科學好書推薦 vol 19.

研究大腦如何工作，有沒有一條正確的道路？沿著經驗主義的傳統，最常見的策略是實驗者呈現刺激并研究其神經反應。這種“自外向內”的方法促進了整整一代大腦研究。但是，這真的是準確的嗎？

從外向內

或是

從內向外......

（Gy?rgy Buzsáki）

Buzsáki教授展示了一個圖景：大腦作為預測設備，通過行動和對行動后果的檢驗而與外在環境相互作用。設想我們的大腦最初充滿了無意義的模式，如果不從行動引發的相互作用中攝取意義，這些模式就都是胡言亂語。通過與行動產生的后果相匹配，無意義的模式獲取了意義。一旦經過了行動和經驗的“校準”,大腦就可以脫離感受器和致動器，并可以通過訪問自身計算而考察“如果這樣會怎樣”之類的場景——這種過程稱為認知。

看看下邊這個例子或許能更清晰地了解其中奧秘。

（a）自外向內。呈現刺激（花朵），記錄感覺皮層的反應（比如單個神經元的動作電位）。實驗人員既了解刺激也知道神經響應，可以在刺激輸入和神經活動之間建立起可靠的關系。然而，感覺皮層神經元“看”不到刺激。它們所能接受的只是動作電位——來自其他上游神經元的輸入。

（b）自內向外。刺激可以通過與其他事物比較獲得意義。除了來自視網膜的輸入，感覺神經元收到的輸入也有的來自運動皮層發起運動的神經元（稱為“重傳入”信號）。每當運動命令傳遞到眼球肌肉或手臂，感覺神經元都會得知這種輸出（箭頭）。通過移動眼球或用手移動花朵，視覺神經元可以得到關于花朵的“獨立觀點”。這些運動引發的信號是賦予刺激以意義的關鍵。

大腦并不處理信息

而是創造信息

《從內向外解析大腦》解釋了為什么我們的大腦不是常被描繪成吸收信息的編碼設備，而是相反，是尋求風險的探索者，總是控制著軀體去檢驗其假設。大腦并不處理信息，而是創造信息。

一本腦科學的高級科普書

▲ 《從內向外解析大腦》

● 本書作者Buzsáki教授直面神經生物學的基本目標：發現神經環路組織的原理，深入剖析以知識表征為中心的傳統研究策略，提出了從內向外的研究框架。

● 作者從神經元的信息解讀出發，探討了神經元集群作為交流單元的作用，指出大腦作為自組織的系統，具備預先存在的環路聯結和動態變化，能夠產生行動并且通過伴隨發放機制檢視和預測這些行動的后果。進一步，自組織的神經活動實現內化，大腦從環境中脫離并且操控外部世界在想象中的模型，從而產生認知功能。

● Buzsáki教授的討論提供了一種極具思考樂趣和參照價值的體系，并為腦啟發的人工智能研究提供了新的道路。

本書推薦人 蒲慕明教授

中國科學院院士、美國科學院外籍院士，NSR主編

腦科學是本世紀最重要的生物科學前沿領域之一，已受到社會大眾的普遍關注，市面上也出現了許多腦科學相關的科普書籍。我們可以將科普書籍大致分為兩類：絕大多數是一類針對沒有科學基礎的一般讀者，為了吸引讀者的興趣，科學內容總是為了通俗而簡化，有時不免失真甚至夸大化；另一類是針對有些科學基礎的讀者，對科學內容有較深入和準確的描述，能使有興趣探索科學的讀者，甚至外行的科學家對該領域有較深刻的認識。這種“高級”科普類的腦科學書籍在歐美國家已有不少，有些也有中譯本出版，如科學出版社幾年前出版的《大腦的未來》（The Future of theBrain）一書。Buzsáki撰寫的這本《從內向外解析大腦》（The Brain from Inside Out）應屬近年來這類高級科普書籍中的佼佼者。我與本書作者Buzsáki有多年的交往。在我認識的眾多歐美神經科學家中，他的研究工作有極高的創新性，他對各種事物都有些獨特想法，與他聊天可說是沒有一刻“無聊的時光（boring moment）”。這也充分反映在他的行文之中。Buzsáki早期的研究常因過于超前而未能及時受到重視，但是近年來他對空間感知和記憶的神經環路機制，以及各種大腦振蕩波的功能研究已發揮了引領前沿的作用，幾年前他獲得了腦科學的一個大獎（格雷特 ? 倫德貝克歐洲大腦研究獎），這是他科研成就的體現。作為一位在實驗室里極為活躍的科學家，Buzsáki仍愿意花費大量時間為普通讀者寫作該書，真是值得欽佩。

神經科學界有許多杰出的科學家，其中絕大多數從事實驗神經科學研究，理論神經科學家一直極少。近年來計算神經科學家逐漸增加，他們基于實驗數據建立數學模型，企圖理解神經系統運作原理。但嚴格來說，后者是“模型家（modeler）”而不是“理論家（theorist）”。理論科學的基本要素是“統一性（unification）”，它的框架可以用于描述繁雜多樣的自然現象，為這些現象帶來統一的理解。達爾文的“物競天擇”演化理論就是一個好的理論生物學范例。為什么物理學和化學都有發達的理論領域，而生物學沒有？一個可能的解釋是生物學更關注的是“多樣性（diversity）”，而不是“統一性”。Buzsáki是實驗科學出身，在本書中他提出了一個大腦“自內向外”的理論，可以有效地整合實驗結果，同時對理解大腦信息處理的基本模式提出了一個可泛化的框架。對神經科學領域有所涉獵的讀者也許會認為，這個理論也許并不完全新穎，已有其他科學家從不同角度、不同說法表述過類似的想法。該書最大的貢獻在于清晰明確地表述并徹底地佐證了“自內向外”的概念。神經科學界一般流行的概念認為，大腦的主要工作是感知并處理外來信息，然后做出抉擇和反應動作（即“自外向內”）。Buzsáki認為大腦的主要工作是用已有的內在信息產生一些動作，觀測并預測這些動作產生的效果（即“自內向外”）——自主動作是產生外來信息的關鍵因素。把這兩種觀點放在對立面來討論也許是突出后一觀點的一個策略，但也有助于未來設計更有針對性的實驗。對讀者來說，作者明確地指出，該書的主要目的不是要描述我們對大腦已有的理解，而是借此書吸引讀者對大腦去做更深入的探討。他尖銳地提出了一些兩兩對立的概論，也許會吸引讀者做進一步思考，例如，大腦是否同時具有兩種模式的工作方式？兩種模式是否有互補性、協同性和依賴性？在智力形成的過程中，是否有先后偏向性？內在信息的建立（所謂網絡的“自組織”）是否也需要“自外向內”的工作模式？事實上，該書還有更基本的一面，就是通過探討大腦信息處理的工作原理，來說明人們在分析和理解復雜、有高度相互作用的自組織系統時常犯的錯誤，譬如誤判事件之間的因果性。

該書的一個特點是作者的博學，引用了許多相關的歷史、哲學、數理、文化、宗教等領域的文獻和書籍，給有興趣進一步專研的讀者提供一些指向。另一個特點是加入了一些自傳性的行文，描述了他探索大腦原理的心路歷程。創新思維如何產生是神經科學的未解難題，我們如何能學習產生創新思維？我認為一個有效的途徑就是多關注有創新性科學家的心路歷程，他們在什么時候、什么環境產生出哪些創新思維？多年來布扎基在前沿神經科學領域做出許多創新的工作，他的創新能力來自何處？該書和他幾年前出版的《大腦中的節律》（Rhythm of the Brain）一書中都包含了一些似乎是瑣碎的個人故事，但也許就是那些個人經歷和故事，塑造了一個有創新思維的科學家?？茖W家寫的科普書籍和傳記已有很多，但很少能結合個人科研探索的主觀心路歷程與客觀的科研論述，把親身參與的重要科學發現和概念形成的來龍去脈仔細說清楚。詹姆斯 ? 沃森（James Watson）的《雙螺旋》（Double Helix）和弗朗西斯 ? 克里克（Francis Crick）的《狂熱的追求》（What Mad Pursuit）兩本自傳，就是好的范例，也是理解創新思維來源的必讀書。我希望科學界有更多科學家能像Buzsáki這樣，為廣大讀者提供一些包含個人經歷的科學論著，為培育下一代有創新性的科學家做點貢獻。

——蒲慕明

2022 年 3 月

本書主譯者 尚春峰教授

尚春峰，2003年本科畢業于中國科學技術大學生命科學學院；2011年博士研究生畢業于中國科學院研究生院（中國科學院神經科學研究所）；現任暨南大學粵港澳中樞神經再生研究院研究員、深圳市神經科學研究院研究員。主要研究興趣是應用新型標記和記錄方法，解析大腦功能環路結構。多年從事神經科學研究，前期工作涉及神經遞質分泌、突觸可塑性、視知覺、學習和抉擇等基礎認知功能的神經環路機制等領域，特別在應用化學、光學成像、納米材料、高性能計算等新技術，結合神經系統構筑特征以研究環路功能方面有豐富的經驗積累，相關工作發表于 Journal of Physiology、Journal of Neuroscience、Science Advances、Journal of the American Chemical Society 等知名學術期刊。

譯者推薦：
《從內向外解析大腦》這本書帶領我們深入思考大腦研究的軌跡，考察神經生物學的基礎。Buzsáki教授基于他本人和其他實驗室的創新工作，提出了非常有吸引力的大腦“從內向外”理論。他詳盡分析了基本的因果性分析，從大腦中單個神經元的信息解讀出發，探討了神經元集群作為交流單元的作用，指出大腦作為自組織的復雜系統，其中預先存在的環路聯結能夠產生豐富的動態變化和行動輸出，這些行動的后果則對環路的自組織動態產生反饋影響。在此基礎上的進一步豐富可以產生認知和豐富的社會行為。Buzsáki教授的理論探討，揭示了傳統的“從外向內”研究思路所存在的問題，提供了一種極具參照價值的體系。通過閱讀本書，不僅可以領略到這一體系在整合理解當代腦科學研究成果時的魅力，更可以跟隨他的探討，體驗前沿科學家的工作思路，體會到醇厚的思維樂趣。

——尚春峰

2022 年 8月

著 （美）蓋伊爾吉 · 布扎基（Gy?rgy Buzsáki）

譯 尚春峰,李葉菲,李晟豪

ISBN 9787030718679

出版日期 2022年3月

定價 180.00元

開本 B5

裝幀：平裝

底價來襲/ 六折優惠

此次，和元生物聯合科學出版社，共同為廣大神經科學研究者和腦科學愛好者帶來限時福利，我們將在接下來的一個月內，特申請到全網低價六折優惠；

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同時，同為蒲先生重點推薦、尚春峰教授主譯的《大腦的未來-神經科學的愿景與隱憂》也參與此次福利活動，歡迎掃下方二維碼下單，一起更好地理解“最后的前沿”科學。

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本書適用于......

1 神經科學研究感興趣的高年級本科生、研究生。

2 想要對神經科學有全面了解的研究人員，以及其他背景下的廣大讀者。

來自眾多學者的推薦

01

這本佳作向讀者提出挑戰，要求我們深入思考應當如何看待大腦研究中的探索路徑。本書的主要觀點在于，大腦是個自組織系統，大腦中預先存在的組織是為了發起行動并且評價和預測行動的后果。這和當代神經科學的主流觀點是對立的，主流觀點認為大腦的存在是為了表征世界、處理信息并決定如何響應。本書采用歷史和科學的視角，用非凡的學術性和科學的嚴謹性展示了這種差別所帶來的后果。腦科學與社會的對話正在迅速開展，我很高興本書加入其中，相信它會出現在正要開展神經科學事業的年輕人的書桌上。

——馬庫斯·E. 賴希勒（Marcus E. Raichle）醫學博士，圣路易斯華盛頓大學馬林克羅特（Mallinckrodt）放射學研究所；

艾倫·A. 沃爾夫和依迪絲·L. 沃爾夫（Alan A. & Edith L. Wolff）杰出醫學教授

02

《從內向外解析大腦》這本書是一段迷人的旅途，杰出的腦科學家帶領我們探索當前時代最大的挑戰：理解大腦的內在工作。布扎基的看法既是個人的也是我們共有的，他對驅動腦科學走到今天的關鍵假設和障礙做了詳盡的觀察。閱讀起來十分暢快。

——艾伯特-拉斯洛·巴拉巴西（Albert-Laszlo Barabasi） 理學博士，波士頓東北大學網絡科學教授，
著有《巴拉巴西成功定律》（The Formula）一書

03

《從內向外解析大腦》這本書中，蓋伊爾吉·布扎基向我們展示了神經元活動的動態模式是如何主動生成有用的猜測而非被動表征外在世界的。布扎基是一位大師，他生動地揭示了我們關于大腦的知識，指明了我們還不了解的問題。

——特倫斯·J. 謝諾夫斯基（Terrence J. Sejnowski） 理學博士；

索爾克生物學研究所弗朗西斯·克里克（Franeis Crick）首席教授