大脑简识（有料、有趣、不烧脑的人脑使用手册，以风趣通俗的方式讲解世界脑科学前沿成果）

不做晦涩难懂的大脑科普，以使用手册的简洁形式带你读懂人类大脑的各项机能机制；破除广为流传的大脑伪科学，并告诉你“排除故障”“升级扩展”的良方。

产品特色

编辑推荐

人脑真的只开发10%吗？电影《超体》说的是真的吗？多巴胺、内啡肽、催产素如何刺激大脑产生欲望与快感？自闭症、抑郁症、强迫症的脑科学原因究竟是什么？如何用脑才能提升执行力、注意力、学习力、想象力、决策力（改变拖延症、多动症、学习障碍、心盲症、选择恐惧症）？……你关心的大脑话题，这本书里都有！而且有料、有趣、不烧脑！为创作这本独一无二的人类大脑使用手册，作者在麻省理工学院大脑、意识与机器研究中心待了三个月，得到了中心主任、计算神经科学的奠基人之一托马索·波乔教授的大力协助，使原本晦涩难懂的前沿脑科学知识得以通过记者生动易懂的笔触讲解出来，并且还采用了简洁明了的使用手册形式，可以说是权威性与可读性的完美结合。本书中文版由曾留学意大利的宣武医院神经外科主任医师、中国医师协会神经外科分会脊柱神经外科专家委员会主任委员菅凤增教授审订，确保科学权威。

内容简介

大脑是生物进化中杰出而神秘的产物，作者借鉴电器说明书的结构与形式，将我们人大脑的组成结构、工作机制、能量需求、故障问题、未来扩展等讲述得明明白白。我们的大脑虽然并不完全是一台机器，但每个人都应该更好地了解它的生物成分和工作机制。大脑也不是静态的：它是可塑的，不断变化的，它可以学习任何东西，纠正不想要的习惯。尽管人类还远远没有完全理解它，但近年来神经科学取得的巨大进步，已经揭示了许多不可思议的奇迹，也为我们个人提升精进提供了许多新的思路与参考。

作者简介

作者简介

马克·马格里尼 MARCO MAGRINI 意大利著名科普作家，出生于意大利佛罗伦萨，意大利主流媒体《24小时太阳报》高级记者，《24小时太阳报》科技周刊《诺娃》的创始人，伦敦《星期日邮报》特约记者，皇家地理学会《地理》杂志“气候观察”专栏撰稿人。曾连续报道联合国气候变化会议15年。擅长以轻松有趣的语言讲述复杂枯燥的科学事物。审订专家菅凤增，主任医师，教授，博士生导师。1967年生于山东，1990年毕业于山东医科大学（山东大学齐鲁医学院），同年至北京医院工作。1997-2003年至意大利罗马大学Sapienza学习，获得神经外科专家文凭（临床医学博士）。2004年加入首都医科大学宣武医院神经外科，创立了国内家神经脊柱外科中心。译者简介孙阳雨：北京语言大学意大利语专业毕业，意大利帕多瓦大学语言学硕士、在读博士。译作有《山》《有一个地方叫夏》《我看见的你就是我自己》《玩出来的科学家》等。

目　　录

写在前面 
1 概述  
 1.1  技术细节  
 1.2  系统版本  
2 组成部分  
 2.1  神经元  
  2.1.1  树突  
  2.1.2  胞体  
  2.1.3  轴突  
  2.1.4  突触  
 2.2  神经递质 
 2.3  胶质细胞  
  2.3.1  小胶质细胞 
  2.3.2  星形胶质细胞 
  2.3.3  少突胶质细胞  
 2.4  其他组成部分 
  2.4.1  血脑屏障 
  2.4.2  脑脊液 
3 脑地形图 
 3.1 “爬行动物”脑 
  3.1.1  脑干 
  3.1.2  小脑  
 3.2 “哺乳动物”脑 
  3.2.1  丘脑  
  3.2.2  杏仁核  
  3.2.3  海马  
  3.2.4  下丘脑  
  3.2.5  基底神经节（基底核） 
  3.2.6  扣带皮层 
 3.3 “灵长类”大脑  
  3.3.1  大脑皮层  
4 主要特征  
 4.1  预测 
 4.2  记忆  
 4.3  可塑性  
 4.4  智慧 
5 安装  
 5.1  启动前  
 5.2  启动  
 5.3  能量需求 
  5.3.1  营养  
  5.3.2  睡眠  
  5.3.3  体育锻炼 
 5.4  建议  
6 操作性能 
 6.1  感觉  
  6.1.1  嗅觉 
  6.1.2  味觉  
  6.1.3  视觉  
  6.1.4  听觉 
  6.1.5  触觉  
  6.1.6  时间  
 6.2  情感、感情 
  6.2.1  恐惧  
  6.2.2  爱情  
  6.2.3  幸福 
 6.3 意识 
  6.3.1  自我感知 
  6.3.2  同理心 
  6.3.3  世界观  
 6.4  意识之外  
  6.4.1  奖励系统  
  6.4.2  自由意志  
  6.4.3  人格 
7 控制面板  
 7.1  动力  
 7.2  注意力  
 7.3  学习  
 7.4  想象力 
 7.5  决策  
 7.6  认知控制 
8 型号  
 8.1 F® 型和 M® 的比较  
9 常见问题  
 9.1  计算错误  
  9.1.1  联觉  
  9.1.2  安慰剂和反安慰剂  
  9.1.3  认知偏见  
  9.1.4  虚假记忆  
  9.1.5  习惯和依赖 
  9.1.6 长期压力  
  9.1.7 恐惧与幻觉 
 9.2 故障  
  9.2.1  自闭症  
  9.2.2  长期抑郁  
  9.2.3  强迫症  
  9.2.4  精神分裂 
  9.2.5  神经退行性疾病
 9.3 粉碎谣言 
10 生命终止（EOL） 
 10.1  临近阶段 
 10.2  活到老，学到老 
 10.3  所有之后  
11 扩展 
 11.1  扩展记忆  
 11.2  健脑策略  
 11.3  益智药物  
12 未来版本  
 12.1  神经科技  
 12.2  转基因大脑  
 12.3  人工智能 
附 录  
后 记  
致 谢  
参考文献

前　　言

写在前面
恭喜你购得了这款独一无二的产品，为你量身打造。请仔细阅读本书，并将其摆放在随时能拿到的地方，以便在任何情况下都可参阅。
你的大脑为你提供着无可替代的特别服务。有感觉系统用来感知环境，有神经系统用来控制运动器官，更有完整的意识用来识别与判断，这些服务随时启动，令你可以连续多年享受自己的存在感。
著名的发明家托马斯·爱迪生曾说：“身体是服务大脑的工具。”他的说法可能有些，但细细想来也的确如此。
世界上充斥着上百万种操作手册。在“电子产品手册 下 载 网”（Manuals Online）上就有超过 70 万种，任何一个机器都可以拥有一本，比如微波炉、割草机、电动牙刷、车库门等等。然而在这样一个烦琐信息组成的“小宇宙”中，竟然没有一本提到这个我们每个人都天生拥有的重要机器——大脑。
大脑是一台机器。因为它可以同时完成一系列复杂计算，实时解读来自无数相互关联的“边缘”感受器的信息，其中复杂的就是视觉信息。大脑的反应机制可以类比算法，思维就像是在大脑这个硬件中“运转”的软件一样。
不过大脑并不是严格意义上的机器。它既不是硬件也不是软件。有人称之为“湿件”，用“湿”来强调大脑的生物特性。
它是生物进化中杰出、神秘的产物。
杰出是因为在整个宇宙中都没有什么东西可以和大脑的复杂性相媲美。而且，元素周期表中组成大脑的原子和组成恒星的原子别无二致，这些原子经过漫长的排列组合过程，终制造出了思维、语言与行为，然后在此基础上又派生了大量其他产物：历史、哲学、音乐、科学……
神秘则是因为，作为大脑自身产物之一的科学对其仍旧知之甚少，甚至可以说是一无所知。
我们不仅不清楚大脑的具体运作机制，甚至连大脑的本质是什么都还不能达成共识。比如，关于大脑奇特的功能——意识，就仍然没有统一的说法，数个世纪以来，我们一直对其缺乏了解，而且还点燃了无休止的疯狂争论，参与者还不止神学家和哲学家。再举个例子，就睡眠这种持续失去意识的活动，我们也并未达成共识，有超过二十种理论来解释大脑究竟为何不能持续工作而需要睡眠。而关于睡眠障碍的本质以及睡眠障碍带来的消极结果——如抑郁等，同样没有准确的答案。而且，对于抑郁也并不存在统一的研究方法或理论。这样类似的问题一环接一环可以无限说下去。当然，我们已经知道的东西也有不少。
早期的哲学家常常争论意识究竟存在于大脑还是心脏，其中包括亚里士多德在内的具权威性的大哲学家都认为存在于后者。如今我们很清楚大脑才是所有脊椎动物神经系统的控制中心。我们也知道大脑的进化经历了哪些阶段，知道大脑的组成物质。我们知道每个细胞都保存有完整的遗传密码，我们还知道如何解读遗传密码。我们有功能性核磁共振成像技术（fMRI）、脑磁图技术（MEG）等先进的技术手段帮助我们观察意识活动的情况。我们正在以飞快的速度推进着我们对自身整个系统的认识。
一台冰箱的使用手册是由冰箱制造商来编制的。而人的大脑则是几百万年长期进化而来的产物，只有一代代的人类智慧重构出来的线索才能终解开这个谜团。人类的智慧正寻求理解自身，这或许是整个进化机制不可避免的一个进化过程。
如果有一本完整的使用手册讲述我们对大脑的全部认知，或至少是我们认为我们所知道的全部知识，那这样一本复杂而深奥的书或许只有神经科学家才能读懂。而你正在阅读的这本手册则是为我们普通的人脑用户编写的。这是一本将复杂知识简单化的科普手册，不过足以解释日常生活中大脑使用过程中的一些功能。
“如果我们人类的大脑真那么简单，那么容易理解，那如此简单的一颗大脑根本就不可能做到理解自己。”这是一句很有名的引言，名望大到它被归到至少三个名人名下。
不过我们可以十分肯定，人类终能够理解人脑，这只是个时间问题而已。虽然明天不可能完成，但 20 年、100 年、200 年以后，人类的大脑一定能够理解自身。但从大脑开始进化起一直到今日，已经过去了几千几万个世纪。
这本使用手册和其他任何一种产品的说明书一样，既不会追溯到我们仍然无知的陈旧过往，也不会畅想现今知识水平根本无可企及的遥远未来。这本手册只探讨目前人类所知道的人脑可以实际做到的事情，不过这些事情比人们想象的多得多。
科技的进步，以及近 20 年来神经科学的高速发展在不断印证着圣地亚哥·拉蒙 - 卡哈尔（Santiago Ramòn y Cajal）的直觉判断——这位神经科学之父之一早在 1897 年就预言：“只要愿意，每个人都可以成为自己大脑的雕刻师。”
他的大脑和其他用户的大脑一样，知道如何做、为何做，这很好。
后记
宇宙的起源、物质的结构、生命之谜和智慧的进化是现代科学面临的四大问题，投身其中的科学家需要花费数十年，甚至是未来的几个世纪来解决这些问题。然而，我认为智慧问题是属于这一世纪的挑战，正如物理学之于 20 世纪上半叶、遗传生物学之于 20 世纪下半叶一样。
理解和重塑智慧虽然艰难异常，但它无疑是四个问题中关键的一个挑战。原因是，解决智慧问题取得的进展既让我们增长了自己的智慧，也让帮助我们解决其他重大问题的计算机变得更加聪明。
就在 100 年前，我们还相信银河就是整个宇宙，直到爱德文·哈勃（Edwin Hubble）向我们揭示了银河系只是大约 200 亿个星系之中的渺小一员。就在 70 年前，我们还不知道遗传的奇迹是如何创造出来的，直到弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森向我们揭示了隐藏在每个细胞中的密码。从那时起，科学发展几乎让我们的平均寿命翻了一倍，更让我们的知识成倍增长。换句话说，科学为人类进化增添了又一份力量。
显然，自然选择塑造了现代人，用同样的工具它也塑造了蕨类植物和猴面包树、昆虫和大象：这些工具就是基因。但只是基因不足以解释人类智慧的演化。这其中还有思想，也就是生物学家理查德·道金斯（Richard Dawkins）称之为“模因”的东西。模因就像基因一样，能够相互竞争或相互合作，既能保存也能变异。的确，思想的传播正如病毒一样，先是复制，然后再进化、选择。
人类发展出的科技，从火的利用到轮子的发明都已经演变成了人类自身进化中的一个组成部分，人类进化已然和文化发展、科技发展无法分割了。从这一角度看，我们可以说人类逐渐拥有了一种超级大脑，一种全面的智慧，超越了个体的智慧。举个简单的例子：世界上没有一个人能够明白（或制造）所有的微芯片、所有的饮食和交流系统，更不能明白现代智能手机中包含的所有软件——如今的一台智能手机比 NASA 初几次阿波罗任务中使用的电脑要强大几百万倍。
我们正站在人工智能，特别是机器学习正式迈出脚步的历史关键点上。神经科学和计算机科学的融合注定要将一定量的智慧注入不断完善的机器中，这一点可能会在公众健康、教育、安全等领域引起争议，也会在更广泛的意义上影响到这个从艰难选择中诞生的艰难世界的整体繁荣。我个人一直深信，在未来，人工智能将会帮助我们做出更优越的集体选择。在这样一个已然全球化的、被人类彻底改变的地球上，这些选择对于我们应付困境来说是非常有必要的。
有人可能认为，这种对于智慧进化的“宇宙”观和未来观念对于一本大脑科普读本来说没什么关联。我觉得事实正好相反。正是大脑一代又一代积累的知识绘制了整个我们熟知的世界。不过就像马克·马格里尼观察到的那样，神经机器的个人用户对机制的工作原理普遍不甚了解。大脑的异常机制有时无法预知、违背直觉，在神经科学研究中越来越为人们熟知，但对此大多数的人们还是一无所知。
到了 21 世纪，应该消除这样的差距。学校的任务是提供教育内容，然而却丝毫没有涉及关于这个学习用的复杂生物机器到底是什么、它是如何工作的等等问题。认识情绪和感情背后、动力与创造力背后的电化学过程完全不会减少生活的乐趣，这样反而能够让人真正地更加清醒地生活。从我个人出发，我希望能有越来越多的人，从各个国家的代表性从政人士开始，能够了解我们迄今为止掌握的知识，并准备好随时为了明天将会发现的知识而改变想法。
就像哥白尼、伽利略和哈勃改变了人们关于我们在宇宙中所处位置的知识一样，大量神经科学研究正在探索整个宇宙中复杂、惊人的东西——人脑。这本书就为此做了一个非常完美的总结，甚至还成功地用风趣的形式展现了出来。
托马索·波乔
麻省理工学院 大脑、意识与机器研究中心（CBMM）主任

媒体评论

只要愿意，每个人都可以成为自己大脑的雕刻师。
——圣地亚哥·拉蒙 - 卡哈尔（Santiago Ramòn y Cajal），神经科学之父，1906年诺贝尔生理学或医学奖得主

20世纪是基因的世纪，21世纪是脑的世纪。
——詹姆斯·杜威·沃森（James Dewey Watson），“DNA之父”，分子生物学奠基人之一，1962年诺贝尔生理学或医学奖得主

就像哥白尼、伽利略和哈勃改变了人们关于我们在宇宙中所处位置的知识一样，大量神经科学研究正在探索整个宇宙中复杂、惊人的东西——人脑。这本书就为此做了一个非常完美的总结，甚至还成功地用风趣的形式展现了出来。
——托马索·波乔（Tomaso Poggio），麻省理工学院 大脑、意识与机器研究中心主任

在线试读

1概述

在过去的每一秒，包括现在“这一秒”中，你的中枢神经系统都在主导着成千上万个化学反应，只是你自己察觉不到。这些化学反应就是大脑用来接收、加工、传递信息的语言。
大脑向来被视为一台机器。每个思想都是时代的产物。勒内·笛卡儿（René Descartes）将其比作一个水泵；西格蒙德·弗洛伊德（Sigmund Freud）则比作蒸汽机；艾伦·图灵（Alan Turing）的比喻是计算机。很显然，图灵的观点更贴合我们这个时代。大脑虽然并非是一台计算机，但此二者之间的相仿程度无可否认，而且二者都以电信号传递信息。
的确，计算机使用的是数字信号（用二进制数学的 0和 1 表示），大脑使用的则是模拟信号（用差值为几毫伏的可变弧表示）。不过问题比这更加复杂，因为如果模拟信号的总和超过一定阈值，神经元就会“启动”然后向连接着的其他神经元传递电脉冲。而如果这个阈值没有被突破，那就什么都不会发生。因此这种模拟信号也是二进制的：或是或非，或启动或熄灭。
计算机与大脑都会进行计算。但如果说计算机是按照程序结构，也就是按照预设的顺序进行计算的，那么大脑的操作就是平行的，大批量计算同时进行。另外，当前应用于图像领域的微处理器（即图形处理器，GPU）就已经使用了平行处理的科技。
计算机与大脑都需要能量。计算机的能量是以电子形式供应，而大脑的能量则来自氧气和葡萄糖。
计算机与大脑都拥有可扩充的记忆。计算机只需添加或替换硅质的内存条就可以了，大脑则需通过学习、练习和重复来增加神经元之间的连接。
计算机与大脑都是随着时间进化的：计算机的发展速度呈指数增长，每两年计算能力就能翻一番，而智人的大脑则是以原始无脊椎动物的原始大脑为起点，经过了 5 亿年的时间进化而来的，而且在近的 5 万年中几乎没有什么本质性变化。所以尊敬的用户，实际上你所拥有的基本大脑型号和上一代并无差别。
上千年以来人们都坚信，除去学习语言、行走等基本技能的婴儿时期，人脑本质上是静态的、不可变的。一旦大脑受到器质性损伤就无法修复，也无法补偿。人们常常认为，学习不好的孩子在做算数时就一定会遇到不可超越的认知障碍，于是一代又一代的社会不平等现象应运而生。人们还相信不好的习惯和对成瘾性物质的依赖都会伴随人们一辈子，或者一个八十岁的老人不可能拥有五十岁的记忆能力。不过，从 20 世纪 70 年代开始，我们逐渐发现事实恰好相反 : 大脑在不断变化着，而且改变就来源于大脑自身的机制。这种特性也称为大脑可塑性（brain plasticity），它带来的效果远远超出人们想象。
大脑是一台功能强大的计算机，既可异步操作也可并行操作，不过更重要的是它可以不断调整自身的硬件。
大脑的硬件由排列方式极为精巧的原子和分子组成，每个重量为1.35 千克的大脑中包含大约 860 亿个神经元。每个神经元每秒可以激活并向临近神经元发送 200 次多达上千个信号，有人因此估计大脑每秒可以进行 3800 万亿的操作。有种说法称人类只使用了 10% 的大脑，这是没有道理的。不过更棒的一点是，大脑做到这些每小时只需要消耗不到 13 瓦特的能量。世界上还没有哪个计算机能够超越人脑的计算能力（视觉、听觉或想象能力也包括在“计算”范畴），或者超越这种杰出的耗能效率。但这仅仅是冰山一角。
几乎所有人体细胞都会生成然后凋亡，持续不断——是的，几乎所有人体细胞，但神经细胞例外，它们是一种始终伴随你存在步伐的细胞——从生命的天直到后一天。归根结底，是神经细胞铸成了你自己，你的性格、能力、才华、学识、词汇量、喜好、口味，甚至连对过去的记忆都是以某种方式写入你的个人神经结构之中的。这种神经结构特殊到世界上再没有另一个大脑与你的完全相同，就算是双胞胎兄弟姐妹也不可能。
上述机器甚至能够在一定范围内修正自身硬件的缺陷。当一个区域遭到意外损伤后，大脑通常能够重新安排，进行调度以补偿缺失的链接环节，本质上就是自我修复。如果说这种修复机制适用于偶尔出现的大规模损伤（比如失明之后，之前未使用的大脑区域开始为其他感觉工作），那么对于小规模损伤的大脑就要持续不断地修复，因为随着年龄的增长，很多神经元都会死亡而且一去不复返。不过仍然活跃的神经元知道如何重组以保证机体年龄继续增加却不会出现生命危险。但一个硅质的处理器就根本无法与之相比，一个有缺陷的晶体管足以中断整个精密机器的运行。
不过，我们说神经元的重组，指的是估计数量在 150 兆的神经元连接中的变动，大脑没必要像处理紧急情况一样去面对，自然而然就发生了。
一个神经元对与之相连的上百个神经元的影响可以很强、很弱或是中等，取决于每个突触的连接性和能力的强弱。加拿大科学家唐纳德·赫布（Donald Hebb）于 1949 年提出过一个规律：“一起激活的神经元会连接在一起（Neurons that fire together, wire together）。”一起激活的神经元会彼此牵连，增强彼此的连接强度。大脑以这种方式不断地重构，建立新的突触，巩固旧的突触，删去没用的突触。以学习为代表的大量脑功能都是由这种持续的突触修复活动以及突触之间的强度、连接性来决定的。总之，与数个世纪以来人们的信念相反，人脑根本不是静止的、不可变的 :
· 某些情况下大脑能够自我修复；
· 一名“学习落后”的孩子也能学会学习。需要教会他的是如何学习，而非羞辱或鼓励他；
· 任何一种坏习惯，不论是令人深恶痛绝还是十分轻微，都可以改掉。就算是极为严重的成瘾现象（比如重度沉迷电子游戏），也可以得到控制或完全克服；
· 一位老人也可以保持年轻人的记忆能力，只要不停地学习、锻炼大脑；
· 相反，长期的高压状态，或是某种创伤后压力综合征会为大脑带来不可预测的变化，并长期影响神经元之间的连接。
· 注意：在某些情况下，大脑机器工作如果有缺陷，可能预示着某些病症或我们不希望得到的答案，但这些都不在这本单纯以科普为目的的使用手册的探讨范围内，而且需要听从专家的意见进行治疗。
· 如果用户的大脑正常运行，你就会发现你有能力改变、修正、调和自己至少一部分突触结构，方法几乎只能是通过意志力，也就是意愿的确立来达成，其实简单来说就是你能决定自己的人生。在还没有确认任何一个拥有高级智慧的外星人之前，智人的大脑就是宇宙中复杂、震撼、美妙的东西。其复杂性使得神经元能够制造思想、智慧和记忆，而且专为每位用户定制。其震撼性在于，大脑这种生物机器的计算能力和效率仍然远超世界上的任何机器。后就让我们一起感受一下大脑的美妙性吧！

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