仿生裝置：模擬自然界的組裝和修復(fù)過程（中文翻譯版）

目　錄
**部分　自然界建造與修復(fù)過程的生物學(xué)啟示
**章　組成復(fù)雜系統(tǒng)的仿生裝置3
一、生物學(xué)啟示4
二、組成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的仿生裝置8
三、復(fù)雜系統(tǒng)的自組織12
四、魯棒性、具身化、可預(yù)測性、智能化、自修復(fù)、涌現(xiàn)性、發(fā)育性的系統(tǒng)13
五、仿生裝置：跨越鴻溝26
第二章　自然界如何建造：物理定律、形態(tài)發(fā)生與動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)29
一、達(dá)爾西？湯普森：生長與形式30
二、圖靈與形態(tài)發(fā)生32
三、形態(tài)發(fā)生過程的體內(nèi)成像34
四、張力平衡與機(jī)械生物學(xué)的興起34
五、涌現(xiàn)形式39
六、能量流的機(jī)械約束與細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)的涌現(xiàn)40
七、組織原42
八、表觀遺傳場景42
九、生物系統(tǒng)如何利用物理不穩(wěn)定性構(gòu)建裝置44
十、動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)與臨界性45
十一、吸引子（基元）47
十二、任務(wù)動(dòng)力學(xué)49
十三、基元的發(fā)展起源50
十四、呼吸動(dòng)力學(xué)與裝置發(fā)展53
第三章　自然界建造了什么：材料和裝置58
一、自然界的活體材料60
二、生命裝置63
三、多時(shí)間尺度重構(gòu)：演化發(fā)生65
四、身體和神經(jīng)系統(tǒng)：比例關(guān)系67
五、能夠探測結(jié)構(gòu)化能量的自然構(gòu)建器官69
六、機(jī)械傳導(dǎo)智能裝置73
七、昆蟲感知裝置有多智能76
八、預(yù)應(yīng)力：聽覺和觸覺中的跨尺度機(jī)械傳導(dǎo)79
九、肌肉性靜水骨骼81
十、自然界中的泵82
十一、從吸引子動(dòng)力學(xué)到功能85
十二、導(dǎo)航：神經(jīng)吸引子和行為動(dòng)力學(xué)88
第四章　用自然界的方法構(gòu)建裝置92
一、模擬生命裝置93
二、仿生自適應(yīng)材料的自組裝95
三、器官反向工程：微流體使能技術(shù)99
四、紙基生物技術(shù)101
五、為什么模仿肌腱單元如此困難101
六、構(gòu)建柔性傳感器、促動(dòng)器和軟體機(jī)器人的仿生過程104
七、折紙、可編程材料和可打印制造106
八、軟體機(jī)器人108
九、體型符合比例的微型運(yùn)動(dòng)機(jī)器人：尋找掩護(hù)，濺起水花，拍打翅膀110
十、從章魚機(jī)器人到底層物質(zhì)空間118
第二部分　神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、發(fā)育和脆弱性
第五章　自然界的神經(jīng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)123
一、細(xì)胞身份多樣性126
二、涌現(xiàn)性功能127
三、神經(jīng)連接組128
四、神經(jīng)調(diào)節(jié)在行為涌現(xiàn)中的作用：線蟲和果蠅131
五、神經(jīng)系統(tǒng)成像記錄的遺傳與分子工具革命132
六、動(dòng)作協(xié)調(diào)：觀察行為過程中的整個(gè)大腦134
七、簡并性137
八、脊髓和腦干回路138
九、小腦的功能143
十、基底節(jié)和運(yùn)動(dòng)程序：選擇144
十一、神經(jīng)力學(xué)：昆蟲、無脊椎動(dòng)物和小型脊椎動(dòng)物的具身化神經(jīng)系統(tǒng)145
十二、大腦結(jié)構(gòu)的進(jìn)化149
十三、大型神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能突現(xiàn)150
十四、神經(jīng)連接組拓?fù)浣＃簣D形化153
十五、振蕩頻率波段與臨時(shí)功能群的形成153
十六、同步化結(jié)合與相干性交流155
十七、靜息狀態(tài)動(dòng)力學(xué)157
十八、大腦、身體和行為：不僅僅是計(jì)算159
第六章　人類神經(jīng)系統(tǒng)：發(fā)育與脆弱性161
一、神經(jīng)回路自組裝163
二、胎兒和新生兒大腦發(fā)育成像：結(jié)構(gòu)和功能164
三、人類中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育概況166
四、胎兒大腦、早產(chǎn)兒和室周白質(zhì)軟化癥168
五、大腦皮質(zhì)169
六、過渡性亞板區(qū)171
七、皮質(zhì)折疊172
八、突觸發(fā)生與健康發(fā)育神經(jīng)系統(tǒng)的重構(gòu)173
九、神經(jīng)膠質(zhì)：神經(jīng)系統(tǒng)的暗物質(zhì)175
十、功能預(yù)測178
十一、發(fā)育過程意外事件導(dǎo)致的內(nèi)源性大腦脆弱性180
十二、正常大腦網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育涌現(xiàn)：五項(xiàng)原則183
十三、脆弱性和神經(jīng)病理學(xué)186
十四、母體免疫激活：大腦發(fā)育脆弱性的聯(lián)系188
第七章　自然界如何重塑和修復(fù)神經(jīng)回路190
一、水邊的進(jìn)化192
二、變態(tài)與運(yùn)動(dòng)演化194
三、再生198
四、鳥鳴：探究行為的關(guān)鍵期201
五、控制關(guān)鍵期的開始和結(jié)束204
六、從小鼠到人類：皮質(zhì)可塑性205
七、脊髓損傷后的可塑性209
第三部分　了解和模仿自然界的損傷反應(yīng)
第八章　神經(jīng)修復(fù)：裝置具身化217
一、構(gòu)建神經(jīng)修復(fù)裝置的機(jī)遇和挑戰(zhàn)219
二、神經(jīng)修復(fù)的**個(gè)支柱：接口、解碼與具身化222
三、神經(jīng)修復(fù)的第二個(gè)支柱：感知、協(xié)同和耦合230
四、神經(jīng)修復(fù)的第三個(gè)支柱238
第九章　神經(jīng)康復(fù)：重建與修復(fù)受損神經(jīng)系統(tǒng)242
一、腦癱、精神分裂癥和腦卒中的主要挑戰(zhàn)244
二、神經(jīng)診斷學(xué)248
三、神經(jīng)康復(fù)的計(jì)算方法250
四、伯恩斯坦傳統(tǒng)與動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)257
五、任務(wù)動(dòng)力學(xué)視角的發(fā)育神經(jīng)康復(fù)260
第十章　面向群體性、自適應(yīng)、涌現(xiàn)性系統(tǒng)無縫部件的裝置270
一、互利共生271
二、互利共生為生物混合機(jī)器人提供生物靈感277
三、互利共生是合成生物學(xué)和器官芯片裝置的基礎(chǔ)289
四、再生醫(yī)學(xué)293
五、再生醫(yī)學(xué)與受損神經(jīng)系統(tǒng)296
六、結(jié)語298
參考文獻(xiàn)300