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科學好書推薦 vol 19.

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

  

從外向內(nèi) 

                或是

                         從內(nèi)向外......

（György Buzsáki）

Buzsáki教授展示了一個圖景：大腦作為預測設備，通過行動和對行動后果的檢驗而與外在環(huán)境相互作用。設想九游會j9的大腦最初充滿了無意義的模式，如果不從行動引發(fā)的相互作用中攝取意義，這些模式就都是胡言亂語。通過與行動產(chǎn)生的后果相匹配，無意義的模式獲取了意義。一旦經(jīng)過了行動和經(jīng)驗的“校準”,大腦就可以脫離感受器和致動器，并可以通過訪問自身計算而考察“如果這樣會怎樣”之類的場景——這種過程稱為認知。

 

看看下邊這個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），記錄感覺皮層的反應（比如單個神經(jīng)元的動作電位）。實驗人員既了解刺激也知道神經(jīng)響應，可以在刺激輸入和神經(jīng)活動之間建立起可靠的關(guān)系。然而，感覺皮層神經(jīng)元“看”不到刺激。它們所能接受的只是動作電位——來自其他上游神經(jīng)元的輸入。

 

（b）自內(nèi)向外。刺激可以通過與其他事物比較獲得意義。除了來自視網(wǎng)膜的輸入，感覺神經(jīng)元收到的輸入也有的來自運動皮層發(fā)起運動的神經(jīng)元（稱為“重傳入”信號）。每當運動命令傳遞到眼球肌肉或手臂，感覺神經(jīng)元都會得知這種輸出（箭頭）。通過移動眼球或用手移動花朵，視覺神經(jīng)元可以得到關(guān)于花朵的“獨立觀點”。這些運動引發(fā)的信號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j9的大腦不是常被描繪成吸收信息的編碼設備，而是相反，是尋求風險的探索者，總是控制著軀體去檢驗其假設。大腦并不處理信息，而是創(chuàng)造信息。

 

一本腦科學的高級科普書

▲ 《從內(nèi)向外解析大腦》

●   本書作者Buzsáki教授直面神經(jīng)生物學的基本目標：發(fā)現(xiàn)神經(jīng)環(huán)路組織的原理，深入剖析以知識表征為中心的傳統(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)，具備預先存在的環(huán)路聯(lián)結(jié)和動態(tài)變化，能夠產(chǎn)生行動并且通過伴隨發(fā)放機制檢視和預測這些行動的后果。進一步，自組織的神經(jīng)活動實現(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)生認知功能。

 

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

 

本書推薦人  蒲慕明教授

中國科學院院士、美國科學院外籍院士，NSR主編

 

腦科學是本世紀最重要的生物科學前沿領(lǐng)域之一，已受到社會大眾的普遍關(guān)注，市面上也出現(xiàn)了許多腦科學相關(guān)的科普書籍。九游會j9可以將科普書籍大致分為兩類：絕大多數(shù)是一類針對沒有科學基礎(chǔ)的一般讀者，為了吸引讀者的興趣，科學內(nèi)容總是為了通俗而簡化，有時不免失真甚至夸大化；另一類是針對有些科學基礎(chǔ)的讀者，對科學內(nèi)容有較深入和準確的描述，能使有興趣探索科學的讀者，甚至外行的科學家對該領(lǐng)域有較深刻的認識。這種“高級”科普類的腦科學書籍在歐美國家已有不少，有些也有中譯本出版，如科學出版社幾年前出版的《大腦的未來》（The Future of theBrain）一書。Buzsáki撰寫的這本《從內(nèi)向外解析大腦》（The Brain from Inside Out）應屬近年來這類高級科普書籍中的佼佼者。我與本書作者Buzsáki有多年的交往。在我認識的眾多歐美神經(jīng)科學家中，他的研究工作有極高的創(chuàng)新性，他對各種事物都有些獨特想法，與他聊天可說是沒有一刻“無聊的時光（boring moment）”。這也充分反映在他的行文之中。Buzsáki早期的研究常因過于超前而未能及時受到重視，但是近年來他對空間感知和記憶的神經(jīng)環(huán)路機制，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的一個大獎（格雷特 • 倫德貝克歐洲大腦研究獎），這是他科研成就的體現(xiàn)。作為一位在實驗室里極為活躍的科學家，Buzsáki仍愿意花費大量時間為普通讀者寫作該書，真是值得欽佩。

 

神經(jīng)科學界有許多杰出的科學家，其中絕大多數(shù)從事實驗神經(jīng)科學研究，理論神經(jīng)科學家一直極少。近年來計算神經(jīng)科學家逐漸增加，他們基于實驗數(shù)據(jù)建立數(shù)學模型，企圖理解神經(jīng)系統(tǒng)運作原理。但嚴格來說，后者是“模型家（modeler）”而不是“理論家（theorist）”。理論科學的基本要素是“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)象帶來統(tǒng)一的理解。達爾文的“物競天擇”演化理論就是一個好的理論生物學范例。為什么物理學和化學都有發(fā)達的理論領(lǐng)域，而生物學沒有？一個可能的解釋是生物學更關(guān)注的是“多樣性（diversity）”，而不是“統(tǒng)一性”。Buzsáki是實驗科學出身，在本書中他提出了一個大腦“自內(nèi)向外”的理論，可以有效地整合實驗結(jié)果，同時對理解大腦信息處理的基本模式提出了一個可泛化的框架。對神經(jīng)科學領(lǐng)域有所涉獵的讀者也許會認為，這個理論也許并不完全新穎，已有其他科學家從不同角度、不同說法表述過類似的想法。該書最大的貢獻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)科學界一般流行的概念認為，大腦的主要工作是感知并處理外來信息，然后做出抉擇和反應動作（即“自外向內(nèi)”）。Buzsáki認為大腦的主要工作是用已有的內(nèi)在信息產(chǎn)生一些動作，觀測并預測這些動作產(chǎn)生的效果（即“自內(nèi)向外”）——自主動作是產(chǎn)生外來信息的關(guān)鍵因素。把這兩種觀點放在對立面來討論也許是突出后一觀點的一個策略，但也有助于未來設計更有針對性的實驗。對讀者來說，作者明確地指出，該書的主要目的不是要描述九游會j9對大腦已有的理解，而是借此書吸引讀者對大腦去做更深入的探討。他尖銳地提出了一些兩兩對立的概論，也許會吸引讀者做進一步思考，例如，大腦是否同時具有兩種模式的工作方式？兩種模式是否有互補性、協(xié)同性和依賴性？在智力形成的過程中，是否有先后偏向性？內(nèi)在信息的建立（所謂網(wǎng)絡的“自組織”）是否也需要“自外向內(nèi)”的工作模式？事實上，該書還有更基本的一面，就是通過探討大腦信息處理的工作原理，來說明人們在分析和理解復雜、有高度相互作用的自組織系統(tǒng)時常犯的錯誤，譬如誤判事件之間的因果性。

 

該書的一個特點是作者的博學，引用了許多相關(guān)的歷史、哲學、數(shù)理、文化、宗教等領(lǐng)域的文獻和書籍，給有興趣進一步專研的讀者提供一些指向。另一個特點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)科學的未解難題，九游會j9如何能學習產(chǎn)生創(chuàng)新思維？我認為一個有效的途徑就是多關(guān)注有創(chuàng)新性科學家的心路歷程，他們在什么時候、什么環(huán)境產(chǎn)生出哪些創(chuàng)新思維？多年來布扎基在前沿神經(jīng)科學領(lǐng)域做出許多創(chuàng)新的工作，他的創(chuàng)新能力來自何處？該書和他幾年前出版的《大腦中的節(jié)律》（Rhythm of the Brain）一書中都包含了一些似乎是瑣碎的個人故事，但也許就是那些個人經(jīng)歷和故事，塑造了一個有創(chuàng)新思維的科學家?？茖W家寫的科普書籍和傳記已有很多，但很少能結(jié)合個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發(fā)現(xiàn)和概念形成的來龍去脈仔細說清楚。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)新思維來源的必讀書。我希望科學界有更多科學家能像Buzsáki這樣，為廣大讀者提供一些包含個人經(jīng)歷的科學論著，為培育下一代有創(chuàng)新性的科學家做點貢獻。

  ——蒲慕明

2022 年 3 月

 

本書主譯者 尚春峰教授

尚春峰，2003年本科畢業(yè)于中國科學技術(shù)大學生命科學學院；2011年博士研究生畢業(yè)于中國科學院研究生院（中國科學院神經(jīng)科學研究所）；現(xiàn)任暨南大學粵港澳中樞神經(jīng)再生研究院研究員、深圳市神經(jīng)科學研究院研究員。主要研究興趣是應用新型標記和記錄方法，解析大腦功能環(huán)路結(jié)構(gòu)。多年從事神經(jīng)科學研究，前期工作涉及神經(jīng)遞質(zhì)分泌、突觸可塑性、視知覺、學習和抉擇等基礎(chǔ)認知功能的神經(jīng)環(huán)路機制等領(lǐng)域，特別在應用化學、光學成像、納米材料、高性能計算等新技術(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 等知名學術(shù)期刊。

 

譯者推薦：
《從內(nèi)向外解析大腦》這本書帶領(lǐng)九游會j9深入思考大腦研究的軌跡，考察神經(jīng)生物學的基礎(chǔ)。Buzsáki教授基于他本人和其他實驗室的創(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雜系統(tǒng)，其中預先存在的環(huán)路聯(lián)結(jié)能夠產(chǎn)生豐富的動態(tài)變化和行動輸出，這些行動的后果則對環(huán)路的自組織動態(tài)產(chǎn)生反饋影響。在此基礎(chǔ)上的進一步豐富可以產(chǎn)生認知和豐富的社會行為。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題，提供了一種極具參照價值的體系。通過閱讀本書，不僅可以領(lǐng)略到這一體系在整合理解當代腦科學研究成果時的魅力，更可以跟隨他的探討，體驗前沿科學家的工作思路，體會到醇厚的思維樂趣。

  ——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 180.00元

開本 B5  

裝。浩階
 

底價來襲/   六折優(yōu)惠

此次，九游會j9生物聯(lián)合科學出版社，共同為廣大神經(jīng)科學研究者和腦科學愛好者帶來限時福利，九游會j9將在接下來的一個月內(nèi)，特申請到全網(wǎng)低價六折優(yōu)惠；

 

九游會j9生物專屬優(yōu)惠購買通道

 

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

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本書適用于......

 

1 神經(jīng)科學研究感興趣的高年級本科生、研究生。

 

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

 

來自眾多學者的推薦

01
 

這本佳作向讀者提出挑戰(zhàn)，要求九游會j9深入思考應當如何看待大腦研究中的探索路徑。本書的主要觀點在于，大腦是個自組織系統(tǒng)，大腦中預先存在的組織是為了發(fā)起行動并且評價和預測行動的后果。這和當代神經(jīng)科學的主流觀點是對立的，主流觀點認為大腦的存在是為了表征世界、處理信息并決定如何響應。本書采用歷史和科學的視角，用非凡的學術(shù)性和科學的嚴謹性展示了這種差別所帶來的后果。腦科學與社會的對話正在迅速開展，我很高興本書加入其中，相信它會出現(xiàn)在正要開展神經(jīng)科學事業(yè)的年輕人的書桌上。

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

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

02
 

《從內(nèi)向外解析大腦》這本書是一段迷人的旅途，杰出的腦科學家?guī)ьI(lǐng)九游會j9探索當前時代最大的挑戰(zhàn)：理解大腦的內(nèi)在工作。布扎基的看法既是個人的也是九游會j9共有的，他對驅(qū)動腦科學走到今天的關(guān)鍵假設和障礙做了詳盡的觀察。閱讀起來十分暢快。

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

03
 

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

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

索爾克生物學研究所弗朗西斯·克里克（Franeis Crick）首席教授