使我们成为人类并在所有生物中独树一帜的正是我们的大脑。知觉、意识、记忆、学习、语言和智力都源于并依赖于大脑。大脑为我们提供了奇妙的东西，从数学理论到交响乐，从汽车、飞机到月球之旅。一旦大脑出了差错，我们就完了。

在过去的一个世纪里，我们对大脑的认识飞速发展，但可以说，那些研究大脑的人仍然只是在隔靴搔痒。心理到底是什么？它与大脑功能有什么关系？大多数神经学家认为心理源于大脑功能，但目前还没有人能充分定义我们所说的心理是什么意思。“意识”是一个特别难以捉摸的主题，尽管哲学家和其他人在无休止地谈论它的含义。

这本书旨在回答我经常被问到的许多有关神经科学的问题。同时，我希望向一般读者传达这一领域的本质和活力—我们在理解大脑如何工作方面正在取得的进展—并描述了我们研究大脑功能的一些策略。只要有可能，我就试着把主题与相关的事情联系起来，例如大脑功能的病变或后果。为了保持本书的条理性，我省略掉了很多本领域卓越的研究成果，希望可以让这本书成为一本有趣的读物。

本书前四章提供了有关对大脑的最新理解的所有细节。书的其余部分会深入大脑功能中似乎与认知和大脑如何创造心理有关的各个方面，包括视觉、感知觉、语言、记忆、情感和意识。但是，如果要深入了解这些主题，首先必须厘清大脑功能的基本要素。

这本书的早期版本是20年前出版的，名为《创造心智》（Creating Mind）。我们今天是从哪里了解大脑功能的呢？很显然，有两个领域为我们提供了丰富的知识。首先是神经生物学，研究神经功能的生物学机制。我们现在可以细致入微地描述神经元是如何工作的—它们如何接受刺激，如何沿着细胞膜产生和传播电信号，如何在突触中传递信息，以及如何在短期或长期的基础上被调节或修改。此外，神经生物学还发现了大量关于大脑中胶质细胞的信息，这些细胞为神经元提供支持，控制细胞外空间，引导发育中的神经元到达适当位置，并在发育和成人阶段的大脑中修剪突触。

另一方面，认知科学告诉了我们许多关于人脑和心理的内容，以及行为和认知现象在大脑中发生的地方。脑成像，特别是功能成像，已经变得越来越精细和透明。脑成像已经彻底改变了心理学：大脑不再被认为是一个黑匣子了。

那我们未来的方向在哪里？在我看来，是将神经生物学和认知科学结合在一起。一群神经元是如何相互作用来形成复杂的行为的？这是系统神经科学的研究范畴。我们正在开始这一探索，如果我们真的要去理解大脑，这种结合就必然发生。在我看来，这是21世纪神经科学面临的主要挑战。这不仅对于理解正常的大脑非常重要，对于了解患病、受损或认知受损的大脑也非常重要。神经生物学关于无脊椎动物的研究提供了理解简单行为的例子（见第五章），但是对于脊椎动物完整行为的研究，我们还有很长的路要走。怎样才能实现这一切呢？新的电子显微镜技术将以单个突触水平对大脑区域进行成像和重现，同时记录数百个神经元的活动，并计算模拟。这些技术及其相关方面的研究已经有相当多的积累，并具有很好的应用前景。在这本书中，我把重点放在我们目前所知道的关于大脑如何运作的问题上。作为一名神经生物学家，我尽可能强调潜在的生物学机制，弥合神经生物学和行为之间的鸿沟。

第一章描述了大脑的一般组织。大脑中的细胞是什么？它们与身体其他部位的细胞有何不同？第二章讨论脑细胞是如何接收、处理和传递信息的。神经信号以电的方式沿着细胞传递，但在细胞间以化学方式传递。细胞是如何做到这一点的？脑细胞如何产生电信号，化学物质如何将信息传递给相邻的细胞？第三章更详细地讨论了脑细胞是如何相互交流的，以及当脑细胞与其他细胞接触时发生的变化；描述了在大脑中用来传递信号的化学物质，并讨论了改变化学传递和引起大脑功能深刻变化的药物。第四章讨论了我们所拥有的各种感官系统，这些系统使我们能够感受世界。

第五章描述了无脊椎动物如何在阐明神经和行为机制方面起到不可估量的作用。来自海洋的动物，如乌贼、马蹄蟹和海蜗牛都特别有用。第五章提供了有关这些动物的重要发现的例子，以及遗传学在揭示果蝇昼夜节律的机制中所起的作用。第六章描述了人类大脑的结构—大脑的各个部分以及它们所扮演的角色。青蛙和鱼以及我们的大脑有什么不同？第七章和第八章对视觉系统进行了深入探讨，从视网膜和皮层功能再到目前关于视知觉的概念。我们对视觉系统的了解比其他任何大脑系统都多，它提供了大量关于大脑功能的线索。第九章讨论了大脑的发育和可塑性。胚胎脑细胞是如何找到他们的目标的？环境和损伤是如何影响发育阶段和成年阶段的大脑的？第十章和第十一章讨论了语言、记忆和学习这一引人入胜的话题，以及大脑成像和有关人脑的新发现。长期以来，神经科临床提供了有指导意义的特定脑损伤患者的例子。今天，脑成像技术有望提供大量关于人类大脑的新信息。

第十二章转向更多地与心理联系在一起的主题—情绪和理性。大脑中哪些区域参与了情绪性行为，当这些区域被干扰时会发生什么？理性是大脑的一种突显特征，它可能来自情绪性行为。最后，第十三章探讨了意识。我们所说的意识是什么，我们如何从神经科学的角度看待意识呢？在本书的大部分章节中，我都会举一个例子，来说明损伤和疾病如何影响大脑的功能。这样的例子并不是简单地为了引发读者的好奇心。相反，这些功能的改变让我们看到了大脑的正常状态应该是什么样的。本书的最后还提供了一个术语表，以帮助读者查询不熟悉的术语或概念，但书中在相应之处也几乎都提供了进一步的解释。

这本书的早期版本主要是为非科学工作者的大众而写的，反响不错，重印了七次。多年来，我一直用它作为我在哈佛大学新生研讨会上的基础书籍。虽然这些一年级新生并不打算主修某门学科，但抱有浓厚的科学兴趣，觉得这本书很容易上手。然而，20年后，这本书显然需要一些更新，所以我找到了诺顿公司（W. W. Norton & Company）来做这件事情。我收到了诺顿公司副总裁德博拉·马尔穆德（Deborah Malmud）的热情回复，她对我说，她一直很喜欢这本书，这是她开始从事专业出版工作时，书架上最早陈列的书之一。她建议我不是简单地更新这本书，而是用大量新材料扩充它，并更换书名。我尽力尝试，不仅描述了我目前对大脑功能的了解，还描述了我们接下来的发展方向，即大脑研究的未来。