大腦通過數(shù)百億的神經(jīng)元編碼并產(chǎn)生了人類大多數(shù)的感知、行為與意識。伴隨著技術(shù)手段的進步,腦與意識的謎題正在被一步一步地揭開,研究成果也劇烈地改變著我們的生活。本書展現(xiàn)了自然科學對于意識本質(zhì)問題新的回答:喜悅、悲傷、意志與情感,這一切都極大地可能來源于腦中神經(jīng)元及其連接結(jié)構(gòu)的群體運算。本書將專業(yè)知識與科普形式有機結(jié)合,采用文字結(jié)合漫畫配圖的方式,通過描述意識的旅程大腦在不同生物中的演化過程,大腦中感知、計算、記憶與情感的編碼過程等,系統(tǒng)介紹大腦的演化過程,多角度描繪感覺、運動、情緒、情感、記憶的形成機制等,將大腦的奧秘充分展現(xiàn)給讀者。
本書通過漫畫與文字相結(jié)合的表現(xiàn)形式,生動形象地闡釋了:大腦結(jié)構(gòu)與意識的進化與發(fā)展,意識與腦功能的研究方法以及復雜認知功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),大腦的疾病與意識的損傷,以及技術(shù)發(fā)展帶來的新意識形式。
在手術(shù)室, 一次次默默地看著生命的新生, 工作的職責要求麻醉醫(yī)生們必須以盡量客觀的方式去看待生命, 去尊重生命, 但也給予了麻醉醫(yī)生不同的視角,關(guān)愛患者,也看著這個世界。在 麻醉醫(yī)生看生命 這一叢書中,徐州醫(yī)科大學麻醉學院聯(lián)合了很多的麻醉一線工作者和麻醉學教育工作者,描繪他們眼中的生命。
能夠作為主編參與該叢書的編寫工作,對于我來說,是非常榮幸的。我在麻醉學領(lǐng)域的資歷尚淺,但機緣巧合幸運地從事了一些大腦功能的研究。麻醉機制的研究與腦科學研究密不可分,探索麻醉的機制涉及人類腦科學研究的核心問題意識的本源。
對于生命起源和大腦功能的探索,在人類近的這一百年時光里受到前所未有的關(guān)注,取得飛速進展,但人類意識的起源仍舊是一個巨大的謎團。我們?yōu)槭裁磿奁,為什么會歡喜,我們是如何在大腦中建立真實世界投影的?
進入2 1 世紀以來,多個國家開展了規(guī)模宏大的腦研究,從歐洲的藍腦計劃、美國的推進創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計劃,到日本的腦/ 思維計劃,再到我國的中國腦計劃,數(shù)以百億計的資金被投入大腦研究領(lǐng)域,大腦與生命的畫卷開始逐漸揭開。在這本書中,我們匯集了一些理論、技術(shù)與實驗研究,與讀者朋友共同探討意識、大腦與生命的謎題,例如:
章節(jié)描述的綜合信息理論,來源于心理學的理論研究,是近較為被接受的對于意識的定量描述,相關(guān)領(lǐng)域正處在蓬勃發(fā)展階段。
第二章節(jié)中提到的染色技術(shù)賦予了生命科學與腦研究顏色的意義,早的時候是使用天然的染料,隨著化學工業(yè)的發(fā)展,合成的染料起到了更好的作用,后來在一些學者的努力下,出現(xiàn)了免疫染色的技術(shù),通過轉(zhuǎn)基因的方式又可以做到原位的顏色表征。
第四章節(jié)提到的記憶的清除與植入,在相關(guān)技術(shù)的開發(fā)過程中,技術(shù)的改進伴隨著社會意義的爭論,你又如何看待相關(guān)的方法呢?
友人創(chuàng)作的一首詩流淌在我的大腦。
電光與靈魂
我看著我的大腦,
這思想的來源在哪里?
黃昏的光線透過睫毛,
偶爾傳來喜鵲的歡叫。
抬起手臂,
轉(zhuǎn)動身體,
饑餓的感覺如此清晰。
智慧、心境、愛情與努力,
電與靈魂。
在電與靈魂的世界,產(chǎn)生了欲望、感知、行為、痛苦、衡量,也承載著未來的愛與希望。
感謝張文慧、陳默、趙曉雪,感謝她們在這本書的漫畫繪制工作中所做出的努力,以及她們給插圖進行靈活設(shè)計的用心。本書的每一幅圖畫里,都有她們的付出和汗水。由于我們的水平、經(jīng)驗和時間有限,有遺漏和不妥之處在所難免,懇請各位專家、學者及廣大讀者不吝提出您的寶貴修改意見。
劉昱
2 0 2 3 年1 月
劉昱,博士,教授,博士生導師,江蘇高校青藍工程優(yōu)秀青年教師,長期從事神經(jīng)系統(tǒng)動力學與精神神經(jīng)類疾病研究,先后主持國家自然科學基金項目和江蘇省自然科學青年基金項目等多項。
章被時間遺忘:進化中大腦與意識的過去/2
節(jié)歡迎來到過去的世界生命、腦與意識/4
生命是由更高級的生命創(chuàng)造的嗎/5
意識的起源/6
大腦為什么要這么復雜/7
熵增與生命/8
生命,對抗熵增!/10
麥克斯韋妖/11
利用信息的循環(huán)過程/12
意識的綜合信息理論/13
第二節(jié)生命的偉大的哺乳動物/14
人類的大腦是的嗎/15
裹緊大腦的小被子/17
皮層的褶皺/18
腦觀測的三個維度/19
大腦的能量消耗/20
自主神經(jīng)系統(tǒng)/21
黑猩猩的大腦和人類有區(qū)別嗎/22
輪流睡覺的左右腦/23
老鼠的大腦有多發(fā)達/24
第三節(jié)尋找過去占領(lǐng)世界的脊索動物/25
脊索動物的大腦是什么樣的/26
脊椎動物的大腦發(fā)育早于頜骨出現(xiàn)/28
鯊魚的腦子是很古老的/29
硬骨魚的大腦演化/31
兩棲類的大腦有些遲鈍/32
恐龍的大腦大嗎/33
鳥類的大腦更適合飛翔/34
第四節(jié)奇異的生物讓我們單獨說說昆蟲/36
神經(jīng)科學研究者喜歡的昆蟲/37
果蠅也有多巴胺系統(tǒng)/38
蚊子也有幾十萬個腦細胞/39
顏色是一種主觀感受:不同生物看到的顏色不同/40
蟻后與工蟻大腦的區(qū)別/42
第五節(jié)再向前一點古老的無脊椎動物/43
蝸牛與神經(jīng)節(jié)/44
水母的神經(jīng)元/45
單細胞生物有神經(jīng)系統(tǒng)嗎/46
第二章飛躍壁壘:意識所依托的腦結(jié)構(gòu)/47
節(jié)讓我們變小吧對微小結(jié)構(gòu)的觀測/49
光學放大的極限/50
電子透鏡/52
觀測與染色/53
利用抗體來染色吧/54
有種技術(shù)能產(chǎn)生透明的效果/55
大腦的基本結(jié)構(gòu)/57
小腦的主要成員/59
感覺神經(jīng)元如何感受外界/60
人體中長的神經(jīng)元/61
神經(jīng)也有絕緣層/62
膠質(zhì)細胞/63
錐體神經(jīng)元/64
第二節(jié)再小一點兒吧去看傳感器與蛋白質(zhì)/66
光信號的識別/67
聲音信號的解碼/68
對氣味的追尋/69
味道與味蕾/70
疼痛與負向反饋/71
大腦口渴了/73
感覺餓啊/74
壓力從皮膚感受而來/75
冰與火,溫度的歡歌/76
耳蝸上的陀螺儀/77
延髓與基本的平衡/78
第三節(jié)意識與世界的互動運動與記憶/79
沒有大腦能夠運動嗎/80
運動的編碼/82
肌肉需要收縮/83
小腦也要發(fā)揮作用/84
運動有時會震顫/85
幻想練習真的有用嗎/86
人類記憶的持續(xù)/87
記憶也需要儲存/88
什么是短期記憶/90
短期記憶只能存儲7個嗎/91
圖像記憶的閃光燈/92
陳述性記憶是人類特有的嗎/93
魚真的只有77秒記憶嗎/94
逆行性遺忘與順行性遺忘/95
睡眠對記憶的幫助/96
第四節(jié)穿越腦區(qū)意識在感知與行動之間/98
音樂節(jié)拍與大腦/99
多種感知/101
控制平衡/102
語言與歌唱/103
復雜的情感/105
心情波動的起源/106
美的愛情/107
分手了,會影響大腦嗎/108
為什么會悲傷/109
大腦讓我流淚了/110
他人受傷時,我們也會共情/111
大腦也會撒謊/112
為什么大腦喜歡藝術(shù)/114
表演會讓人迷失/115
性格的來源/116
左腦還是右腦/118
腦區(qū)損毀之后發(fā)生的事情/119
第五節(jié)意識生存的空間在腦脊液中游泳/120
大腦為什么漂浮在腦脊液中/121
腦脊液從這里生成/122
腦脊液在哪里被吸收/124
有點兒金屬的味道/125
很多層的腦膜/127
進入中樞的藥物/128
第三章思想的小島:大腦的異常與病癥/129
節(jié)感受的怪異感知與記憶的缺失/131
看不見靜止的物體和里多克綜合征/132
你是誰?面孔失認癥/134
要不要試試色卡?色覺的缺失/135
只能看見半張臉的單側(cè)忽視綜合征/136
丟失的過去逆行性遺忘癥/137
無法記住的未來順行性遺忘癥/138
失語癥的小人魚/140
沖擊中的腦震蕩/141
顱內(nèi)的壓力變化/142
第二節(jié)意識的迷茫精神疾病/143
過度恐懼/144
焦慮與杏仁核/145
有多少人在抑郁中掙扎/146
分裂的世界/148
多重人格/149
孤獨癥的起因/150
遲到的成熟與多動癥/152
幻覺與5-羥色胺/153
第三節(jié)時間的真相衰老與對抗衰老/154
自然的衰老過程/155
行為有一點點遲緩/157
感覺有一點點模糊/158
自尊有時也會發(fā)生一點點改變/160
常見的癡呆阿爾茨海默病/161
穿上紅舞鞋亨廷頓舞蹈癥/162
我們需要一點兒多巴胺帕金森病/164
血管的退化有多糟糕/165
奈何青絲早成雪早老癥/167
第四章不斷超越:對意識的控制與新的智能/168
節(jié)完美大腦干預技術(shù)的發(fā)展/170
穿過顱骨的磁場/171
電流的直接刺激/172
能夠兼容的電極/173
走向超聲波干預的極致/175
光遺傳學:利用光來干預大腦/176
記憶的清除與植入/177
第二節(jié)控制個體能力的延展/178
控制電子設(shè)備/179
裝備上外骨骼/180
給大腦插入芯片/181
直連的運動設(shè)備/183
全身替代的可能性/184
第三節(jié)信念創(chuàng)造新的智能/186
人工智能在解決什么問題/187
人類智能與人工智能的共同之處/188
人類智能與人工智能的區(qū)別/191
人工智能有自己的意識嗎/192
人工智能會和人類友好相處嗎/194