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科學(xué)好書(shū)推薦 vol 19.

研究大腦如何工作，有沒(méi)有一條正確的道路？沿著經(jīng)驗(yàn)主義的傳統(tǒng)，最常見(jiàn)的策略是實(shí)驗(yàn)者呈現(xiàn)刺激并研究其神經(jīng)反應(yīng)。這種“自外向內(nèi)”的方法促進(jìn)了整整一代大腦研究。但是，這真的是準(zhǔn)確的嗎？

  

從外向內(nèi) 

                或是

                         從內(nèi)向外......

（György Buzsáki）

Buzsáki教授展示了一個(gè)圖景：大腦作為預(yù)測(cè)設(shè)備，通過(guò)行動(dòng)和對(duì)行動(dòng)后果的檢驗(yàn)而與外在環(huán)境相互作用。設(shè)想九游會(huì)j9的大腦最初充滿了無(wú)意義的模式，如果不從行動(dòng)引發(fā)的相互作用中攝取意義，這些模式就都是胡言亂語(yǔ)。通過(guò)與行動(dòng)產(chǎn)生的后果相匹配，無(wú)意義的模式獲取了意義。一旦經(jīng)過(guò)了行動(dòng)和經(jīng)驗(yàn)的“校準(zhǔn)”,大腦就可以脫離感受器和致動(dòng)器，并可以通過(guò)訪問(wèn)自身計(jì)算而考察“如果這樣會(huì)怎樣”之類的場(chǎng)景——這種過(guò)程稱為認(rèn)知。

 

看看下邊這個(gè)例子或許能更清晰地了解其中奧秘。

（a）自外向內(nèi)。呈現(xiàn)刺激（花朵），記錄感覺(jué)皮層的反應(yīng)（比如單個(gè)神經(jīng)元的動(dòng)作電位）。實(shí)驗(yàn)人員既了解刺激也知道神經(jīng)響應(yīng)，可以在刺激輸入和神經(jīng)活動(dòng)之間建立起可靠的關(guān)系。然而，感覺(jué)皮層神經(jīng)元“看”不到刺激。它們所能接受的只是動(dòng)作電位——來(lái)自其他上游神經(jīng)元的輸入。

 

（b）自內(nèi)向外。刺激可以通過(guò)與其他事物比較獲得意義。除了來(lái)自視網(wǎng)膜的輸入，感覺(jué)神經(jīng)元收到的輸入也有的來(lái)自運(yùn)動(dòng)皮層發(fā)起運(yùn)動(dòng)的神經(jīng)元（稱為“重傳入”信號(hào)）。每當(dāng)運(yùn)動(dòng)命令傳遞到眼球肌肉或手臂，感覺(jué)神經(jīng)元都會(huì)得知這種輸出（箭頭）。通過(guò)移動(dòng)眼球或用手移動(dòng)花朵，視覺(jué)神經(jīng)元可以得到關(guān)于花朵的“獨(dú)立觀點(diǎn)”。這些運(yùn)動(dòng)引發(fā)的信號(hào)是賦予刺激以意義的關(guān)鍵。

 

大腦并不處理信息

而是創(chuàng)造信息

《從內(nèi)向外解析大腦》解釋了為什么九游會(huì)j9的大腦不是常被描繪成吸收信息的編碼設(shè)備，而是相反，是尋求風(fēng)險(xiǎn)的探索者，總是控制著軀體去檢驗(yàn)其假設(shè)。大腦并不處理信息，而是創(chuàng)造信息。

 

一本腦科學(xué)的高級(jí)科普書(shū)

▲ 《從內(nèi)向外解析大腦》

●   本書(shū)作者Buzsáki教授直面神經(jīng)生物學(xué)的基本目標(biāo)：發(fā)現(xiàn)神經(jīng)環(huán)路組織的原理，深入剖析以知識(shí)表征為中心的傳統(tǒng)研究策略，提出了從內(nèi)向外的研究框架。

 

●   作者從神經(jīng)元的信息解讀出發(fā)，探討了神經(jīng)元集群作為交流單元的作用，指出大腦作為自組織的系統(tǒng)，具備預(yù)先存在的環(huán)路聯(lián)結(jié)和動(dòng)態(tài)變化，能夠產(chǎn)生行動(dòng)并且通過(guò)伴隨發(fā)放機(jī)制檢視和預(yù)測(cè)這些行動(dòng)的后果。進(jìn)一步，自組織的神經(jīng)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)化，大腦從環(huán)境中脫離并且操控外部世界在想象中的模型，從而產(chǎn)生認(rèn)知功能。

 

●   Buzsáki教授的討論提供了一種極具思考樂(lè)趣和參照價(jià)值的體系，并為腦啟發(fā)的人工智能研究提供了新的道路。

 

本書(shū)推薦人  蒲慕明教授

中國(guó)科學(xué)院院士、美國(guó)科學(xué)院外籍院士，NSR主編

 

腦科學(xué)是本世紀(jì)最重要的生物科學(xué)前沿領(lǐng)域之一，已受到社會(huì)大眾的普遍關(guān)注，市面上也出現(xiàn)了許多腦科學(xué)相關(guān)的科普書(shū)籍。九游會(huì)j9可以將科普書(shū)籍大致分為兩類：絕大多數(shù)是一類針對(duì)沒(méi)有科學(xué)基礎(chǔ)的一般讀者，為了吸引讀者的興趣，科學(xué)內(nèi)容總是為了通俗而簡(jiǎn)化，有時(shí)不免失真甚至夸大化；另一類是針對(duì)有些科學(xué)基礎(chǔ)的讀者，對(duì)科學(xué)內(nèi)容有較深入和準(zhǔn)確的描述，能使有興趣探索科學(xué)的讀者，甚至外行的科學(xué)家對(duì)該領(lǐng)域有較深刻的認(rèn)識(shí)。這種“高級(jí)”科普類的腦科學(xué)書(shū)籍在歐美國(guó)家已有不少，有些也有中譯本出版，如科學(xué)出版社幾年前出版的《大腦的未來(lái)》（The Future of theBrain）一書(shū)。Buzsáki撰寫(xiě)的這本《從內(nèi)向外解析大腦》（The Brain from Inside Out）應(yīng)屬近年來(lái)這類高級(jí)科普書(shū)籍中的佼佼者。我與本書(shū)作者Buzsáki有多年的交往。在我認(rèn)識(shí)的眾多歐美神經(jīng)科學(xué)家中，他的研究工作有極高的創(chuàng)新性，他對(duì)各種事物都有些獨(dú)特想法，與他聊天可說(shuō)是沒(méi)有一刻“無(wú)聊的時(shí)光（boring moment）”。這也充分反映在他的行文之中。Buzsáki早期的研究常因過(guò)于超前而未能及時(shí)受到重視，但是近年來(lái)他對(duì)空間感知和記憶的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制，以及各種大腦振蕩波的功能研究已發(fā)揮了引領(lǐng)前沿的作用，幾年前他獲得了腦科學(xué)的一個(gè)大獎(jiǎng)（格雷特 • 倫德貝克歐洲大腦研究獎(jiǎng)），這是他科研成就的體現(xiàn)。作為一位在實(shí)驗(yàn)室里極為活躍的科學(xué)家，Buzsáki仍愿意花費(fèi)大量時(shí)間為普通讀者寫(xiě)作該書(shū)，真是值得欽佩。

 

神經(jīng)科學(xué)界有許多杰出的科學(xué)家，其中絕大多數(shù)從事實(shí)驗(yàn)神經(jīng)科學(xué)研究，理論神經(jīng)科學(xué)家一直極少。近年來(lái)計(jì)算神經(jīng)科學(xué)家逐漸增加，他們基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，企圖理解神經(jīng)系統(tǒng)運(yùn)作原理。但嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，后者是“模型家（modeler）”而不是“理論家（theorist）”。理論科學(xué)的基本要素是“統(tǒng)一性（unification）”，它的框架可以用于描述繁雜多樣的自然現(xiàn)象，為這些現(xiàn)象帶來(lái)統(tǒng)一的理解。達(dá)爾文的“物競(jìng)天擇”演化理論就是一個(gè)好的理論生物學(xué)范例。為什么物理學(xué)和化學(xué)都有發(fā)達(dá)的理論領(lǐng)域，而生物學(xué)沒(méi)有？一個(gè)可能的解釋是生物學(xué)更關(guān)注的是“多樣性（diversity）”，而不是“統(tǒng)一性”。Buzsáki是實(shí)驗(yàn)科學(xué)出身，在本書(shū)中他提出了一個(gè)大腦“自內(nèi)向外”的理論，可以有效地整合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)對(duì)理解大腦信息處理的基本模式提出了一個(gè)可泛化的框架。對(duì)神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域有所涉獵的讀者也許會(huì)認(rèn)為，這個(gè)理論也許并不完全新穎，已有其他科學(xué)家從不同角度、不同說(shuō)法表述過(guò)類似的想法。該書(shū)最大的貢獻(xiàn)在于清晰明確地表述并徹底地佐證了“自內(nèi)向外”的概念。神經(jīng)科學(xué)界一般流行的概念認(rèn)為，大腦的主要工作是感知并處理外來(lái)信息，然后做出抉擇和反應(yīng)動(dòng)作（即“自外向內(nèi)”）。Buzsáki認(rèn)為大腦的主要工作是用已有的內(nèi)在信息產(chǎn)生一些動(dòng)作，觀測(cè)并預(yù)測(cè)這些動(dòng)作產(chǎn)生的效果（即“自內(nèi)向外”）——自主動(dòng)作是產(chǎn)生外來(lái)信息的關(guān)鍵因素。把這兩種觀點(diǎn)放在對(duì)立面來(lái)討論也許是突出后一觀點(diǎn)的一個(gè)策略，但也有助于未來(lái)設(shè)計(jì)更有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)。對(duì)讀者來(lái)說(shuō)，作者明確地指出，該書(shū)的主要目的不是要描述九游會(huì)j9對(duì)大腦已有的理解，而是借此書(shū)吸引讀者對(duì)大腦去做更深入的探討。他尖銳地提出了一些兩兩對(duì)立的概論，也許會(huì)吸引讀者做進(jìn)一步思考，例如，大腦是否同時(shí)具有兩種模式的工作方式？?jī)煞N模式是否有互補(bǔ)性、協(xié)同性和依賴性？在智力形成的過(guò)程中，是否有先后偏向性？?jī)?nèi)在信息的建立（所謂網(wǎng)絡(luò)的“自組織”）是否也需要“自外向內(nèi)”的工作模式？事實(shí)上，該書(shū)還有更基本的一面，就是通過(guò)探討大腦信息處理的工作原理，來(lái)說(shuō)明人們?cè)诜治龊屠斫鈴?fù)雜、有高度相互作用的自組織系統(tǒng)時(shí)常犯的錯(cuò)誤，譬如誤判事件之間的因果性。

 

該書(shū)的一個(gè)特點(diǎn)是作者的博學(xué)，引用了許多相關(guān)的歷史、哲學(xué)、數(shù)理、文化、宗教等領(lǐng)域的文獻(xiàn)和書(shū)籍，給有興趣進(jìn)一步專研的讀者提供一些指向。另一個(gè)特點(diǎn)是加入了一些自傳性的行文，描述了他探索大腦原理的心路歷程。創(chuàng)新思維如何產(chǎn)生是神經(jīng)科學(xué)的未解難題，九游會(huì)j9如何能學(xué)習(xí)產(chǎn)生創(chuàng)新思維？我認(rèn)為一個(gè)有效的途徑就是多關(guān)注有創(chuàng)新性科學(xué)家的心路歷程，他們?cè)谑裁磿r(shí)候、什么環(huán)境產(chǎn)生出哪些創(chuàng)新思維？多年來(lái)布扎基在前沿神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域做出許多創(chuàng)新的工作，他的創(chuàng)新能力來(lái)自何處？該書(shū)和他幾年前出版的《大腦中的節(jié)律》（Rhythm of the Brain）一書(shū)中都包含了一些似乎是瑣碎的個(gè)人故事，但也許就是那些個(gè)人經(jīng)歷和故事，塑造了一個(gè)有創(chuàng)新思維的科學(xué)家?？茖W(xué)家寫(xiě)的科普書(shū)籍和傳記已有很多，但很少能結(jié)合個(gè)人科研探索的主觀心路歷程與客觀的科研論述，把親身參與的重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)和概念形成的來(lái)龍去脈仔細(xì)說(shuō)清楚。詹姆斯 • 沃森（James Watson）的《雙螺旋》（Double Helix）和弗朗西斯 • 克里克（Francis Crick）的《狂熱的追求》（What Mad Pursuit）兩本自傳，就是好的范例，也是理解創(chuàng)新思維來(lái)源的必讀書(shū)。我希望科學(xué)界有更多科學(xué)家能像Buzsáki這樣，為廣大讀者提供一些包含個(gè)人經(jīng)歷的科學(xué)論著，為培育下一代有創(chuàng)新性的科學(xué)家做點(diǎn)貢獻(xiàn)。

  ——蒲慕明

2022 年 3 月

 

本書(shū)主譯者 尚春峰教授

尚春峰，2003年本科畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院；2011年博士研究生畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院研究生院（中國(guó)科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所）；現(xiàn)任暨南大學(xué)粵港澳中樞神經(jīng)再生研究院研究員、深圳市神經(jīng)科學(xué)研究院研究員。主要研究興趣是應(yīng)用新型標(biāo)記和記錄方法，解析大腦功能環(huán)路結(jié)構(gòu)。多年從事神經(jīng)科學(xué)研究，前期工作涉及神經(jīng)遞質(zhì)分泌、突觸可塑性、視知覺(jué)、學(xué)習(xí)和抉擇等基礎(chǔ)認(rèn)知功能的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制等領(lǐng)域，特別在應(yīng)用化學(xué)、光學(xué)成像、納米材料、高性能計(jì)算等新技術(shù)，結(jié)合神經(jīng)系統(tǒng)構(gòu)筑特征以研究環(huán)路功能方面有豐富的經(jīng)驗(yàn)積累，相關(guān)工作發(fā)表于 Journal of Physiology、Journal of Neuroscience、Science Advances、Journal of the American Chemical Society 等知名學(xué)術(shù)期刊。

 

譯者推薦：
《從內(nèi)向外解析大腦》這本書(shū)帶領(lǐng)九游會(huì)j9深入思考大腦研究的軌跡，考察神經(jīng)生物學(xué)的基礎(chǔ)。Buzsáki教授基于他本人和其他實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新工作，提出了非常有吸引力的大腦“從內(nèi)向外”理論。他詳盡分析了基本的因果性分析，從大腦中單個(gè)神經(jīng)元的信息解讀出發(fā)，探討了神經(jīng)元集群作為交流單元的作用，指出大腦作為自組織的復(fù)雜系統(tǒng)，其中預(yù)先存在的環(huán)路聯(lián)結(jié)能夠產(chǎn)生豐富的動(dòng)態(tài)變化和行動(dòng)輸出，這些行動(dòng)的后果則對(duì)環(huán)路的自組織動(dòng)態(tài)產(chǎn)生反饋影響。在此基礎(chǔ)上的進(jìn)一步豐富可以產(chǎn)生認(rèn)知和豐富的社會(huì)行為。Buzsáki教授的理論探討，揭示了傳統(tǒng)的“從外向內(nèi)”研究思路所存在的問(wèn)題，提供了一種極具參照價(jià)值的體系。通過(guò)閱讀本書(shū)，不僅可以領(lǐng)略到這一體系在整合理解當(dāng)代腦科學(xué)研究成果時(shí)的魅力，更可以跟隨他的探討，體驗(yàn)前沿科學(xué)家的工作思路，體會(huì)到醇厚的思維樂(lè)趣。

  ——尚春峰

2022 年 8月

 

著  （美）蓋伊爾吉 · 布扎基（György Buzsáki）

譯  尚春峰,李葉菲,李晟豪    

ISBN 9787030718679 

出版日期 2022年3月

定價(jià) 180.00元

開(kāi)本 B5  

裝。浩階
 

底價(jià)來(lái)襲/   六折優(yōu)惠

此次，九游會(huì)j9生物聯(lián)合科學(xué)出版社，共同為廣大神經(jīng)科學(xué)研究者和腦科學(xué)愛(ài)好者帶來(lái)限時(shí)福利，九游會(huì)j9將在接下來(lái)的一個(gè)月內(nèi)，特申請(qǐng)到全網(wǎng)低價(jià)六折優(yōu)惠；

 

九游會(huì)j9生物專屬優(yōu)惠購(gòu)買(mǎi)通道

 

同時(shí)，同為蒲先生重點(diǎn)推薦、尚春峰教授主譯的《大腦的未來(lái)-神經(jīng)科學(xué)的愿景與隱憂》也參與此次福利活動(dòng)，歡迎掃下方二維碼下單，一起更好地理解“最后的前沿”科學(xué)。

九游會(huì)j9生物專屬優(yōu)惠購(gòu)買(mǎi)通道

 

 

本書(shū)適用于......

 

1 神經(jīng)科學(xué)研究感興趣的高年級(jí)本科生、研究生。

 

2  想要對(duì)神經(jīng)科學(xué)有全面了解的研究人員，以及其他背景下的廣大讀者。

 

來(lái)自眾多學(xué)者的推薦

01
 

這本佳作向讀者提出挑戰(zhàn)，要求九游會(huì)j9深入思考應(yīng)當(dāng)如何看待大腦研究中的探索路徑。本書(shū)的主要觀點(diǎn)在于，大腦是個(gè)自組織系統(tǒng)，大腦中預(yù)先存在的組織是為了發(fā)起行動(dòng)并且評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)行動(dòng)的后果。這和當(dāng)代神經(jīng)科學(xué)的主流觀點(diǎn)是對(duì)立的，主流觀點(diǎn)認(rèn)為大腦的存在是為了表征世界、處理信息并決定如何響應(yīng)。本書(shū)采用歷史和科學(xué)的視角，用非凡的學(xué)術(shù)性和科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性展示了這種差別所帶來(lái)的后果。腦科學(xué)與社會(huì)的對(duì)話正在迅速開(kāi)展，我很高興本書(shū)加入其中，相信它會(huì)出現(xiàn)在正要開(kāi)展神經(jīng)科學(xué)事業(yè)的年輕人的書(shū)桌上。

——馬庫(kù)斯·E. 賴希勒（Marcus E. Raichle）醫(yī)學(xué)博士，圣路易斯華盛頓大學(xué)馬林克羅特（Mallinckrodt）放射學(xué)研究所；

艾倫·A. 沃爾夫和依迪絲·L. 沃爾夫（Alan A. & Edith L. Wolff）杰出醫(yī)學(xué)教授

02
 

《從內(nèi)向外解析大腦》這本書(shū)是一段迷人的旅途，杰出的腦科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)九游會(huì)j9探索當(dāng)前時(shí)代最大的挑戰(zhàn)：理解大腦的內(nèi)在工作。布扎基的看法既是個(gè)人的也是九游會(huì)j9共有的，他對(duì)驅(qū)動(dòng)腦科學(xué)走到今天的關(guān)鍵假設(shè)和障礙做了詳盡的觀察。閱讀起來(lái)十分暢快。

——艾伯特-拉斯洛·巴拉巴西（Albert-Laszlo Barabasi） 理學(xué)博士，波士頓東北大學(xué)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)教授，
著有《巴拉巴西成功定律》（The Formula）一書(shū)

03
 

《從內(nèi)向外解析大腦》這本書(shū)中，蓋伊爾吉·布扎基向九游會(huì)j9展示了神經(jīng)元活動(dòng)的動(dòng)態(tài)模式是如何主動(dòng)生成有用的猜測(cè)而非被動(dòng)表征外在世界的。布扎基是一位大師，他生動(dòng)地揭示了九游會(huì)j9關(guān)于大腦的知識(shí)，指明了九游會(huì)j9還不了解的問(wèn)題。

——特倫斯·J. 謝諾夫斯基（Terrence J. Sejnowski） 理學(xué)博士；

索爾克生物學(xué)研究所弗朗西斯·克里克（Franeis Crick）首席教授