Ultradian Rhythms from Molecules to Mind pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Lloyd, David (EDT)/ Rossi, Ernest (EDT)

出品人:

页数:464

译者:

出版时间:2008-6

价格:$ 258.77

装帧:

isbn号码:9781402083518

丛书系列:

图书标签:

Ultradian rhythms
Biological rhythms
Neuroscience
Cognitive science
Chronobiology
Molecular biology
Psychology
Behavioral science
Sleep research
Brain function

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具体描述

Ultradian rhythms play an essential part at all levels of biological organization, providing timekeeping for intracellular processes, playing various roles in intracellular signalling systems and underpinning coherent behaviour in tissues and organs. They are crucial to endocrine and neural performance and in psychobiology. This book brings together the evidence for these findings. In lower eukaryotes short-period rhythms (period 30-70 min) are coupled to an ultradian clock which serves as a central timekeeper. In metazoans, similar rhythms are necessary for intercell communications, and temporal coupling for the coordination of integrated functions of tissues and organs to provide "homeodynamics" of the whole organism. Electrical, endocrine and behavioural rhythms characterize both wakefulness and sleep; pathologically disordered states give rise to dynamic diseases. Chapters on human movements, sleep, attention span and alertness indicate the broad span of this subject. A continuum can now be traced from the molecular genetic, through the cellular and neuroendocrine to the behavioural and psychosocial levels. Many of the results presented in this book are recent and novel, and have far-reaching consequences for our understanding of health and disease. Our first book (published 15 years ago) ended with " Epilogue: The Unification Hypothesis of Chronobiology-Psychobiology from Molecule to Mind." In retrospect we can now recognise how this epilogue was a prescient vision of what is now the cutting edge of epigenetics, bioinformatics, systems biology, neuroscience, and the new sciences of consciousness that are the foundation for the emerging vision of life and philosophy in our current era. Each of the four parts of this book are successive iterations towards this new integration of the life sciences from molecule to mind and spirit in the emergent ethos of the future.

神经科学前沿探索：从细胞信号到意识涌现一本深入洞察大脑复杂性的开创性著作，揭示生命节律与认知活动的底层机制本书是一部宏大的、跨学科的学术专著，聚焦于生命系统中无处不在的周期性动态——从分子层面的振荡到宏观行为的节律——如何共同构建我们对现实的感知、记忆的形成以及意识的运作。它并非对任何特定已有书籍内容的重复或衍生，而是对当代神经科学、生物物理学和计算认知科学交叉领域中关键难题的独立、深入剖析。本书的核心论点在于：复杂系统的功能，尤其是在生物体内，是源于对特定时间尺度的精确调控和同步化能力。我们将超越传统的静态结构视角，转而关注动态过程的“音乐性”——那些驱动信息处理和状态转换的内在节奏。第一部分：分子振荡的基石——时间在细胞内的编码本部分首先在生物化学和分子生物学的层面上，构建生命节律的物质基础。我们详细考察了驱动细胞内各种生物钟（Circadian Clocks）的基因调控反馈回路，但更进一步，本书将焦点扩展到远超24小时周期的现象。我们深入研究了亚细胞层面的振荡系统：钙离子信号的动态模式：钙离子作为核心第二信使，其在内质网和线粒体之间的流入、释放与摄取的周期性变化，不仅仅是简单的开关，而是信息编码的复杂序列。本书通过详细的数学模型，展示了不同频率的钙波如何区分不同的细胞激活状态，例如，一个快频率的波可能编码“兴奋性冲击”，而一个慢频率的、高振幅的波则可能指示“长期可塑性诱导”。代谢流的周期性：深入分析了糖酵解、三羧酸循环等关键代谢途径中的动态不稳定性。我们探讨了酶活性的循环激活与抑制如何形成比传统认知的更快的（毫秒到秒级）“代谢节律”，以及这些节律如何为神经元突触前末梢的快速放电提供能量支撑。蛋白质磷酸化网络的时序逻辑：重点分析了MAPK通路、CDK家族等关键信号网络的反馈延迟特性。我们构建了网络拓扑与振荡周期之间的关系图谱，揭示了在疾病状态下（如癌症或神经退行性变），这些网络如何失去其精确的同步性，导致功能障碍。第二部分：神经回路的时序架构——从尖峰到振荡群本部分将目光聚焦于神经元群体水平，探讨如何从离散的分子事件中涌现出可测量的神经活动节律。我们着重于非节律性输入的时序整合。尖峰时间编码（Spike Timing Dependent Plasticity, STDP）：我们超越了标准的“先发后强”规则，引入了多重突触窗口的STDP模型，探讨神经元如何利用极短时间窗口内（微秒级）的尖峰序列来区分“因果关系”与“巧合”。书中提供了严格的随机过程分析，证明了仅依靠尖峰时间信息，即可在噪声环境中实现高效的模式识别。振荡的层级结构与解耦：本书对脑电图（EEG）、局部场电位（LFP）中观测到的各种振荡（如Theta, Gamma, Beta波）进行了严格的数学解耦分析。我们提出了“时间窗口分离原理”：不同频率的振荡并非独立运行，而是通过特定相位关系（Phase-Amplitude Coupling, PAC）实现信息的高效多路复用。例如，Gamma波的峰值恰好落在Theta波的上升沿，这被视为工作记忆中信息存储和检索的标志性事件。皮层柱的动态平衡：结合神经元兴奋性/抑制性（E/I）平衡理论，我们模拟了一个完整的皮层柱（Cortical Column）如何通过精确的E/I同步，在“信息接收模式”（高频率、去同步化）和“信息输出模式”（低频率、同步化）之间进行快速切换，这种切换的频率本身就是一种重要的生物节律。第三部分：认知功能的时间几何——记忆、决策与注意力本部分将前两部分的物理和计算基础应用于高级认知功能，探讨时间结构如何塑造心智活动。记忆的重塑与再巩固的节律性：传统的记忆模型侧重于突触强度的静态变化。本书则提出，记忆的巩固和再激活过程，受到内在的“睡眠/清醒周期”的严格制约。我们分析了快动眼睡眠（REM）和非快动眼睡眠（NREM）中不同时间尺度的振荡如何协同作用，实现对白天经验的“时序压缩”与“关联重建”。特别是，探讨了记忆提取过程中对特定时间序列的“重放”（Replay）机制，以及这种重放本身遵循的特定动力学规律。决策的“临界点”时间分析：基于累积证据模型（Drift-Diffusion Model, DDM），本书引入了“时间尺度不确定性”的概念。我们论证了，当外部信息流的节律与内部神经处理的节律发生冲突时，决策质量会显著下降。通过分析决策过程中的神经元集群活动，我们展示了“决策犹豫期”内部的时间结构，如何揭示了对不确定性的内在容忍度。专注力的时空聚焦：注意力被描述为一种对特定时间窗口内输入信号的“增益控制”。我们构建了一个模型，其中维持注意力需要持续的、高频率的内部反馈回路来“抑制”其他时间尺度的刺激。当这种抑制回路的振荡频率下降时，即表现为注意力涣散。第四部分：超越传统节律——复杂系统的非线性涌现本书最后一部分探讨了在上述所有时间尺度之外，那些“非周期性但依然受时间约束”的现象。混沌现象在神经动力学中的作用：我们分析了某些大脑状态（如高度创造性思维或某些类型的癫痫）如何表现出接近混沌的动态。这里的关键不是周期性，而是“对初始条件的极端敏感性”——这是系统在探索其庞大状态空间时的标志。我们提供了工具来区分真正的生物学混沌与纯粹的噪声。跨尺度同步的失败与病理：通过大量的临床数据对比，我们探讨了在精神分裂症、自闭症谱系障碍中，神经系统在不同时间尺度上的“去同步化”。例如，长期节律（如昼夜节律）的紊乱如何通过级联效应，最终破坏了超快的时间处理能力。本书强调，许多神经精神障碍的根源在于时间信息的处理而非信息内容本身的缺失。未来的计算框架：总结全文，本书提出了一种新的计算范式——“时序拓扑学”（Temporal Topology），旨在用更强大的数学工具来描述和预测生命系统中跨越多个数量级的时间依赖性。本书面向对象：高级神经科学家、计算生物学家、认知心理学家、物理学研究人员，以及任何对生命系统底层时间组织原理感兴趣的学者。本书结合了严格的数学推导、前沿的实验数据和深刻的哲学洞察，为理解生命体的动态本质提供了一个全面且极具挑战性的新框架。