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作者: [英]马修·科布

内容简介:

我们的感觉和身体活动的指令来自何方,情绪、意识、学习与记忆等认知活动的居所又在哪里?自有文字记载起,人 类对这些问题就从未停止过好奇。漫漫几千年来,我们对这些问题的认识从朴素、粗浅的心灵中心观,走到了精细、深入的脑中心观。脑,这个“已知宇宙中最复杂的物体”,吸引了人类历史上无数最聪颖的头脑去破解它的秘密。

在认识脑工作机制的过程中,人类一直在使用各种隐喻,这些隐喻无一不受技术、时代以及人类当时对脑认知水平的限制,在完成自己的历史使命后会被新的隐喻所取代。在《大脑传》中,作者马修·科布以脑的隐喻为切入点,介绍了人类脑的认识史上一个又一个里程碑以及那些做出伟大发现的科学家。从心智源自心脏的观点到把脑视作机器的机械观,从电与神经活动的关系到神经系统的神经元学说,从神经信号如何表征信息到脑功能的局域化定位与分散式分布之争,从把脑看作一成不变的电路到把脑视作一个具有可塑性的网络,作者历数了人类对脑认识的曲折演进历程,讲述了脑科学研究对计算机、人工智能等领域的诞生和发展产生的深远影响,勾勒出了一部群星闪耀、波澜壮阔的科学史诗。

脑确实是一台机器,我们是如何破解其他机器的玄机的,就应该如何去破解脑的玄机,而不能指望使用别的方法。因此,在探索脑的奥秘时,我们应该把探索其他机器的方法照搬到脑上来。

试读

认识大脑的历程

大脑,这个人体最神秘的器官,数千年来一直是先哲们最痴迷的话题之一。进入21世纪后,脑科学以及与之相关的人工智能和脑机接口技术不仅是当下最前沿的科学领域,也是最有可能彻底改变人类社会未来的科学和技术。那么,数千年来人类对大脑的认识经历了怎样的历程?以前的经验教训又是否能让我们更准确和全面地认识大脑?针对这些话题,马修·科布教授在这本《大脑传》中做了细致的介绍和阐释,这是近年来不可多得的一本脑科学研究史佳作。

在这部巨著里,科布教授讲述了在历史的长河中,从古代先贤到当今的科学家,人类是怎样一步步揭开大脑的神秘面纱的。在此我从一名脑科学研究者的角度出发,简单勾勒一下这本书中描述的历史脉络,并讨论一下脑科学研究发展所面临的挑战。

一、脑科学研究的历史脉络:从上古到今天

沿着本书中的时间线,按照脑科学发现的相对重要程度划分,我认为脑科学研究大致可以分为四个历史阶段:蒙昧时代(16世纪前)、启蒙时代(17到19世纪)、近现代(20世纪),以及当代(21世纪)。

在蒙昧时代,科学家与智者们无法通过观察得知大脑的真正功能。比如,古希腊的亚里士多德认为,心脏才是产生感觉与情绪的器官,大脑看上去远不如时刻跳动的心脏更有活力,不是吗?中国古代的先贤也持类似的观点,所以我们才会有“伤心”“心碎”等描述情绪的词语。单纯根据我们的直观感受,情绪波动的时候心脏的跳动好像确实会发生相应的改变,所以得出这种结论并不奇怪。

公元162年左右,古罗马的盖伦提出了一个有关大脑的惊世骇俗的假说。在动物身上开展了一系列的实验后,他提出大脑——而不是心脏——很有可能才是产生思想的地方。盖伦提出了一个无比玄乎的概念“精气”(pneuma),认为大脑产生的这种看不见摸不着的气体能在神经中流动,进而控制全身的运动。今天来看,这种“精气”的运作方式一定程度上就像一种非常朴素的电传导模型。1543年,两部影响深远的科学巨著出版。一部是尼古拉·哥白尼的《天体运行论》,另一部则是安德烈·维萨里的医学巨著《人体构造论》。在《人体构造论》中,维萨里惟妙惟肖地绘制了大脑的结构并否定了盖伦“精气”的观点。

进入启蒙时代后,先哲笛卡儿经过富有远见的思考,认为盖伦是对的:大脑里确实有可以快速移动的“精气”,这些“精气”控制着人体的运动和各种思考。今天看来,这甚至可以看作是大脑反射弧的一个雏形。但大脑的科学基础究竟是什么呢?17至18世纪最伟大的科学进展是牛顿引领的物理学革命,科学家刚刚开始认识到庞大星球之间的神秘引力。而揭开大脑神秘面纱的,却是对自然界中另外一种力量——电的研究。

到18世纪末,路易吉·伽伐尼、亚历山德罗·伏打等意大利科学家率先揭示了生物体中电的奇妙力量,他们甚至可以利用电让青蛙的肢体收缩。古老的“精气”终于被找到了,那就是生物电。类似于伏打电池这样的发明也让人类开始能够操纵简单的生物电,甚至可以用微弱的电流刺激动物的大脑,观察大脑被刺激后怎样让四肢发生运动。

除了生物电的革命性发现外,许多脑科学教科书与科普书还会提及19世纪的颅相学研究。颅相学的说法现在看上去十分荒诞不经,其主要观点是,既然大脑是控制行为甚至性格和智力的重要器官,那大脑的结构必定会被包裹大脑的头骨所反映,因此如果想知道一个人的性格乃至智力,摸摸脑袋或许就能判断了。

这个启蒙时代的奇谈怪论从未成为学界的主流,但我此处希望谈一谈的是这个学说中涉及的另一个问题:性格与智力是先天决定的还是后天决定的?

据说拿破仑对颅相学嗤之以鼻,是因为他自己的经历:一个人的性格和智力难道不都是后天努力学习与奋斗形成的吗?拿破仑自己出生于一个破落贵族之家,从一名炮兵军官奋斗至法兰西皇帝,这难道不是后天努力的结果吗?怎么可能通过摸摸一个人的头骨就判定出他的人生走向呢?可以想象,在努力改造社会成为社会主流的19世纪后半叶,颅相学很快就被扫进了历史的故纸堆。

其实从科学的角度看,颅相学也并非一无是处。大脑的某种功能由特别的区域来控制,这一观点后来被发现其实是能找到证据支持的。1865年,通过对一系列语言障碍病人的研究,法国医生保罗·布罗卡发现,一旦大脑左额叶的一个区域受损,人的语言功能就会被严重破坏。这个区域后来被以布罗卡的名字命名,称为布罗卡区(Broca’s area),并被证明是大脑中分管语言的区域。

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