大腦簡識（有料、有趣、不燒腦的人腦使用手冊，以風趣通俗的方式講解世界腦科學前沿成果）

不做晦澀難懂的大腦科普，以使用手冊的簡潔形式帶你讀懂人類大腦的各項機能機制；破除廣為流傳的大腦偽科學，並告訴你“排除故障”“升級擴展”的良方。

產品特色

編輯推薦

人腦真的只開發10%嗎？電影《超體》說的是真的嗎？多巴胺、內啡肽、催產素如何刺激腦部產生慾望與快感？自閉症、憂鬱症、強迫症的腦科學原因究竟是什麼？如何用腦提升執行力、專注力、學習力、想像力、決策力（改變拖延症、過動症、學習障礙、心盲症、選擇恐懼症）？ ……你關心的大腦話題，這本書裡都有！而且有料、有趣、不燒腦！為了創作這本獨一無二的人類大腦使用手冊，作者在麻省理工學院大腦、意識與機器研究中心待了三個月，得到中心主任、計算神經科學的奠基者之一托馬索·波喬教授的大力協助，使原本晦澀難懂的前沿腦科學知識得以透過記者生動易懂的筆觸講解出來，並且還採用了簡潔明了的使用手冊形式，可以說是權威性與可讀性的完美結合。本書中文版由曾留學義大利的宣武醫院神經外科主任醫師、中國醫師協會神經外科分會脊椎神經外科專家委員會主任委員菅鳳增教授審訂，確保科學權威。

內容簡介

大腦是生物進化中傑出而神秘的產物，作者藉用電器說明書的結構與形式，將我們人大腦的組成結構、工作機制、能量需求、故障問題、未來擴展等講述得明明白白。我們的大腦雖然不完全是一台機器，但每個人都應該更了解它的生物成分和工作機制。大腦也不是靜態的：它是可塑的，不斷變化的，它可以學習任何東西，糾正不想要的習慣。儘管人類還遠遠沒有完全理解它，但近年來神經科學的巨大進步，已經揭示了許多不可思議的奇蹟，也為我們個人提昇精進提供了許多新的思路與參考。

作者簡介

作者簡介

馬格里尼MARCO MAGRINI 義大利著名科普作家，出生於義大利佛羅倫斯，義大利主流媒體《24小時太陽報》資深記者，《24小時太陽報》科技週刊《諾娃》的創辦人，倫敦《星期日郵報》特約記者，皇家地理學會《地理》雜誌「氣候觀察」專欄撰稿人。曾連續報道聯合國氣候變遷會議15年。擅長以輕鬆有趣的語言講述複雜枯燥的科學事物。審訂專家菅鳳增，主任醫師，教授，博士生指導教授。 1967年生於山東，1990年畢業於山東醫科大學（山東大學齊魯醫學院），同年至北京醫院工作。 1997-2003年至義大利羅馬大學Sapienza學習，取得神經外科專家文憑（臨床醫學博士）。 2004年加入首都醫科大學宣武醫院神經外科，創立了國內家神經脊椎外科中心。譯者簡介孫陽雨：北京語言大學義大利語專業畢業，義大利帕多瓦大學語言學碩士、在學博士。譯作有《山》《有個地方叫夏》《我看見的你就是我自己》《玩出來的科學家》等。

目錄

寫在前面 
1 概述 
 1.1 技術細節 
 1.2 系統版本 
2 組成部分 
 2.1 神經元 
 2.1.1 樹突 
 2.1.2 胞體 
 2.1.3 軸突 
 2.1.4 突觸 
 2.2 神經傳導物質 
 2.3 膠質細胞 
 2.3.1 小膠質細胞 
 2.3.2 星狀膠質細胞 
 2.3.3 少突膠質細胞 
 2.4 其他組成部分 
 2.4.1 血腦屏障 
 2.4.2 腦脊髓液 
3 腦地形圖 
 3.1 「爬蟲類」腦 
 3.1.1 腦幹 
 3.1.2 小腦 
 3.2 「哺乳類」腦 
 3.2.1 丘腦 
 3.2.2 杏仁核 
 3.2.3 海馬 
 3.2.4 下視丘 
 3.2.5 基底核（基底核） 
  3.2.6 扣帶皮層 
 3.3 “靈長類”大腦 
 3.3.1 大腦皮層 
4 主要特徵 
 4.1 預測 
 4.2 記憶 
 4.3 可塑性 
 4.4 智慧 
5 安裝 
 5.1 啟動前 
 5.2 啟動 
 5.3 能量需求 
 5.3.1 營養 
 5.3.2 睡眠 
 5.3.3 體育鍛煉 
 5.4 建議 
6 操作性能 
 6.1 感覺 
 6.1.1 嗅覺 
 6.1.2 味覺 
 6.1.3 視覺 
 6.1.4 聽覺 
 6.1.5 觸覺 
 6.1.6 時間 
 6.2 情感、感情 
 6.2.1 恐懼 
 6.2.2 愛情 
 6.2.3 幸福 
 6.3 意識 
 6.3.1 自我感知 
 6.3.2 同理心 
 6.3.3 世界觀 
 6.4 意識之外 
 6.4.1 獎勵系統 
 6.4.2 自由意志 
 6.4.3 人格 
7 控制面板 
 7.1 動力 
 7.2 注意力 
 7.3 學習 
 7.4 想像力 
 7.5 決策 
 7.6 認知控制 
8 型號 
 8.1 F® 型和M® 的比較 
9 常見問題 
 9.1 計算錯誤 
 9.1.1 聯覺 
 9.1.2 安慰劑和反安慰劑 
 9.1.3 認知偏見 
 9.1.4 虛假記憶 
 9.1.5 習慣和依賴 
 9.1.6 長期壓力 
 9.1.7 恐懼與幻覺 
 9.2 故障 
 9.2.1 自閉症 
 9.2.2 長期憂鬱 
 9.2.3 強迫症 
 9.2.4 精神分裂 
 9.2.5 神經退化性疾病
 9.3 粉碎謠言 
10 生命終止（EOL） 
  10.1 臨近階段 
 10.2 活到老，學到老 
 10.3 所有之後 
11 擴展 
 11.1 擴展記憶 
 11.2 健腦策略 
 11.3 益智藥物 
12 未來版本 
 12.1 神經科技 
 12.2 基因轉殖大腦 
 12.3 人工智慧 
附錄 
後記 
致謝 
參考文獻

前言

寫在前面
恭喜你購得了這款獨一無二的產品，為你量身打造。請仔細閱讀本書，並將其擺放在隨時能拿到的地方，以便在任何情況下都可參考。
你的大腦為你提供著無可取代的特別服務。有感覺系統用來感知環境，有神經系統用來控制運動器官，更有完整的意識用來辨識與判斷，這些服務隨時啟動，讓你可以連續多年享受自己的存在感。
著名的發明家托馬斯愛迪生曾說：「身體是服務大腦的工具。」他的說法可能有些，但細細想來也的確如此。
世界上充斥著上百萬種操作手冊。在「電子產品手冊下載網」（Manuals Online）上就有超過70 萬種，任何一個機器都可以擁有一本，例如微波爐、割草機、電動牙刷、車庫門等等。然而在這樣一個由煩瑣訊息組成的「小宇宙」中，竟然沒有一本提到這個我們每個人都天生擁有的重要機器──大腦。
大腦是一台機器。因為它可以同時完成一系列複雜計算，即時解讀來自無數相互關聯的「邊緣」感受器的訊息，其中複雜的就是視覺訊息。大腦的反應機制可以類比演算法，思考就像是在大腦這個硬體中「運轉」的軟體一樣。
不過大腦並不是嚴格意義上的機器。它既不是硬體也不是軟體。有人稱之為“濕件”，用“濕”來強調大腦的生物特性。
它是生物進化中傑出、神秘的產物。
傑出是因為在整個宇宙中都沒有什麼東西可以和大腦的複雜性相提並論。而且，元素週期表中組成大腦的原子和組成恆星的原子別無二致，這些原子經過漫長的排列組合過程，終製造出了思維、語言與行為，然後在此基礎上又派生了大量其他產物：歷史、哲學、音樂、科學…
神秘則是因為，身為大腦自身產物之一的科學對其仍舊知之甚少，甚至可以說是一無所知。
我們不僅不清楚大腦的具體運作機制，甚至連大腦的本質是什麼都還無法達成共識。例如，關於大腦奇特的功能──意識，就仍然沒有統一的說法，數個世紀以來，我們一直對其缺乏了解，而且還點燃了無休止的瘋狂爭論，參與者還不止神學家和哲學家。再舉個例子，就睡眠這種持續失去意識的活動，我們也並未達成共識，有超過二十種理論來解釋大腦究竟為何不能持續工作而需要睡眠。而關於睡眠障礙的本質以及睡眠障礙帶來的負面結果──如憂鬱等，同樣沒有準確的答案。而且，對於憂鬱也不存在統一的研究方法或理論。這樣類似的問題一環接一環可以無限說下去。當然，我們已經知道的東西也有不少。
早期的哲學家常常爭論意識究竟存在於大腦還是心臟，其中包括亞里斯多德在內的具有權威性的大哲學家都認為存在於後者。如今我們很清楚大腦才是所有脊椎動物神經系統的控制中心。我們也知道大腦的演化經歷了哪些階段，知道大腦的組成物質。我們知道每個細胞都保存有完整的遺傳密碼，我們也知道如何解讀遺傳密碼。我們有功能性核磁共振成像技術（fMRI）、腦磁圖技術（MEG）等先進的技術手段來幫助我們觀察意識活動的情況。我們正以快速的速度推進我們對自身整個系統的認知。
一台冰箱的使用手冊是由冰箱製造商來編製的。而人的大腦則是數百萬年長期進化而來的產物，只有一代世代的人類智慧重建的線索才能終解開這個謎團。人類的智慧正尋求理解自身，這或許是整個演化機制不可避免的演化過程。
如果有一本完整的使用手冊講述我們對大腦的全部認知，或至少是我們認為我們所知道的全部知識，那麼這樣一本複雜而深奧的書或許只有神經科學家才能讀懂。而你正在閱讀的這本手冊則是為我們普通的人腦使用者所寫的。這是一本將複雜知識簡單化的科普手冊，不過足以解釋日常生活中大腦使用過程中的一些功能。
「如果我們人類的大腦真那麼簡單，那麼容易理解，那如此簡單的一顆大腦根本就不可能做到理解自己。」這是一句很有名的引言，名望大到它被歸到至少三個名人名下。
不過我們可以十分肯定，人類終能夠理解人腦，這只是個時間問題而已。雖然明天不可能完成，但20 年、100 年、200 年以後，人類的大腦一定能夠理解自身。但從大腦開始進化起一直到今日，已經過去了幾千萬個世紀。
這本使用手冊和其他任何一種產品的說明書一樣，既不會追溯到我們仍然無知的陳舊過往，也不會暢想現今知識水平根本無可企及的遙遠未來。這本手冊只探討目前人類所知道的人腦可以實際做到的事情，不過這些事情比人們想像的多得多。
科技的進步，以及近20 年來神經科學的高速發展在不斷印證著聖地亞哥·拉蒙- 卡哈爾（Santiago Ramòn y Cajal）的直覺判斷——這位神經科學之父之一早在1897 年就預言： “只要願意，每個人都可以成為自己大腦的雕刻師。”
他的大腦和其他使用者的大腦一樣，知道如何做、為何做，這很好。
後記
宇宙的起源、物質的結構、生命之謎和智慧的進化是現代科學面臨的四大問題，投身其中的科學家需要花費數十年，甚至是未來的幾個世紀來解決這些問題。然而，我認為智慧問題是屬於這一世紀的挑戰，正如物理學之於20 世紀上半葉、遺傳生物學之於20 世紀下半葉。
理解和重塑智慧雖然艱難異常，但它無疑是四個問題中關鍵的挑戰。原因是，解決智慧問題的進展既讓我們成長了自己的智慧，也讓幫助我們解決其他重大問題的電腦變得更加聰明。
就在100 年前，我們還相信銀河就是整個宇宙，直到愛德文·哈伯（Edwin Hubble）向我們揭示了銀河系只是大約200 億個星系之中的渺小一員。就在70 年前，我們還不知道遺傳的奇蹟是如何創造出來的，直到弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森向我們揭示了隱藏在每個細胞中的密碼。從那時起，科學發展幾乎讓我們的平均壽命翻了一倍，更讓我們的知識倍增。換句話說，科學為人類演化增添了另一份力量。
顯然，自然選擇塑造了現代人，用同樣的工具它也塑造了蕨類植物和猴麵包樹、昆蟲和大象：這些工具就是基因。但只是基因不足以解釋人類智慧的演化。這其中還有思想，也就是生物學家理查道金斯（Richard Dawkins）稱之為「迷因」的東西。迷因就像基因一樣，能夠相互競爭或相互合作，既能保存也能變異。的確，思想的傳播正如病毒一樣，先是複製，然後再進化、選擇。
人類發展出的科技，從火的利用到輪子的發明都已經演變成了人類自身進化中的一個組成部分，人類進化已然和文化發展、科技發展無法分割了。從這個角度來看，我們可以說人類逐漸擁有了一種超級大腦，一種全面的智慧，超越了個體的智慧。舉個簡單的例子：世界上沒有一個人能夠明白（或製造）所有的微晶片、所有的飲食和交流系統，更不能明白現代智慧型手機中包含的所有軟體——如今的一台智慧型手機比NASA初幾次阿波羅任務中使用的電腦強大數百萬倍。
我們正站在人工智慧，特別是機器學習正式邁出腳步的歷史關鍵點上。神經科學和電腦科學的融合注定要將一定程度的智慧注入不斷完善的機器中，這一點可能會在公眾健康、教育、安全等領域引起爭議，也會在更廣泛的意義上影響到這個從艱難選擇中誕生的艱難世界的整體繁榮。我個人一直深信，在未來，人工智慧將會幫助我們做出更優越的集體選擇。在這樣一個已然全球化的、被人類徹底改變的地球上，這些選擇對我們應付困境來說是非常必要的。
有人可能認為，這種對於智慧進化的「宇宙」觀和未來觀念對於一本大腦科普讀本來說沒什麼關聯。我覺得事實正好相反。正是大腦一代又一代累積的知識繪製了整個我們熟知的世界。不過就像馬克·馬格里尼觀察到的那樣，神經機器的個人使用者對機制的工作原理普遍不甚了解。大腦的異常機制有時無法預測、違背直覺，在神經科學研究中越來越為人所知，但對此大多數的人還是一無所知。
到了21 世紀，應該消除這樣的差距。學校的任務是提供教育內容，然而卻絲毫沒有涉及關於這個學習用的複雜生物機器到底是什麼、它是如何運作的等等問題。認識情緒和感情背後、動力與創造力背後的電化學過程完全不會減少生活的樂趣，反而能夠讓人真正地更清醒地生活。從我個人出發，我希望能有越來越多的人，從各國的代表性從政人士開始，能夠了解我們迄今為止掌握的知識，並準備好隨時為了明天將會發現的知識而改變想法。
就像哥白尼、伽利略和哈伯改變了人們關於我們在宇宙中所處位置的知識一樣，大量神經科學研究正在探索整個宇宙中複雜、驚人的東西——人腦。這本書就為此做了一個非常完美的總結，甚至還成功地用風趣的形式展現了出來。
托馬索·波喬
麻省理工學院大腦、意識與機器研究中心（CBMM）主任

媒體評論

只要願意，每個人都可以成為自己大腦的雕刻家。
——聖地牙哥‧拉蒙- 卡哈爾（Santiago Ramòn y Cajal），神經科學之父，1906年諾貝爾生理學或醫學獎得主

20世紀是基因的世紀，21世紀是腦的世紀。
——詹姆斯·杜威·沃森（James Dewey Watson），“DNA之父”，分子生物學奠基人之一，1962年諾貝爾生理學或醫學獎得主

就像哥白尼、伽利略和哈伯改變了人們關於我們在宇宙中所處位置的知識一樣，大量神經科學研究正在探索整個宇宙中複雜、驚人的東西——人腦。這本書就為此做了一個非常完美的總結，甚至還成功地用風趣的形式展現了出來。
——托馬索·波喬（Tomaso Poggio），麻省理工學院大腦、意識與機器研究中心主任

線上試讀

1概述

在過去的每一秒，包括現在「這一秒鐘」中，你的中樞神經系統都在主導著成千上萬個化學反應，只是你自己察覺不到。這些化學反應就是大腦用來接收、加工、傳遞訊息的語言。
大腦向來被視為一台機器。每個思想都是時代的產物。笛卡兒（René Descartes）將其比作一個水泵；西格蒙德·弗洛伊德（Sigmund Freud）則比作蒸汽機；艾倫·圖靈（Alan Turing）的比喻是計算機。很顯然，圖靈的觀點更貼合我們這個時代。大腦雖然並非是一台計算機，但此二者之間的相仿程度無可否認，而且二者都以電訊號傳遞訊息。
的確，電腦使用的是數位訊號（以二元數學的0和1 表示），大腦使用的則是類比訊號（以差值為幾毫伏特的可變弧表示）。不過問題比這更複雜，因為如果模擬訊號的總和超過一定閾值，神經元就會「啟動」然後向連接的其他神經元傳遞電脈衝。而如果這個閾值沒有被突破，那就什麼事都不會發生。因此這種類比訊號也是二進制的：或是或非，或啟動或熄滅。
計算機與大腦都會進行計算。但如果說計算機是按照程式結構，也就是按照預設的順序計算的，那麼大腦的操作就是平行的，大批量計算同時進行。另外，目前應用於影像領域的微處理器（即圖形處理器，GPU）就已經使用了平行處理的科技。
計算機與大腦都需要能量。電腦的能量是以電子形式供應，而大腦的能量則來自氧氣和葡萄糖。
計算機與大腦都擁有可擴充的記憶。電腦只需添加或替換矽質的記憶體條就可以了，大腦則需透過學習、練習和重複來增加神經元之間的連結。
電腦與大腦都是隨著時間進化的：計算機的發展速度呈指數增長，每兩年計算能力就能翻一番，而智人的大腦則是以原始無脊椎動物的原始大腦為起點，經過了5 億年的時間進化而來的，而且在近的5 萬年中幾乎沒有什麼本質性變化。所以尊敬的用戶，實際上你所擁有的基本大腦型號和上一代並無差別。
上千年以來人們都堅信，除去學習語言、行走等基本技能的嬰兒時期，人腦本質上是靜態的、不可變的。一旦大腦受到器質性損傷就無法修復，也無法補償。人們常認為，學習不好的孩子在做算數時就一定會遇到不可超越的認知障礙，於是一代又一代的社會不平等現象應運而生。人們也相信不好的習慣和對成癮性物質的依賴都會伴隨人們一輩子，或是一個八十歲的老人不可能擁有五十歲的記憶能力。不過，從20 世紀70 年代開始，我們逐漸發現事實恰好相反: 大腦在不斷變化著，而且改變就來自大腦自身的機制。這種特性也稱為大腦可塑性（brain plasticity），它帶來的效果遠遠超出人們想像。
大腦是一台功能強大的計算機，既可非同步操作也可並行操作，不過更重要的是它可以不斷調整自身的硬體。
大腦的硬體由排列方式極為精巧的原子和分子組成，每個重量為1.35 公斤的大腦中包含約860 億個神經元。每個神經元每秒可以激活並向臨近神經元發送200 次多達上千個信號，有人因此估計大腦每秒可以進行3800 萬億的操作。有種說法稱人類只使用了10% 的大腦，這是沒有道理的。不過更棒的一點是，大腦做到這些每小時只需要消耗不到13 瓦特的能量。世界上還沒有哪一台電腦能夠超越人腦的運算能力（視覺、聽覺或想像能力也包括在「計算」範疇），或是超越這種傑出的耗能效率。但這只是冰山一角。
幾乎所有人體細胞都會生成然後凋亡，持續不斷——是的，幾乎所有人體細胞，但神經細胞例外，它們是一種始終伴隨你存在步伐的細胞——從生命的天直到後一天。歸根究底，是神經細胞鑄成了你自己，你的性格、能力、才華、學識、詞彙量、喜好、口味，甚至連對過去的記憶都是以某種方式寫入你的個人神經結構之中的。這種神經結構特殊到世界上再沒有另一個大腦與你的完全相同，就算是雙胞胎兄弟姊妹也不可能。
上述機器甚至能夠在一定範圍內修正自身硬體的缺陷。當一個區域遭到意外損傷後，大腦通常能夠重新安排，進行調度以補償缺失的連結環節，本質上就是自我修復。如果說這種修復機制適用於偶爾出現的大規模損傷（例如失明之後，之前未使用的大腦區域開始為其他感覺工作），那麼對於小規模損傷的大腦就要持續不斷地修復，因為隨著年齡的增長，很多神經元都會死亡而且一去不復返。不過仍活躍的神經元知道如何重組以確保身體年齡繼續增加卻不會出現生命危險。但一個矽質的處理器就根本無法與之相比，一個有缺陷的電晶體足以中斷整個精密機器的運作。
不過，我們說神經元的重組，指的是估計數量在150 兆的神經元連接中的變動，大腦沒必要像處理緊急情況一樣去面對，自然而然就發生了。
一個神經元對與之相連的上百個神經元的影響可以很強、很弱或中等，取決於每個突觸的連接性和能力的強弱。加拿大科學家唐納德·赫布（Donald Hebb）於1949 年提出一個規律：「一起激活的神經元會連接在一起（Neurons that fire together, wire together）。」一起激活的神經元會彼此牽連，增強彼此的連接強度。大腦以這種方式不斷重構，建立新的突觸，鞏固舊的突觸，刪除沒用的突觸。以學習為代表的大量腦功能都是由這種持續的突觸修復活動以及突觸之間的強度、連接性來決定的。總之，與數個世紀以來人們的信念相反，人腦根本不是靜止的、不可變的:
· 大腦在某些情況下能夠自我修復；
· 一名「學習落後」的孩子也能學會學習。需要教導他的是如何學習，而非羞辱或鼓勵他；
· 任何一種壞習慣，不論是令人深惡痛絕還是十分輕微，都可以改掉。就算是極為嚴重的成癮現象（例如重度沉迷電子遊戲），也可以控製或完全克服；
· 一位老人也可以維持年輕人的記憶能力，只要不停地學習、鍛鍊大腦；
· 相反，長期的高壓狀態，或某種創傷後壓力症候群會為大腦帶來不可預測的變化，並長期影響神經元之間的連結。
· 注意：在某些情況下，大腦機器工作如果有缺陷，可能預示著某些病症或我們不希望得到的答案，但這些都不在這本單純以科普為目的的使用手冊的探討範圍內，而且需要聽從專家的意見進行治療。
· 如果使用者的大腦正常運行，你會發現你有能力改變、修正、調和自己至少一部分突觸結構，方法幾乎只能是透過意志力，也就是意願的確立來達成，其實簡單來說就是你能決定自己的人生。在還沒有確認任何一個擁有高級智慧的外星人之前，智人的大腦就是宇宙中複雜、震撼、美妙的東西。其複雜性使得神經元能夠製造思想、智慧和記憶，並且專為每位使用者量身定制。其震撼性在於，大腦這種生物機器的運算能力和效率仍然遠遠超過世界上的任何機器。後就讓我們一起感受大腦的美妙性吧！

書摘插畫