給青少年講腦科學（簡體書）

《給青少年講腦科學》整理和借鑒了前人的部分研究成果，北京理工大學閆天翼教授結合多年的研究經驗，主要介紹了大腦研究的發展歷程，大腦的基礎知識，以及腦科學在實際生活中的應用。為了兼顧趣味性和科學性，《給青少年講腦科學》使用了類比手法，將大腦的知識變成了大家在實際生活中的所見所聞，既可以激發青少年的閱讀興趣，同時還能掌握相關的科學知識。

閆天翼，博士，北京理工大學教授，博士生導師，國家高層次青年人才，入選北京市科技新星計劃，現任北京理工大學生命學院副院長、生物醫學工程系主任，在腦機智能與神經工程研究領域有豐富的經驗。主要研究方向為腦機智能與神經科學工程，涉及腦機制、腦模擬、腦康復領域的理論研究和設備研發等工作，推進了腦疾病診治、腦功能增強等技術的轉化應用。承擔多項包括國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金重點項目、北京市科委重大科技專項等科技計劃。發表研究論文100余篇，申請/授權國家發明專利50余項，軟件著作權10余項。牽頭獲得教育部技術發明獎二等獎，中國發明協會發明創業創新獎一等獎，北京市高等教育教學成果二等獎等獎項。

院士推薦，北京理工大學閆天翼教授講給青少年的腦科學入門通識課

這是一本人類大腦的導遊地圖，認識大腦，成就更睿智的自己

人類如何認識大腦，人腦有哪些奧秘，腦機接口的未來什麼樣？書裡都有

從人類開始認識大腦，一直講到腦科學星辰大海的未來。會是元宇宙嗎？

書中圖文並茂，更有北京理工大學實驗室腦科學研究視頻

延伸閱讀：“基礎前沿科學史叢書”包括《給青少年講宇宙科學》《給青少年講物質科學》《給青少年講生命科學》《給青少年講腦科學》《給青少年講量子科學》

歡迎來到大腦的世界！

“大腦是你最重要的器官”——這是由大腦告訴你的。

我們為什麼會認識蘋果？為什麼會知道口渴？是什麼讓我們保持思考和學習？又為什麼我們會有喜、怒、哀、懼、愛、惡這些情緒與情感？各位同學有沒有思考過這些問題呢？

人類從很久之前就開始關注“大腦”了。無論是西方還是中國，起初人們都將心臟視為記憶和思考的器官，這種認知一直到古希臘時代才逐漸改變。公元前4世紀，古希臘時代的先哲認為“思維、情感、智能皆來自於大腦，大腦參與對環境的感知”。1795年，人們才確定人類的思維來自大腦。到了18世紀末，隨著對人體的進一步探索和科技的發展，人類對大腦的大體解剖已經有了較為細致的描述，這奠定了“不同腦功能定位於不同的腦回”的理論基礎，為腦功能定位研究開創了新時代。當時間來到20世紀，科學家發現，盡管特定的大腦區域負責某項獨立的功能，但這些區域組成的網絡以及它們之間的相互作用才是人類表現出整體、綜合行為的原因，即大腦是一個活躍的、動態的系統。進入21世紀以來，腦科學研究呈現大發展的態勢。科學家們以“腦探知、腦保護和腦創造”為目的，通過腦成像學、分子生物學、解剖生理學等研究方法，從已知的宏觀層面進入介觀層面再到微觀層面，認識和了解大腦的結構和功能，進而開發和模擬大腦，實現創造和融合大腦。

腦是人體最複雜的器官，是人體一切行為、思維、決策和感覺的司令部。然而，目前人類對大腦的了解尚處於初級階段。更好地了解大腦的構造和功能，對教育、醫療乃至人類發展意義重大。正是基於那些來自醫療、科研和技術的需求，人類腦計劃應運而生。自2013年起，美國、歐洲、日本相繼啟動各自大型腦科學計劃，全球參與腦計劃的國家數量不斷增加，它不僅僅是科技發展的信號，更代表了全球化科研資源的整合。中國於2021年正式啟動了“腦科學與類腦科學研究”，即“中國腦計劃”，提出了“一體兩翼”戰略，即以研究腦認知的神經原理為“主體”，以研發腦重大疾病診治新手段和腦機智能新技術為“兩翼”。“十三五”規劃提出強化腦與認知等基礎前沿科學研究，將腦科學與類腦研究納入“科技創新2030——重大項目”；“十四五”規劃則明確提出瞄準腦科學等前沿領域。腦科學作為我國一個相對較新的研究方向，目前正處於積極發展階段，此前全球已實施腦計劃的經驗和教訓對我國進行腦計劃也有所幫助。時至今日，理解腦的工作機制，對於重大腦疾病的早期預防、診斷和治療，人腦功能的開發和模擬，創造以數值計算為基礎的類腦智能，以及搶占國際競爭的技術制高點具有重要意義。相信在全球各具特色的腦計劃共同協作下，人類對腦和疾病的認知將不斷深入，並從中尋找到更為廣泛的應用價值。

其實早在20年前讀大學本科期間，我就對心理學非常感興趣，但那時接觸到的書籍更多的是在介紹腦的心理或生理基礎，理論性很強，直白又枯燥。本科畢業之後，我選擇繼續攻讀碩士和博士學位，在此期間，我接觸了腦電、核磁等大腦信息解碼技術，了解到大腦的編碼、信息處理，甚至記憶與情感都可能被量化，想象與夢境都可能被再現……這使我篤定信念，要從事這個被科學界視為“皇冠上的明珠”的科研領域。經過了近20年的學習與研究、教學與實踐，我越來越深入地認識到了腦科學的奇妙之處，也深知腦科學的探索需要幾代人甚至幾十代人共同努力，而我們也終將在不斷進行的腦科學探索中推動人類科學與文明的進步。

面向腦科學的國際研究前沿，國家在腦基礎科學、腦機智能等領域的重大需求，在生物醫學工程、機械工程和計算機科學及其交叉領域，我所在的北京理工大學研究團隊正在進行相關創新性基礎和應用研究，培養領域內高精尖人才。我本人研究方向的所在學術領域是腦機智能與神經工程，以腦基礎科學、腦機智能技術研究為主線，涉及腦機制、腦模擬、腦康復領域的理論研究和儀器設備研發等工作。

在國家大力支持腦科學與類腦研究的背景下，越來越多的研究人員和團隊加入到腦科學研究的浪潮中。本書整理和借鑒了前人的部分研究成果，結合筆者多年的研究經驗，主要介紹了大腦研究的發展歷程，大腦的基礎知識，以及腦科學在實際生活中的應用。為了兼顧趣味性和科學性，本書使用了類比手法，將大腦的知識變成了大家在實際生活中的所見所聞，既可以激發青少年的閱讀興趣，同時還能掌握相關的科學知識。

青少年是祖國的未來，希望這本書可以讓廣大青少年更加客觀地了解大腦、認識大腦、理解大腦，激發青少年對腦科學研究的熱情，新一代的腦科學研究力量可能就來自於各位熱愛腦科學的同學們。最後，由於本人能力有限，難免存在缺點和不足之處，祈望讀者批評指正。祝閱讀和學習愉快！

閆天翼

2022.11

1 腦科學的前世今生 / 1

神經科學的誕生 / 4

走近認知科學 / 11

腦科學的未來 / 20

小結 / 27

2 神奇的大腦 / 29

走進大腦的微觀世界 / 30

大腦的宏觀組成 / 42

大腦的可塑性 / 53

小結 / 61

3 腦認知科學的興起 / 62

大腦的知覺與感覺 / 63

運動控制 / 77

記憶與注意 / 86

小結 / 98

4 “腦機接口”走進我們的生活還有多遠 / 99

腦機接口技術 / 100

醫療領域中的腦機接口 / 105

軍事領域中的腦機接口 / 114

娛樂領域中的腦機接口 / 119

小結 / 125

5 類腦智能發展的人工智能時代 / 126

跨入人工智能時代 / 127

類腦智能與未來 / 137

小結 / 145

結語 / 146

參考文獻 / 148