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人类大脑与记忆


大脑皮质的分区和机能定位
Broca(1861)根据其临床研究,提出了左优势半球的观点,他发现左 半球额叶(44区)损害可导致语言表达的障碍。Wernicke(1874)发现左 半球颞叶(42区)损害可导致语言感受障碍。 美国神经学家(Roger Sperry)经过20年对裂脑人的研究终于 发现,大脑半球的功能到成年后已经高度分化,一侧半球所具有的 特殊功能不会传给另外一侧。并且发现右半球在非词性的认识功能 方面是占有优势地位和起主导作用的,许多高级的形象思维、观察 力和综合能力集中有右半球。
在人体的大脑皮层,假如你用每秒一个的速度数其神经元之间的 突触连接,它将花去你三千二百万年的时间。人类大脑拥有几千万亿 个神经突触,大约是神经元数量的几百万倍。
突触传递:神经冲动跨神经元传播的过程,大部分神经突触的传递需要一种被称为“神经递质”的化学物质的帮
助。 神经电冲动是怎样通过突触间隙?早在19世纪,法国人克劳.巴纳尔认为:化学物质通过某种方式干扰体 内的神经活动。同时他提出了箭毒的作用原理。 1929年,奥地利生理学家奥托.勒维(Otto Loewi,1936年获得诺贝尔生理学与医学奖)证明化学物质 是神经元信息联系的关键物质(被Loewi发现的化学物质为ACh,乙酰胆碱)。 1973年,美国的药理学家珀特(C.B.Pett)在脑内发现吗啡受体 勒维的实验:第一步把动物的心脏游离,并浸浴在生理溶液中。第二步,刺激与心脏相连的迷走神经, 使心脏活动变慢。第三步,把浸浴心脏的生理溶液用来浸浴第二个游离的心脏,结果使该心脏的心跳活动变 慢。现在知道第一心脏被刺激后释放的化学物质是乙酰胆碱,它同样能使第二个心脏心跳频率变慢。
心智和掌控中心----人体的脑
1
胼胝体
2 透明隔
3 穹窿
额叶 顶叶 颞叶 枕叶 小脑
4 胼胝体膝 7 前连合 9 下丘脑 10 视交叉 11 视神经 12 嗅球 13 动眼神经 14 脑桥 15 延髓
16 脊髓 18 丘脑 20 松果体
21 四叠体 22 大脑导水管 24 第四脑室 26 小脑蚓部
脑的进行性退变病,患者表现出痴呆,并最终死亡。
出生时大脑损伤所引起的运动疾病 严重的情绪性疾病,患者表现失眠,厌食和情绪低落。 表现为周期性脑电活动的紊乱,从而可引起抽搐,意识丧失和感知紊乱。 影响神经传导的进行性疾病,患者表现为软弱、行动失调和语言障碍。 脑的进行性疾病,导致随意运动发起困难。 表现为错觉、幻觉和奇怪行为的严重精神疾病。 脊髓受损引起的感觉和运动丧失。 由于血液供应不足引起的脑损伤,通常导致永久性感觉,运动或认知障碍。
27 小脑半球 30 中央管
一般说来,动物越高等,脑就越大。人脑的重量可以体高×8.5克来估算,平均为1400 克,包含1万亿(1012)个神经细胞。 但是脑的重量、体积和脑重与体重之比都不能作为衡量动物和人智力高低的指标。 大象脑重8000克,为人类大脑的5倍; 人脑占身体重量2.33%,大象仅为0.2%,鼩鼱为3.33%; 只有大脑皮质才是神经系统的最高级中枢,是包括智力、记忆在内的一切高级精神活 动的物质基础。
传导:神经冲动沿神经纤维传播的过程
意大利生理学家, 路易吉.伽伐尼(Luigi Galvani)最先证明自脊髓伸出的神经活动与电 有密切关系。
路易吉.伽伐尼在一次雷雨中把青蛙的腿放在一块金属板上。 令人惊讶的是,蛙腿随着雷鸣电闪而抽搐。但是伽伐尼错误地推论 所有的电都处于活组织中。 Ax:神经轴突;Ms:髓鞘 髓鞘由神经胶质细胞(上图为 施万细胞,Schwann cell) 形成,神经胶质细胞的数量是 神经元的10倍。
19世纪人类关于脑的知识的突破体现在4个方面:1 神经是“电线”而不是“水管”;2 不同功能定位 在脑的不同部位;3 神经系统是进化的产物;4 神经元是脑的基本结构和功能单位。
1859年,英国博物学家达尔文(Charles Darwin)发表《物种起源》(On the Origin of Species),提 出了进化论。达尔文认为人类受到惊吓时的反应模式与许多哺乳类动物相似,表明不同的物种起源于相同的 祖先,这个祖先具有相同的行为特征。今天我们把许多从不同动物实验中得到的结论适用于人类,就是基于 不同物种的神经系统来源于共同的祖先,有着共同机制这一进化论思想。
1900年,由于拉蒙-卡哈尔的观察,才确定了神经细胞是神经系统和脑的 基本结构和功能单位,神经元学说就此诞生。
人脑中的神经元数量约为1000亿个,神经元包括胞体(soma,来源于希腊语 “身体”)和突起,而突起又分为树突(dendrites,来源于希腊语“树”)和轴突。
神经元的工作方式是神经动作电位。动作电位可沿神经细胞膜传导, 速度可以高达352公里/小时。
脑神经(12对)
位置 外周神经系统 功能 运动神经(传出神经) 植物性神经 脊神经(31对) 感觉神经(传入神经)
躯体运动神经 交感神经 (自主神经) 副交感神经
神经系统的组成
一些主要的神经系统疾病
神经系统疾病 描述
阿尔茨海默病
脑性麻痹 忧郁征 癫痫 多发性硬化 帕金森综合症 精神分裂症 脊髓损伤 中风
中枢神经系统的感觉机能
特异性投射系统 感觉 非特异性投射系统
特异性感觉投射系统
下图显示人体躯体皮肤感觉在大脑皮层的定位及特点。图1是人体的左侧大脑半球,亮区是中央后回,是右侧躯体皮肤感觉在大 脑皮层的投射区域,如果该区受损,结果是人体右侧躯体和右上下肢皮肤失去感觉作用,右侧头面部受损程度没有肢体大。图2 显示的是图1中亮区的内部结构。图3中大脑结构与图2的一致,显示的是右侧头面部与肢体相对应部位的感觉投射区域,从图中 可知,脚在上躯干和上肢在中间,头面部在下,与身体呈倒立的关系(头面部是正立的)。而且在大脑皮层所占区域的面积大小 与感觉的精细程度相关。图4是把这种关系形象地表现出来。
Broca(左图)仔细研究了由于脑损伤而失语的病 人脑,他确信不同的功能是定位于大脑的不同区 域上。右图是保存下来的哪个病人的脑,这个病 人于1861年去世之前丧失了语言能力。图中圆圈 标注的区域为造成其语言功能缺陷的损伤位点。
脊髓 中枢神经系统 脑 延髓 脑桥 中脑 小脑 间脑 端脑
脑干
神经系统
抑制神经递质分解的药物: 可卡因、苯丙胺(针对去甲肾上腺素的回收)
增加神经递质的释放: 致幻剂、MDMA(5-HT)
神经系统的活动方式----反射
反射:指在中枢神经系统的参与下机体对内外 环境刺激所作出的规律性应答。
反射弧:是反射活动的基础,由感受器、传入 神经、反射中枢、传出神经和效应器组成。
左上图是一种被称为“膝跳反射”的反射弧路径图,在该反射中, 敲击髌骨下的肌腱,正常人体会作出迅速的、适度的抬腿反应, “膝跳反射”在医学检查中用于检测病人脊髓是否受损。 左下图是一种防御性反射活动的反射弧,当受试者皮肤被刺激致痛 时,人体会迅速作出反射,例如迅速把手缩回。该反射的反射时极 短,目的是尽量避免受到伤害。在反射弧中参与反射活动的神经元 数量越少,突触越少,突触延搁(神经冲动通过突触传递需要的时 间)越短,反应越快。
1817年,James Parkinson首次报道了帕金森综合症。 1861年,法国神经学家布罗卡(Paul Broca,1824-1880)首次证明了语言功能位于额叶的一个局部区 域(布罗卡氏区)。 1935年葡萄牙神经病学家莫尼斯提出了脑白质切除术,主要用于处理忧郁、焦虑、恐惧与侵犯等一系列 极其强烈而持久的情绪反应。在1936-1978年间,在美国大约有35000个病人接受这种外科手术。
神经元之间的联系桥梁----突触及其传递
突触:是使冲动从一个神经元传到另一个神经元(或肌细胞)的特殊结构。
突触由Charles Scott Sherrington(1857-1952)命名
关于神经元的联系方式,高尔基认为,所有的神经元是联 结在一起的;但是西班牙组织学家拉蒙.卡赫(Ramony Cajal, 提出神经元是神经结构的基本单位,1906年获得诺贝尔医学与 生理学奖)相信,在神经元之间有一个间隙。这个问题一直到 20世纪50年代发明了电子显微镜后才明确地解决了。
人脑之迷
1873年,意大利人Camillo Golgi(左图,1843-1926,与Cajal分享了 1906年诺贝尔奖)偶尔将一块脑放入盛有硝酸银的容器中,并在其中浸泡了 几星期。结果,人类第一次认识了脑中的重要秘密——神经元。 Cajal(右图,1852-1934),西班牙人,他认为神经元的突起不是连通 的,它们通过接触而非连通传递信息。
人的大脑皮 子只有明信片大,而老鼠只有邮票大小。
神经系统的结构与功能单位----神经元
1839年,德国动物学家Theodor Schwann提出了细胞概念,认为一切组织均由被 称为细胞的显微单位所构成。 德国解剖学家Otto Deiters的这幅发表于1865年的图描绘了一个神经细胞及其表 面许多被称为神经突的投射。在相当长的一段时间里,不同神经元的轴突被认为可能 象血管一样彼此融合在一起。现在我们知道神经元是一些相互独立的实体,彼此间靠 化学信息来进行通讯。值得注意的是这幅图比Golgi于1873年制成神经元组织切片的 时间要早。
大脑神经元之间存在突触是实现化学信息传递,构成思维与 记忆活动的基础,一个典型的神经元会有5000~10000个突触, 能够接受来自于大约1000个其他神经元的信息(神经元间的突触 达1000万亿~1亿亿),大脑皮层复杂的神经网络以及信息在神 经线路上的传递,实现了大脑的高级精神活动。
影响神经突触传递而发挥作用的药物 模拟神经递质的药物: 尼古丁(乙酰胆碱)、吗啡(脑啡肽、强啡肽、内啡肽)
神经科学研究的发展历史
通过挖掘的距今7000年的头颅骨发现,当时人们已经懂得在头颅骨上钻孔(环钻术),而且显示病人在 术后有一段时间的存活,原因是头颅上有术后愈合的痕迹。 公元前4世纪,Hippocrates(公元前460-397)认为:脑不仅参与了对环境的感知,而且是智慧的发 祥地。 人类应该知道,因为有了脑,我们才有了乐趣、欣喜、欢笑和运动,才有了悲痛、哀伤、绝望和无 尽的忧思。因为有了脑,我们才以一种独特的方式拥有了智慧、获得了知识;我们才看得见、听得到; 我们才懂得了美和丑、善和恶;我们才感受到甜美与无味„„同样因为有了脑,我们才会发狂和神智昏 迷,才会被畏惧和恐怖所侵扰„„我们之所以会经受这些折磨,是因为脑有了病恙„„因为这样一个原 因,我认为,脑在一个人的机体中行使了至高无上的权力。 Hippocrates,On the Sacred Disease(论神圣的疾病)
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