性偏寒凉)茶叶伤身,这是经验,不能多饮。高R(茶性偏温热)则没有这个问题。历史上为获取高R茶叶,在制程上采取的策略就是部分发酵、半发酵、全发酵。但是,发酵是耗散茶叶能量的过程,这些茶叶制程上为获取高R值是以牺牲(耗散)宝贵的自然赋予茶叶的能量E为代价的。这类短期制程达到高R的茶叶普遍茶叶E值不高。

自然赋予茶叶的能量就是初始采摘下来那一刻存在的能量,非常宝贵。这些宝贵的自然赋予的能量在茶叶中的维持,就是一个重大的课题。生茶制程,就是最大限度的保留了自然赋予茶叶的能量(制程过程中尽量不发酵),生茶的仓储也应该继续这个尽可能的原初能量维持过程(就这一点就剔除了湿仓)。

什么是好茶?在茶学研究第二范式下:新生普洱生茶原料寻找目标是高E值,高E值是普洱生茶的脊梁,不论新、老普洱生茶都是如此。高E值是普洱生茶的好茶指标之一。

什么是越陈越香?在茶学研究第二范式下:新生普洱生茶R值在制程约束下较低(偏寒),在普洱生茶制程保留下来的茶叶内源酶驱动下,通过适当贮存,普洱生茶从原初的低R值(偏寒)趋向高R值(偏温)。高R值也是普洱生茶的好茶指标之一。

普洱生茶中的极大目标(就茶叶E、R值来说):高E高R老生茶的获得,必要条件为普洱生茶制程保留下来的内源酶的存在,充分条件就是在适当仓储下,以维持茶叶原初E值为目标,以漫长的物理时间t为代价换取高R值。

这就是图一普洱生茶研究路线图中,第七个近可分解层级是关于仓储最优控制部分,唯一连接的是路线图上一个层次的仓储律

当我们有了好茶指标,有了描述生茶的时空,才可能谈论这类问题

从生茶的人工目的性出发,生茶的未来就是通过仓储,在尽量维持茶叶原初自然赋予的能量E值下,尽快达到期望的R值。达成这个目标,就是寻求仓储的最优边界控制条件:仓储温度、仓储湿度。

这显然就是一个分布参数系统,控制就是分布参数系统的最优控制。

好茶指标确定后,仓储边界条件有两个:温度与湿度,这是一个偏微分方程描述的仓储茶叶自然赋予的能量耗散过程。

我们先用语言简单说说分布参数系统最优控制问题,然后再严格用数学语言来说:如果原初寻找到顶级生茶,那么就是一个(R值目前是离散类判据,具有16个描述位置,等分能找到的、自然能产生的最大茶叶E值为16等分,与之对应离散判据R值,描述就会简单些),我想仓储过程尽力维持这个E值,实际上是不可能的,茶性R的变化会带来E值的耗散,但是,最优控制目标可以定为一条直线,就是这条线横贯全部时空,这表明了尽量维持原初顶级生茶好茶指标的意图。仓储最优控制计算结果会给出受控限制的边界控制条件:仓储温度、仓储湿度的值。这是不顾及物理时间t的结果的一个极端要求。实际计算得到的E&R时空轨迹,是最优接近这个横穿时空直线尽量不下降这个目标。

如果我想尽快达成某个最小物理时间t下的R值,而不考虑E值的耗散结果,在经验上,必须给定湿度的控制范围,这个范围保证了茶叶不会霉变,霉变总是失败的仓储,没有这一点,那就是湿仓了,必须有个湿度的控制范围,计算结果就是给定仓储湿度范围约束条件下,在最短物理时间t达成目标R值的边界控制条件:约束条件下的温度、约束条件下的湿度。

这是两个最极端的目标,我们普洱生茶仓储最优控制就是处于这两个极端目标的范围之内。

在合理期望目标R值下尽力维持E值,这需要给出一条最优控制的目标曲线(系统指标的泛函),每个人仓储目标不一样,有寻求未来普洱生茶是高E值,有寻求未来在适当E值下尽快达到某个R值,这样,每个人都会在E&R时空上画出一条系统目标期望的曲线(系统指标的泛函),有了那个刻画随R值变化的E值能量耗散偏微分方程,就可以利用分布参数系统最优控制理论,计算出你最优的、最接近你画出的那条期望曲线的边界条件:仓储温度、仓储湿度。

其实普洱熟茶已经是短时间物理时间t要求高R值以耗损E值为代价的这类要求的典型了。

目前,生茶描述时空的时间轴是R,是种生成时间,离散形态。R的变化是随物理时间t受控于边界条件:温度、湿度变化的,这样,带入了物理时间t。内源酶多寡、树龄大、小问题、环境氧气浓度、环境微生物等都可以反应在偏微分方程的系数中。

这里的困难在于,一般数学方程上,是寻求E在物理时间t下的关系,但是E-t之间没有显著能呈现的关系,要分开处理成:E-R关系和R-t关系,这样就能在R-t关系中引入物理时间t,根据E-R关系最优控制R,解决R-t 受控于仓储边界条件:温度、湿度的最优控制,从而完成E-t关系,获得目标的E 值。

考虑仓储的R值随t变化,写成环境温度、湿度两个边界条件控制的E值耗散的偏微分方程,这是一个分布参数系统,控制类型是边界控制,然后把偏微分方程转为格林函数形式的积分方程组表达式。

仓储最优控制为:

见附录【5】。

此问题分四步,第一步,完成E&R时空中R值随物理时间t,约束受控于边界条件:温度、湿度的分布参数系统的偏微分方程数学模型,虽然目前时空上时间轴是R,而且是离散值判据,但是茶性本身是随物理时间t连续变化的,只是判据R是离散值形态。第二步,将偏微分方程转为格林函数形式的积分方程组表达式。第三步,应用 А.Γ.Буткоьский 定理,给定R值泛函目标下,去计算边界参数的最优控制。第四步,完成E-R耗散关系表象方程。方程第二步、第三步已经在【9】中知道如何做了,现在只需要完成第一步和第四步。

在E-R关系中,给定R值泛函目标,计算出最优控制边界条件:温度、湿度的最优控制,获取仓储最优的E值,这是生茶仓储的最高境界了。不论新生茶还是老茶,其E值都是好茶判据的脊梁。

如果经过几代人的接力,达到仓储最优控制,还有另外一个方向:变分法。

一般变分法可以表述如下:

多元函数的目标泛函

约束条件

 (x仓储温度,y 仓储湿度)

引入拉格朗日乘子  定义新泛函

该泛函取极值就是J[r] 取条件极值,问题转变为求满足常微分方程

变分法是在偏微分方程没有演绎出来的情况下,用工程实验的经验方程来完成仓储最优控制,困难的地方在于在生茶仓储上谈经验方程?生茶仓储有品茗价值期间可能长达百年,这超过一个人做研究的寿命期限了。当然科学的手段很多,突破这些限制也不是不能完成的任务。

不过,换一个思路,判定一下生茶茶性转化,是内源酶(还会有高手的辅助酶)为主的生化反应,还是微生物新陈代谢为主,微生物问题,在生茶仓储不同阶段可能有不同的微生物,同一阶段又可能有多种微生物共存,微生物问题复杂些。

如果是内源酶(包括高手的辅助酶)是茶性转变的主力,虽然还需考虑酶类的自然解构,但是至少变分法方向就会简单一些了。

在讨论了普洱生茶研究第二范式的时空构造、未来普洱生茶仓储目标达成的分布参数系统最优控制问题后,本文讨论的是普洱生茶新生茶在普洱生茶第二研究范式下的特殊品茗过程,正是普洱生茶制程保留下来的茶叶内源酶必要条件下,在茶叶E值和通过适当润茶、冲泡水温、适当投茶量、适当通过冲泡规范程序下产生的。

术语定义:

孤城之梦 

一种普洱生茶特殊冲泡规范下的人体生理机制的反应过程,在润茶、冲泡水温及冲泡规范下,一定投茶量产生的一定区域内的茶汤浓度,人体产生如下特征:微醺腾腾 、生津脉脉 、回甘徐徐 、盈香袅袅。

孤城之梦是一种由摄入茶汤量决定,但是比其他冲泡持续时间更长的生津回甘过程。

孤城之梦一个显著特征是:进食打不断。

善默域

产生孤城之梦过程的所有冲泡规范、投茶量的点位区域。

普洱生茶冲泡会被内、外各种参数影响茶汤浓度,

善默域参数:

测试者:精神饱满、体力充沛、睡眠充足、专心致志。

隐性参数:

1:生茶制程,关联茶叶自然的内源酶,

2:茶叶E值:关系到在一个冲泡规范、一个投茶量下的茶汤浓度,

3:茶叶含水量与环境的平衡程度,关系到在一个冲泡规范、一个投茶量下的茶汤浓度,

4:冲泡用水,关系到在一个冲泡规范、一个投茶量下的茶汤浓度,

5:量产茶的匀堆一致性,

6:茶区自然的生茶茶性,云南各个茶区自然的茶性不同,

7:毛茶与饼茶,相差一个蒸汽压制,饼茶相当于经历了一次物理揉捻,毛茶会比饼茶在冲泡规范下,溶出物质慢,茶汤会淡一些。

显性参数:

1:冲泡环境,关系到盖碗内实际冲泡水温,也关联人体新陈代谢与环境的基础量,

2:茶叶条索完整程度,关系到在一个冲泡规范、一个投茶量下的茶汤浓度,

3:冲泡规范,关系到四组茶汤的浓度,规范用的是:3236,

4:投茶量,关系到四组茶汤的浓度,盖碗使用130ml容积,

5:润茶水温,不太敏感,在一个很宽的范围内,润茶两次,低温60秒、高温30秒,

6:冲泡水温,很敏感,也关系到四组茶汤的浓度,

7:茶汤摄入量,关系到人体内孤城之梦的持续时间,四组十二泡。

使用设备

130ml盖碗,TILIVING (钛立维)TD6006A 1℃可调水壶,德图(testo)106 水温计,德图testo 206-pH1 pH计,韩国HM COM100 TDS电导率检测笔,水温在线插入式测试热电偶及软件,美国奥豪斯 MB 25 ZH 水分测定仪。

善默域参数控制

各种参数对一定冲泡规范下,茶汤浓度的影响程度大小不一,处于核心位置的是冲泡用水及普洱生茶仓储状态的含水量,本文测试用水为农夫山泉四川峨眉山水源地,pH 7.37 ,TDS 32.6 ppm。使用2021春新生茶饼茶,茶叶等级为C 3(处于云南普洱生茶茶叶等级的中等程度)。饼茶仓储状态取出后密封袋保持仓储状态(这对应了茶叶含水量,含水量测试为9.8~9.9%),尽量取完整条索测试。

环境参数方面选择当地气候稳定在室内温度在25℃±2℃区间,实验地点为云南西双版纳傣族自治州勐海县,海拔 1100 米左右。

冲泡规范是130ml盖碗下的 XX2.3236,可变动润茶水温、冲泡水温及投茶量。摄入四组茶汤体验孤城之梦。

实验结果如下:

选用2021年春一个中等等级普洱生茶,茶区是易武,晒场直出毛茶、海拔1140米判定的茶叶等级为C 3,蒸压成形为饼茶后,仓储于云南省西双版纳傣族自治州勐海县茶仓。

测试地点同为茶仓所在地,海拔1100+米,

冲泡用水为农夫山泉四川峨眉山水源地,pH 7.37,TDS 32.6 ppm,

TILIVING (钛立维)TD6006A 1℃可调水壶与德图(testo)106 水温计配合控制润茶、冲泡水温在0.5℃范围内,

水温在线插入式测试热电偶及软件监控盖碗内实际水温,

测试期间仓储饼茶密封袋保持含水量为 9.8⁓9.9 %,

冲泡规范为130ml盖碗、 XX2.3236,变量为投茶量、润茶、冲泡水温,

摄入四组茶汤,

环境温度在25℃±2℃。

C3等级投茶量5.0-7.5克良好茶滋善默域

图五:易武C3等级普洱生茶善默域

在冲泡水温87.5℃~90.4℃区间,2022年C3等级春茶投茶量7.5克~5克,形成一个三角形孤城之梦善默域,三角形斜边均为最强孤城之梦的黄金点位,茶滋和本地沸水水温冲泡出来的茶汤茶滋区别不大。

 孤城之梦善默域虽然很窄,但是呈现很强的逻辑性,在易武C3等级饼茶上,取7.5克,固定润茶水温和润茶两次,冲泡水温控制在0.5℃范围内搜索孤城之梦,冲泡水温从低往高,发现普通生津回甘过渡到持续十小时左右的孤城之梦,再到达最强持续性孤城之梦的黄金点位,然后,因为冲泡水温的提高,四组茶汤浓度提高后转为普通生津回甘,在7.5克投茶量孤城之梦黄金点位的冲泡水温下,以0.5克的步距降低投茶量到5.0克,然后以提高冲泡水温0.5℃的步距搜索各个投茶量的孤城之梦黄金点位。根据孤城之梦的逻辑特征,上述三角形中间的孤城之梦善默域点位,可以逻辑上填空了。

此外,普洱生茶特殊的地方在善默域上有所呈现出来,在茶季中每一个采摘日去判定这批毛茶的C值,毕竟只是一泡茶样去判定,每个采摘日判定合格的毛茶里面大部分中位茶质是符合C值判定的,肯定有少量处于高于、低于C值判定的毛茶存在,经过初制所匀堆达到茶质的均匀一致性,但是测试孤城之梦的投茶量很少,必然会取到高于茶品C值的混合体部分和低于茶品C值的混合体部分,这在上图上已经呈现出来少数轻微破坏善默域规则的点位。有个重要点位经过补测后结果正常符合善默域规则。

观察孤城之梦的逻辑特征后,只需要在5.0克投茶量下,返回7.5克投茶量第一次出现的冲泡水温下,获得孤城之梦后,其余投茶量、冲泡水温组合就是孤城之梦逻辑填空下的孤城之梦善默域 。

完整善默域

                      图六:易武C3等级普洱生茶扩展善默域

此次测试前期低温环境下,扩展孤城之梦善默域左下角区域没有那么大,这和环境参数维系的很紧密了,反应人体在各种环境参数下代谢状态不同也影响孤城之梦善默域的大小。

在冲泡水温87.5℃~90.4℃区间,2022年C3等级春茶投茶量7.5克~5克,形成一个三角形孤城之梦善默域,三角形斜边均为最强孤城之梦的黄金点位,茶滋和本地沸水水温冲泡出来的茶汤茶滋区别不大。

冲泡水温往下,在85.5℃~87.4℃冲泡水温区间,2022年C3等级春茶投茶量7.5克~5克,形成一个长方形孤城之梦善默域,茶滋可以接受。

再往下,在83℃冲泡水温下,茶滋已经不可接受了,冲泡水温越低,茶滋不良倾向变大。

这仅仅是2022年春一个C3等级易武春茶的测试茶滋结论,云南万千的生茶,结论可能不尽相同。

如果固定冲泡水温、提高润茶水温,在7.5克投茶量下的黄金点位左移,等效每组茶汤浓度有所提高,说明润茶程度对一个规范下的冲泡茶汤浓度有所影响,

7.5克投茶量提高润茶水温

                         图七:润茶水温变化影响善默域

市面有款控温水壶可以实现孤城之梦随手泡而无需其他水温计配合,就是金灶E7的70℃润茶90℃的冲泡,它的探头温度误差大,但是刚好落入孤城之梦易武C3等级普洱生茶需要的润茶、冲泡水温的善默域之中,70℃显示控制,由于环境温度不同,壶体温度与环境温度梯度不同,及水温探头的一致性差别,每把壶的实际水温状态有差别,在环境温度25℃上下,70℃显示控制,实际水温在66.6℃~67.2 ℃之间,90℃显示控制,实际水温在86.7-87.3℃之间。

环境温度25℃上下,用插入式热电偶比较了金灶E7 792.3236 随手泡与TILIVING (钛立维)TD 6006A 66862.3236 润茶、冲泡规范下盖碗内茶叶实际受温状态:

金灶E7 792.3236钛立维66862.3236

   图八:金灶E7 792.3236与钛立维 66862.3236盖碗内实测水温

使用金灶E7 792.3236冲泡规范,在环境低温(12.9℃~17.4℃)状态下,测试了易武3#性价比茶地2021年春(等级C3)、秋(等级C3-)茶品的孤城之梦:

易武性价比3#2021年度春秋对比

          图九:易武性价比3#2021年度春秋对比

测试结果有些需要思考的地方,按照孤城之梦的性质,等级越高的茶峰值点位投茶量越低这点是一致的,这关联一定冲泡规范下的茶汤浓度,但是图九中呈现的春茶、秋茶孤城之梦一些点位的结果,等级低一些的秋茶孤城之梦反而强度还高一些,这和春茶、秋茶的茶性不同相关了,孤城之梦除了等级差别呈现的一定冲泡规范下茶汤的浓度,隐秘的还有一定冲泡规范下,春茶、秋茶茶汤内物质分布的差异,这种差异属于茶性方面,而孤城之梦隐秘的一个方向就是茶性差异使茶汤物质聚集于人体不同部位,更集中于人体某个部位放热,孤城之梦发展就越强。

使用金灶E7 792.3236冲泡规范,在环境低温(12.9℃~17.4℃)状态下,测试了四种春茶不同等级的孤城之梦:

四种C值春茶金灶E7-792.3236孤城之梦

          图十:  四种C值春茶金灶E7-792.3236孤城之梦

结论比较一致,茶叶等级C值越高,在金灶E7-792.3236冲泡规范下,孤城之梦峰值点位的投茶量越小。

2018年在一个敞口玻璃壶使用手机APP控制下,曾经在991泡法下获得过孤城之梦实现,后来APP失效水壶无法使用了。

经过测试,金灶E7在17.8℃~18.6℃环境温度下,使用2022春茶C3等级饼茶,勐海茶仓平衡含水量为9.8%~9.9%,投茶量130ml盖碗7克,991.1233、892.2233获得几乎就是黄金点位的孤城之梦,另外792.3234也是如792.3236一般产生孤城之梦过程,孤城之梦时长短一点茶滋更好一点。本文测试的孤城之梦善默域是在792.3236规范下获得的。

这样,在随手泡方便使用前提下,金灶E7可以使用四个孤城之梦润茶、冲泡规范,为:792.3236、792.3233、892.2233、991.1233,变量为投茶量。

如果茶品在第四组冲泡产生不良茶滋问题,可以修正792.3236到792.3233、每一个润茶、冲泡规范,每一个等级茶叶,甚至前面列举的十几个隐性、显性参数的变化,都会对应一个产生孤城之梦的善默域。

对于袋泡茶这类没有生茶条索的,产生孤城之梦需要茶汤浓度的控制,在C3等级上,孤城之梦冲泡规范是:791.1126,袋泡茶出汤很快,润茶只有一次,如同上述避免第四组茶滋不良可以修正为:791.1123。

金灶E7孤城之梦茶滋问题

       图十一:金灶E7下孤城之梦随手泡茶滋可能的问题

这些润茶、冲泡参数反映了孤城之梦产生的条件:适当的润茶、冲泡水温配合,使得获得适当的每组茶汤浓度,其形成的茶性,能聚集在人体一定部位上放热并驱动生津回甘过程。最高盖碗内茶叶受温短暂在79℃附近,茶叶内源酶被解构失效的有限。

注:环境温度25℃上下时,金灶E7显示控温70℃,实际水温为66.5℃~66.7℃之间,显示控温80℃,实际水温为76.6~77.1℃之间,显示控温90℃,实际水温在86.6℃~86.9℃之间,盖碗内的水温状态如图八,茶叶在盖碗内实际受温值比注入的水温要低很多,这还受环境温度不同和盖碗注水后与环境温度的梯度影响盖碗内水温的变化。最高盖碗内水温,在金灶E7显示控温90℃(实际水温86.6℃~86.9℃)下,冲泡规范内最高在79℃附近,而且达到这个温度的时间也很短暂。润茶水温主要影响后续的冲泡规范,一般是连续的润茶30秒,等待一分钟,则后续的冲泡茶汤浓度,受到冲泡规范下,茶叶物质在前面润茶充分不充分(主要是润茶水温影响)而产生的茶叶物质析出种类及析出速度影响。

除了普洱生茶制程下,保留了茶叶内源酶,在一定冲泡规范下,形成孤城之梦过程出现的必要条件,在其他两类不同于普洱生茶的、但是同样在制程上保留了茶叶内源酶的云南其他两种茶上,也同样能出现孤城之梦过程,这两种茶是云南熟茶和云南生晒红茶,前者制程上发酵前的毛茶状态和普洱生茶一样的制程,后者仅仅是鲜叶萎凋后直接揉捻出茶汁,利用茶汁的湿度发酵,未经高温过程直接阳光干燥而成。

使用金灶E7 792.3236冲泡规范,在环境低温(12.9℃~17.4℃)状态下,测试了两种云南有别于普洱生茶的普洱熟茶、生晒红茶的孤城之梦:

普洱熟茶、生晒红茶金灶E7-792.3236孤城之梦

图十二: 云南普洱熟茶、生晒红茶低温环境孤城之梦

这两个性质、制程不同的普洱熟茶、生晒红茶,选用的茶地,对应普洱生茶毛茶春茶等级是C3 这个等级,原料来自春茶茶季。

普洱熟茶是毛茶泼水发酵,这个过程是以耗损茶叶能量的代价,快速获取要求达到的茶性,这个普洱熟茶按照熟茶发酵工厂的术语是发酵程度75%,达到要求茶性有一定的茶叶能量耗损,因此在相同冲泡条件下,孤城之梦峰值出现的点位,投茶量更高一些。这和孤城之梦的性质很自洽。

生晒红茶仅为鲜叶萎凋后揉捻出茶汁发酵,茶叶能量耗损低于普洱熟茶,因此,同等级茶叶,在相同冲泡规范下,孤城之梦达到峰值点位的投茶量比普洱熟茶少而比普洱生茶高,这一点也是和孤城之梦性质自洽的。生晒红茶测试图形不规则,则是匀堆不均匀所致。

结论:

孤城之梦必要条件:普洱生茶制程下,茶叶内源酶的存在,海拔2240米内111.1236测试冲泡未见孤城之梦的出现,冲泡的高温解构了内源酶,失效的内源酶不会在茶汤中起作用,

孤城之梦的充分条件:对应每一个普洱生茶等级,都存在一个善默域,适当的茶汤浓度,适当的润茶水温、冲泡水温。

普洱生茶制程,牺牲了普洱生茶新生茶的香气、口感,却在这个制程下,保留下茶叶中内禀产生的内源酶,在一个令人意想不到的的润茶、冲泡水温区间内,形成一个强大、持久的生津回甘过程:孤城之梦,有失有得。

鸣谢王华鹏先生,在交流群内两次发言触发了孤城之梦的完整破解,他在交流群的ID是:善默,以此ID命名了孤城之梦冲泡点位的集合域,

鸣谢交流群所有生茶玩家的积极参与,有很多启发性的发言。

孤城之梦后记:

第一次偶遇孤城之梦是在2008年春,一个云南西双版纳贺开茶区毛茶上,地点是广州增城,两人,晚饭前试茶,第二天午饭后对方给我电话说有奇妙的、持续时间很长的生津回甘感受,当然晚餐、第二天早餐均未打断这种感受,直到第二天午餐后才生津回甘才渐渐消失,我和对方感受一样,这种进食打不断、持续长久的生津回甘过程第一次遇到,实在难忘。此后,该毛茶压制成饼茶后,无论如何冲泡,再未见这个过程出现。

2015年秋,地点是丽江束河,这里是高海拔区域,在一个勐海茶区饼茶上,客栈主人随手冲泡,这种过程再次出现,2016年春,地点是易武高山寨一个毛茶上,随机出现了这种过程。

九年间,偶然遇到三次这种持久的、进食打不断的生津回甘过程,想复现而不得。

2017年夏季,在交流群内发起破解这种过程的活动,所有实验以失败告终,并将这个过程记载于普洱生茶研究路线图上的两个悬孤待解问题之一。

在交流群长期讨论下,命名了这个进食打不断、持久的生津回甘过程为:孤城之梦,群ID 善默 有次无意之间说到一个关于煲中药问题,大意为:加温过急,容易引起中药中蛋白质凝固,影响药效。分析并引申后:酶本质上就是蛋白质,难道孤城之梦过程与普洱生茶制程上保留的茶叶内源酶相关?这是第一次将孤城之梦过程与普洱生茶内源酶关联的关键一步。

2018年期间,破解孤城之梦的实验一直未停止,分别在2018年8月的广州增城、2018年8月~9月的丽江束河多次、反复实验,期间用于冲泡的水壶设备限于当时的条件,为一敞口玻璃壶,要其能APP手机上控制壶温,这点上,壶温控制不太精确,设置了各种冲泡参数、选用了各种不同等级的茶品。

2018年10月,在云南西双版纳勐海县,组织了规模化人群的孤城之梦测试,敞口玻璃壶手机APP控温,没有合适的温控水壶,水温波动大,实验结果呈现一种麦芒上的舞蹈,根据茶品等级,冲泡规则为991-1233和991-15151520,虽然能复现孤城之梦过程,但是各种参数苛刻,一般冲泡难以实现。

此后注意到润茶水温,猜想润茶水温低或许有所进展,在交流群ID善默第一次聊关于煲中药问题的当天,我曾将茶季选茶地点的沸水摊凉一些用于润毛茶,冲泡还是当地沸水水温,有孤城之梦的影子出现。此后,尝试692冲泡,习惯测试冲泡的130ml盖碗投茶量10.5克,未见孤城之梦的复现。

2021年12月,在交流群内讨论692泡法,抱怨润茶水温低,茶叶难润开时,交流群ID 善默再次冒出一句:70,这时,冲泡水壶已经改成金灶E7,可以以10℃的步距调节水温,第一次使用金灶E7的792-3236泡法,随手拿的茶叶为C3等级,投茶量为130ml盖碗内10克茶量,突然,孤城之梦出现了,这是一次偶遇,当时手边还有C4-、C4等级茶叶,如果此时拿到这两个茶叶这个习惯的130ml盖碗内投茶量10克~10.5克,孤城之梦将不存在。此后,扫描了各种等级的C3、C4茶品,在金灶E7下的792-3236泡法下的孤城之梦投茶量参数,当然,后面我们知道了金灶E7的水温控制误差,改用钛立维1°控水温壶配合德图106水温计,实现润茶、冲泡水温的半度控制,就有了现在一个等级普洱生茶的孤城之梦善默域。

金灶E7的壶温探头有误差,随环境的散热梯度不同、频繁低档控温加热时的状态,在环境温度25℃上下,水温显示控制在90℃时,实际水温在86.6℃~87.3℃之间波动,水温显示控制在70℃时,实际水温在66.5℃~67.2℃之间波动。

如果没有金灶E7水壶可以以10℃水温间隔调节水温(尽管误差很大)、如果没有将冲泡水温下调到金灶E7水壶的90℃控温档、如果没有第一次将润茶水温下调到金灶E7的70℃控温档而且当时随手拿的普洱生茶是个C3等级茶(习惯130ml盖碗测试冲泡下的10.5克投茶量)刚好在上面三个条件下有孤城之梦,这四个条件一起巧合的遇到,如果当时随手拿的是就在手边的C4-和C4茶品那样的投茶量,那么,孤城之梦善默域还将继续隐藏在那个小小善默域区域中而未被发现。

也是为了纪念交流群ID 善默的积极参与和贡献,这种孤城之梦参数形成的域命名为:善默域。

参考文献:

【1】《科学革命的结构》托马斯·库恩 著【美】

金吾伦,胡新和译   北京大学出版社2003年版

【2】《嗅觉识别模型研究新进展》 郑茜茜 【中】

 温州医学院学报2009年2月 39卷 1 期

【3】《人工科学-复杂性面面观》  司马贺【美】著

 武夷译  上海科技教育出版社 2004.10

【4】《熵:一个世纪之谜的解析》第二版 汤甦野【中】 

                中国科学技术大学出版社 2008.6

【5】《隐秩序--适应性造就复杂性》约翰·H·霍兰 著【美】

周晓牧 韩晖译     上海科技教育出版社 2011.08 

【6】《生物物理学--能量、信息、生命》菲利普·纳尔逊 著【美】

黎明 戴陆如译   上海科学技术出版社 2006.12

【7】《当代中医药生命动力学》 金日光 牟雪艳 著

上海科学技术出版社 2007.8

8适应的机理--寒冷生理学》伊藤真次 【日】

方爽译 北京:中国环境科学出版社1990.06  P 100

【9】《分子厨艺》提斯【法】貓頭鷹出版 2012.5

【10】《工程控制论》钱学森 宋健 著 【中】

科学出版社1980.10     P435

【11】《扩散过程的最优控制》  作者:丁乔松 【中】

      《机械工程学报》 1985年3月 第21卷第1期 P10~P28

附录【1】香气的弗里曼KIII模型部分

香气、口感的科学基础,嗅觉和味觉都是化学物质在嗅蕾、味蕾里产生神经电位,通过脑神经直接传递到脑。嗅觉信号从嗅球沿溴神经—束神经纤维,到达颞叶皮质的某个部位;味觉信号则沿舌咽神经和面神经的分支到达大脑皮质的味觉中枢。目前嗅觉神经信息模型中应用最多的是Freeman 【美国】KIII 模型,解决嗅觉的神经网络与信息传递。

以下关于 Freeman 研究工作的概括介绍来自《嗅觉识别模型研究新进展》(郑茜茜【2】  )

“K系列模型 

Freeman等在其长期的神经生物学实验基础上,根据嗅觉系统的生理解剖结构以及嗅觉系统各层次不同神经元集合的电发放特性,建立了一套非线性神经网络模型——K系列模型和一组常微分方程。

  K系列模型对于嗅觉神经系统的研究是基于神经团理论的,即认为相似的神经元组成的细胞团具有相似的功能和一致的特性,可以作为整个神经系统中的组成模块。K系列神经网络模型采用分层的拓扑结构来描述嗅觉系统,由低级到高级依次为:组成和功能都很相近的神经细胞团簇模型(K0)、少数的神经团簇模型(KⅠ)、神经元集合(KⅡ)、整个嗅觉系统的神经网络(KⅢ)四个层次。每一个模型都由比它低级的模型作为单元而组成。

 K系列模型比较完整地描述了整个嗅觉神经系统,同时从非线性神经动力学的角度对神经系统中信息传递、处理、学习和记忆的工作机制提出了独特的解释。

这套模型在对兔子的嗅神经电生理信号以及嗅皮层的EEG信号的模拟中取得了很好的效果,可以用来解释一些嗅觉信息的处理机制。

K系列模型最新的研究是KⅣ模型,KⅣ模型是在对KⅢ模型以及对低等动物脑结构的研究基础上,对于低等动物前脑的模拟,KⅣ模型由多个KⅢ模型整合而成,可以实现比KⅢ模型更高级的人工智能。这个模型主要包括四大部分:外周感觉神经系统、内部感觉神经系统、海马结构以及运动神经系统。”

嗅觉通道的生理解剖图(大)1.jpg

             Freeman  嗅觉通道的生理解剖图 图 1.2.1

 Freeman在不会丢失嗅觉的主要特性下,简化了这个系统,形成一个神经网络的拓扑图:

嗅觉系统生理解剖拓扑图.jpg

            Freeman  嗅觉系统生理解剖拓扑图   图 1.2.2

Freeman的工作是常见的科学方法,就是将复杂的解剖学嗅球与神经网络简化为 KIII模型,简化必然带来丧失嗅球体统的一些特性,但是不会丢失嗅觉的主要特性,试验验证也证明这个简化是可以接受的,这样我们可以进行神经动力学研究。Freeman 工作的另一个特点是对还原论局限的清晰认识,在面对神经系统这样高度非线性的多层次系统,用低层次的性质演绎较高层次的性质是不可行的,因为高层次系统具有低层次系统不具备的“涌现”性质,Freeman 的策略是适当选取层次,选择神经元群体作为研究对象,神经元群体是指邻接的一群神经元,它们从同一个来源接受输入,又输出到同一靶组织,起着同一种功能。确定神经元群体的状态变量显示了Freeman 的思想,将电极直接放到脑的特定部位中记录局域场电位,这个电位被理解为神经元群体活动的局域平均场的一种量度,刻画神经元群体的状态,这是神经元群体的第一个状态变量,是一种波,神经元之间的突触的信息传递可以看作是动作脉冲传到突触前膜被积累为一个模拟电位,这是积分平滑过程,突触前电位到达阀值后就通过神经递值传到突触后膜感生电位,这个电位逐步积累而形成动作电位输出。这样神经元动作脉冲发放密度可以看作神经元群体的第二个状态变量。对神经元群体来说,把来自前一个神经元群体的神经脉冲密度变换为电位(波),然后又把电位(波)变换为本身输出的神经脉冲密度。

*脉冲密度和电位(波)之间的关系,在试验数据经过正规化处理后Freeman 用 S 形曲线来拟合:

        ,                     

                    1.2.2

其中:

                                 1.2.3

 是一个决定曲线斜率的参数,它也决定曲线的最大值,它表征了动物的清醒程度。当动物入睡和麻醉时其值减小,并在麻醉深度很深时接近于零;而在清醒和警觉时增大。

单个神经元群体的脉冲-波变换是一个二阶微分方程,它是在 (相当于各个神经元群体间没有相互作用的状态)情形下,Freeman 用下列方程的解来拟合试验数据:
          
                    1.2.4

P(t)是输入。

现在看一下在  不为零时,把电刺激加于僧帽细胞(G)群体上,这时僧帽细胞(G)群体兴奋性地作用于颗粒细胞(M)群体,而颗粒细胞(M)群体则抑制性地作用于僧帽细胞(G)群体,Freemam KIII 模型中颗粒细胞(M)与僧帽细胞(G)的相互作用:            

                          1.2.5

其中  ,而 ,m(t)表示僧帽细胞群体处的波,g(t) 表示颗粒细胞群体处的波;Q 表示波-脉冲的 S 形函数。

分别代表从颗粒细胞群体到僧帽细胞群体的耦合系数和从僧帽细胞群体到颗粒细胞群体的耦合系数,其值的正负号分别代表了兴奋性作用和抑制性作用。

当 P(t) = 常数时的试验数据拟合的很好。神经元群体可以用一个二阶常微分方程和一个 S形函数关系来描述。

这样可以写出图 1.2.2 的数学模型了,图 1.2.2 顶部是感受器 (R),受到刺激后向小球外周神经元 P 、僧帽细胞 M1 输出神经脉冲,细胞群体相互作用时,兴奋性突触用符号(+)表示,抑制性突触用符号 (-),图中近细胞群体的 + 、-符号表示与相邻细胞群体相互作用下是受到兴奋性(+)还是受到抑制性(-),L1、L2、L3、L4分别表示相应通路上的时间延迟,系数 K 表示相应通路的增益:

 (1)  小球外周神经元 P 

                                                                        1.2.6


(2)嗅球 僧帽细胞 M 和颗粒细胞G             

                                                                     1.2.7

                                                                                                 1.2.8

 

 1.2.9

                                                                                              1.2.10

(3)前溴核 锥状细胞兴奋型 (E)和抑制型 (I)

                                                                                                                                    1.2.11   

                    1.2.12

1.2.13

                   1.2.14

(4)前梨状皮质 兴奋型细胞 (A)与抑制型细胞(B)        

1.2.15

                                                             1.2.16

1.2.17

                                                                                                

1.2.18

(5)  深部椎体细胞 (C)                        

                                                                                                              1.2.19

以上 14 个微分方程是单通道的嗅觉系统神经网络方程,当通道数增加时,需要将方程组略加改动,同时每增加一个通道增加 5 个二阶微分方程。仿真时常取的通道数目为 8、16、32、64、128,通道数越多越完备,上述模型包含了众多参数,这些参数值的确立是嗅觉系统建立模型的一个关键问题,有些参数可以通过试验测量获得,有些无法直接得到取权值参量。对溴中枢神经系统内部相互作用的神经元集进行动力学模型建立要求  :

“1:在每一个节点处均定义一个静态的 sigmoid 函数;

2:通过一定权值连接的拓扑图;

3:从试验测量得来的实际行为特性作为尺度;

4:使模型特性和实际系统行为特性趋于一致的调参程序。

模型一旦确定,余下的就只有优化参数这一个任务了。”

上述网络中,一个 64 通道的模型,将包括约 600 个一阶微分方程(由二阶微分方程转化而来),共有约 7000 多个参数。参数值的确立及参数的优化就成为困扰嗅觉系统建立模型的下一个问题。研究者们把参数划分为可通过试验测量得到的时间、距离、非线性增益参量和无法直接得到的权值参量。对后者的确立,大体采用通过指定初值,利用优化算法,将模型计算结果和实际测量结果相比较作为判优准则来实现。

附录【2】:非平衡态热力学部分

通过体系内部的化学反应产生高于环境温度的能级耗散梯度,从环境摄取物质(自由能)通过化学反应来实现自组织和耗散过程,因此生命形态的熵流耗散包含了对物质(自由能)的摄取,即

  ” 

汤甦野【4】P88~90

这里有能量转移必然伴随的放热过程,

耗散结构除了通过对能量的耗散远离体系自身的热力学平衡外,还包括了远离与环境的热力学平衡。这一特征导致了耗散结构体系的能量能级分布必须存在一个与能量交换环境的能级差,而耗散结构体系组成组元的聚散近平衡也同时要求体系必须保持在一定温度区域内”,             汤甦野【4】P88~90

这里是人体体温保持的描述,

“维持一定的温度,使生命在分子和聚合物层次上保持在聚散近平衡的区域。例如,人的体温应保持在37℃左右,过高和过低都不合适,过强的热运动将导致蛋白质的细致平衡被破坏,而温度过低时“化学反应的自我延续”将无法维持。

在生命形态的某些基本类型中,生命形态的耗散结构体系的热力学温度要高于它所依赖的环境,因为能量耗散需要温度梯度,耗散结构体系中与热运动相关的那一部分内能的热力学熵通常也将高于环境。”

汤甦野【4】P88~90

附录【3】:阴阳性界定的群子参数原则

通过有效成分探索中药归经,主要是应用高气压电离室辐射测量仪(HPIC)、同位素示踪和放射自显影、电镜放射自显影、液闪测定和图像分析等技术,对中药的有效成分在体内的分布、代谢及排泄等方面进行定性、定位和定量的动态观察,说明中药活性成分的体内分布与中药归经的关系。通过研究发现一些中药有效成分在动物体内的选折性分布特点与相应药物的归经及脏腑的统属关系基本相符,所以中医学认为中药有效成分在体内选折性分布特点是中药性归经的重要依据。                               金日光、牟雪艳【7】P14

  金日光、牟雪艳【7】讨论了受体学说与归经、中药药理与归经、微量元素与归经、环核苷酸与归经这些问题,在面临的问题与归经学说的统一方面做了深刻的分析:在我们看来归经问题涉及人类器官和组织中的生命动力元素及其有机功能分子分布与中药中生命动力元素及其有机药成分分布之间的关系,即靶向和被靶向的关系。             金日光、牟雪艳【7】P15

  金日光、牟雪艳【7】的群子概念是多体粒子群集体的一种结构或运动单元,具有群集性、多层性、模糊性、最可几性、可变性。

金日光、牟雪艳【7】中重要的是生命相关元素含水络合物(团聚体离子)的亲电、亲核强度标度理论。

任何化学过程都与反应物的电性相互作用有关,设有一个带有+Z(Z为离子价)的金属离子,由于生命相关元素在水介质中起作用,故充分考虑到离子周围若干水分子络合或者团聚在一起的情形,可用其含水络合离子的半径()大小来表示被水分子所团聚的状态。此时该团聚离子为中心的处,电荷强度()可以用下式表示:

           

含水络合离子的半径远大于纯离子的半径,差值大小反映含水保护层的厚度。这一元素不管处于离子状态或是原子状态,总是处于各种原子群子群体中间,这样它就有对外吸引电子或对外放出电子的性能,即有电负性(x)。因此一个含水络合物的正离子或含水团聚型正离子对外亲电性大小(ξ)是由电荷强度与电负性两方面协同起来作用的,即:

           

同理对含水负离子而言:,可以简写为:

                    金日光、牟雪艳【7】P26

ξ大小反映了一个离子在被若干水分子所包围的情况下即有“保护层”的条件下,所具有的亲电性和亲核性强度。称ξ为生命相关元素含水离子的“电荷强度标度值”,+ξ为亲电性强度标度值;-ξ为亲核性强度标度值。

                    金日光、牟雪艳【7】P26

过去生命科学和医学界往往只注意到个别元素的生理作用,而没考虑各种元素的整体分布对人体某器官健康影响的问题。作者采用第四统计力学群子理论对大量的实验数据进行分析,对人体内生命动力元素按原子序数分布的规律进行了系统的研究,从而得到了若干在前人文献中尚未报道的结果,在此基础上进一步从生命动力含水络合离子的氧化电位,亲电性及离子的周围含水保护层厚度角度来确定了各种生命动力元素含水离子的亲电强度,为研究这些元素的生物化学作用确立了崭新的理论方法。         金日光、牟雪艳【7】P30

群子统计力学分布曲线的描述:

粒子:......

带电强度:......

含量:......

可以做出带电强度()与含量()之间的关系图,横坐标从,纵坐标为,图形有平台型分布、偏带低电荷强度分布(波峰偏)、偏带高电荷强度分布(波峰偏)、中心正常分布、双峰分布。以中心为界,左边记为右边记为为形成某种群子的竞争因子。

记累计数分数为 

群子理论推导出如下关系:

       

其中ξ、及x均可从理论和实验上确定,可以用计算机直接回归出k、。                金日光、牟雪艳【7】 P49

k的物理意义:

k代表不同器官、组织或中药内随着物质不同所引起的高亲电强度离子固有的特征分布状态,直接可以用来界定器官、组织或中药的阴阳程度。

的物理意义:

代表在器官组织或中药中微观区域(指一个群子)高亲电强度离子聚集能力和药效功能。

代表在器官组织或中药的微观区域(指一个群子)低亲电强度离子聚集能力和药效功能。

的物理意义:

反映人体器官、组织或中药中高亲电离子对低亲电离子在聚集和功效方面的竞聚能力,其值越大,不管器官、组织或中药属于阴性或者阳性,其中阴性阳离子聚集起来呈现阴性效应的可能性越大,故对阴性体系而言增加其阴性强度,反之越小,致使阴性体系偏带阳。

k/k、的物理意义:

k更确切反映器官、组织和中药中高亲电离子的总效应,值越大则生物体的阴性越强。

/k更好地反映低亲电强度阳离子的总效应。

实际上是总的阴性和阳性之比,从总体上看可以跟确切的反应生物体的偏阴或偏阳的程度。

例如当k不大,而越小,生物体就表现非常高的阳性。相反的当k较大,而很大,生物体表现非常高的阴性。介于这两者之间可以有较阴、较阳、偏阴、偏阳、阴偏阳和阳偏阴的过渡状态。

金日光、牟雪艳【7】 P49~52  

                         中药阴阳性界定的群子参数原则

附录【4】:近可分解的层级系统

复杂性经常采取层级结构的形式,层级系统有一些与系统具体内容无关的共同性质”。

                             《人工科学-复杂性面面观》【3】P70

“层级系统或层次结构,指的是由相互联系的子系统组成的系统,每个子系统在结构上又是层级式的,直到外面达到某个基本子系统的最低层次”

                            《人工科学-复杂性面面观》【3】P171

“将系统表现为层次结构所损失的信息比较少。属于系统不同部分的子部分仅以集总的方式相互作用--它们相互作用的细节可以忽略”。

                       《人工科学-复杂性面面观》【3】 P191~192

“许多复杂系统都具有近可分解的层级结构这一事实,是使我们能理解、描述、甚至“看见”这种系统及其部分的重大促进因素。或许应当将这一命题反过来。如果世界上存在这样一些重要系统,它们是复杂的但不是分层的,那么也许在相当大的程度上,我们就无法观察和理解它们了。对这些复杂系统的行为的分析将超出我们的记忆能力和计算能力。

  我们之所以能理解世界,是因为世界是层次结构的;或,世界之所以显现出是层次结构的,是因为它的非层次结构的那些方面是我们既理解不了又观察不到的”

                                              《人工科学-复杂性面面观》【3】 P192

    “如果一个复杂结构完全没有冗余,也就是说,该结构的任何方面都不能用任何其他方面来表示,那么,它就是自身的最简描述。我们可以表现它,但无法用更简单的结构描述它。

  科学的任务是利用世界的冗余性来简单地描写世界”。  

                           《人工科学-复杂性面面观》【3】P194

”我们来看看人类最平凡的一个能力,即把一个复杂事物分成若干部分的能力,......,当我们做这件事时,组成部分绝不是任意的。它们可以一用再用,构筑和完成大量各种不同的组合,就像孩子们搭积木一样。事实上,这是非常明显的,通过自然选择和学习,寻找那些已被检验过能够再使用的元素,人们就能够把复杂事物进行分解“ 。

《隐秩序--适应性造就复杂性》【5】 P34

  ”广义地说,如果建造模型可以包揽大多数科学活动,那么,寻找积木就成为完善那项活动的一门技术。在物质结构的最底层,我们有盖尔曼的夸克。夸克的组合产生核子,即下一层的积木。迭代这个过程,上一层的积木通过特殊的组合,派生出下一层的积木。结果就是夸克/核子/原子/分子/细胞器/细胞/......,这个序列就是物理学研究的基础。

将我们的注意力局限于物理学积木是错误的。无论在哪里,积木都是人们认识复杂世界规律的工具“ 。                            

                            《隐秩序--适应性造就复杂性》【5】 P36

  ”使用积木生成内部模型,是复杂适应系统的一个普遍特征“ 。                                     

《隐秩序--适应性造就复杂性》【5】P37

    对于一个由大量的全同成分组成、并且在各成分之间存在局域相互作用的系统,当我们在比其组分大得多的尺度上研究它时,问题通常能得到极大简化:只需要几个有效自由度既可描述该系统的行为,而且只涉及几个唯象参数。

  例如:工程师在设计桥梁时就不需要解释钢材的具体原子结构(尽管钢材的确是由原子构成的)。相反,他们把钢材作为连续体处理,这种连续体具有一定的抗变形能力,这种能力由两个数字表征(称为体积模量和剪切模量)。

  正是因为桥梁比铁原子大得多,才使得连续介质弹性理论获得成功。

  上述的另外一个表述方式是:大自然按空间尺度划分为不同的结构层次,而每个层次与更低层次的几乎所有细节都是无关的,毫不夸张的说,正是这一原则解释了物理学事业究竟何以可能。从物理学史来看,有关物质结构的思想先是从分子发展到原子,接着是质子、中子、电子,进一步到组成质子和中子的夸克,也许将走到更深的物质结构层次。如果在取得任何进展之前都需要所有深层次的结构,那么这个事业根本不可能起步!相反,虽然已知物质是由原子构成的,但如果必须将桥梁看作是原子的集合的话,我们将根本无法理解它们的结构。每一个新的空间尺度上都会出现简单的规律“ 。

          《生物物理学--能量、信息、生命》【6】 P302-303

附录【5】:分布参数系统最优控制部分

在一般情况下,用积分方程描述的分布参数系统,可以表达为【10】

                                                          1.1.1

式中   n维向量函数, 分别是系统的状态向量和控制向量。 应具有如下性质:

                           1.1.2

 是系统初值。

假定 是定义在  上的平方可积函数,且相对于  的分量  有连续一阶偏导数。不失一般性还假定

系统1.1.1的约束条件是:

                    1.1.3

这里  是泛函,而  为向量

                      1.1.4

 是向量, , 这里假定       U 都有一阶连续偏导数。这种类型的约束条件,不仅对控制  有约束,而且对系统状态 U 也有约束。满足上述约束条件1.1.31.1.4的可准控制类记成

设系统性能指标有下列形式:

                          1.1.5

这样的系统1.1.1的最优控制问题,就是要求找到一可准控制  ,它以及由它决定的系统状态  满足条件式1.1.3,并使性能指标1.1.5达到极小值。就是系统的最优控制。

А.Γ.Буткоьский 给出了这个问题的最优控制存在的必要条件【10】

如果  最优控制,那么一定存在一非零向量使得对一切 ,   使下列函数 相对一切   达到极大值:

 

即:  

式中:函数矩阵   满足如下积分方程:

   称为哈密顿函数。

一般偏微分方程可以用格林函数转为积分形式下来表达【11】

                        1.1.6

式中, 为一特殊的格林函数,它随不同的泛定模型而异,   为边界控制函数。

我们可以提出泛函指标为:

                          1.1.7

式中: 是系统的初值; 是给定的目标函数, 为权函数。可以对不同泛定模型赋值; 为某一固定的时间。   

泛函指标的转换:

由1.1.7式:

 

 

 

令:

则:

 

由上式看出:泛函 J 达极小的问题与下述泛函  达极小问题等价:

令:

则利用上述布氏定理得知:

 

 仅取最大值和最小值且能瞬时转变,则  应满足下述符号积分方程:

 不能发生瞬时转变,按符号积分方程所表达的意义应修正为:

(1) t 时刻,当  大于零时,  t时刻所能达到的极大值。

(2) t 时刻,当  小于零时,  t时刻所能达到的极小值。

(3) t 时刻,当  等于零时, 

t-0时刻之值。

称满足上述意义下的符号积分方程为广义符号积分方程,记为:

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