大腦之美：神經科學之父卡哈爾，80幅影響大腦科學＆現代藝術的經典手繪稿

★大腦科學界的達文西★ 諾貝爾醫學獎得主、現代神經科學之父－－卡哈爾 80幅經典大腦手繪稿，首度在台公開！ 「科學控」＆「藝術迷」跨界爭相收藏 兼融理性與感性 世上最美麗的大腦解剖畫冊！ 　　★美國亞馬遜書店讀者五顆星高度評價推薦 　　★腦神經與藝術史類，跨界雙榜暢銷TOP5！ 　　★讀者好評盛讚「這本書是獻給這位被世人遺忘的天才科學家，最棒的禮物！」 　　「從顯微鏡底下觀看大腦，就像帶著一本寫生簿，走進一片有數以億棵樹的森林中。 　　我的工作就是每天看著這些彼此盤根錯節的樹群模糊影像， 　　並試著為這片森林，寫一本附有插畫的田野調查指南。」───卡哈爾 　　◆卡哈爾───醫學成果&藝術成就，同步登峰造極的罕見天才 　 　　聖地亞哥．拉蒙．卡哈爾，1852年出生於西班牙，因發現大腦細胞是由個別獨立的「神經元」構成，發展出影響後世腦神經研究的「單一神經元學說」著稱，他也因此在1906年獲頒諾貝爾醫學獎，奠定他在神經科學領域的教父地位。 　　卡哈爾不僅是一位優秀的科學家，其畢生致力於研究大腦，繪有超過3000幅大腦神經系統的圖稿，而這些醫學研究文件，意外被視為具備高度美學層次和文化價值的創作，使他躋身為傑出藝術家之列。 　　◆3000多幅手繪解剖圖稿，完整度與精準度至今無人能敵 　　在卡哈爾所處的年代，影像工具技術尚未發達，但是他卻能透過簡易顯微鏡的肉眼觀察和記憶力，描繪、剖析大腦的各種結構與推論假說。直到今日經過比對，卡哈爾所畫的大腦神經元解剖圖，與後來運用電腦科技所成像之結構，誤差極小；現在仍繼續使用於教材或學術期刊之中。 　　◆最詩意的人體解剖圖，展現了自然主義與人文哲思 　　用「繪畫表達思想」是達文西在文藝復興時代裡，為藝術界留下的一項傳承：畫家不只再現自然，而是用雙眼所察，融入自身的人文思想，重現於繪畫中；這種隱藏於繪畫中的哲思，同樣存在於卡哈爾的手繪稿中：運用墨色濃淡、線條粗細或大小比例，讓生硬的醫學觀察，展現出豐富的藝術內涵。 　　◆影響超現實主義，啟發了達利、布紐爾 　　卡哈爾的手繪稿，不僅是科學史上的重要成就，在藝術家眼中更是難能可貴的創作，尤其是超現實主義者，例如達利、佛多里柯與布紐爾等人，皆能在他們的作品中，窺見卡哈爾圖像的痕跡；他們的共同點，就是把「把夢境轉化到紙上，把鉛筆當成魔杖，天馬行空地創造自己的奇幻世界。」 　　在《大腦之美》中，收錄卡哈爾82幅珍貴的經典手繪稿，包括經典的大腦皮質內角錐型神經元的「描寫」，和視網膜神經迴路內訊息傳遞的驚人圖示；亦根據大腦細胞、感知系統、神經元路徑，以及發展和病理學分類，手繪稿內容多元豐富。此外，還有來自神經科學與藝術評論專家的文章，讓讀者可以從更多面向，認識這位20世紀初傑出的跨領域科學藝術家。 本書特色 　　（1）結合科學與藝術的極致呈現，同時滿足感性與理性的人文想像。 　　（2）最經典的大腦科學影像藝術，首度在台出版，值得收藏與細細品味。 　　（3）全彩大開本，還原最真實的圖像呈現，猶如親臨博物館欣賞畫作。 Amazon讀者好評 　　「多麼精彩華麗的畫作！終於有出版社願意出版這些罕見，甚至快要失傳的圖像。」－－Lawrence K. 　　「神經科學之父、諾貝爾獎得主，卻是一個美國人所不知道的天才。」－－ron conferti 　　「大腦很美，就跟這本書一樣。」－－Richard A. Gray 　　「這本書是獻給這位被世人遺忘的天才科學家，最棒的禮物！」－－B. Bronczyk 　　「非常優秀的書！是送給科學家或藝術家最好的禮物。」－－Janice Levy

跨界推薦 　　江安世｜國立清華大學特聘講座教授 　　林 平｜臺北市立美術館館長 　　徐百川｜中研院生物醫學研究所研究員 　　高閬仙｜國立陽明大學生命科學系暨基因體科學研究所教授兼副校長 　　張禮豪｜藝評及獨立策展人 　　黃貞祥｜國立清華大學生命科學院助理教授‧泛科學專欄作者 　　焦傳金｜國立清華大學系統神經科學研究所所長 　　潘娉玉｜國立臺北藝術大學美術學院助理教授 　　鄭國威｜泛科知識集團知識長 　　謝伯讓｜杜克-新加坡國立大學醫學院助理教授 　　「卡哈爾結合藝術與科學，他的經典手繪啟發了人類對大腦運作方式的想像。」－－焦傳金／國立清華大學系統神經科學研究所所長 　　「在藝術手法的襯托之下，卡哈爾的經典手繪圖稿讓我們清楚看透神經系統的美麗樣貌。」－－謝伯讓／杜克-新加坡國立大學醫學院助理教授

● 大腦之美 ● 聖地亞哥．拉蒙．卡哈爾 ● 畫下美麗的大腦 手繪稿 ◆ 大腦細胞圖 ◆ 感知系統 ◆ 神經元的傳輸路線圖 ◆ 發展與病理學 ● 現今的大腦之美 註釋 索引 謝詞

前言 大腦之美 艾瑞克．紐曼、阿爾馮索．阿拉奎與珍妮特．杜彬斯基 　　聖地亞哥．拉蒙．卡哈爾是公認現代神經科學—研究大腦結構和功能—之父。他出生於 1852 年，卒於 1934 年，其擔任神經解剖學家 50 多年餘，繪有超過 2900 多幅關於現代神經系統的手稿。他畢生做了各種大腦的相關研究，包括單一神經元（組成大腦的神經細胞）的結構、神經元之間的聯繫，以及人類大腦的早期變化和受損後的情況等。他利用顯微鏡一一檢視大腦切片，並用化學色劑標記不同類型的大腦細胞及其內在結構。事實上，這種實驗方法由義大利生物學家卡米洛．高爾基（Camillo Golgi）發明，不過高爾基的色劑只能將大腦細胞染成墨黑色；於是，卡哈爾進一步改良原來的配方，成為能取得神經元精密顯圖的色劑。不過本書中仍有許多手繪稿，是以高爾基色劑染色過的大腦切片為主。 　　卡哈爾可以從死掉的組織想像活生生的大腦。這當然比解出心臟結構要複雜許多，但要從數十億個大腦細胞組織及其相互連接，來分辨出大腦如何運轉卻非常困難；不過卡哈爾做到了。17 世紀晚期，路易吉．伽法尼（Luigi Galvani）發現大腦內部的訊息是藉由「電脈衝」傳遞；可是要到將近 100 年後卡哈爾在他的「動態極化理論（Theory of Dynamic Polarization）」中，才說明了訊息是如何以「電訊號」的形式在各個神經元內，從其樹突傳送到細胞本體，最終到軸突。而後來的研究，也證實卡哈爾的主張完全正確無誤。 　　卡哈爾在他第 2 個重要的觀察「神經元學說」中，展示出大腦是由各種獨立的細胞—即神經元—所組成，而非如其他同時代學者所認為的，是由細胞附屬物所相互連接而成的連續網路。此外，他也發現許多組成大腦神經元的重要元件，包括接受其他神經元訊號的神經元附屬物—樹突棘（dendritic spine），以及能讓神經元與其他神經元準確連結的生長錐（growth cone）。 　　更重要的是，今天我們不僅沿用卡哈爾所做的詳實研究，就連卡哈爾的手繪稿仍被持續使用中，因為在闡述通用概念上，沒有其他圖稿能超越其清晰度和可用性。一幅卡哈爾手繪稿通常能直接闡述一系列腦細胞活動的基本原則，且比起利用數張真實照片呈現，還要清楚許多。為此，我們經常能在醫學演講或刊物裡看見卡哈爾的經典手繪稿，因為沒有其他方法更能向觀眾或讀者展示這個主題了。卡哈爾手繪稿的影響力著實不小，不僅呈現出大腦的內在之美，也啟發了我們對大腦的各種想像。 　　本書收錄了 80 幅卡哈爾原創的大腦手繪稿，當中包含其他組織，例如昆蟲的腿部肌肉或是正在移動的血球，再再顯示卡哈爾的研究內容之廣泛。有些手繪稿相當著名，有些則是除了卡哈爾自己的學術論文之外尚未出版過的手稿，相當珍貴。此外，所有圖像都附有圖說，說明描繪的重點和其在科學上的重要性。 　　另外本書收錄兩篇描述卡哈爾一生和科學成就，及其專精於手繪稿的隨筆文章；還有一篇文章說明現今現代神經科學的成像技術，無疑是卡哈爾若仍在世也會樂見其成的發展。我們期望各位讀者能仔細體會，卡哈爾對於人類大腦的美麗想像與貢獻。

■ 聖地亞哥‧拉蒙‧卡哈爾 賴瑞．斯旺森 有些 19 世紀的重大科學研究，至今仍是全世界人類公認的成就：英國人查爾斯．達爾文（Charles Darwin）以天擇的演化論，革新了我們對於地球生命的想像；法國人路易．巴斯德（Louis Pasteur）釐清了微生物在人類疾病裡扮演的角色，因此拯救無數生命。 聖地亞哥．拉蒙．卡哈爾是與他們同時代的科學成就創立者—在創造現代神經科學領域上無人能出其右—但除了在自己祖國西班牙或是本科的專業領域內，卡哈爾卻未能像達爾文或巴斯德一樣，獲得一般大眾的廣大盛譽，為什麼呢？這大致是因為我們無法以任何簡單的方式概述，卡哈爾及其同世代的科學家，如何以一種全新的方式解釋並描繪大腦網路的運作機制，而這種方式，至今仍是現代神經科學的基礎。 卡哈爾是一位才華出眾、興趣廣泛的奇人，只要追尋他研究生涯的主要脈絡，我們就可以理解他如何洞見大腦的運作機制，並因此在 1906 年達到研究生涯的最高峰，與義大利組織學家卡米洛．高爾基共同獲得諾貝爾醫學獎的殊榮。該屆獎項可是諾貝爾獎史上最有趣的故事之一，因為這兩位科學家對於當時基本的大腦組織理論持反對立場—也就是神經系統的基本建構理論—高爾基主張「網狀理論」，卡哈爾則是「單一神經元學說」。卡哈爾的觀點從一開始就受到大多數科學家的支持，但是神經科學家有許多不同陣營，彼此激烈爭辯，不是所有的人都支持卡哈爾的觀點。關於這項爭辯，要到 50 年後，才出現決定性的關鍵證據。 至今，我們所知的卡哈爾早期生活和他的科學家生涯，多半來自他的個人自傳《我人生的回憶錄》（暫譯，Recollections of My Life），這本書被認為是最棒的科學自傳，可以超越它的，或許只有達爾文的《達爾文自傳》了。卡哈爾出生於亞拉岡的佩提亞（Petilla de Aragon），是位於西班牙東北部一個窮困潦倒的小村落。他的父親是農夫之子，努力不懈地成為當地備受尊敬的醫生。卡哈爾小時候不算是好學之人，他曾說自己害羞、不愛交際、神祕、直來直往，而且骨子裡壓根兒不受威權管制，完全做不來各種阿諛奉承之事。 年輕的卡哈爾和友人經常因為惡作劇而惹上麻煩。然而，他第一次展露文采是在 14 歲時，替朋友寫的《投石戰略》（暫譯，Estrategia lapidaria），這是一本關於如何設計並使用彈弓的大全。卡哈爾很早便展示出自己對於大自然、礦物等，難以自拔的熱愛，他還稱之為「狂熱」。他 8 歲時便會畫下自己見到的一切（他自詡為「畫畫狂」），之後他開始收集各種鳥類、鳥蛋和鳥巢的標本，甚至自己設計出「大砲」，他也喜歡健身、一次同時下好幾盤棋等。 不過在他未來成為科學家的路上，兩件最令他醉心的事—繪畫和攝影—扮演了非常重要的角色。當然，為人父者都希望兒子能延續自己的路成為醫生，但這卻非卡哈爾當時心裡所想的事，他反而希望能成為一名藝術家；卡哈爾的父親曾溫和地勸阻，想讓他停止這種想法，還說服一位四處遊歷的石膏裝飾工來評估他兒子的藝術天份—且如意料般的說他沒有藝術天資。然而，這段插曲對卡哈爾決心走向藝術創作之路，沒什麼影響。幾年後，16 歲的他受到達蓋爾（Louis Daguerre）發明的攝影法啟發，藉此自學攝影—他自己攝影、沖洗並曬印出一系列精彩的個人像，幾乎記錄了自己一生各個階段。 卡哈爾的父親最終看到一個可以慫恿兒子放棄藝術、轉而從醫的機會—他說服卡哈爾協助他指導附近薩拉戈薩（Zaragoza）一間醫學院學生的人體解剖學課，而這項計畫相當成功。卡哈爾喜歡學習人體知識，為了要拼湊出優秀的解剖圖，他利用自己的才能創造出許多精美的局部解剖圖—事實上，繪製解剖圖，可說是回溯到文藝復興時期，威尼斯藝術家提香工作室的一個傳統。提香曾幫安德雷亞斯．維薩里（Andreas Vesalius）的《人體的構造》（暫譯，De corporis humani fabrica libri septem）繪製插圖，該書於 1543 年在瑞士的巴塞爾出版。 受到啟發的卡哈爾後來進入薩拉戈薩的醫學院，並於 1873 年 21 歲時拿到醫師資格。同年他被派至古巴加入軍醫，在那裡他感染了瘧疾，因此服役一年後便退役。他雖然康復卻變得體弱多病，因此他便選擇成為醫學院教授，而非如自己父親一樣需要良好體力的執業醫生。1875 年，卡哈爾從最基本的教職開始做起，在薩拉戈薩擔任臨時的解剖學助理，並以自己的存款在家中設置一個實驗室，開始研究組織學—也就是用顯微鏡來檢視人體組織—這與他父親所學的單純人體解剖，大不相同。