當「腦控」走進元宇宙空間！從神經元到AI，前進思維的未來：突觸傳遞、運動控制、照相式記憶、腦機介面……由基礎神經科學至類腦智慧的跨越與創新

前言

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。無論是西方還是東方國家，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。西元前4世紀，古希臘時代的先哲認為「思維、情感、智慧皆來自於大腦，大腦參與對環境的感知」。西元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緻的描述，這奠定了「不同腦功能定位於不同的腦迴」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，儘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路以及它們之間的交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，透過腦成像學、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、科學研究和技術的需求，人腦計畫應運而生。自2013年起，美國、歐洲、日本相繼啟動各自大型腦科學計畫，全球參與腦計畫的國家數量不斷增加，它不僅僅是科技發展的訊號，更代表了全球化科學研究資源的整合。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慧，以及搶占國際競爭的最新技術具有重要意義。相信在全球各具特色的腦計畫共同合作下，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，理論很艱深，且直白又枯燥。大學畢業之後，我選擇繼續攻讀碩士和博士學位，在此期間，我接觸了腦電、核磁等大腦訊息解碼技術，了解到大腦的編碼、訊息處理，甚至記憶與情感都可能被量化，想像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」的科學研究領域。經過了近20年的學習與研究、教學與實踐，我越來越深入地了解到腦科學的奇妙之處，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。

我的研究領域所在學科方向為腦科學與神經工程，以腦基礎科學、腦機智慧技術研究為主線，涉及腦機制、腦模擬、腦康復領域的理論研究和儀器裝置研發等工作。本書整理和借鑑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，既可以激發讀者的閱讀興趣，同時還能掌握相關的科學知識。

希望這本書可以讓讀者更加客觀地了解大腦、認識大腦、理解大腦，激發讀者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讀者們。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