探索发现脑科学的新故事:关于心智的故事

适读人群 :广大读者
《脑科学的新故事》“新”在哪里?“新”在有更为人性化的内容。作者不仅跟写作《脑科学的故事》同样,一如既往地通过心智现象揭示脑的科学奥秘,而且更生动地刻画了当事人作为人的思想感情面貌。从这本“新故事”里,我们看到没有四肢感觉的奥基依然为跻身残奥会而拼搏,邓洛普在完全失嗅以后想尽一切办法像正常人那样生活,低智特才的“记忆达人”们别有一番人生况味,而维尔林先生在双侧海马受损后的爱情令人回肠荡气……当然,书里也不乏有关脑与心智的妙趣横生的故事,也许拉马钱德兰有关联觉现象的实验,以及他对幻肢痛患者的行为治疗,足够让你折服于脑科学家的过人机敏;而有关镜像神经元的实验证据,把实验的脑科学与直觉、同感、内心理解这些看似“纯精神”的现象一下子拉近了距离。《脑科学的新故事》与《脑科学的故事》相比,更多体现了脑科学在探求真实人性方面的深入。

内容简介

本书是《脑科学的故事》姐妹篇。《脑科学的故事》曾荣获2015年第十一届上海科普教育创新奖成果奖(图书类)二等奖和2016年上海科技进步奖三等奖。本书则把内容聚焦到了“心智”这个被诺贝尔奖得主坎德尔称为“对21世纪科学的中心挑战”问题上。它沿袭了《脑科学的故事》力求融科学性、趣味性和前沿性为一炉的风格,通过讲故事来介绍感觉、记忆、情绪、注意和意识研究方面的一些新进展。这只是在心智大海岸边搜集起来的几枚闪亮贝壳,以期引起读者的兴趣。本书在内容方面虽不求其全,但是也还保持着适当的系统性,使读者对这些问题的前沿研究有一个基本了解。

作者简介

顾凡及,复旦大学生命科学学院教授,专长于计算神经科学。退休后从事有关脑和心智的科普写作和翻译,作品有《意识的宇宙》 《好玩的大脑》 《脑科学的故事》 《意识探秘》 《脑海探险》等。现为上海市欧美同学会留美分会顾问、伊利诺伊大学校友会上海分会名誉会长、中国生物物理学会名词审定委员会委员。2013年获第4届国际认知神经动力学大会(瑞典)颁发的成就奖。所主译的《意识探秘》于2013年获第26届华东地区科技出版社优秀科技图书二等奖,所编著的《脑海探险》于2015年获第二届世界华人科普图书奖佳作奖,《脑科学的故事》获2015年第十一届上海科普教育创新奖成果奖(图书类)二等奖和2016年上海科技进步奖三等奖。

目录

心灵之窗——感知觉的故事1
1.1喧闹的世界——听觉的故事/2
1.2浑身上下都有的感觉——体感的故事/10
1.3嗅盲和气味——嗅觉的故事/28
1.4从老布什不爱吃西蓝花说起——味觉的故事/37
1.5“看”人说话和“臭豆腐真香”——不同感知觉相互影响的
故事/42
1.6“尖酸”的言辞——联觉的故事/46
参考文献/52
2旧梦重温——记忆的故事54
2.1“白头宫女在,闲坐说玄宗”——长时记忆和记忆痕迹的故事/55
2.2历历在目——记忆达人的故事/61
2.3心智的清扫工——遗忘的故事/75
2.4“永远是今天”——遗忘症患者的故事/79
2.5冤假错案——虚假记忆的故事/84
2.6头脑里的“导航系统”——“位置细胞”和“网格细胞”的故事/93
2.7“似曾游此处,不知何时复如何”——似曾相识感的故事/99
参考文献/102
3喜怒哀乐——情绪的故事104
3.1害怕过桥的女人——恐惧症的故事/104
3.2“三岁看到老”——先天因素对性情影响的故事/111
3.3“无畏”的人——双侧杏仁体受损患者的故事/117
3.4“冷若冰霜”——牟比士综合征患者的故事/121
3.5“当代盖奇”——腹内侧前额叶对理智/决策和情绪/感受
贡献的故事/124
3.6顽固的大法官和心中一片空白的患者——右脑中某些脑区对理智/决策和情绪/感受贡献的故事/134
3.7当认识和感情不一致的时候——卡普格拉综合征、科塔尔综合征和弗雷戈利综合征患者的故事/137
参考文献/141
4“一览有余”——注意的故事142
4.1视而不见——疏忽盲和变化盲的故事/143
4.2“思想开小差”——“心智游移”的故事/149
4.3引开注意力的大师——魔术师的故事/154
4.4“张冠李戴”——由缺乏注意引起的特征错误结合的故事/164
4.5“光束变窄了的聚光灯”——巴林特综合征和忽略症患者的故事/166
参考文献/169
5对科学的最后挑战——意识的故事170
5.1百家纷纭话意识——形形色色有关意识的故事/171
5.2“子非鱼,焉知鱼之乐?”——意识私密性的故事/175
5.3感同身受——同感和镜像神经元的故事/180
5.4海平面下的冰山——下意识的故事/192
5.5谁主沉浮?——自由意志的故事/205
5.6我是谁?——自我的故事/209
5.7有罪还是无罪?——神经法学的故事/224
5.8有意识的“植物人”——新技术为失去行为反应患者的康复带来新希望的故事/232
参考文献/236
结语239

精彩书摘

里根总统枪击案———迟来的剧痛

1981年3月30日,新上任不久的美国总统里根(R.Reagan)在华盛顿希尔顿饭店发表演讲之后,在走出饭店边门向自己的轿车走去时,一位富二代无业游民欣克利(J.Hinckley)为了干出一番使世人震惊的“伟业”以博取好莱坞女星福斯特(J.Foster)的芳心,混在记者群里掏出左轮手枪向里根连开6枪,其中一颗子弹击中里根的胸部。他的贴身保镖慌忙把他塞进车里,在一片混乱之中,他和车里其他人竟然都没有发现他中枪了。只是在身离险境之后,他才开始感到有点不舒服,车里的人都还在讨论,是不是他在上车时被车门撞伤了呢!至于感到剧痛,那是以后的事了。在急救病房里,当他的夫人南希(N.D.Reagan)问他当时发生了什么情况时,里根以惯有的幽默口吻回答说:“亲爱的,我忘记躲开了。”一年之后,在面对哥伦比亚广播公司的采访时,他说道:“以前我只在自己饰演的影片中被‘枪击’过,总会在表演时作痛苦状;现在我才知道,真实情况并非一定如此。”

事实上,在突发事件中受伤的当时不觉得疼痛,只是在以后才痛得不能动弹的,并非只有里根一人。还有一个著名的例子来自一位瑞士少校,他在滑雪时垂直坠入一条冰缝,卡在其中无法脱身,他的一条手臂压在头上,全身无法动弹。尽管如此,当时他一点都没感到疼痛。他抬头向上望去,可以看见同伴正在裂口处向下张望,于是他喊着告诉他们,除了不能动以外一切都好。同伴们把一位同伴用绳子吊了下来,在他身上绑了绳子之后终于把他吊上去。同伴们早就用无线电呼叫了一架直升机。25分钟之后,直升机到达,同伴们把他搬上了直升机。到此为止,他都没有感到疼痛,他既为自己的安全脱险而庆幸,也担心由于这次事故所表现出来的粗心大意而影响到晋升。

只是在直升机上安顿下来以后,也就是在事故发生45分钟以后,他才开始感到剧烈的疼痛。这种烧灼一样的剧痛始自左肩,然后延及颈部和胸部。疼痛使他大声呼叫,不得不用急救箱中的吗啡对他注射止痛。飞机到达医院之后,对他进行了检查,发现他左肩脱臼,左锁骨和胸骨骨折,还有多处瘀伤。他经止痛后就昏睡了过去,第二天醒来,左肩依旧剧痛,不能移动也不能触摸,并整天昏昏欲睡。

战场上的伤兵在受伤以后也多半有类似的经历。他们在受伤时多半并不觉得疼痛,疼痛都是后来的事。

从上述案例可以看到,在意外事故中遭遇严重损伤之后,主体的反应分成两个阶段:开始时主体并不感到疼痛,因为此时主体必须集中全部精力应付事故,以求得生存;而在此之后,主体才感到剧痛,阻止受伤部位移动和受到触摸,并且整个机体陷于昏睡之中。这实际上正是机体得以康复的最好策略。

从这一案例中也可看到,与一般人想象的不一样,疼痛不是只有感受器受到刺激,然后直送痛觉中枢这一条直线通路,而是有着复杂相互作用的多通路系统。不仅有上行信号,而且还有从中枢下行的信号,可以增强或者减弱感觉信号的作用。疼痛是一种主观的知觉,下一小节所讲的幻肢痛,更清楚地说明了这个问题。

前言/序言

言心智对“心智(mind)”有很多不同的称呼,如“心灵”,或者干脆“心”,当然也还有别的称呼,如“神智”。现在学术界用得比较多的是“心智”,而比较通俗一点的是“心灵”。我们在本书中对这两种称呼不加区分。的生物学研究在21世纪所处的地位,就相当于基因研究在20世纪所处的地位,这已成为当前科学界的共识。

——坎德尔(E. Kandel)奥地利裔美国神经科学家,2000年诺贝尔生理学或医学奖得主,是当今记忆研究的领军人物。20世纪90年代(也就是所谓“脑的十年”)所取得的有关脑和心智的知识,可能比此前整个心理学和神经科学史上已获得的成绩还要多。

——达马西奥(A. Damasio)葡萄牙裔美国神经科学家,是当今情绪研究的领军人物。2011年拙作《脑科学的故事》出版以来,得到了许多读者的肯定和鼓励,笔者深受鼓舞,同时也有一丝遗憾,就是还有许多有趣的故事未能展开来讲。特别是,从初版问世到现在已经过了6年时间,脑科学又有了许多新进展。2013年和2014年,欧盟和美国分别批准和筹划耗资巨大的两大脑研究计划,尽管人们对这两大计划的具体目标、内容、可行性,以及应该如何组织脑科学研究,尚存在争议,但在是否应该巨款资助脑科学研究这一点上并无歧见关于两大脑计划的内容及争议,可参看笔者近作: 顾凡及《脑海探险——人类怎样认识自己》,上海科学技术出版社,2014。。坎德尔指出:“通过生物学认识人的心智,已经成为21世纪对科学的中心挑战。我们想要认识知觉、学习、记忆、思维、意识以至自由意志的生物学本质。”在上一本书中,虽然也讲到不少关于这方面的内容,特别是和视知觉有关的问题,但是就心智研究的其他内容来说,讲得不够多。该书除视知觉之外,讲得更多的是对脑和神经细胞的基础研究、对脑的可塑性以及对脑的交叉学科的研究。真正讲到视知觉之外心智问题的内容,不足全书1/5,显然和这些心智问题的重要性很不匹配。因此笔者一直有一个愿望,希望能对《脑科学的故事》做一次大规模的修订,但是后来考虑到许多读者已经有了该书的第一版或第二版,于是萌生了重起炉灶另写一本续集的念头,把重点放到视知觉之外的心智研究上,以补不足。

当然,这样一本书在内容上不应该和《脑科学的故事》重复,但是在风格上则应该承袭前书努力融科学性、趣味性和前沿性于一炉,图文并茂的传统。内容不求其全,但是也要适当照顾系统性。这是因为本书并不是一本教科书或者专著,因此有些内容尽管非常重要,但是由于对一般读者来说,可能需要太多的专业知识且不易理解,就只能割爱。本书所讲的故事只是在有关心智研究的汪洋大海的岸边拾取的一些美丽贝壳,只是正餐之前的开胃菜,以引起读者的兴趣。不过在讲一些非常重要的问题(例如有关记忆机制、意识问题等)时,也可能有小部分内容不是很容易理解,那么对这些内容不是很关注的读者也可以跳过不读,这并不会严重影响读者对全书的理解。

笔者提出这一想法之后,得到了上海科学技术出版社的支持,这就是本书的缘起。因此可以说,本书是《脑科学的故事》续篇,后者提供了前者必需的准备知识,而前者则是对后者的补充和扩展,特别是介绍了近年来有关心智问题所取得的新认识。本书名定为《脑科学的新故事》,既强调内容之“新”,又强调和前书的沿袭。

在《脑科学的故事》中,以近一半的篇幅介绍视知觉,因此就可以有足够的篇幅介绍视觉系统的基本知识。该书还用相当篇幅介绍了包括神经细胞、神经脉冲、突触以及脑的大体结构等在内的基本知识,所以如果读者原来对脑科学所知甚少,那么笔者强烈建议你们先去读一下《脑科学的故事》,这些知识对理解本书所讲的内容有很大的帮助。虽然笔者在写作本书时也力求保持相对独立性,使读者尽可能在没有这些准备知识的条件下也还能读得下去,不过在理解的深度上不免要打折扣。关于在该书中没有讲到的有关脑结构的知识,笔者还是采取《脑科学的故事》中的方法,就是在讲到的地方用直观易懂的图解,配以简明扼要的图注,以最少的材料使读者获得最需要的知识。

本书的中心内容是心智,但关于什么是心智现在并没有一个公认的定义。“维基百科”中“心智”条目的第一句话是:“心智就是得以产生意识、知觉、思维、判断和记忆的种种认知功能的总称,这正是人类所固有的特征,但是其他生命形式也可能有这些特性。”笔者想,大概不会有读者不同意上面这段话吧,然而笔者以为这段话并不能算是一个定义,因为它用了同样没有公认定义的概念“认知功能”来说明心智。这正如说心智就是心灵或者内心世界一样,仅仅是换了一种说法而已。这段话所讲的心智的内容如“意识”等,同样没有公认的定义。但是,我们每个人都知道有这些现象存在,也大致同意这种描述,我们就暂时以此作为出发点吧。说到这里,笔者不由得想起,20世纪最伟大的生物学家这是坎德尔对他的评价。克里克(F. Crick)英国籍的美国分子生物学家和神经科学家,因发现DNA的双螺旋结构和破解遗传密码而和沃森(J. Watson)以及威尔金斯(M. Wilkins)共同获得1962年诺贝尔生理学或医学奖。他也是有关意识的自然科学研究的先驱。在做了一个有关意识问题的演讲之后对一位听众提问的回答。那位听众的问题是:“但是,克里克博士,您是在想解决所谓的意识问题啊!不过您连意识的定义都没有,您能不能对您所讲的给出一个清晰的定义呢?”克里克的回答是: 小伙子,在前DNA时代,生物学家从来也不坐在一起说:“在我们研究生命以前,先让我们清楚地给生命一个定义。”我们只是一往无前地去探询生命究竟是什么。毫无疑问,对我们所讲的东西有一个粗略的概念总是好的,不过术语定义之类的问题最好还是留给那些专门做这种事的哲学家们去干。事实上清楚的定义常常来自经验研究。我们现在不再去争辩病毒究竟是不是活的这样一类问题。笔者以为,我们现在对于心智问题也只能采取同样的态度。就本书的具体内容来说,笔者就上面所引用的坎德尔和“维基百科”提到的心智的几个主要方面分章加以介绍,这就是感知觉、记忆、情绪、注意和意识(包括下意识、自我、自由意志等相关问题)。这些内容中的一些,特别是有关意识及其相关的问题,目前尚有很大的争论。笔者在取材上不免带有自己的倾向,在某些问题上还发表了自己的见解,是否真有道理,还希望读者自己思考和判断。

在本书引用的参考文献中,国外的专著,找得到原著的,尽量采用原著,只有当找不到原著或原著是用英语以外的外语出版时,笔者才引用笔者觉得可信或比较可信的中译本。本书在取材中也用了不少《纽约时报》科学版的材料[这是笔者有一次在向江渊声(Nelson Y.S. Kiang)华裔美国神经科学家,哈佛大学和麻省理工学院退休教授。教授请教时,他推荐笔者去阅读的]。如果在某一单篇中只用到了个别例子,那么为了使参考文献不致过于冗长,就不予列出,这是笔者需要向原作者致歉的。

希望喜欢《脑科学的故事》的读者也会喜欢本书。当然笔者知道自己能力有限,能不能够把心智这么一个大故事讲好,只有读者才能判断,笔者期望得到读者的批评指正。同时笔者也要借此机会再次向几十年来帮助和鼓励自己的师友郑竺英教授、寿天德教授、汪云九教授、孙复川教授、梁培基教授、吴思教授、郭爱克教授、唐孝威教授、杨雄里教授、李朝义教授、陈宜张教授、徐科教授、梅镇彤教授、路长林教授、梅岩艾教授、俞洪波教授、童勤业教授、李光教授、曹建庭教授、高上凯教授、齐翔林教授、林凤生教授、弗里曼(W. Freeman)教授、江渊声教授、凌瀚思(H. Liljenstrm)这是笔者为他起的中文名,并告诉他这个中文名字字面上的意义“飞越浩瀚的思想”。他很高兴以此作为他的中文名。教授等致以谢意,特别是寿天德教授、梁培基教授、孙复川教授和郭爱克教授还在百忙之中审阅了本书的初稿,并提出了修改意见。笔者也要感谢中国神经科学学会、中国生物物理学会、上海神经科学学会和上海生物物理学会的领导与同事们对笔者从事科普编著和翻译的一贯支持,当然也要向一贯支持我写作的上海科学技术出版社表示由衷的感谢。

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