禅一谈人脑

(2009-10-19 14:51:58)转载
标签：神经元
顶叶
基底神经节
韦尼克
脑岛
健康
分类：医

您所能想到的每种动物都有脑，无论是哺乳类、鸟类、爬行类、鱼类，还是两栖类。但人脑是独一无二的，它让我们能够思考、计划、说话、想象……脑真是一个奇妙的器官。
脑的作用有很多：
控制体温、血压、心率和呼吸。 接受由您的感官（视觉、嗅觉、听觉、味觉等）感受到的大量外界信息。 控制行走、说话、站立或坐等身体运动。 使您能够思考、做梦、推理和体验感情。
所有这些活动都是由一小颗花耶菜大小的器官来协调、控制和调节的，这个器官就是：脑。

人脑揭秘


人体的脑、脊髓以及周围神经构成了一个精密复杂的综合信息处理及控制系统。研究脑和神经系统的学科叫做神经科学或神经生物学。由于神经科学涉及的领域较广，加之脑和神经系统比较复杂，因此本文将从基本知识入手，为您概述这一奇妙的器官。
在本文中，我们将了解脑的结构及其各组成部分的功能。通过大致地了解人脑，您将能够理解运动控制、视觉信号处理、听觉信号处理、感知、学习、记忆、情感等概念，我们将在以后的章节中详细阐述这些概念。
脑由大约1000亿个称为神经元的神经细胞组成。神经元有强大的电化学信号采集和传送能力——这恰好类似于计算机中的电路和电线。神经元细胞有着和其他细胞一样的特征和结构, 但其电化学特征使其能够远距离（可达几米）相互传递信号。
神经元的基本组成部分有三个：
细胞体——这个主要组成部分含有细胞必需的所有成分，如细胞核（含DNA）、内质网和核糖体（用于合成蛋白）、线粒体（用于生成能量）。如果细胞体死亡，神经元就会死亡。
轴突——神经细胞的长索状突出部分，沿着细胞传递电化学信息（神经冲动或动作电位）。 根据神经元种类，轴突可能覆盖着一层薄膜，即髓鞘，就像是绝缘电线。髓鞘由脂肪组成，可加快神经冲动沿轴突传播。有髓鞘的神经元主要位于周围神经（感觉和运动神经元）中，而无髓鞘的神经元则位于脑和脊髓中。
树突或神经末梢——神经细胞的树枝状细小突出，可与其他细胞连接，实现神经元之间的信息传递并感知环境。树突可以位于细胞的一端或两端。

神经元大小各异。例如，手指中的单个感觉神经元的轴突会延伸至整个手臂，而脑中的神经元可能只延伸几毫米。神经元依据功能的不同，其形状也各有不同。控制肌肉收缩的运动神经元，一端是细胞体，中间是长轴突，另一端则是树突；而感觉神经元两端都有树突，中间由长轴突连接，轴突上还连接着细胞体。

几种类型的神经元：运动神经元、感觉神经元、皮质锥体细胞
神经元的功能也各有不同：
感觉神经元将外部机体（末梢）信号传递到中枢神经系统。
运动神经元将中枢神经系统的信号传递到外部机体（肌肉、皮肤、腺体）。
感受器感知环境信号（化学物质、光线、声音、触碰），并将这些信息进行编码，转换成可由运动神经元传导的电化学信号。
中间神经元连接脑和脊髓中的各种神经元。
最简单的神经通路是单突触（单联接）反射通路，如膝跳反射。医生用叩诊锤敲击膝盖的特定部位时，感受器通过感觉神经元将信号传送到脊髓；感觉神经元再将信息传递给控制腿部肌肉的运动神经元；神经冲动沿运动神经元传递并刺激对应肌肉进行收缩。该反应是一种肌肉反射，过程十分快速，并不涉及脑。人类有很多类似的基本（hard-wired）反射，但随着任务越来越复杂，反射通路的“线路”也更错综复杂并且需要用到脑。
最简单的生物神经系统可能仅仅由反射通路构成。例如，叶状软体蜗虫和无脊椎动物都没有集中式脑，它们仅有由松散连接的神经元组成的简单反射通路。叶状软体蜗虫拥有一种单个神经元相互联系形成、遍布全身的神经网。
多数无脊椎动物（如龙虾）拥有多个简单“脑”，即由神经细胞聚集组成神经节。每个神经节都通过反射通路控制其对应节段的感觉和运动功能，同时神经节之间相互连接形成简单的神经系统。随着神经系统的进化，神经节链进化为更集中的简单脑。
脑的主要分区 脊髓 脑干 小脑 前脑 间脑——丘脑、下丘脑 脑皮质
脑由无脊椎动物的神经节进化而来。无论是何种动物，脑都可分为以下几个部分：
脑干——脑干由髓质（上端脊髓的膨大部分）、脑桥和中脑组成（低等动物只有髓质）。脑干控制反射、自动功能（如心率，血压）、肢体运动和内脏功能（消化、排尿）。
小脑——小脑整合来自前庭系统的位置和运动信息，并用这些信息协调肢体运动。
下丘脑和脑垂体——控制内脏功能、体温，以及进食、饮水、性反应、攻击及愉悦等行为反应。
大脑（也叫做脑皮质或简称皮质）——大脑由皮质、大纤维束（胼胝体）和一些深部结构（基底神经节、杏仁核、海马）组成。它整合来自所有感觉器官的信息、激发运动功能、控制情感、保存记忆和思维过程（情感表达和思考在高等动物中更为普遍）。

从鱼类到人类，您会发现皮质越来越大，所占比例也越来越大，并且出现褶皱。增大的皮质负责更高等级的功能，例如信息处理、语言、思维和记忆。另外，叫做丘脑的部分将来自脑干和脊髓的信息传递到脑皮质。
低等动物（鱼类、两栖类、爬行类、鸟类）的“思维活动”很少，它们更关心觅食、进食、饮水、睡眠、繁殖和自我保护等日常活动。因此，它们的脑主要由控制这些功能的区域组成。我们也可以完成这些功能，所以我们的体内也有一个“爬行动物”的脑。

脑的下部是脑干和颅神经。
低级脑的基本组成部分包括脊髓、脑干和间脑（小脑和皮质同样存在，但在稍后部分讨论）。每个结构中都有名为髓核的神经细胞中枢，它们均有特定功能（呼吸、调节心率、睡眠）。
脊髓脊髓可以看作是与脑分离的器官，或者仅是脑干向下的延伸部分。它含有来自于身体的感觉和运动反射通路，以及脑的上行和下行通路。脊髓中含有不依赖于脑的反射通路，如膝跳反射中的那样。
髓质——包含用于调节血压和呼吸的髓核，还包含用于传递由感觉器官发出的、源自颅神经的信息的髓核。 脑桥——脑桥含有将来自小脑的运动位置信息传递至皮质的髓核，也有与呼吸、味觉、睡眠相关的髓核。 中脑——中脑的髓核联系脑中与运动功能（小脑、基底神经节、大脑皮质）、眼部运动、听力控制有关的各个部分。其中一部分叫做黑质，与自主运动有关。当其功能丧失时就会发生帕金森氏病的震颤性运动。 丘脑——丘脑将外来的感觉通路传递到大脑皮质的相应区域，决定哪些感觉信息传导到意识以及哪些信号参与小脑、基底神经节、皮质之间的运动信息交换。 脑垂体——脑垂体含有控制脑垂体分泌激素的髓核。这些中枢支配有性繁殖、进食、饮水、生长、母性行为（如哺乳动物泌乳）。脑垂体还参与绝大多数行为，包括与日夜循环相关的生物“钟”（昼夜节律）。

低级脑的内部视图
小脑位于脑桥的后上方，并褶皱形成许多叶。它接收来自脊髓的感觉神经信息、来自皮质和基底神经节的运动信息，以及来自前庭系统的位置信息。然后小脑将这些信息进行整合并影响从脑出发的输出运动通路，以协调运动。为说明这一点，请伸手触摸身前的某一点，如计算机显示器——手会完成一个顺滑的动作。如果小脑受损，这个动作将变得非常僵硬，因为皮质会发出一系列导向目标点的肌肉微缩信号。小脑也会参与语言表达（控制唇部和喉部肌肉的细微收缩），以及其他认知功能。

灰质皮质包括灰质（无髓鞘神经元）和白质（进出皮质的有髓鞘神经元）。
大脑是人脑中最大的组成部分。皮质内包含有所有接受和处理感觉信号、触发运动、分析信息、推理和表达情感的中枢。分管这些功能的中枢位于皮质的不同区域。了解皮质各区域的功能前，让我们先了解一下各区域的分布。
大脑皮质的主要部分
皮质占据了人脑外表面的主要部分。脑的表面积约为1500到2000平方厘米，相当于一到两页报纸。将这么大的表面积装进颅骨时，皮质会发生折叠，形成褶（脑回）和沟（脑沟）。几条大的脑沟将皮质分为下述几叶：前叶、顶叶、枕叶和颞叶，每种叶均有不同功能。
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将鼠标移到人脑各部分的标签上，可以看到其在人脑中对应的位置。
从上往下看时，一条大脑沟（大脑纵裂）将人脑分为左右两个半球。左右半球通过一束称为胼胝体的白质纤维结构进行信息交流。同时，两侧颞叶还通过靠近脑后部另一束称为前连合的纤维进行交流。
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如果能看到大脑的切面图，就可以发现一条脑沟将胼胝体以上的皮质区分为两半，这条脑沟称为扣带沟。扣带沟和胼胝体之间的区域叫做扣带回，又称为边缘系统或边缘叶。大脑内部是基底神经节、杏仁核和海马。
我们对大脑皮质主要结构的了解到此为止。现在，让我们看看它们的功能。
大脑之间的连接是“硬线连接”，正如高楼或飞机用电线进行硬线连接一样。在脑中，所有连接均由神经元构成，通过皮质各叶中的中枢连接感受传入通路和运动传出通路，这些皮质中枢与人脑的其他区域之间也有连接。
大脑的某些区域具有特定功能：
顶叶——顶叶负责接收和处理所有的躯体感觉信号（触觉、痛觉）。 由脊髓分出的纤维，经过丘脑分配，到达顶叶各区域。 这些连接在顶叶内构成了一幅机体表面的“地图”，称为脑投射图。 脑投射图看起来有些奇怪，因为每个区域在图中按照感觉神经元连接的数目显示，与该区域的实际大小无关。（有关是什么决定了脑投射图的详细信息，请参见What Does Your "Homunculus" Look Like?Mapping Your Brain ）

脑投射图，一幅机体的感受“地图”。脑投射图看起来有些奇怪，因为每个区域在图中按照感觉神经元连接的数目显示，与该区域的实际大小无关。
顶叶后部（靠近颞叶的区域）有一块称为韦尼克氏区的区域，该区域对于理解与语言相关的感觉（听觉和视觉）信息非常重要。这块区域的损伤会造成“感觉性失语”，即患者不能理解语言的内容，但是可以发出声音。
额叶——额叶与运动（包括语言）和认知功能有关。 脑部的运动中枢（中央前回）位于额叶尾部、顶叶前方。它接收顶叶躯体感觉的连接信号，处理、触发运动功能。和顶叶中的脑投射图一样，中央前回也有运动区域的投射图（有关详细信息，请参见A Science Odyssey:You Try It - Probe the Brain Activity）。 额叶左侧有块区域，称为布罗卡氏区，控制用于发出声音的肌肉（嘴、唇和喉）。这块区域的损伤会造成“运动性失语”，即患者可以理解语言的内容，但只能发出无意义或模糊的声音。 额叶其他区域与联想功能（思维、学习和记忆）。
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脑功能区域模式图
枕叶——枕叶负责接收和处理从眼睛直接传送过来的视觉信息，并将这些信息与顶叶（韦尼克氏区）和运动皮质（额叶）相关联。其功能之一在于处理从眼睛晶状体角膜投射到视网膜上的倒置图像。
颞叶——颞叶处理来自耳朵的听觉信息，并将之与顶叶的韦尼克氏区、额叶的运动皮质相关联。
脑岛——脑岛影响脑干的自动功能。比如，屏住呼吸时，脑岛的神经冲动会抑制髓质的呼吸中枢，脑岛同时还处理味觉信息。
海马——海马位于颞叶内，对短时记忆非常重要。
杏仁核——杏仁核位于颞叶内，控制社会行为、性行为以及其他情绪。
基底神经节——基底神经节与小脑共同协作，调控精细运动，例如指尖动作。
边缘系统——边缘系统控制情绪性行为和内脏肌肉（消化道和体腔器官的肌肉）的运动。 脑和脊髓包裹着一系列坚韧的脑脊膜，可保护这些器官，避免其受到颅骨和脊柱的擦伤。同时，脑和脊髓还漂浮在颅骨和脊柱内的脑脊液中，以增强保护。这种缓冲液体由脑中的脉络丛组织产生，流经一系列腔室（脑室），最后，从脑部流出，沿脊髓流下。脑脊液与供血之间由血脑屏障隔开。

脑室系统
正如您所见，人脑是一个复杂精密、高度分化的器官，它控制机体的一切行为。