上海交通大学：《哲学、科学、技术 Philosophy , Science and Technology》课程教学资源（讲义）基础科学研究需要哲学滋养

基础科学研究需要哲学滋养 2017年03月28日10：13来源：人民日报作者：丘成桐 现代科技进步日新月异，不断拓展人类认知和活动的边界，广泛影 响社会生产生活的各个方面。比如，高铁、飞机大大方便了人们出行， 火箭升空不断探索宇宙奥秘，人造卫星绕地球运行并传递亿万讯息。现 在，无人飞机、无人驾驶汽车和机器人等的发展都远远超出了我们以往 的想象。这些重大科技成果并不是一蹴而就的，背后有无数人孜孜不倦 地贡献着聪明才智：有的人在硬件方面作出杰出贡献，有的人在软件方 面作出伟大创新。但无论在哪一方面作出贡献，其根基都是基础科学。 基础科学有别于科技，它是科技持续发展进步的基石。有时候，我 们可以很快见到基础科学的应用，电磁学就是一个例子。在19世纪法 拉第和麦克斯韦发现电磁方程后不久，爱迪生等人就将它应用到日常生 活中。但是，有些基础科学研究要等很久才能得到应用。比如，数论中 有很多深奥的理论，一直被认为是纸上谈兵。但近20年来，密码学研 究开始大量运用数论的前沿理论。可见，科技进步离不开基础科学发展。 历史和现实都表明，哪个国家能够引领科技发展，哪个国家就将变得强 大；哪个国家能够引领基础科学发展，哪个国家的强大就会历久不衰。 基础科学发展又与哲学有着密切关系。基础科学是研究所有和宇宙 中物理现象有关问题的学问，必须对大自然有一个宏观的看法，因此需 要哲学思想作为支撑。这一哲学思想应有助于人类了解大自然并懂得如

基础科学研究需要哲学滋养 2017 年 03 月 28 日 10:13 来源 ：人 民日 报 作者 ：丘 成桐 现代科技进步日新月异，不断拓展人类认知和活动的边界，广泛影 响社会生产生活的各个方面。比如，高铁、飞机大大方便了人们出行， 火箭升空不断探索宇宙奥秘，人造卫星绕地球运行并传递亿万讯息。现 在，无人飞机、无人驾驶汽车和机器人等的发展都远远超出了我们以往 的想象。这些重大科技成果并不是一蹴而就的，背后有无数人孜孜不倦 地贡献着聪明才智：有的人在硬件方面作出杰出贡献，有的人在软件方 面作出伟大创新。但无论在哪一方面作出贡献，其根基都是基础科学。 基础科学有别于科技，它是科技持续发展进步的基石。有时候，我 们可以很快见到基础科学的应用，电磁学就是一个例子。在 19 世纪法 拉第和麦克斯韦发现电磁方程后不久，爱迪生等人就将它应用到日常生 活中。但是，有些基础科学研究要等很久才能得到应用。比如，数论中 有很多深奥的理论，一直被认为是纸上谈兵。但近 20 年来，密码学研 究开始大量运用数论的前沿理论。可见，科技进步离不开基础科学发展。 历史和现实都表明，哪个国家能够引领科技发展，哪个国家就将变得强 大；哪个国家能够引领基础科学发展，哪个国家的强大就会历久不衰。 基础科学发展又与哲学有着密切关系。基础科学是研究所有和宇宙 中物理现象有关问题的学问，必须对大自然有一个宏观的看法，因此需 要哲学思想作为支撑。这一哲学思想应有助于人类了解大自然并懂得如

何与大自然和谐相处。近代基础科学家中就有不少是思想家，他们的学 问和思想可以影响科学界达数个世纪之久，其中的佼佼者有牛顿、欧拉、 高斯、爱因斯坦、薛定谔等人。如果我们认真阅读他们的著作，就会发 现他们都有一套哲学思想。例如，爱因斯坦在研究广义相对论时就深受 哲学家马赫的影响。事实上，影响深远的科学研究必先有概念的突破， 而概念的突破可能受到观察事物后所得到的想法的影响，但更多的是科 学家的哲学观在左右他们的想法，从而影响他们的研究方向。就中国来 说，魏晋南北朝时期，中国的基础科学研究达到很高水平，也产生了相 当出色的基础科学家。刘徽作《九章算术注》、祖冲之父子计算圆周率 和球体积、《孙子算经》的剩余定理等，都是杰出的数学成就。但受传 统哲学思想的影响，中国人对“定量”的重视程度不够，影响了这些方 面的进一步探究。可见，有了哲学的帮助，基础科学才能不断创新发展。 基础科学的精神在于穷理。基础科学研究需要经过刻苦训练、需要 有深度的看法，才会有新的结果、好的创意。因此，基础科学研究不经 过旷日持久的付出，很难有成功的机会。有些人因而认为，与其如此辛 苦，不如等别人做好基础科学研究后拿过来用。但持此观点的人忘记了 一点：只有自己体悟出来的理论，才最了解其长短，才能掌握其中的精 髓，应用起来才能得心应手。树立穷理的精神，也需要哲学的滋养。毕 竞，科学家也是有血有肉的人，有哲学精神和素养的支撑，才能塑造科 学家的气质和意志。 基础科学发展水平直接反映一个国家的科学实力，是提升国家原始 创新能力和国际竞争力的基础。发达国家纷纷加大对基础科学研究的投 入力度，就是为了抢占国际竞争的制高点。今天，我国从事基础科学研 究的科学家有成就的不少，但堪称领袖、成一家之言的不多。达到这样 地位的学者，必须能够创造新的学问，能够穷究真理的本源。这就离不 开哲学的指引。所以，全面提高基础科学研究水平，需要注重哲学滋养。 2014年诺贝尔奖生理学或医学奖详解 2014-10-06丁香通生物学霸

何与大自然和谐相处。近代基础科学家中就有不少是思想家，他们的学 问和思想可以影响科学界达数个世纪之久，其中的佼佼者有牛顿、欧拉、 高斯、爱因斯坦、薛定谔等人。如果我们认真阅读他们的著作，就会发 现他们都有一套哲学思想。例如，爱因斯坦在研究广义相对论时就深受 哲学家马赫的影响。事实上，影响深远的科学研究必先有概念的突破， 而概念的突破可能受到观察事物后所得到的想法的影响，但更多的是科 学家的哲学观在左右他们的想法，从而影响他们的研究方向。就中国来 说，魏晋南北朝时期，中国的基础科学研究达到很高水平，也产生了相 当出色的基础科学家。刘徽作《九章算术注》、祖冲之父子计算圆周率 和球体积、《孙子算经》的剩余定理等，都是杰出的数学成就。但受传 统哲学思想的影响，中国人对“定量”的重视程度不够，影响了这些方 面的进一步探究。可见，有了哲学的帮助，基础科学才能不断创新发展。 基础科学的精神在于穷理。基础科学研究需要经过刻苦训练、需要 有深度的看法，才会有新的结果、好的创意。因此，基础科学研究不经 过旷日持久的付出，很难有成功的机会。有些人因而认为，与其如此辛 苦，不如等别人做好基础科学研究后拿过来用。但持此观点的人忘记了 一点：只有自己体悟出来的理论，才最了解其长短，才能掌握其中的精 髓，应用起来才能得心应手。树立穷理的精神，也需要哲学的滋养。毕 竟，科学家也是有血有肉的人，有哲学精神和素养的支撑，才能塑造科 学家的气质和意志。 基础科学发展水平直接反映一个国家的科学实力，是提升国家原始 创新能力和国际竞争力的基础。发达国家纷纷加大对基础科学研究的投 入力度，就是为了抢占国际竞争的制高点。今天，我国从事基础科学研 究的科学家有成就的不少，但堪称领袖、成一家之言的不多。达到这样 地位的学者，必须能够创造新的学问，能够穷究真理的本源。这就离不 开哲学的指引。所以，全面提高基础科学研究水平，需要注重哲学滋养。 2014 年诺贝尔奖生理学或医学奖详解 2014-10-06丁香通生物学霸

Edvard I.Moser,PhD May-Britt Moser,PhD John Michael O'Keefe,PhD 北京时间8日17时30分，由诺贝尔委员会宣布，英国科学家John O'Keefe (约翰-欧基夫)、挪威夫妇May-Britt Moser(梅-布莱特)和Edvard Moser(爱 德华-莫索尔)获得今年诺贝尔生理学或医学奖，奖励他们在“发现了大脑中形成 定位系统的细胞”方面所做的贡献。全文如下： 我们如何知道自己的位置？我们如何从一个地方去到另一个地方？为何当我们 在下次重复同样的路线时能够迅速查找到这些信息，我们在大脑中是如何对它们 进行存储的？今年的诺贝尔生理学与医学奖获得者们发现了大脑内的定位系统， 一种大脑中内置的“GPS”,它让我们能够在空间中实现自我定位，这从细胞层面 揭示了人类高等认知能力。 1971年，John O'Keefe发现了构成这一体系的第一个组成部分。他在大脑一 个名叫“海马体”的区域内发现一种特殊的神经细胞，当实验大鼠在房间内的某一 特定位置时其中一部分这样的细胞总是显示激活状态。而当大鼠在房间内的其他 位置时，另外一些细胞则显示激活状态。奥基夫认为这些是“定位细胞”，它们形 成了房间的地图。 30多年后，也就是在2005年，May-Britt Moser和Edvard Moser夫妇发现大 脑定位机制的另外一项关键组成部分。他们识别出另外一种神经细胞，他们将其 称之为“网格细胞”，这些细胞产生一种坐标体系，从而让精确定位与路径搜寻成 为可能。他们随后进行的研究揭示了位置细胞以及网格细胞是如何让定位与导航 成为可能的

北京时间 8 日 17 时 30 分，由诺贝尔委员会宣布，英国科学家 John O’Keefe （约翰-欧基夫）、挪威夫妇 May-Britt Moser（梅-布莱特）和 Edvard Moser（爱 德华-莫索尔）获得今年诺贝尔生理学或医学奖，奖励他们在“发现了大脑中形成 定位系统的细胞”方面所做的贡献。全文如下： 我们如何知道自己的位置？我们如何从一个地方去到另一个地方？为何当我们 在下次重复同样的路线时能够迅速查找到这些信息，我们在大脑中是如何对它们 进行存储的？今年的诺贝尔生理学与医学奖获得者们发现了大脑内的定位系统， 一种大脑中内置的“GPS”，它让我们能够在空间中实现自我定位，这从细胞层面 揭示了人类高等认知能力。 1971 年，John O´Keefe 发现了构成这一体系的第一个组成部分。他在大脑一 个名叫“海马体”的区域内发现一种特殊的神经细胞，当实验大鼠在房间内的某一 特定位置时其中一部分这样的细胞总是显示激活状态。而当大鼠在房间内的其他 位置时，另外一些细胞则显示激活状态。奥基夫认为这些是“定位细胞”，它们形 成了房间的地图。 30 多年后，也就是在 2005 年，May-Britt Moser 和 Edvard Moser 夫妇发现大 脑定位机制的另外一项关键组成部分。他们识别出另外一种神经细胞，他们将其 称之为“网格细胞”，这些细胞产生一种坐标体系，从而让精确定位与路径搜寻成 为可能。他们随后进行的研究揭示了位置细胞以及网格细胞是如何让定位与导航 成为可能的

John O'Keefe、May-Britt Moser和Edvard Moser的发现解决了一个占据了哲 学家和科学家几个世纪的问题，即大脑如何创建一个我们周围空间的地图？我们 在复杂的环境中如何导航？ 我们如何了解我们的环境？ 方向感和导航能力是我们生存的根本。方向感是对环境中位置的感知。在导航过 程中，它是基于对先前位置的运动和了解从而与距离感内在关联。 关于定位和导航问题，哲学家和科学家们思考了很长时间。200多年前，德国哲 学家康德认为，一些精神能力作为先知存在，并独立于经验。他认为空间概念是 思想的内在准则，通过此，世界可以被感知。20世纪，行为心理学出现，让这 些问题可以通过实验研究手段解决。当Edward Tolman检测大鼠穿越迷宫时， 他发现大鼠可以学会如何导航，并提出了他们会形成“认知地图”帮助他们找到自 己的路。但问题仍然存在，这样的地图是怎样在大脑中形成的呢？ John O'Keefe和空间中的定位 John O'Keefe着迷的是大脑是如何控制行为和决定的问题，在20世纪60年代 末，尝试用神经电生理的方法去解决这个问题。当将房间里移动的大鼠大脑中的 海马体中的单个神经细胞记录信号，奥基夫发现当动物假定在环境中的一个特定 的地方，特定的神经细胞被激活。他能证明这些“定位细胞”不仅在生成视觉输入， 还在建立环境内地图。奥基夫发现海马产生了大量地图，这是由在不同的环境中 被激活的定位细胞的集体活动产生的。因此，环境的记忆可以作为海马体定位细 胞特定活动的组合而储存。 May-Britt Moser和Edvard Moser找到坐标 May-Britt Moser和Edvard Moser在给房间里运动的大鼠海马体建立映射连接时， 他们在大脑内嗅皮质部分发现了一个惊人的活动模式。在这里，大鼠路过六角形 网格内多个位置时，某些细胞会被激活。这些细胞是在一个独特的空间内被激活， 而且这些“网格细胞”构成一个空间导航坐标系。和内嗅皮质一起，他们识别头部 的定位和周边的环境，它们在海马体中与定位细胞一起形成电路。该电路是大脑 内一个全面的定位系统，是大脑中的GPS。 人脑中的定位

John O´Keefe、May-Britt Moser 和 Edvard Moser 的发现解决了一个占据了哲 学家和科学家几个世纪的问题，即大脑如何创建一个我们周围空间的地图？我们 在复杂的环境中如何导航？ 我们如何了解我们的环境？ 方向感和导航能力是我们生存的根本。方向感是对环境中位置的感知。在导航过 程中，它是基于对先前位置的运动和了解从而与距离感内在关联。 关于定位和导航问题，哲学家和科学家们思考了很长时间。200 多年前，德国哲 学家康德认为，一些精神能力作为先知存在，并独立于经验。他认为空间概念是 思想的内在准则，通过此，世界可以被感知。20 世纪，行为心理学出现，让这 些问题可以通过实验研究手段解决。当 Edward Tolman 检测大鼠穿越迷宫时， 他发现大鼠可以学会如何导航，并提出了他们会形成“认知地图”帮助他们找到自 己的路。但问题仍然存在，这样的地图是怎样在大脑中形成的呢？ John O´Keefe 和空间中的定位 John O´Keefe 着迷的是大脑是如何控制行为和决定的问题，在 20 世纪 60 年代 末，尝试用神经电生理的方法去解决这个问题。当将房间里移动的大鼠大脑中的 海马体中的单个神经细胞记录信号，奥基夫发现当动物假定在环境中的一个特定 的地方，特定的神经细胞被激活。他能证明这些“定位细胞”不仅在生成视觉输入， 还在建立环境内地图。奥基夫发现海马产生了大量地图，这是由在不同的环境中 被激活的定位细胞的集体活动产生的。因此，环境的记忆可以作为海马体定位细 胞特定活动的组合而储存。 May-Britt Moser 和 Edvard Moser 找到坐标 May-Britt Moser和Edvard Moser在给房间里运动的大鼠海马体建立映射连接时， 他们在大脑内嗅皮质部分发现了一个惊人的活动模式。在这里，大鼠路过六角形 网格内多个位置时，某些细胞会被激活。这些细胞是在一个独特的空间内被激活， 而且这些“网格细胞”构成一个空间导航坐标系。和内嗅皮质一起，他们识别头部 的定位和周边的环境，它们在海马体中与定位细胞一起形成电路。该电路是大脑 内一个全面的定位系统，是大脑中的 GPS。 人脑中的定位

最近的脑成像技术调查，比如对顿脑手术患者的研究，表明定位细胞、网格细胞 在人类中存在。阿尔茨海默病患者中，海马体和内嗅皮质经常在早期阶段容易受 到影响，这些人常常迷失方向，无法识别环境。了解脑的定位系统的可以帮助我 们从机制上去了解这类病人的空间记忆是如何丧失的。 大脑的定位系统的发现代表了专门的细胞群是如何理解范式转变并共同执行更 高级的认知功能。它为其他认知过程开辟了新的途径，如记忆、思考和计划。 获奖者简介 John O'Keefe教授 John O'Keefe出生于纽约，在纽约城市大学获得学士学位，然后在加拿大麦吉 尔大学获得博士学位，在这里他学习了记录动物单个神经元电活动的技术。然后 他在英国伦敦学院大学从事博士后工作，1987年成为这里的教授（纽约人在伦 敦)。John O'Keefe最重要的发现是位置细胞，他系统分析了环境因素对海马 神经元电活动的影响，发表了许多在位置细胞领域有重要影响的论文（高引用论 文)。他和LynnNadel共同编写了一本很有影响的专著The Hippocampus as a Cognitive Map《海马是一个认知地图》。在书中，他们将海马比喻为一种内在 的全球定位系统，这一专著成就了他们在这一领域的地位。 May-Britt Moser、.Edvard Moser夫妇

最近的脑成像技术调查，比如对颅脑手术患者的研究，表明定位细胞、网格细胞 在人类中存在。阿尔茨海默病患者中，海马体和内嗅皮质经常在早期阶段容易受 到影响，这些人常常迷失方向，无法识别环境。了解脑的定位系统的可以帮助我 们从机制上去了解这类病人的空间记忆是如何丧失的。 大脑的定位系统的发现代表了专门的细胞群是如何理解范式转变并共同执行更 高级的认知功能。它为其他认知过程开辟了新的途径，如记忆、思考和计划。 获奖者简介 John O’Keefe 教授 John O’Keefe 出生于纽约，在纽约城市大学获得学士学位，然后在加拿大麦吉 尔大学获得博士学位，在这里他学习了记录动物单个神经元电活动的技术。然后 他在英国伦敦学院大学从事博士后工作，1987 年成为这里的教授（纽约人在伦 敦）。John O’Keefe 最重要的发现是位置细胞，他系统分析了环境因素对海马 神经元电活动的影响，发表了许多在位置细胞领域有重要影响的论文（高引用论 文）。他和 LynnNadel 共同编写了一本很有影响的专著 The Hippocampus as a Cognitive Map《海马是一个认知地图》。在书中，他们将海马比喻为一种内在 的全球定位系统，这一专著成就了他们在这一领域的地位。 May-Britt Moser、Edvard Moser 夫妇

May-Britt Moser、Edvard Moser是挪威的心理学家，神经生物学家。他 们建立了记忆生物学研究中心(CBM)和卡维里研究所。并且他们率先在过 去的十年中开展脑定位机制的研究。 长期以来，大众和科学家对大脑奥秘的探讨从未停止过.200多年前，德国哲学 家康德(Immanuel Kant)提出，空间概念是思想的一种内建原理，我们就是通过这种 原理来感知世界的.20世纪中期行为生理学的出现逐渐改变了这一假设.加州大学 Berkeley分校的Edward Tolman教授在1948年发现大鼠在迷宫中可以学会认路和导 航，推测在大鼠的大脑中一定是形成了一幅“认知地图”从而帮助其走出迷宫.然而， 形成方位感知的地图是如何存在于大脑中的呢？

May-Britt Moser 、Edvard Moser 是挪威的心理学家，神经生物学家。他 们建立了记忆生物学研究中心（CBM）和卡维里研究所。并且他们率先在过 去的十年中开展脑定位机制的研究。 长期以来, 大众和科学家对大脑奥秘的探讨从未停止过. 200 多年前, 德国哲学 家康德(Immanuel Kant)提出, 空间概念是思想的一种内建原理, 我们就是通过这种 原理来感知世界的. 20 世纪中期行为生理学的出现逐渐改变了这一假设. 加州大学 Berkeley 分校的 Edward Tolman 教授在 1948 年发现大鼠在迷宫中可以学会认路和导 航, 推测在大鼠的大脑中一定是形成了一幅“认知地图”从而帮助其走出迷宫. 然而, 形成方位感知的地图是如何存在于大脑中的呢?