現代神經科學起源於十九世紀末期；聖地牙哥·拉蒙-卡哈爾（Santiago Ramón y）的神經解剖學研究和他提出的神經元理論是主要的起點。一百多年來，神經科學界一直公認卡哈爾是有史以來最偉大的神經解剖學家。他的偉大之處不僅是他遺留給神經科學大量至今仍有參考價值的神經解剖學資料，還有他對神經系統結構和功能的開創性概念。他繪製的神經網絡圖譜，在今天仍經常被神經科學教科書引用。《美麗的大腦》一書精選了一些他所繪製的大腦神經網絡圖譜，給廣大的讀者展示了大腦複雜而神秘誘人的世界。嚴青博士在專研神經科學之餘，為中文讀者翻譯了這本書，是件可喜可賀的事。
科學家探索自然界的奧秘，經常是從觀察自然現象入手。要從初看似乎雜亂無章的現象中抽取出內在的規律，可不是件易事，也是專研科學過程中最需要學的本事。卡哈爾是如何能從無數大腦的切片中去蕪存菁，描繪出神經系統結構的精髓？他是怎樣學會這種能力？在《致青年學者》（《Advice for a Young Investigator》）一書中，他不斷強調獨立性、堅持、和專注的重要性，認為智力並不是關鍵，中等資質的科學家也可以做出重要的科學工作，這是否也反映了他自己呢？卡哈爾出生在西班牙東北部一個鄉村醫生的家庭。從小喜歡繪畫和攝影，但在父親的堅持下進了醫學院。1877年，25歲的卡哈爾在薩拉戈薩大學醫學院擔任解剖學助教期間，開始對生物體的微觀世界產生了興趣。用自己微薄的工資分期付款購買了一個單眼顯微鏡，在家裡建立一個小實驗室，用業餘時間專研神經解剖，繪製神經系統圖譜；就是在這樣的環境下他開始了神經科學界劃時代的工作。卡哈爾繪製的神經系統圖譜包括了各種動物大腦裡幾乎所有腦區：從發育期到成年期、正常的和病態的、以及神經退化和再生的神經組織。在二十年間，他以西班牙文發表了無數的論文和專著。在1898到1904年間，出版了三本巨著《人類和脊椎動物神經系統的組織學》（《Histologie du système nerveux de l'homme et des vertébrés》），奠定了他在神經科學百年來不可動搖的地位。此書在1995年由尼裡·斯旺森（Neeny Swanson）和拉裡·斯旺森（Larry Swanson ）翻譯為英文, 由牛津大學出版社出版。卡哈爾的這部巨著，可與達爾文的《物種起源》(《Origin of Species》)相提並論，是生物科學界少有的傳世之作。
卡哈爾繪製腦圖譜過程可不僅是忠實地描繪神經系統的結構，而是一種歸納性的描述，同時更進一步提出假說的科學研究過程。他觀察到的是經過化學藥品固定後的組織切片，是死細胞的靜態結構；但是在繪製過程中，他以藝術家的手筆、科學家的判斷力和想像力，使複雜的神經系統以具代表性的結構在畫中復活。在繪製圖譜的過程中，卡哈爾提出了三個現代神經科學的關鍵性理論。首先，他通過細緻的觀察，提出了神經元的概念（所謂"神經元學說（Neuron Doctrine）"）：神經網絡不是一個連續的網狀結構（當時神經科學界普遍的見解），而是由許多獨立的神經細胞個體（"神經元"），通過神經元之間的接觸點聯接而成。這些接觸點後來被查爾斯·謝靈頓（Charles Sherrington ）命名為"突觸"，也是現在公認神經信息在網絡中傳導必需跨過的、有可塑性的關鍵結構。第二，他指出所有神經元都具有不對稱的極性結構：一邊有一枝很長的所謂"軸突"的纖維狀突起；另一邊有許多像樹枝一樣的"樹突"。他提出樹突是接收其他神經元輸入信息的結構，而軸突則是神經元將信息傳向遠方的輸出結構，神經信息在神經元內是單向地從樹突流向軸突。他在繪製的一些網絡圖譜中，加上了許多小的箭頭，指出想像中信息傳導的方向，給靜態的網絡填上了動態的信息。第三，在發育組織的切片中，他發現了生長期的軸突前端有一種"生長椎"（growth cone）。卡哈爾對"生長椎"動態性的描述生動地反映了他的想像力："一個柔軟可變的破城槌，以機械力推開障礙，尋找自己的途徑，最終到達它的目的地"。當時已發現血液白細胞的遷移可受化學物質的誘導，卡哈爾依據此現象提出神經軸突生長的化學誘導理論：生長椎在靶細胞分泌的化學物質的誘導下，依據物質的梯度，尋找它的生長路徑，最終找到它的靶細胞，產生突觸聯接。幾乎是在一百年後，神經科學家才發現神經系統內確實表達並分泌各種可引導生長椎的蛋白分子，化學物質誘導下的神經軸突生長也成為神經網絡形成的重要機制之一。基於神經組織的發育、退化和再生的結構變化，他還首先提出了神經聯接的可塑性概念。神經網絡在發育期的修剪、記憶學習過程中的結構變化、創傷後的重建等等仍是目前神經科學界的重大問題，卡哈爾在他的著作中有充滿睿智的預言。
卡哈爾繪製神經系統結構圖譜的關鍵技術是義大利解剖學家卡米洛·高爾基（Camillo Golgi）發現的染色方法。高爾基發現神經組織在硝酸銀溶液浸泡後，只有少數神經細胞會吸收銀顆粒，在組織切片中顯示出神經元的整體結構，也不會被太多細胞染色所造成的背景幹擾。高爾基染色法的使用和優化，促成了卡哈爾的偉大成就。高爾基本人對神經元理論卻不贊同，一直認為神經網絡是個連續體。他與卡哈爾為此爭論多年，雖然兩人同時在1906年一起獲得第一個諾貝爾生理與醫學獎。卡哈爾的成功來之不易；他初期的工作是在主流之外，用西班牙文發表的論文也不為人知。他提出的神經元理論是經過十餘年的努力奮鬥後，才慢慢被人接受。推翻科學界的主流觀點是創新的本質，而科學界對可能推翻目前共識的創新工作，尤其是來自不知名年輕科學家的工作，總是有排斥性的。卡哈爾對年輕科學家強調做科研要堅持，他所說的不僅是在實驗臺前堅持工作，也應包括對自己科學信念的堅持。隨波逐流易，中流砥柱難，卡哈爾的科學歷程值得我們的體會和學習。
大腦可能是宇宙間最複雜最神秘的物體。美麗的大腦一書展現了大腦組織的微觀結構之美。與自然界的許多美景一樣，它們的背後，還有另一種更值得觀賞的美景，如法國數學家亨利·龐加萊（Henri Poincaré）所說的"……不是直接衝擊你的感官的自然美，而是一種來自對自然界組分間的和諧規律；只有通過純粹智力的理解才能體會的自然美……"。要觀賞這種美景，必須理解美景背後的科學內涵。希望本書能激起讀者對既美麗又神秘的大腦進一步探索的興趣。卡哈爾早年熱愛繪畫，轉向神經圖譜的繪製後，能投入終生不懈的熱情，可是因為他不斷發現美麗的神經網絡之中有一些更美的自然規律？百餘年後的今天，美麗的大腦中仍有許多尚未現身的規律。卡哈爾所觀察到各種形態特異的神經元在演化和發育過程中是如何出現的？基因的表達如何造成各種形態的神經元（細胞內DNA編碼的一維信息如何轉變為多樣的三維結構）？各種神經元軸突和樹突如何產生準確的突觸聯接？環境因素如何影響大腦網絡的形成？各種腦功能如何通過網絡中的神經環路來實現？網絡結構的異常與腦疾病有何關聯？事實上，二十一世紀腦科學研究目標與卡哈爾當年沒有本質上的差別——都是要理解大腦神經網絡的結構和功能。我們現在有了更新的研究手段，可以分析單個神經元的基因表達譜，可以在活體標記特殊類型的神經元，三維重構全腦的神經聯接, 也可以觀測神經元在活體網絡中的電活動。全腦"介觀"（有神經元分辨度）神經聯接圖譜的繪製，包括局部腦區的聯接網絡（卡哈爾所繪製的主要內容）和全腦的神經軸突的投射譜，已在世界各國開展，也是我國今年即將啟動的中國腦計劃（"腦科學與類腦研究"）重大科技專項（2019-2035）中的一項重要工作。對美麗大腦結構的探索，卡哈爾的圖譜是起點，終點還在遙遠的未來。