【限时六折】Buzsáki新书·The brain from inside out | 蒲慕明先生力推·尚春峰主译 |

 

科学好书推荐 vol 19.

研究大脑如何工作，有没有一条正确的道路？沿着经验主义的传统，最常见的策略是实验者呈现刺激并研究其神经反应。这种“自外向内”的方法促进了整整一代大脑研究。但是，这真的是准确的吗？

  

从外向内 

                或是

                         从内向外......

（György Buzsáki）

Buzsáki教授展示了一个图景：大脑作为预测设备，通过行动和对行动后果的检验而与外在环境相互作用。设想我们的大脑最初充满了无意义的模式，如果不从行动引发的相互作用中摄取意义，这些模式就都是胡言乱语。通过与行动产生的后果相匹配，无意义的模式获取了意义。一旦经过了行动和经验的“校准”,大脑就可以脱离感受器和致动器，并可以通过访问自身计算而考察“如果这样会怎样”之类的场景——这种过程称为认知。

 

看看下边这个例子或许能更清晰地了解其中奥秘。

（a）自外向内。呈现刺激（花朵），记录感觉皮层的反应（比如单个神经元的动作电位）。实验人员既了解刺激也知道神经响应，可以在刺激输入和神经活动之间建立起可靠的关系。然而，感觉皮层神经元“看”不到刺激。它们所能接受的只是动作电位——来自其他上游神经元的输入。

 

（b）自内向外。刺激可以通过与其他事物比较获得意义。除了来自视网膜的输入，感觉神经元收到的输入也有的来自运动皮层发起运动的神经元（称为“重传入”信号）。每当运动命令传递到眼球肌肉或手臂，感觉神经元都会得知这种输出（箭头）。通过移动眼球或用手移动花朵，视觉神经元可以得到关于花朵的“独立观点”。这些运动引发的信号是赋予刺激以意义的关键。

 

大脑并不处理信息

而是创造信息

《从内向外解析大脑》解释了为什么我们的大脑不是常被描绘成吸收信息的编码设备，而是相反，是寻求风险的探索者，总是控制着躯体去检验其假设。大脑并不处理信息，而是创造信息。

 

一本脑科学的高级科普书

▲ 《从内向外解析大脑》

●   本书作者Buzsáki教授直面神经生物学的基本目标：发现神经环路组织的原理，深入剖析以知识表征为中心的传统研究策略，提出了从内向外的研究框架。

 

●   作者从神经元的信息解读出发，探讨了神经元集群作为交流单元的作用，指出大脑作为自组织的系统，具备预先存在的环路联结和动态变化，能够产生行动并且通过伴随发放机制检视和预测这些行动的后果。进一步，自组织的神经活动实现内化，大脑从环境中脱离并且操控外部世界在想象中的模型，从而产生认知功能。

 

●   Buzsáki教授的讨论提供了一种极具思考乐趣和参照价值的体系，并为脑启发的人工智能研究提供了新的道路。

 

本书推荐人  蒲慕明教授

中国科学院院士、美国科学院外籍院士，NSR主编

 

脑科学是本世纪最重要的生物科学前沿领域之一，已受到社会大众的普遍关注，市面上也出现了许多脑科学相关的科普书籍。我们可以将科普书籍大致分为两类：绝大多数是一类针对没有科学基础的一般读者，为了吸引读者的兴趣，科学内容总是为了通俗而简化，有时不免失真甚至夸大化；另一类是针对有些科学基础的读者，对科学内容有较深入和准确的描述，能使有兴趣探索科学的读者，甚至外行的科学家对该领域有较深刻的认识。这种“高级”科普类的脑科学书籍在欧美国家已有不少，有些也有中译本出版，如科学出版社几年前出版的《大脑的未来》（The Future of theBrain）一书。Buzsáki撰写的这本《从内向外解析大脑》（The Brain from Inside Out）应属近年来这类高级科普书籍中的佼佼者。我与本书作者Buzsáki有多年的交往。在我认识的众多欧美神经科学家中，他的研究工作有极高的创新性，他对各种事物都有些独特想法，与他聊天可说是没有一刻“无聊的时光（boring moment）”。这也充分反映在他的行文之中。Buzsáki早期的研究常因过于超前而未能及时受到重视，但是近年来他对空间感知和记忆的神经环路机制，以及各种大脑振荡波的功能研究已发挥了引领前沿的作用，几年前他获得了脑科学的一个大奖（格雷特 • 伦德贝克欧洲大脑研究奖），这是他科研成就的体现。作为一位在实验室里极为活跃的科学家，Buzsáki仍愿意花费大量时间为普通读者写作该书，真是值得钦佩。

 

神经科学界有许多杰出的科学家，其中绝大多数从事实验神经科学研究，理论神经科学家一直极少。近年来计算神经科学家逐渐增加，他们基于实验数据建立数学模型，企图理解神经系统运作原理。但严格来说，后者是“模型家（modeler）”而不是“理论家（theorist）”。理论科学的基本要素是“统一性（unification）”，它的框架可以用于描述繁杂多样的自然现象，为这些现象带来统一的理解。达尔文的“物竞天择”演化理论就是一个好的理论生物学范例。为什么物理学和化学都有发达的理论领域，而生物学没有？一个可能的解释是生物学更关注的是“多样性（diversity）”，而不是“统一性”。Buzsáki是实验科学出身，在本书中他提出了一个大脑“自内向外”的理论，可以有效地整合实验结果，同时对理解大脑信息处理的基本模式提出了一个可泛化的框架。对神经科学领域有所涉猎的读者也许会认为，这个理论也许并不完全新颖，已有其他科学家从不同角度、不同说法表述过类似的想法。该书最大的贡献在于清晰明确地表述并彻底地佐证了“自内向外”的概念。神经科学界一般流行的概念认为，大脑的主要工作是感知并处理外来信息，然后做出抉择和反应动作（即“自外向内”）。Buzsáki认为大脑的主要工作是用已有的内在信息产生一些动作，观测并预测这些动作产生的效果（即“自内向外”）——自主动作是产生外来信息的关键因素。把这两种观点放在对立面来讨论也许是突出后一观点的一个策略，但也有助于未来设计更有针对性的实验。对读者来说，作者明确地指出，该书的主要目的不是要描述我们对大脑已有的理解，而是借此书吸引读者对大脑去做更深入的探讨。他尖锐地提出了一些两两对立的概论，也许会吸引读者做进一步思考，例如，大脑是否同时具有两种模式的工作方式？两种模式是否有互补性、协同性和依赖性？在智力形成的过程中，是否有先后偏向性？内在信息的建立（所谓网络的“自组织”）是否也需要“自外向内”的工作模式？事实上，该书还有更基本的一面，就是通过探讨大脑信息处理的工作原理，来说明人们在分析和理解复杂、有高度相互作用的自组织系统时常犯的错误，譬如误判事件之间的因果性。

 

该书的一个特点是作者的博学，引用了许多相关的历史、哲学、数理、文化、宗教等领域的文献和书籍，给有兴趣进一步专研的读者提供一些指向。另一个特点是加入了一些自传性的行文，描述了他探索大脑原理的心路历程。创新思维如何产生是神经科学的未解难题，我们如何能学习产生创新思维？我认为一个有效的途径就是多关注有创新性科学家的心路历程，他们在什么时候、什么环境产生出哪些创新思维？多年来布扎基在前沿神经科学领域做出许多创新的工作，他的创新能力来自何处？该书和他几年前出版的《大脑中的节律》（Rhythm of the Brain）一书中都包含了一些似乎是琐碎的个人故事，但也许就是那些个人经历和故事，塑造了一个有创新思维的科学家。科学家写的科普书籍和传记已有很多，但很少能结合个人科研探索的主观心路历程与客观的科研论述，把亲身参与的重要科学发现和概念形成的来龙去脉仔细说清楚。詹姆斯 • 沃森（James Watson）的《双螺旋》（Double Helix）和弗朗西斯 • 克里克（Francis Crick）的《狂热的追求》（What Mad Pursuit）两本自传，就是好的范例，也是理解创新思维来源的必读书。我希望科学界有更多科学家能像Buzsáki这样，为广大读者提供一些包含个人经历的科学论著，为培育下一代有创新性的科学家做点贡献。

  ——蒲慕明

2022 年 3 月

 

本书主译者 尚春峰教授

尚春峰，2003年本科毕业于中国科学技术大学生命科学学院；2011年博士研究生毕业于中国科学院研究生院（中国科学院神经科学研究所）；现任暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院研究员、深圳市神经科学研究院研究员。主要研究兴趣是应用新型标记和记录方法，解析大脑功能环路结构。多年从事神经科学研究，前期工作涉及神经递质分泌、突触可塑性、视知觉、学习和抉择等基础认知功能的神经环路机制等领域，特别在应用化学、光学成像、纳米材料、高性能计算等新技术，结合神经系统构筑特征以研究环路功能方面有丰富的经验积累，相关工作发表于 Journal of Physiology、Journal of Neuroscience、Science Advances、Journal of the American Chemical Society 等知名学术期刊。

 

译者推荐：
《从内向外解析大脑》这本书带领我们深入思考大脑研究的轨迹，考察神经生物学的基础。Buzsáki教授基于他本人和其他实验室的创新工作，提出了非常有吸引力的大脑“从内向外”理论。他详尽分析了基本的因果性分析，从大脑中单个神经元的信息解读出发，探讨了神经元集群作为交流单元的作用，指出大脑作为自组织的复杂系统，其中预先存在的环路联结能够产生丰富的动态变化和行动输出，这些行动的后果则对环路的自组织动态产生反馈影响。在此基础上的进一步丰富可以产生认知和丰富的社会行为。Buzsáki教授的理论探讨，揭示了传统的“从外向内”研究思路所存在的问题，提供了一种极具参照价值的体系。通过阅读本书，不仅可以领略到这一体系在整合理解当代脑科学研究成果时的魅力，更可以跟随他的探讨，体验前沿科学家的工作思路，体会到醇厚的思维乐趣。

  ——尚春峰

2022 年 8月

 

著  （美）盖伊尔吉 · 布扎基（György Buzsáki）

译  尚春峰,李叶菲,李晟豪    

ISBN 9787030718679 

出版日期 2022年3月

定价 180.00元

开本 B5  

装帧：平装
 

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本书适用于......

 

1 神经科学研究感兴趣的高年级本科生、研究生。

 

2  想要对神经科学有全面了解的研究人员，以及其他背景下的广大读者。

 

来自众多学者的推荐

01
 

这本佳作向读者提出挑战，要求我们深入思考应当如何看待大脑研究中的探索路径。本书的主要观点在于，大脑是个自组织系统，大脑中预先存在的组织是为了发起行动并且评价和预测行动的后果。这和当代神经科学的主流观点是对立的，主流观点认为大脑的存在是为了表征世界、处理信息并决定如何响应。本书采用历史和科学的视角，用非凡的学术性和科学的严谨性展示了这种差别所带来的后果。脑科学与社会的对话正在迅速开展，我很高兴本书加入其中，相信它会出现在正要开展神经科学事业的年轻人的书桌上。

——马库斯·E. 赖希勒（Marcus E. Raichle）医学博士，圣路易斯华盛顿大学马林克罗特（Mallinckrodt）放射学研究所；

艾伦·A. 沃尔夫和依迪丝·L. 沃尔夫（Alan A. & Edith L. Wolff）杰出医学教授

02
 

《从内向外解析大脑》这本书是一段迷人的旅途，杰出的脑科学家带领我们探索当前时代最大的挑战：理解大脑的内在工作。布扎基的看法既是个人的也是我们共有的，他对驱动脑科学走到今天的关键假设和障碍做了详尽的观察。阅读起来十分畅快。

——艾伯特-拉斯洛·巴拉巴西（Albert-Laszlo Barabasi） 理学博士，波士顿东北大学网络科学教授，
著有《巴拉巴西成功定律》（The Formula）一书

03
 

《从内向外解析大脑》这本书中，盖伊尔吉·布扎基向我们展示了神经元活动的动态模式是如何主动生成有用的猜测而非被动表征外在世界的。布扎基是一位大师，他生动地揭示了我们关于大脑的知识，指明了我们还不了解的问题。

——特伦斯·J. 谢诺夫斯基（Terrence J. Sejnowski） 理学博士；

索尔克生物学研究所弗朗西斯·克里克（Franeis Crick）首席教授