●第一部分自然界建造與修復過程的生物學啟示
第一章組成復雜繫統的仿生裝置3
一、生物學啟示4
二、組成復雜網絡的仿生裝置8
三、復雜繫統的自組織12
四、魯棒性、具身化、可預測性、智能化、自修復、湧現性、發育性的繫統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、形態發生與動力學繫統29
一、達爾西？湯普森：生長與形式30
二、圖靈與形態發生32
三、形態發生過程的體內成像34
四、張力平衡與機械生物學的興起34
五、湧現形式39
六、能量流的機械約束與細胞網絡的湧現40
七、組織原42
八、表觀遺傳場景42
九、生物繫統如何利用物理不穩定性構建裝置44
十、動力學繫統與臨界性45
十一、吸引）47
十二、任務動力學49
十的發展起源50
十四、呼吸動力學與裝置發展53
第三章自然界建造了什麼：材料和裝置58
一、自然界的活體材料60
二、生命裝置63
三、多時間尺度重構：演化發生65
四、身體和神經繫統：比例關繫67
五、能夠探測結構化能量的自然構建器官69
六、機械傳導智能裝置73
七、昆蟲感知裝置有多智能76
八、預應力：聽覺和觸覺中的跨尺度機械傳導79
九、肌肉性靜水骨骼81
十、自然界中的泵82
十一、從吸引子動力學到功能85
十二、導航：神經吸引子和行為動力學88
第四章用自然界的方法構建裝置92
一、模擬生命裝置93
二、仿生自適應材料的自組裝95
三、器官反向工程：微流體使能技術99
四、紙基生物技術101
五、為什麼模仿如此困難101
六、構建柔性傳感器、促動器和軟體機器人的仿生過程104
七、折紙、可編程材料和可打印制造106
八、軟體機器人108
九、體型符合比例的微型運動機器人：尋找掩護，濺起水花，拍打翅膀110
十、從章魚機器人到底層物質空間118
第二部分神經繫統的結構、功能、發育和脆弱性
第五章自然界的神經繫統網絡123
一、細胞身份多樣性126
二、湧現性功能127
三、神經連接組128
四、神經調節在行為湧現中的作用：線蟲和果蠅131
五、神經繫統成像記錄的遺傳與分子工具革命132
六、動作協調：觀察行為過程中的整個大腦134
七、簡並性137
八、脊髓和腦干回路138
九、小腦的功能143
十、基底節和運動程序：選擇144
十一、神經力學：昆蟲、無脊椎動物和小型脊椎動物的具身化神經繫統145
十二、大腦結構的進化149
十三、大型神經繫統的結構和功能突現150
十四、神經連接組拓撲建模：圖形化153
十五、振蕩頻率波段與臨時功能群的形成153
十六、同步化結合與相干性交流155
十七、靜息狀態動力學157
十八、大腦、身體和行為：不僅僅是計算159
第六章人類神經繫統：發育與脆弱性161
一、神經回路自組裝163
二、胎兒和新生兒大腦發育成像：結構和功能164
三、人類中樞神經繫統發育概況166
四、胎兒大腦、早產兒和室周白質軟化癥168
五、大腦皮質169
六、過渡性亞板區171
七、皮質折疊172
八、突觸發生與健康發育神經繫統的重構173
九、神經膠質：神經繫統的暗物質175
十、功能預測178
十一、發育過程意外事件導致的內源性大腦脆弱性180
十二、正常大腦網絡的發育湧現：五項原則183
十三、脆弱性和神經病理學186
十四、母體免疫激活：大腦發育脆弱性的聯繫188
第七章自然界如何重塑和修復神經回路190
一、水邊的進化192
二、變態與運動演化194
三、再生198
四、鳥鳴：探究行為的關鍵期201
五、控制關鍵期的開始和結束204
六、從小鼠到人類：皮質可塑性205
七、脊髓損傷後的可塑性209
第三部分了解和模仿自然界的損傷反應
第八章神經修復：裝置具身化217
一、構建神經修復裝置的機遇和挑戰219
二、神經修復的第一個支柱：接口、解碼與具身化222
三、神經修復的第二個支柱：感知、協同和耦合230
四、神經修復的第三個支柱238
第九章神經康復：重建與修復受損神經繫統242
一、腦癱、精神分裂癥和腦卒中的主要挑戰244
二、神經診斷學248
三、神經康復的計算方法250
四、伯恩斯坦傳統與動力學繫統257
五、任務動力學視角的發育神經康復260
第十章面向群體性、自適應、湧現性繫統無縫部件的裝置270
一、互利共生271
二、互利共生為生物混合機器人提供生物靈感277
三、互利共生是合成生物學和器官芯片裝置的基礎289
四、再生醫學293
五、再生醫學與受損神經繫統296
六、結語298
參考文獻300

本書共分為三個部分，運用繫統論工具融合科學、工程學和臨床醫學領域前沿與基礎知識。第一部分通過探討自然界生物靈感來源，自然界構建裝置的物理約束，自然界不同尺度的結構、材料、繫統和各種仿生方法等介紹了新一代仿生裝置的科學基礎；第二部分通過對神經影像技術、神經發育學的考察及神經繫統重構案例分析等探討了自適應和人類神經繫統對於神經假體裝置和神經康復技術研發的啟示；第三部分展望了神經假體、神經康復裝置及康復機器人等裝置研發的技術挑戰，同時還探討了新興技術帶來的人-機器關繫改變。本書適合生物、醫學、工程交叉領域的研究者、管理者、投資者和學生閱讀參考。