Networks of the Brain

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出版者:The MIT Press
作者:Olaf Sporns
出品人:
页数:375
译者:
出版时间:2010-11-30
价格:USD 40.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780262014694
丛书系列:
图书标签:
  • 脑科学
  • 复杂网络
  • 认知科学
  • 神经科学
  • 心理学
  • Neuroscience
  • 认知神经科学
  • Psychology
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具体描述

Over the last decade, the study of complex networks has expanded across diverse scientific fields. Increasingly, science is concerned with the structure, behavior, and evolution of complex systems ranging from cells to ecosystems. Modern network approaches are beginning to reveal fundamental principles of brain architecture and function, and in Networks of the Brain, Olaf Sporns describes how the integrative nature of brain function can be illuminated from a complex network perspective. Highlighting the many emerging points of contact between neuroscience and network science, the book serves to introduce network theory to neuroscientists and neuroscience to those working on theoretical network models. Brain networks span the microscale of individual cells and synapses and the macroscale of cognitive systems and embodied cognition. Sporns emphasizes how networks connect levels of organization in the brain and how they link structure to function. In order to keep the book accessible and focused on the relevance to neuroscience of network approaches, he offers an informal and nonmathematical treatment of the subject. After describing the basic concepts of network theory and the fundamentals of brain connectivity, Sporns discusses how network approaches can reveal principles of brain architecture. He describes new links between network anatomy and function and investigates how networks shape complex brain dynamics and enable adaptive neural computation. The book documents the rapid pace of discovery and innovation while tracing the historical roots of the field. The study of brain connectivity has already opened new avenues of study in neuroscience. Networks of the Brain offers a synthesis of the sciences of complex networks and the brain that will be an essential foundation for future research.

好的,这是一份关于另一本关于神经科学或复杂系统主题的、不涉及《Networks of the Brain》具体内容的图书简介,旨在提供一个详尽且自然的叙述: --- 《连接的涌现:从细胞到群体的动态复杂性》 内容简介 本书深入探讨了生物复杂性在不同尺度上涌现的本质,聚焦于系统如何从简单的局部交互中产生出宏观的、功能性的结构与行为。我们不再仅仅将生物体视为预设蓝图的执行者,而是将其视为一个持续适应、自我组织的过程。本书跨越了从分子生物学到认知神经科学,再到生态学和群体动力学的传统学科壁垒,提供了一个统一的框架来理解“涌现”这一核心概念。 第一部分:基础框架与还原论的局限 第一章:复杂系统的基本要素 本章首先界定了“复杂系统”的特征:大量相互依赖的组成部分、非线性动力学、以及对初始条件的敏感性。我们探讨了诸如反馈回路、延迟效应和相变等关键概念,这些是理解任何动态系统行为的基石。我们将审视传统还原论在解释系统级功能时的不足,强调自下而上的组织原则如何超越组分之和。 第二章:信息与熵在生物系统中的角色 信息论在描述生物结构与功能中的应用是本部分的核心。我们区分了信息的内容、信道容量与有效信息,并讨论了生命体如何利用信息处理来维持低熵状态。本章特别关注“有效自由能原理”(Free Energy Principle, FEP)及其在统一感知、学习和行为中的潜力,尽管我们将其置于一个更广泛的、不以特定网络拓扑为中心的视角下进行讨论。我们分析了系统如何通过最小化预测误差来抵抗热力学第二定律的倾向。 第三章:动态模式与吸引子 任何有组织的系统行为都可以被描述为其状态空间中的动态轨迹。本章详细阐述了动力系统理论在生物学中的应用,特别是吸引子(Attractors)的概念。从细胞周期的稳定状态到稳定的记忆痕迹,吸引子代表了系统在面对干扰时仍能维持的稳健模式。我们对比了极限环、点吸引子以及更复杂的混沌吸引子,并探讨了如何通过结构变化(如突变或损伤)来“推离”这些吸引态。 第二部分:跨尺度的组织与拓扑 第四章:局部规则与全局几何 本部分将焦点转向结构如何服务于动态过程。我们探讨了在没有中央控制的情况下,局部交互如何自发地形成有序的宏观几何结构。这包括对反应-扩散系统(如形态发生)的深入分析,以及在群体生物学中,简单模仿或趋向规则如何导致大规模的集体运动(如鸟群或鱼群的同步)。重点在于空间组织与时间动态的相互塑造。 第五章:模块化与层次结构 生物系统很少是完全随机连接的,它们通常表现出模块化的组织。本章深入研究了模块化如何促进特定功能的专业化,同时允许不同模块间的相对独立性。我们考察了不同尺度上的层次结构——从蛋白质域的组合到认知功能的层级组织——并讨论了模块边界的模糊性和动态性,即模块可以根据环境需求进行重组。 第六章:功能性分离与整合的权衡 生命系统的核心挑战在于“分离”(Specialization)与“整合”(Integration)之间的平衡。我们需要子系统来高效执行特定任务(分离),但同时也需要信息在这些子系统间自由流动以实现复杂的、跨模态的决策(整合)。本章利用信息传输效率的指标来量化这种权衡,并探讨了在不同生命阶段或病理状态下,系统如何调整其连接强度和拓扑结构以优化这一平衡。 第三部分:适应性、学习与演化 第七章:时变系统的适应性策略 系统不是静态的;它们必须在不断变化的环境中学习和适应。本章侧重于具有可塑性的系统。我们讨论了赫布式学习规则的扩展版本,以及强化学习的生物学基础。关键在于,适应性并非仅仅是记录过去经验,而是系统动力学本身对环境刺激的持续调整,从而改变其未来的行为轨迹。 第八章:演化动力学与结构稳定性 系统如何演化?本章从动力系统理论的角度审视了自然选择。我们提出,演化可能偏爱那些在自身状态空间中具有高鲁棒性(抵抗随机扰动)或高可塑性(能够快速探索新状态空间)的结构。我们将“适应性”重新定义为在演化时间尺度上,系统结构维持其核心功能的同时,其动力学吸引子可以灵活迁移的能力。 第九章:群体智能与协同行为的涌现 将视野推向最高层级,本章探讨了由多个个体组成的群体如何表现出超越任何单一成员能力的“智能”。我们分析了决策制定中的多数原则、意见分歧的传播机制,以及信息在社会结构中的扩散。关键在于识别群体中自下而上的信息过滤和放大机制,这些机制使得群体能够解决个体无法克服的复杂问题,例如对风险的集体评估。 结语:面向未来的统一理论 本书最后总结了对复杂性理解的未来方向。我们主张,真正的突破将来自于超越对特定连接图的依赖,转而关注支配信息流、能量耗散和自组织潜力的普遍“运动定律”。从分子开关到生态系统的反馈,目标是构建一套能够预测系统在面对未知压力时如何重构自身的普适性理论。 --- 目标读者: 本书面向对理论生物学、神经科学、物理学和计算科学交叉领域有浓厚兴趣的研究人员、高年级本科生和研究生。它要求读者具备基础的数学和系统思维能力,旨在提供一个深刻而全面的视角,去理解生命现象的深层组织原则。

作者简介

Olaf Sporns is Professor and Associate Chair in the Department of Psychological and Brain Sciences, Adjunct Professor in the School of Informatics and Computing, a member of the programs in Neuroscience and Cognitive Science, and Head of the Computational Cognitive Neuroscience Laboratory at Indiana University Bloomington.

目录信息

读后感

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这本是几年前作为lab meeting专题报告来学的,一人要报告其中2-3章。算是把我领进了脑网络的门。

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老板指定的脑网络教材读物

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虽然network本身如同玄学,或者如同修辞,但是作者看待生物系统的角度我很认同。整本书没有什么技术性的内容,基本上是走马观花,不过作为入门也还不错了,每一章展开其实都相当庞大(这个领域规模本身也颇壮观)。况且近几年也已经进入了瓶颈没什么新东西,不懂的地方大家也还是不懂。最值得一看的我觉得是最后两章。我个人比较有用的是最后一章,虽然很科普,但是总结了一些有用的文献,概述也比较全面。network领域可能已经进入了百足之虫死而不僵的阶段,新的突破我觉得应该在于找到biological basis和可以连接这个理论和真实物理模型的方法上。network是很抽象的数学问题,但是因为比较容易被描述所以比较通俗易懂,可也正因如此被严重滥用(比如small world、scale free这些概念)。

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动态系统部分写的一般

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(假装读过)

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