脑科学一直是备受关注的范围，在科研进展日新月异的同时，也对有关的科普提出了新的挑战。顾凡及老师期望能写出兼具前沿性和趣味性的科普书，《脑科学故事》正是在这一目的下诞生的。现在，这本书出版了第三版，补充了很多对新问题的解析。常识在不断更新变化，但本书呈现的思辨精神一直如一。这其中的变与不变，值得慢慢品味。

撰文 | 俞洪波（复旦大学生命科学学院教授）

作为顾凡及老师《脑科学的故事》的忠实读者，我在平时讲课中很多引用书中的内容，师生们受益良多。自2011年第一版出版以来，脑科学范围历程了巨大的变革，新思想和新技术层出不穷。近年来的课堂讨论中，学生们也提出了愈加多的新问题。恰逢《脑科学的故事》第三版的出版，顾老师深入浅出地解析了这类前沿问题，这一修订可谓恰逢其时。

2006年，Hinton提出深度学习理论框架；2012年，Google的DeepMind团队成功将它应用于图像辨别，AI（人工智能）在理论和应用上都获得了跨年代的进步。在我写作之际，2024年诺贝尔奖刚刚揭晓，Hinton获得物理学奖，而将深度学习应用于蛋白质结构分析的Hassabis则获得化学奖。社会各界都在积极拥抱AI年代的到来，比如复旦大学在2024年推出了100门人工智能+课程，涵盖了人工智能的基础理论及其在各专业中的应用。作为一位终身从事计算神经科学的学者，顾老师在新版中用通俗易懂的科普语言对人工智能进行了专业且公允的介绍。

在本书的“智能机器的故事”一章中，顾老师引用了“智能”的概念，区别了“技能”和“获得技能的能力”，特别指出后者才是真的的智能，这能够帮助纠正大众媒体中泛人工智能化的倾向。同时，这也缓解了人类对人工智能取代人类的焦虑，引导大家考虑怎么样挖掘人类真的核心的智能，将人工智能视为人类技能库中的最新成员，正如历史上对待文字、计算器和电脑的态度一样。其次，顾老师特别提到，“技能是完成特定任务的能力，虽然能非常复杂，但缺少适应性”。这为固步自封的人和公司敲响了警钟，由于“技能”正是现在人工智能的强项。因此，这是一个最好的年代，也一个最坏的年代：前者适用于锐意进取、灵活应变的群体，他们将拥有强大的人工智能工具；后者适用于抱残守缺、一招鲜吃遍天的群体，他们将逐步被人工智能取代。

对于AI的进步，新版书中介绍了“类脑”和“脑启发”两种方向。前者觉得“人脑是世界上最聪明的系统”，后者则觉得“人脑是进化的产物，进化是个修补匠而非工程师”。因此，前者重视对人脑的仿真，后者则更关注人脑运行中普适规律的应用。现在主流的人工智能算法基本是后者，它们在特定任务上可超越人类。然而，这常常致使大众对人工智能算法的迷信，甚至不再关注人脑的运行机制。对此，顾老师特别指出“深度学习作为脑启发的一个典型实例，启发来自视觉系统中不同层次神经细胞感受野的多重投射”，但“工程师通过技术方法达成了这一点，获得了举世瞩目的收获”。随后的追随者在这一原理框架上进行参数改进并不断突破，却总是忽略甚至轻视其本源。却不知，当算法遇见下一个瓶颈时，答案可能就在生物脑中。

事实上，伴随人工智能算法的不断推进，一个瓶颈渐渐浮现，那就是人工智能算法能耗的指数级增长。包含Open人工智能在内的领先科技公司都意识到了这个问题。解决方法之一是在现有基础上继续投入很多电能，这使得新能源成为关注热门；而另一个选择则是减少达成算法所需的芯片能耗。后一种选择正是本书中“神经形态工程的故事”章节的重点。其依据在于人脑在处置大量数据时的能耗“几乎与冰箱里灯泡相当，大约只有20瓦”。因此，模拟神经元运算模式以大幅减少人工智能算法能耗已成为年代需要。这其中包含怎么样“超越冯·诺依曼构造”，由于“人脑并没离别的中央处置器和存储器，处置和存储都是在当地完成”，这种方法显著降低了两者之间通信带来的能耗。书中介绍了多种并行开发的神经形态芯片，它们各具特点，但“这类系统的一同点是使用脉冲发放神经元作为基本元件，并通过脉冲进行通信”。

从以上推荐的内容可以看出，顾老师对AI的介绍并非简单的事实呈现，而是以一种贯穿一直的思辨精神进行分析。因此，本书并非一本紧跟时尚的再版书。值得关注的是，这种思辨精神贯穿整本书，也是从第一版到第三版一直不变的核心：年代在变化，内容在推陈出新，但思辨精神永远不变。

这种变与不变的特质同样体目前其他章节中。在近年来备受关注的脑机接口技术范围，顾老师进行了很多增订。十多年前的第一版中，他提到脑机接口的主要问题是“怎么样长期安全地将电极植入人脑，并靠谱地测试信号”。近年来，这类主要问题得到了显著改变，顾老师在第三版中进行了详细介绍。在“神经联接企业的故事”一章中，他系统介绍了“柔性多丝电极阵列”怎么样提高安全性和长期性，“联结芯片”怎么样达成无线信号传输与迅速信号解码，与“手术机器人”怎么样在不需要专家团队的状况下，智能化安全地植入很多电极。但需要指出的是，尽管技术已尽量降低创伤，这一技术仍是有创的脑机接口。在“脑血管‘支架’”一章中，顾老师介绍了一种近乎无创的技术，“通过血管将电极阵列送入皮层运动区”，从而“就近监测运动皮层神经元的活动”。2022年，一家澳大利亚初创公司成功将该技术应用于一位渐冻人病人，使其可以发邮件、网上购物和召唤医疗服务。这类激动人心的技术遵循着不变的神经科学原则，因此第一版与第三版之间维持高度一致，但十余年的科技进步则为人类提供了更强大的达成方法，克服了之前的主要技术障碍。

类似的增订在第三版中比比皆是，读此书，品味变与不变，让人感慨万千。《脑科学的故事》从第一版到第三版出版已有13年，顾凡及老师也已年过八旬。然而，他一直笔耕不辍，与时俱进，常识在不断更新变化，而思辨精神却一直如一。这恰恰反映了本书中强调的脑与智能的特征，在AI风起云涌的年代背景下，更看上去弥足珍贵。

2004年退休将来，一直想做一点自己有兴趣、而在上班期间没时间做的事；也期望自己在退休之后还能对社会有点贡献。比较切实可行的是为广大读者，尤其是青少年读者写一些有关脑科学的科普读物。

回忆我之所以走上科学的道路，中学年代读科普书是最大动因，特别是别莱利曼的《趣味物理学》《趣味力学》《趣味天文学》《趣味代数学》《趣味几何学》等既十分有趣，又有硬核科学内容的书使我如痴似醉。所以当我想写科普书时，第一想到的就是期望自己也能写出一本像别莱利曼作品那样的兼具科学性和趣味性，还期望能与时俱进，兼具前沿性的趣味脑科学科普书。这对我是一个全新的挑战。在我的科学生涯中，以往写东西时多只注意科学性，有时适合注意一下可读性，几乎完全没考虑过趣味性。虽有别莱利曼的楷模在前，但怎么样做到这一点，是不是能为一般公众，尤其是年轻人学生写出满足上述所有需要的书，心中并无多少把握。但，正是这种挑战给我带来欢乐。因为我以前在上海科技出版社出版过一本译作，所以当我把这类想法和出版社的同仁谈了之后，承蒙他们的支持，感觉可以一试。如此大家就把这本书的读者群定位在具备中学文化程度以上对脑有兴趣的一般公众，目的是要引起公众，尤其是年轻人学生对脑科学的兴趣，以讲故事的形式向他们介绍脑科学的入门知识。

在目的确定将来，我就把这件事当作科研一样来做，第一是搜集和筛选尽量多的材料，当然标准是科学性、趣味性和前沿性。我很多翻阅了复旦大学本部图书馆里有关脑和心智的藏书，对其中有的书读了又读，并把精彩的地方随时记录下来。我又在网上搜索了六七百位海外科学家的网页和有关脑科学的科普网页，从中找到了不少好材料。我也多次和国内外同行讲到我的这一新目的，得到了他们的鼓励和支持，其中一些朋友还给我介绍了好些有趣的材料。在这类材料的基础上，加上我40多年的工作积累，经过4年多的辛苦，终于搭起了一个架子，写出了一个草稿。对这个草稿我前后修改了8遍，尽管还不非常认可，感觉还需要补充和润色，但也不可以久拖不决，无限时地修改下去，总得有个阶段性的结果。因此终于下决心，在2011年出版了本书的第一版。

令笔者感到欣慰的是，初版出版将来得到了读者的认同，并获得了2015年第十一届上海科普教育革新奖成就奖（图书类）二等奖和2016年上海科技进步奖三等奖。虽然这样，从初版出版至今已经过去了十几年，脑科学又有了很多新的进步，尤其是在脑科学和信息科技的交叉范围（本书的最后一章），这种进步更为飞速，需要更新和补充，甚至近乎重写。另外，由于初版是笔者科普写作的第二本书，无论从对脑科学本身的理解还是写作方法方面都还非常不成熟，因此，在目的不变的大首要条件下，是出版一本修订版的时候了。笔者的这一愿望得到了上海科技出版社包惠芳主任的大力支持。好在这十几年来，笔者一直没停止过学习，与对材料的搜集和阅读，还不至于“愚夫难为无米之炊”；不过反过来讲，材料太多，而全书的篇幅又不可以增加太大，怎么样选择倒成了不大不小的难点。

笔者自问在修订本书时已经尽力而为了，除去重写的部分以外，对全书也前后修改了5遍，不过因为水平所限，肯定还有很多缺点，甚至可能有错误，期望读者不吝指正。

顾凡及

2024年元旦序于复旦大学

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