认识脑电波

人类认知科学简史，揭开人类思想之谜，看脑科学如何实现人机交互，如何教我们学习，让我们变得更好

1. 探索思维的边界，就问你敢不敢
科学家的疯狂实验，死而复生，记忆与梦境到底是什么关系，植物人是否有意识，我们的意识又是如何产生的，心灵感应是否真的存在？
看完这本书，你真的很想剖开自己的大脑一探究竟。
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2. 人类认知科学简史，一本书看懂我们是如何一步步探索大脑这部超级复杂和精密的装置的
透过心灵的电波看到我们的思想，看大脑如何学习、如何运作，如何运用它让我们变得更好。人机互动正在从梦想照进现实。
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3. 天才在左疯子在右！一本大开脑洞的书。
我们可以通过脑电波读懂人的思想，那么，谁还能有秘密？
当人造大脑成为可能，我们身上的器官还有什么是不可替代的？
我们一动不动就能驾驭一辆汽车？
这些，都不再是科幻！

思维的边界在哪里
你真的了解自己吗？

这是一本揭开人类思想之谜的书。
大脑是产生人类思想的器官，20世纪初期，对脑电波的检测是神经科学史上的重要进展之一。然而，人们对脑电波的意义甚至脑科学都知之甚少。那些位于神经科学领域的塔尖的科学家都在做什么？R•道格拉斯•菲尔兹博士的这本书带你一探究竟。我们随着博士的视角深入人体精密和高级的装置——大脑，了解思想的产生；深入梦境，了解记忆和遗忘的机制；去看看我们是如何学习的；以及在现代医学中，脑科学如何应用在疾病治疗中……
疯狂的企业家将人机互动提上议事日程，在这本书中，我们将看到这些实验室的理论如何走进市场，那些曾经出现在科幻电影里的场景究竟离我们还有多远。

R.道格拉斯·菲尔兹（R. Douglas Fields）
道格拉斯·菲尔兹博士是神经系统发育和神经可塑性研究领域的国际专家，美国科学促进协会会员。他取得了加州大学伯克利分校、圣何塞州立大学和圣地亚哥大学的研究生学位，曾斯坦福大学和耶鲁大学做博士后，马里兰大学帕克分校神经科学与认知科学计划的客座教授。他在科学期刊和书籍上发表了150多篇文章。他的实验研究主要探讨经验如何塑造大脑以及记忆的细胞机制。他的科学研究成果也在报纸、杂志、广播和电视等国际媒体上出现，其中包括《国家地理》杂志（National Geographic）、ABC新闻晚间连线（ABC News Nightline）和国家公众广播电台早间档（NPR Morning Edition）。在2004年，他创办了科学杂志《神经元与胶质细胞生物学》（Neuron Glia Biology），以促进对神经元和神经胶质细胞之间相互作用的研究，并且他还担任多个神经科学期刊的编辑委员会成员。
除了科学研究以外，菲尔兹还撰写了许多关于大脑的书籍和杂志文章，其中包括《另一个大脑》（The Other Brain），介绍了不使用电进行交流的脑细胞（神经胶质细胞）；以及《为什么我们会抓狂》（Why We Snap），一本关于突发攻击性的神经科学的书。并为很多热门杂志和报刊、神经科学学会等的在线专栏撰文，包括《户外》杂志、《华盛顿邮报》、《科学美国人》和《科学美国人——心理版》、《时代》杂志、《夜光》杂志（Undark），《量子》杂志（Quanta），《赫芬顿邮报》（Huffington Post）、《今日心理学》（Psychology Today）、《科学美国人》、《大脑因素》（BrainFacts）。

引言 001
第一部分 发现脑电波
第1 章 心灵的电波 007
透过颅骨 007
耶拿之旅 011
肿胀的大脑 025
登上雷尼尔山 028
登山者的大脑 030
纳粹和脑电波 037
伯格和贝克 042
希特勒的黑名单 043
理查德·卡顿 052
第2 章 它活过来了！生命的火花 057
萤火虫的诞生 059
生命的起源？ 063
人造大脑 065
我们需要一具尸体 068
从带电的大脑到电椅 075
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第二部分 了解脑电波
第3 章 破解脑电波 079
从电休克疗法到神经反馈疗法 081
电休克疗法 084
我自己的脑电波 089
解码脑电波 097
命名脑电波 102
第4 章 破解大脑的密码 108
看大脑如何学习 109
运转中的大脑 116
美丽的错觉还是神秘的代码？ 118
第5 章 脑电波，通往心灵的窗口 130
神经反馈训练：改变我的想法 137
另一种观点 160
面对现实 164
大脑中的波—虚幻还是根本？ 170
第6 章 意识，驾驭脑电波 177
昏迷和植物人状态 177
麻醉 180
第7 章 我们沉睡时，脑电波变化巨大 193
梦：夜间的疯狂之旅 193
心电图、电刺激和睡眠 202
睡眠障碍因何而生 206
山姆，倒回去再放一遍：学习和睡觉都靠它 208
遗忘和记忆如何发生，为何发生 216
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第三部分 利用脑电波
第8 章 思维控制：脑机接口 225
从无线电波到脑电波 225
德尔加多的研究 234
当前的大脑刺激研究 239
第9 章 脑电波揭示你的想法、优点和弱点 271
脑电波预测你的学习潜能 271
看透你的心思 281
大脑网络和大脑基础结构的评估 295
第10 章 脑部检查和精神疾病 314
神经系统疾病 314
第11 章 掌控自己的脑电波 331
被边缘化的神经反馈 331
增强学习和认知能力 334
神经疾病的神经反馈治疗 337
心理障碍的神经反馈 344
脑部刺激 345
第12 章 迈向未来 377
脑电波衍生设备 377
监视大脑活动的新方法 380
神奇旅程 384
电子时代与脑电波的干扰 392
别忘了神经胶质：绝缘的大脑 394
脑电波2.0 版 398
窥探思想的伦理问题 402
神经武器 404
区别虚构与事实、轰动效应与科学 412
致谢 419
延伸阅读 423
注释 425
图片授权 455

引言

封闭的玻璃房内，一排排黑色计算机上的蓝色指示灯在诡异地闪烁着。走过超级计算机的中央控制室，我沿着昏暗且空荡的走廊继续前行，来到了一扇门前。我打开它，进入一个像洞穴一样通体被刷成黑色的房间。安装在房间四周的24 个摄像头紧盯着我的一举一动。两名男子从一排显示器后面站了起来。我知道，通过那些精密的仪器，他们可以检测到我大脑里一闪而过的电流，可以看到我心中最隐秘的部分，可以预先知道我头脑中的想法，也可以看到我的大脑怎么学习。他们可以评估我的智力，了解到我爱冒险的性格，识别我体内精神疾病和神经系统病变的蛛丝马迹，并预测我在某些方面的学习能力。我是不是爱阅读，但数学很差劲，还容易抑郁？我是不是处于帕金森病的早期阶段？这些藏在个人思想深处的个性化信息对这些脑科学家来说已不再是秘密。他们正在推动神经科学的革命性飞跃，并终将改变我们的世界。
我来这里与两位神经科学家见面，让他们监测我的脑电波，并观察我的大脑如何学习。要想接入我的神经回路，不再需要打开我的颅骨，也无须将电极粘在我的头上。在我大脑皮质深处的成千上万个神经元之间穿行的电流会产生电磁波，这种能量可以穿透我的头皮。这些神经元的放电活动可以被连接在我头部的电极检测到，并将这些来自大脑的电信号通过电线输入计算机。在《认识脑电波》一书中，我将带你到这个实验室以及世界各地的许多其他实验室，去了解当前正在蓬勃发展的这门令人振奋的新兴脑科学，并追溯这一科学发现的源头。
20 世纪初，对脑电波的检测是神经科学史上最重要的进展之一。然而，公众对脑电波及其重要意义却知之甚少。没有学校传授有关脑电波的知识。实际上，很多大学的神经科学教科书中都没有关于脑电波的章节。这种情况持续了将近一个世纪。但是，了解脑电波并不复杂—任何真正感兴趣的人都可以轻松地理解这门新学问。但是，脑电波这个话题一直充满争议。20 世纪20 年代，德国一家精神病院的一位深居简出的医生发现他的病人脑中会发射电波。从那一刻起，脑电波引发了人们的惊讶和浓厚的兴趣。这位医生的秘密实验显示，来自大脑的神秘电磁辐射会随着人们的思想和心理状态而变化。今天，我们知道这些生物电波可以揭示人们内心深处的秘密：有意识的思想、无意识的认知，以及在大脑中激荡的情绪。
从20 世纪初科学家首次瞥见脑电波的那一刻起，它就被视为复杂而神秘的信号。至今，神经科学家们依然在为脑电波而争论不休。有些人对脑电波嗤之以鼻，认为它只是大脑活动时产生的噪声，就像汽车发动机工作时会产生声响一样。其他人则认为脑电波是大脑在最复杂的水平下运作的方式。这些科学家认为，脑电波能解释人类思维的许多复杂问题，这些问题长期以来一直困扰着哲学家和科学家。
尽管围绕脑电波的起源和功能而展开的科学争论一直没有停止过，但是没有人怀疑通过监测和改变脑电波将会产生伟大的成果。比如，神经科学家可以通过将脑电波输入计算机来控制软件、机器和假肢。通过脑电波，人和机器的融合可以达到无与伦比的水平，在感知、分析和解决问题方面都将远远超出计算机或人脑单独工作时的能力。从驾驶电动轮椅到操纵无人战斗机，人们可以用意识甚至是前意识来控制一切。意识和脑电波密不可分，因此现在界定一个人死亡的标准是看脑电波，而非心跳。再比如，心理学家通过分析一个人静坐并神游时的脑电波模式，可以判断此人的大脑是否正常。如果大脑的电磁振荡不正常，那么开发人员可以用计算机编程向患者发出信号，大脑获得这个反馈后会纠正其脑电波活动—患者不需要药物即可痊愈。
其他科学家则使用可视化的磁性方法读取大脑的电活动，还有一些科学家试图将电极和计算机芯片植入人的大脑。思维和机器的融合意味着信息流可以是双向的：既可以通过计算机产生的电流或电磁脉冲刺激神经元来控制人脑功能，也可以把一个人的脑电波用计算机下载下来，并上传到另一个人的大脑中，就像心灵感应一样在大脑之间传递信息。当特斯拉的埃隆·马斯克和脸书的马克·扎克伯格这些亿万富翁投入数百万美元，开发用于商业目的的脑机对接技术时，这个一度被边缘化的科学领域突然变成了主流。马斯克声称，这将为人脑提供第三个层次的智能—“数码超级智能”。这些宣言是真实的，还是虚幻的（只是为了营销）？下面是现实和悬而未决的问题。
在人类历史上，智人首先发展出提问和动脑筋的能力。但是，现在人类有了操纵脑电波的能力，就会产生许多应用和伦理上的问题：用这种无创的方法将人的大脑与计算机连接起来，以了解人的大脑能或不能做哪些事情，这样做的风险和收益是什么？这种洞察人类天生的心理极限的技术将如何影响教育和职业选择？对于某些人来说，这项新技术可以通过电波控制思想或向大脑植入思想从而达到独裁的目的，这让他们深感恐惧。
所有这些能改变我们的未来、改变我们对大脑的理解的伟大科技进步都是有可能实现的，因为与其他身体器官不同，大脑是靠电力来运行的。脑电波这个伟大的发现是如何取得的？谁是第一个发现脑电波的人？是什么让这些人大胆地认为电磁波可能会从人的头部发射出去？他们以为自己发现了什么？其他科学家对此做何反应？为什么发现人类脑电波这件事多年来一直是个秘密？为什么大多数人不知道是谁发现了脑电波？为什么这项工作没有获得诺贝尔奖？科学与世俗在有关大脑的问题上一直纠缠不清，我们只有厘清这些纠葛，才能找到前面那些问题的答案。
每当科学得以突破并开创新的领域时，奇怪的现象总会使人们感到困惑并引发争议。但是，我写这本书并非要论证我的观点，而是想和读者分享科学探索过程中那些令人振奋的事物，希望读者有切身的感受，就像通过在该领域工作的神经科学家的眼睛直接看到一样。我希望为读者提供最新的科研成果（其中有一些尚未发表），并让读者形成自己的观点。当然，我会把事实与夸张区分开—大众媒体对脑电波的炒作既浮夸又肤浅。我会科学地解释什么是脑电波，它有什么用，关于脑电波我们知道什么，以及我们还不知道什么。我将带你走访世界各地的实验室，向你介绍进行这项研究的同行，让你了解我们所掌握的数据，让你自己学习并得出结论。毕竟，这就是科学—一个发现的过程。不过，我们首先要回顾一下历史，去寻一寻“电动大脑”的根。