腦科學(xué)的故事

前言

人類所知的宇宙間最復(fù)雜的物質(zhì)是人類的大腦。探索大腦的奧秘是人類不懈的追求。將大腦研究歷史上有趣的科學(xué)故事，用高中學(xué)生都能理解的語言，生動地向讀者描述，是一件十分有意義的事情，但又是一件不容易的事情。腦科學(xué)或神經(jīng)科學(xué)是當(dāng)前生命科學(xué)發(fā)展最令人矚目的領(lǐng)域之一，要將有關(guān)的科學(xué)內(nèi)容寫成既不是教科書的簡寫本，又不是卡通式的概念介紹，而是有一定知識深度、令人興趣盎然的書，不是一般作者所能夠完成的。顯然，顧凡及先生用了四年時間寫成的《腦科學(xué)的故事》一書是在這方面的一個有益嘗試。這本書以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度將腦科學(xué)研究歷史中的一些重要故事，經(jīng)過嚴(yán)格的考證和挑選后，生動地介紹給讀者。其中每個故事都是經(jīng)得起推敲而又活潑生動的，這是本書的一個特點。興趣是做任何工作的巨大動力。期望這本關(guān)于腦科學(xué)的書對提高讀者的科學(xué)興趣起到一定的推動作用。這本書以腦的認(rèn)知功能為主線，向讀者介紹了從神經(jīng)元到腦的高級功能，乃至意識、情緒等方面科學(xué)家的研究故事。其中穿插有科學(xué)家鍥而不舍的研究精神和動人個性，有科學(xué)研究過程的趣聞和失敗，還有正確的科學(xué)結(jié)論如何在認(rèn)識的反復(fù)中最后得以確立的故事等等。它告訴讀者，在科學(xué)面前，不存在“少數(shù)服從多數(shù)的原則”，也不存在絕對權(quán)威，真理往往掌握在少數(shù)人的手里，實踐或歷史是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。這些故事無疑地有益于培養(yǎng)青年讀者的科學(xué)精神和素養(yǎng)，有益于激勵他們?nèi)ミM(jìn)行科學(xué)實驗，質(zhì)疑已知、探求未知。從這個意義上說，本書所述的故事也可供廣大中學(xué)老師乃至大學(xué)老師在教學(xué)中作為參考之用。這本科普讀物的顯著特點——圖文并茂，使得本書的可讀性大大提高。簡單明了的彩圖把文字?jǐn)⑹鲭y以講清的事情變得一目了然，同時使讀者印象深刻，難以忘懷。更須提到的是，作者與時俱進(jìn)地在書中給出了許多很有用的網(wǎng)站和參考書目，為讀者進(jìn)一步深入探索創(chuàng)造了有利的條件。作者顧凡及教授從復(fù)旦大學(xué)數(shù)學(xué)系畢業(yè)后，便從事生物控制論和計算神經(jīng)科學(xué)的教學(xué)和科研工作達(dá)四十多年。他是我國當(dāng)年從數(shù)理學(xué)科出發(fā)、高度跨學(xué)科地研究腦科學(xué)的少數(shù)專家之一?？梢韵胂?，作為一個數(shù)學(xué)背景的人要進(jìn)入腦科學(xué)領(lǐng)域并有所成就，他所付出的巨大努力和得到的親身經(jīng)驗！這些也是他寫作本書的極好條件。本書的出版是他退休后為我國科學(xué)普及事業(yè)所做的一個重要貢獻(xiàn)。作為顧凡及教授的摯友和同事，我欣然為本書作序。壽天德

內(nèi)容概要

顧凡及編著的《腦科學(xué)的故事(科學(xué)求真之門)》以腦的認(rèn)知功能為主線，向讀者介紹了從神經(jīng)元到腦的高級功能，乃至意識、情緒等方面科學(xué)家的研究故事。其中穿插有科學(xué)家鍥而不舍的研究精神和動人個性，有科學(xué)研究過程的趣聞和失敗，還有正確的科學(xué)結(jié)論如何在認(rèn)識的反復(fù)中最后得以確立的故事等等。它告訴讀者，在科學(xué)面前，不存在“少數(shù)服從多數(shù)的原則”，也不存在絕對權(quán)威，真理往往掌握在少數(shù)人的手里，實踐或歷史是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。這些故事無疑地有益于培養(yǎng)青年讀者的科學(xué)精神和素養(yǎng)，有益于激勵他們?nèi)ミM(jìn)行科學(xué)實驗，質(zhì)疑已知、探求未知。從這個意義上說，《腦科學(xué)的故事(科學(xué)求真之門)》所述的故事也可供廣大中學(xué)老師乃至大學(xué)老師在教學(xué)中作為參考之用。

作者簡介

1961年畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)數(shù)學(xué)系，同年到中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)生物物理學(xué)系任教。曾于1961年11月至1965年6月在中國科學(xué)院生物物理研究所理論組進(jìn)修生物控制論。1979年6月調(diào)到復(fù)旦大學(xué)，歷任講師、副教授、教授(博士生導(dǎo)師)。其間于1983年8月至1985年8月在美國伊利諾伊大學(xué)厄巴納一香檳分校做訪問學(xué)者。曾任中國生物物理學(xué)會理事，中國生理科學(xué)會理事、中國生物物理學(xué)會生物數(shù)學(xué)專業(yè)委員會主任、中國神經(jīng)科學(xué)會計算神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)工程專業(yè)委員會副主任等。曾獲國家教育部科技進(jìn)步獎三等獎兩項。在國內(nèi)外期刊上共發(fā)表論文近百篇，并有多部專著和譯作。
目前擔(dān)任國際期刊Cognitive
Neurodynamics責(zé)任編輯、上海市歐美同學(xué)會常務(wù)理事、中國生物物理學(xué)會名詞審定委員會委員、上海市非線性研究會名譽(yù)理事等職。

書籍目錄

序
寫在前面
1  思想藏身之處
  1.1  大腦皮層功能整體論和定位論之爭
  1.2  神經(jīng)細(xì)胞的真面目
  1.3  夢的提示——發(fā)現(xiàn)神經(jīng)遞質(zhì)
  1.4  烏賊的貢獻(xiàn)——神經(jīng)脈沖的故事
  1.5  裂腦人
  1.6  以腦為中心的多學(xué)科交叉研究
2  看的秘密
  2.1  “看”不簡單
  2.2  看不到星星的人——兩種感光細(xì)胞的故事
  2.3  無頭騎士——盲點的故事
  2.4  眼觀八方和熟視無睹——眼動的故事
  2.5  鱟的貢獻(xiàn)——側(cè)抑制的故事
  2.6  瞎子指路——盲視和新舊兩條視覺通路
  2.7  “會認(rèn)找不到”和”會做不會認(rèn)”
  2.8  “六親不認(rèn)”——視覺失認(rèn)癥的故事
  2.9  視覺皮層朝向感受野的發(fā)現(xiàn)
  2.10  只對克林頓總統(tǒng)有反應(yīng)的細(xì)胞——祖母細(xì)胞的故事
  2.11  七彩繽紛一色覺的故事
  2.12  立體視覺的故事
  2.13  人是怎樣看到運動的
  2.14  運動視覺缺失和全色盲病人的故事
3  錯覺透露的真相
  3.1  白日見鬼——馬赫帶的故事
  3.2  烘云托月——相鄰圖景之間的相互影響
  3.3  非此即彼——交變圖的故事
  3.4  橫看成嶺側(cè)成峰——環(huán)境的約束
  3.5  小兒辯日——“月亮錯覺”的故事
  3.6  埃姆斯的”魔屋”——深度知覺的透視線索
  3.7  遠(yuǎn)看則有、近看則無
  3.8  整體和細(xì)節(jié)
  3.9  顧此失彼——不可能的圖形
  3.10  靜止的“滾”筒——運動的錯覺
  3.11  道是有形卻無形——錯覺輪廓
  3.12  匹諾曹的鼻子——體驗“魂靈出竅”
4  心智之謎
  4.1  永遠(yuǎn)年輕的人——失憶癥的故事
  4.2  重溫舊夢——電刺激大腦皮層所引起的感覺
  4.3  追尋記憶的痕跡——學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)機(jī)制
  4.4  視而不見——半側(cè)忽略癥
  4.5  睜著眼睛說瞎話——疾病失認(rèn)癥
  4.6  判若兩人——蓋奇的故事
  4.7  眶額皮層損傷
  4.8  喜不自禁和強(qiáng)顏歡笑
  4.9  暴怒下的謀殺案——杏仁核的故事
  4.10  恐雞癥——有關(guān)恐懼的兩條通路
  4.11  為伊消得人憔悴——獎勵中樞的故事
  4.12  世界之結(jié)——關(guān)于意識
  4.13  動物有沒有心智
5  腦的可塑性
  5.1  狼孩——關(guān)鍵期的故事
  5.2  老狗也能學(xué)會新把戲——皮層可塑性的故事
  5.3  鬼手——幻肢現(xiàn)象
6  腦機(jī)之間——腦機(jī)接口和類腦機(jī)器
  6.1  打破寂靜——人工耳蝸
  6.2  重見光明——視覺假體
  6.3  舌尖上的舞蹈——感覺替代
  6.4  腦指紋——記憶的痕跡
  6.5  用意念驅(qū)動機(jī)器的腦機(jī)接口
  6.6  類腦機(jī)器——像人腦一樣聰明的機(jī)器
后記

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：顱相學(xué)19世紀(jì)初，奧地利醫(yī)生加爾（Franz Joseph Gall）相信人不同的認(rèn)知功能和性格特點是由不同腦區(qū)決定的，如果某種功能用得多，相應(yīng)的腦區(qū)就會增大，對應(yīng)于它的顱骨也會隆起，因此通過檢查顱骨的隆起情況就可以確定該人的性格，并把這個理論稱為顱相學(xué)（phrenology）。加爾9歲時就注意到有同學(xué)對文字材料的記憶力超強(qiáng)，并且有一對像母牛一樣鼓起的眼睛。在他的印象中，有這樣眼睛的人往往都有很強(qiáng)的記憶力，于是他把這兩者聯(lián)系了起來，以后他又進(jìn)一步認(rèn)為大腦額葉負(fù)責(zé)對文字和語言的記憶。長大以后，他把這個想法推廣到其他特點。他搜集了300多個社會上兩種極端類型的人（著名的作家、詩人和政治家，以及罪犯和瘋子）的顱骨，以及120多個活人的頭顱模型，把他們的性格和行為特點與他們的顱骨特征對應(yīng)起來。如他認(rèn)為耳朵上方的顱骨表示“破壞性”，這首先是因為在食肉動物的顱骨中，這一部分最寬廣；其次他發(fā)現(xiàn)有個學(xué)生非常喜歡虐待動物，后來又做了名外科醫(yī)生，而其顱骨的這部分非常突出；第三，有位后來當(dāng)了劊子手的藥劑師的這部分顱骨發(fā)育得很好。加爾還根據(jù)他所看到的扒手的顱骨特征定位“占有欲”，根據(jù)詩人寫詩時經(jīng)常撫摸的頭上部位定位“想象力”，如此等等。加爾在顱骨上畫出了27塊區(qū)域?qū)?yīng)的27種特征，盡管還有一些區(qū)域是空白的。當(dāng)然，從現(xiàn)在的觀點來看，加爾的研究方法不科學(xué)，他僅僅根據(jù)很少量的特例就推廣出普遍性結(jié)論，而對于不符合他想法的案例根本棄置不顧；他的定位也是錯誤的。但顱相學(xué)在當(dāng)時引起了很多人的興趣，那時有關(guān)顱相學(xué)的書籍的銷售量竟然僅次于《圣經(jīng)》！盡管加爾的理論缺乏科學(xué)根據(jù)，也沒有得到實驗支持，從總體上說是錯誤的，但是他最先提出了腦功能定位的思想。加爾的理論受到了實驗生理學(xué)家弗盧朗（Marie-Jean-Pierre Flourens）的強(qiáng)烈反對，他把加爾說成是一個瘋子，喪失理智地搜集大量骷髏，認(rèn)為“這太可怕了！”甚至有人這樣描述當(dāng)時的狀態(tài)，“有個時期，維也納的每個人都擔(dān)心自己死后頭顱會成為加爾的收藏品?！碑?dāng)然，以此作為理由來反對顱相學(xué)非常牽強(qiáng)，但是，從加爾的接班人施普爾茨海姆（Johannspurzheim）所鬧的笑話中對顱相學(xué)的錯誤可管中窺豹。生理學(xué)家馬讓迪（Francois Magendie）保存著大科學(xué)家拉普拉斯的大腦，施普爾茨海姆非常希望能去看看。馬讓迪故意把一個低能兒的腦給他看，施普爾茨海姆不知是計，對此贊不絕口，鬧了一個大笑話。弗盧朗損壞鳥腦皮層的不同部位，并沒有發(fā)現(xiàn)鳥的行為有什么特異性缺陷，因此他認(rèn)為動物的行為是由整個腦決定的。但他采用的實驗對象主要是低等動物，即使以高等動物作為實驗對象，用的也是非常幼小的動物。其實，更深層次的原因是他痛恨顱相學(xué)，以致他先人為主地排斥一切有關(guān)功能定位的思想。所以，盡管用他的實驗方法本可能發(fā)現(xiàn)有根據(jù)的皮層功能定位，但他卻失之交臂。事實上，后來發(fā)現(xiàn)皮層功能定位的科學(xué)證據(jù)所用的皮層毀損和刺激皮層的方法，正是弗盧朗所用的方法，成見使他為他人作了嫁衣裳。“我們用左腦說話！”1861年，法國神經(jīng)解剖學(xué)家布羅卡（Pierre Paul Broca）接收了一位名叫萊沃爾涅（Leborgne）的病人。萊沃爾涅是巴黎的一名鞋匠，21年前中過風(fēng)，從此不能講完整的句子，而只會發(fā)“坦”（tan）這個音。問他叫什么名字，他的回答是“坦”；問他別的問題，他回答的依然是“坦”，于是后來人們就把他稱為“坦”先生。“坦”雖然不會說話，但是他的面部表情和行為舉止表明他能理解語言。他的舌頭、嘴和聲帶都能運動。他能吹口哨，甚至?xí)叨涡?，但就是不能用語言表達(dá)出來；不僅口頭表達(dá)不行，書面表達(dá)也不行。在初次發(fā)病的10年后，他右半身偏癱，后來連看東西和智力都發(fā)生了障礙。布羅卡對其進(jìn)行了檢查，但僅僅6天之后“坦”就去世了。隔天上午進(jìn)行了尸檢，結(jié)果發(fā)現(xiàn)“坦”左側(cè)腦的前部有損傷，左額葉大范圍軟化，并向后延伸到頂葉，向下延伸到顳葉，但是可清楚地看出軟化的原發(fā)部位在左額葉的中部。布羅卡在尸檢當(dāng)天下午舉行的人類學(xué)學(xué)會的學(xué)術(shù)會議上報告了這一病例，他堅定地宣稱：“所有這一切都使我們相信，在這一病例中，額葉損傷是造成失語的原因?！焙髞恚謱?名類似的病人進(jìn)行尸檢，發(fā)現(xiàn)他們的左側(cè)額葉都有類似的損傷。根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)，1864年，布羅卡總結(jié)了一句有關(guān)腦功能的名言：“我們用左腦說話！”他特別強(qiáng)調(diào)他所發(fā)現(xiàn)的這個區(qū)域與顱相學(xué)所說的語言區(qū)域是不同的。此后，腦的這一部分就被命名為布羅卡區(qū)（參見圖1.2）。而布羅卡的研究也成為定位論再次崛起的契機(jī)。其后不久，奧地利醫(yī)生韋尼克（Carl Wernicke）發(fā)現(xiàn)了另一種語言障礙。病人能夠清晰地說出單詞，但語無倫次，還常常杜撰一些毫無意義的新詞。這種病人的腦損傷發(fā)生在顳葉后部和頂葉以及枕葉的交界處，這個區(qū)域被命名為韋尼克區(qū)（參見圖1.2）。上述的這兩個病例都出現(xiàn)言語障礙，前一個是能懂不能說，后一個是能說不能懂?？雌饋聿豢煞值恼Z言功能實際上可拆分成許多不同的方面，并且由腦中不同的區(qū)域主管。按照韋尼克的看法，韋尼克區(qū)主管的是對言語的理解，由它通過神經(jīng)通路傳導(dǎo)到布羅卡區(qū)，激發(fā)起那兒的發(fā)聲程序而最終使人說出話來。由此推斷，如果聯(lián)系這兩個腦區(qū)之間的通路發(fā)生故障，會產(chǎn)生一種新的言語障礙。后來在臨床上也真的發(fā)現(xiàn)了這樣的病例，稱為傳導(dǎo)性失語癥。這種病人能理解聽到或看到的詞，也沒有言語的運動障礙，但就是不能正確地說話。

媒體關(guān)注與評論

這是一部關(guān)于腦的科普力作——從神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)，到人工智能的未來……　　——郭愛克 中國科學(xué)院院士，中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所、生物物理研究所研究員這樣一本融科學(xué)性和趣味性于一體的好書，一定能夠激發(fā)一大批年輕人對深奧莫測的腦科學(xué)產(chǎn)生濃厚興趣?！　　畛x 中國科學(xué)院院士，中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院研究員讀這本書，透過文字品味其所承載的內(nèi)容，會有更多的享受。作者通過文字與你分享他的所知，所識。寓教于樂，是一種境界?！　　号嗷?上海交通大學(xué)教授，中國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會計算神經(jīng)科學(xué)專業(yè)委員會主任本書切入點引人入勝，以娓娓動人的故事為引子，使讀者在不經(jīng)意間即被帶入腦科學(xué)殿堂?！　　烽L林 第二軍醫(yī)大學(xué)教授、中國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會理事長腦科學(xué)領(lǐng)域里至今還有無數(shù)等待開墾的土地。愿本書能吸引青年讀者投身于探索腦的奧秘，為腦科學(xué)的發(fā)展作貢獻(xiàn)?！　　菩⑼?中國科學(xué)院院士，浙江大學(xué)教授本書拾取了大腦研究滄海中一些閃亮的貝殼，娓娓道來，展示了這一重要研究領(lǐng)域的全景圖。　　——楊雄里 中國科學(xué)院院士，復(fù)旦大學(xué)教授

編輯推薦

《腦科學(xué)的故事》以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度將腦科學(xué)研究歷史中的一些重要故事，經(jīng)過嚴(yán)格的考證和挑選后，生動地介紹給讀者。其中每個故事都是經(jīng)得起推敲而又活潑生動的，這是《腦科學(xué)的故事》的一個特點。興趣是做任何工作的巨大動力。期望這本關(guān)于腦科學(xué)的書對提高讀者的科學(xué)興趣起到一定的推動作用。

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