人人都该懂的脑科学（脑科学入门）

脑科学研究的历史进程

脑没有活动的部分：它不像心脏、肺或肠道那样能跳动、膨胀或收缩；也无法像肾脏能制造尿液、肝脏能分泌胆汁、脾能产生淋巴液那样产生任何物质；与皮肤或者骨骼也不同，脑没有显而易见的作用。但是，我们现在认为脑负责思想、情绪和自由意志。我们是怎样得出这种结论的？关于这一点，人们以前的看法又是怎样的？要回答这些问题，我们必须回溯历史，然后一步步从推理到结论，再到当下。进行这项任务之前，有三点注意事项。

第一，尽管关于思想和情绪的观点可以追溯到最早有记录的文明，但我们对这些早期观点的认识建立在考古证据的基础之上，因此十分零碎。第二，医学研究史主要倚重来自西方的历史文献，所以我们不可避免地主要介绍这方面的观点。第三，在过去，人们对待动物和人体实验的态度与现在非常不同，因而书中描述的一些实验可能会让人感到不悦，甚至在今天几乎不可能被允许开展，特此说明。

古希腊思想家对脑的认识及其遗产

永远不要相信任何能够独立思考的东西，除非你看清了它把头脑藏在什么地方。

——《哈利·波特与密室》

关于“脑是所有器官中最基本的器官”这一简单的观点，现在听起来可能相当浅显，但这一看似浅显的设想，是建立在过去200 年所获知识的基础之上的。在希腊哲学家之前，心脏被广泛认为是智力所在。古埃及学者希罗多德（Herodotus）在写木乃伊化（mummification）时记录到，当时人们在为心脏、肺、肝脏、胃和肠等器官做准备工作时异常谨慎，脑则被草草地从颅骨中挖出来。古埃及人把进出心脏的大量可观察到的连接作为心脏重要性的证据，同理，脑似乎就没有多么重要了。然而，也是在同一时期，有关脑的真实功能的第一篇文献的观点被古希腊人记录了下来。

这一时期，三位重要的哲学家主导着有关思想和情绪的观点，其中只有两位认为脑很重要。“医学之父”希波克拉底（Hippocrates）在《论圣病》（On the Sacred Disease）一书中写道：

人们应该知道，快乐、愉悦、欢笑、嘲笑，以及悲哀、痛苦、悲伤和眼泪……都是从人脑中产生的，而且只能从脑中产生。它同样也会让我们发疯或者神志不清，让我们无论昼夜都会感到恐惧与害怕，并让我们失眠、犯不该犯的错误、心不在焉、漫无目的地焦虑，以及产生一些违反习惯的行为。

希波克拉底还指出了脑回路的一个基本特性：一侧脑受损会导致对侧的身体缺陷。

哲学家柏拉图提出“生命原则”（vital principle）存在于脑中，它与脊髓共同负责控制“生命力”（vital force）。我们不妨引用他作品中的一段话：“复制一个圆球，将它比作宇宙，他们（上帝）将两个神圣的东西（眼睛）放在这个圆球中——如今我们称之为头，头是人体最神圣的部分并控制着其他所有的部分。”

然而，亚里士多德认为，脑的功能是“冷却心脏”，不过，他也曾认为脑这一“冷却装置”可能与智力有关。他的“心脏中心说”是基于自己的观察，他发现在胚胎中，心脏是首个发育的器官，且温度更高。于是认为这是器官参与生命过程的直接测量标准。他还注意到，鸡在头被砍掉后还能四处奔跑，这进一步证明，行动需要的是心脏，而不是脑。

多年来，一大批古希腊医学家逐渐将我们引向了“脑中心”的观点上。起初，斯特拉图（Strato）将柏拉图对“生命原则”最初的定位限定到了两眉之间的额部。后来，色诺克拉底（Xenocrates）则将定位限定在头顶。随后，赫罗菲拉斯（Herophilus）对人体进行了全面的解剖，意识到脑（尤其是脑的基部）是神经系统的中枢，他甚至注意到了负责感觉的神经与负责运动的神经之间的差异。此外，他还发现了脑内的液体腔，即脑室，这为后来关于脑功能的“脑室定位学说”奠定了基础。

最后，内科医生埃拉西斯特拉图斯（Erasistratus）提出，与其他动物相比，人类的智力高可能是由于人脑中拥有更多的褶皱。然而，尽管更多“脑中心”的观点已经开始发展，但亚里士多德关于脑只是一个美化的“空调机”的观点则一直持续到中世纪。

从公元3 世纪开始，一位解剖学家主导了所有的思想，他就是希腊医生兼哲学家盖仑（Galen）。在当时，所有医学院都会将他提出的解剖学概念教授给学生。他提出的“精神生理学”的概念描述了一种被称为“灵魂”（pneuma）的生命力，它与血液混合，传播到脑，然后被赋予“动物精神”。这种“动物精神”会控制脑、神经和思维。“动物精神”被存储在脑室中，通过空心的神经传递来产生运动和感觉。公元4 世纪的神学家、主教尼梅修斯（Nemesius）在他关于人的本质的著作中进一步阐述了这种观点，并提出了所谓的“脑室定位学说”：想象、智力和记忆的关键要素都位于脑室。

一千多年之后的1543 年，文艺复兴时期的解剖学家安德烈·维萨里（Andreas Vesalius）在解剖人体尸体的基础上，撰写了一份详尽的解剖学图册。这份图册挑战了盖仑的观点，并从此彻底改变了西方教授解剖学的方式。这份图册被称为《人体构造》（De Humanis Corpora Fabrica），描述了人脑的5 个脑室。

维萨里还把三种灵魂赋予人类，并认为脑包含“主要灵魂，即动物精神总和，其功能无疑是精神层面的”。他也是第一个发现脑灰质和白质之间存在区别的人。他指出，围绕脑主体的薄薄的、呈灰色的物质（皮质），与脑组织呈现白色的部分不同，正如我们如今所知，其外观是由包裹神经纤维的绝缘层所致。

[英]阿马尔·阿尔查拉比（Ammar Al-Chalabi）

● 伦敦国王学院医院的神经学名誉顾问，伦敦国王学院精神病学研究所高级讲师。

[英]马丁·特纳（Martin R.Turner）

● 牛津大学约翰·拉德克利夫医院的神经学注册医师，牛津大学格林学院的临床导师。

[英]沙恩·德拉蒙特（R. Shane Delamont）

● 伦敦国王学院医院的神经学家专家顾问。

三位作者都有教授神经科学的丰富经验，而且他们的专业领域涵盖了当代脑科学研究的所有主要领域。

● 人类对脑的认识经历了怎样的发展？

为什么说神经系统的发展反映了人类进化的历程？

为什么说人的行为和反应倾向都是被预设好的？

为什么天生失明的人也能对事情做出恰当的表情？

为什么有人试图用量子物理学来解释意识？

为什么人在生病的时候更难以忍受疼痛？

为什么很多盲人能够以视力正常的人的速度工作？

为什么说语言是人类独有的技能？

为什么说边缘系统使人类从所有动物中脱颖而出？

……

● 我们的所有行为以及所思所想都是在脑的控制下产生的，脑就是理解人类行为的一把钥匙。从早期的颅相学用颅骨的隆起来评价他人，到如今的脑成像技术能够清楚地看到脑的各个部分；从还是一个胚胎时的渺小，到发展出脑复杂的世界；从意识、记忆、情绪、睡眠、运动、感觉等方面，到对永生的追求与推测，本书涵盖了有关脑科学的方方面面，用简单有趣的语言为你呈现了整个宏大的脑内宇宙。可以说，本书是一本jue佳的脑科学入门书。

● 本书是湛庐文化重磅推出的“新核心素养”系列图书之一。“新核心素养”系列致力于推广通识阅读，扩展读者知识广度，培养批判性思考的能力，涵盖哲学、心理学、法律、艺术、物理学、生物科技等诸多人文科学和自然科学领域的读本。

前言    简单有趣的脑科学之旅

引言    为什么我们需要脑

第一部分  初始脑

01   脑科学研究的历史进程

02   脑的进化：脑是如何形成的

03  脑功能的基础：神经元

第二部分  从一个细胞发展成脑

04  脑的发育：神经系统的生长

05  脑的解剖结构：理解这个宏伟的设计

06  脑的支撑结构：脑生存所需的物质

第三部分  像“成年人”一样使用脑

07  学习“做人”：行为和推理能力的发展

08  意识：人之存在的终极奥秘

09  记忆：过去存在的意义

10   睡眠：脑的就寝时间

11  运动系统：所有动作和行为的基础

12   感觉系统：感受自我与世界的途径

13   视空间系统：看见光明与色彩

14   语言、听觉和音乐：理解声音的意义

15   情绪和边缘系统：人之所以为人的重要原因

16   脑研究技术的发展：发现并诊断各种疾病

17   衰老与死亡：长生不老的科学密码

结语

附录  脑部及神经系统的相关数据

参考资料

致谢

译者后记