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大脑是台时光机

  • 定价: ¥69
  • ISBN:9787111645283
  • 开 本:16开 平装
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  • 出版社:机械工业
  • 页数:242页
  • 作者:(美)迪恩·博南诺...
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  • 2020-05-01 第1版
  • 2020-05-01 第1次印刷
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导语

  

    神经科学家迪恩·博南诺在本书中探究大脑是如何记录时间、了解过去并预测未来的,这本书横跨物理学、心理学和神经科学。几乎没有什么问题比涉及时间的问题更复杂而深刻:哲学家思考时间是什么;物理学家探究时间是否是单向线性的,争论它到底是一个个唯一的点,还是时空的一个维度;神经科学家和心理学家努力去理解大脑“感觉”到的时间流逝究竟意味着什么。时间也是理解自由意志的关键:未来究竟是一种开放的未知,还是早已被过去注定?博南诺认为,大脑是一台时间机器,这是大脑经过进化预装的一种能力,使人能够去捕猎、支配他人、交配以及预测一个动荡变化的世界中将会发生什么,最终有利于生存和繁衍。动物预测未来的能力发展到最高阶段,就是像现代人一样能够掌握时间的概念。

内容提要

  

    没有什么问题比涉及时间的问题更复杂而深刻。
    哲学家们思考时间是什么,它到底是单一的瞬间,还是完整的维度。
    物理学家努力解决为什么时间似乎只朝着一个方向流动,时间旅行是否可行,甚至于,时间是否存在。
    神经科学家和心理学家竭力想要理解“感受”到时间的流逝到底意味着什么。
    时间还是自由意志问题的核心:未来是一条开放的道路,还是已由过去注定?
    人解答时间相关问题的能力,受制于人类大脑的结构和局限性。
    大脑是一台时间机器,这是大脑经过漫长进化预装的一种能力,这台机器不光能判断时间,预测未来,还能让我们在精神上将自己投射到未来,称为精神时间旅行,这是人类具有的独特能力。
    无论是记忆、生物时间节律、第六感,还是时间的空间化、精神时间旅行、意识,当中的任何一个概念和大脑对时间的感知结合起来,都会产生引人不断探索的无穷吸引力。
    这是一部关于时间感知超级酷炫且深刻的脑洞大开之作,横跨神经科学、心理学、哲学、数学、物理、生物等诸多交叉领域,打开你对世界的崭新认知!

媒体推荐

    能判断和存储时间体验的神经元与细胞,又称时间细胞, 能做的事情远远不止判断时间。时间细胞组成了一台在你体内运转的“全栈时光机”,不仅能把时间同你所在的空间关联,也能带你回忆,让你思考未来。这本书可不只是一本时光机说明手册(虽然这听起来足够有趣了),更是一趟路线 新奇有趣的时光机体验。
    ——汉那,“神经现实”译者与播客主理人之一
    康德在200多年前就做出了对时间的描述:“时间无非是内感官的形式,是对我们自己和我们内部状态进行表象的形式。”时间究竟是物理世界的客观存在,还是头脑为了适应自然而产生的流逝幻象?作者告诉我们,钟表记录下来的遵循固定节奏的时间和头脑记录的主观时间,无论从记录载体来看,还是从记录方式来看,都不是一回事。如果说我们头脑中的“时间”概念,本质只是对事物发生顺序的标记,是对刺激变化的描述,那么我们又何以知道,这个世界上真的有时间这回事呢?
    ——姚乃琳博士,“酷炫脑”创始人,微博大V“酷炫脑科学”博主,耶鲁精神医学博士后
    提起时间,很多人会理所当然地将它等同于“小时、分钟、秒”。恐怕没有多少人思考过:时间是否可能并不是一个客观存在,而是存在于我们大脑中的主观概念呢?事实上,时间是一个极其复杂的话题,人类历史上最伟大的哲学家、科学家一直在探究这个问题的答案。迪恩·博南诺以通俗易懂的语言、生动活泼的案例,探讨了时间与哲学、神经科学、心理学、历史等众多学科的关系,相信可以给你带来不少启发和思考。
    ——孙思远,远读重洋创始人
    和哆啦A梦一起坐着“时光机”,穿越到过去和未来,恐怕是许多人的梦想之一。但少有人知道,我们的身体里其实就藏着一台“时光机”——大脑,我们每天都要乘着它,在生命时间和精神时间中往来穿梭。大脑如何感知并记录时间的流逝?如何调节和控制生命活动?又如何把过去的岁月封存、提炼,让我们去预测和创造未来?这本书从神经科学和心理学的角度,为我们提供了一个重新认识和审视时间的机会。
    ——屈艳,国家天文台助理研究员,巴黎天文台天文学博士
    《大脑是台时光机》是我读过的最刺激的一本科普书。它通过延展细微日常,揭示大脑与时间的玄妙,让人惊奇不断,又平易近人,犹如一本科幻大师创作的科幻小说。
    ——姚海军,《科幻世界》杂志社副总编辑
    过去、现在和未来有什么区别,它们都是真实存在的吗?时间旅行是否可行?人类能够洞穿时间,一眼就看见过去、现在和未来吗?在这本新奇有趣的书里,你也许能够触碰到关于时间你未曾想象过的概念和理论,窥视到遥远的未来。“混沌”效应告诉我们,系统状态的微小变化,有可能导致未来结果的重大差异。打开这本书,或许就会成为你未来改变的一个差异点。
    ——姬少亭,未来事务管理局 创始人、CEO
    时间既是客观存在的科学现象,又受制于人的主观感知,它是众多科幻小说探讨的概念内核,也是古往今来科学家们孜孜探索的神秘领域,更与每个人的日常生活息息相关。这本书中有关大脑对时间的感知的探讨,揭开了这个迷人概念背后华丽的科学帷幕,像是一场科学未解之谜风暴的风眼,事关意识、自由意志、相对论、神经科学、心理学和时间本质……准备好了,就来开启你的“脑洞大开”之旅吧。
    ——孙悦,未来科幻大师奖、赛凡科幻空间创始人之一

目录

导读
致谢
第一部分  大脑时间
  1:00时间的风味
  发现时间
  时间和神经科学
  现在论与永恒论
  多元时间
  2:00最棒的时光机
  大脑是台时光机
  把时间当成老师
  时间的方向和误导
  突触因果
  判断跨越尺度的时间
  3:00日与夜
  隔离实验
  视交叉上核
  判断时间的细胞
  第一台时钟
  生物钟力学
  时差反应
  和时钟做斗争
  多时钟原则
  4:00第六感
  前瞻和回顾计时
  时间的压缩和膨胀
  时辰药理学
  慢动作效应的原因
  在大脑中压缩时间
  5:00时间模式
  好玩的时机
  妈妈语
  摩尔斯电码
  学习判断时间
  跟上节拍
  唱歌的鸟儿
  时间的神经解剖学
  6:00时间、神经动力学和混沌
  超周期和周期内计时
  涟漪
  短期突触可塑性
  状态依赖网络
  群体时钟
  事件特异性时钟
  大脑动力学
  混沌
第二部分  时间的物理和心理性质
  7:00计时
  神经元与核武器扩散
  日历
  第一台时钟
  摆钟
  石英和铯
  贩卖时间
  8:00时间:这到底是什么
  重访现在论和永恒论
  时间,谁需要它
  对当下的无所谓
  时间顽固的箭头
  双向箭头
  9:00物理学中时间的空间化
  狭义相对论
  同时性的丧失
  时空
  我们能调和关于时间的物理学和神经科学吗
  块体宇宙与神经科学相容吗
  10:00神经科学中的时间空间化
  儿童和时间
  空间、时间和语言
  星期三
  卡帕
  是时钟还是记忆
  物理和神经科学中的相对性
  11:00精神时间旅行
  重访与预访
  动物的精神时间旅行
  生活在当下
  向未来发送消息
  时间短视
  大脑当中的精神时间旅行
  12:00意识:过去和未来的结合
  时间碎片
  重新校准时间
  意识的相关性
  时间和自由意志
  人类可以预测吗
  罪与罚
注释

前言

  

    让我们假设所有音乐播放器和流媒体的引擎都出现一个问题:每首曲子的时间线都坍塌了,每个音符、每句歌词都拥挤在一个节拍里播放完毕。你还有可能享受音乐吗?音乐是一种基于线性时间的艺术,剥离时间,它的编排会立刻失去意义。
    你看电影时是否有使用倍速的习惯?假设影像里的人物角色的行动都陡然加速到1.5倍,上下嘴唇快速翻动,全然不是自然的人类状态。即使他们连环炮一般地吐出台词,字与字连成一片,你也依然能轻易听懂。这是由于我们的大脑很擅长把大块的句子分块、切片,我们捕捉句子间细微的间断,以准确理解整句话。如果你尝试过2倍速,就会发现虽然略微费点劲,但你仍旧可以适应。3倍或以上呢?大部分视频网站就不再支持了。
    理解话语和欣赏音乐有一个共同点:两项任务都需要有一条人脑能充分体验的时间线。一个运行良好的神经系统能保证人在秒的尺度上分出时间间隔,学会正确地为粘连的信息“下刀”。
    记忆也是使人得以理解和运用时间的重要功能。
    你或许听说过一类被称为“顺行性遗忘症”的失忆症,患者保留了患病以前的记忆,但不能再形成新的记忆。顺行性遗忘症患者亨利 ? 莫莱森(Henry Molaison,下文称 H?M)在一次颞叶切除手术后永远活在了1953年:他无法记住新的总统是谁,不记得之后的几十年里与他天天见面的医生,也不能在镜子里认出老去的自己。他的记忆保质期是20秒,如此短的记忆时间在脑科学史上也是孤例。换句话说,他失去了感受分钟的能力。
    那么世上是否有患者连秒级的时间也无法感受呢?目前尚未有这样的患者记录在案。即使是H?M也能区分秒级的间隔,能进行基本的对话。而这种区分时间的能力能让他进行更复杂但不自知的任务学习。实验人员曾让H?M每天练习做一个小任务,即看着镜像,在纸上描摹一个指定的五角星图案。实验人员每天都重复一遍任务要求。无法储存记忆的H?M每天都欣然接受这个“崭新”的任务,从不记得做过这样的练习。但随着实验进行,H?M竟越发进步,完成任务所需的时间越来越短——他健忘的大脑中的某处仍然能储存对这项任务的工作记忆(working memory),而他丝毫不自知。
    我们如此需要理解时间的能力,却很少思考我们是如何感知、记录时间的。神经科学家好奇的正是这一点:究竟是大脑里的哪一块区域在忠实地编码时间?感受时间和感受空间的机制相同吗?作者在书中用了多个比喻来帮你想象这群记录时间的神经元:池塘中的涟漪、夜晚亮着灯的摩天大楼、厨房里煮溏心蛋的计时器……这一策略正对应了人在理解抽象概念时最喜欢的方式:打比方。而在理解时间的概念时,空间正是最好的比方。书中“神经科学中的时间空间化”一章中举了很多准确、生动的例子,让人心服口服。读起来你会频频感到惊奇:平常嘴边用来描述时间的话原来如此忠实地反映了你脑海中对时间的想象。
    大脑能做的远不止记录时间。大脑是一台时光机,它不仅允许你穿梭到过去,还让你“改变”它;它也允许你旅行到尚未确定的多个可能的平行宇宙,为自己的未来做打算。科学家将此称为“精神时间旅行”(mental time travel)。写下每一条to do都涉及至少一次精神时间旅行:“上一次我决定读完一本书是什么时候”是诉诸过去的经验;“今天下午我能赶在任务截止时间之前完成任务吗”是思考未来事情发展的多种可能性;“要是没能完成,我只好祈求宽限几天了”是就未发生的可能性做准备。你不仅能分辨过去和当下,推测未来,还有能力“反事实”地思考过去——我要是早点起床就不会错过这班车了。这种反事实思考(counter-factual thinking)能力让人能够避免再次出现错误、身处险境,以求得生存,而反事实思考能力正依赖于我们大脑中铺陈好的时间线。记录和利用大脑中的时间线是日常决策的基础,也是人类文明的基石。
    当然,时间不仅仅是神经科学家试图理解的概念。物理学家探究时间的本质,相对论刷新了人们的时空观;历史学家探究和比较各地区的历法和编年;哲学家对时间的本体感到头疼,试图反思时间与存在的复杂关系;社会学家对工业时代以后的人们把时间看作劳动单位和商品尤其感兴趣。他们在各自的学科范畴得出的结论往往互不相容,甚至曾经引发大论战——爱因斯坦发表相对论后,他同哲学家柏格森的世纪之辩至两人离世也没有尘埃落定。在“时间:这到底是什么”一章中,作者毫不吝啬地花大量篇幅向你展示了时间的多个侧面——在时钟、主观感受之外,时间在更深层意义上究竟是什么。
    今天,事物的发展、变化、衰败的速度都令人瞠目。工业时代后,时间通过时钟、上班时间表、学年历以某种实体的形式表现出来——它是早晨起床到上班中间的一小时,是会议进行的大半个下午,是“番茄钟”为高效工作定制的 25 分钟。我们不得不或主动,或被动地学习时间管理,似乎散乱的时间是桌面上没收拾好的物件,需要一块块分类装进抽屉。
    我们不仅需要整理时间,还需要把它紧紧抓牢,以防一不留神它就被弹出的通知、吸引眼球的节目和好玩的游戏这些“窃贼”给“偷”走。即使我们睡着了,时间也不会停歇。我们会花费整个早晨回顾“错过”的时间,从躺在被窝里看热门消息、盯着聊天框刷牙,到单手吃早餐以刷新邮件和推送。昨夜今晨发生了什么?报刊、新闻专门开辟这样的栏目,为人们讲述在他们闭上眼睛的时间里都发生了什么新鲜事,缓解“一觉醒来错过整个世界”的焦虑感。
    我们已经习惯和数字共处,即便是时间这样看似抽象的概念,也不免成为具体的计量和价值单位。我们总是把时间当作抽象的计量。但其实构成时间流逝这种生命体验的不是抽象的概念,而是稳健的脚步声由近而远,是湿润的风从左半边脸颊滑到右手指尖,是阅读这段话的过程中你的两次眨眼,是长出的胡子,是磕碰出的伤口的逐渐泛青。一些神经科学家认为,与其说是时间在变,不如说是总有在持续变化中的运动。
    原则上,任何能以可复制方式重复的物理现象,都能用于判断时间——这也是爱因斯坦和他的同事英费尔德的观点。假如一盆多肉的生长有一条固定的“进度条”,那么一旦掌握这一“进度条”,我们就能用它来判断时间。大脑记录时间使用的就是类似的机制。神经元能响应外界物理现象,用不同的放电频率来编码整个系统的动态变化,从而帮你判断时间。具备这种判断时间的能力的神经元很神奇地普遍存在于各个脑区,甚至包括肝细胞。因此,体验时间更像是全身浸泡在浴缸中,有意识或无意识地、均匀或不均匀地,你的身体各处都在体验时间。换句早就不流行的话说,宇宙是由故事组成的,这里的故事很大一部分就是体验。
    但正如前文说过,这些能判断和存储时间体验的神经元与细胞(又称时间细胞)能做的事情远远不止判断时间。时间细胞组成了一台在你体内运转的“全栈时光机”,不仅能把时间同你所在的空间关联,也能带你回忆、让你思考未来。这本书不仅是一本大脑时光机的说明手册(虽然这听起来已经足够有趣了),更是一次路线新奇有趣的时光机体验。作者迪恩?博南诺是一位热情又博学的解说人,他将这些有关过去与未来、物理学、文化以及神经科学的故事娓娓道来。相信你在途中一定会不时停下来琢磨某一个有意思的科学发现或者论点,回想或推测你的个人体验,然后继续踏上这趟精神的时间旅行。