生物学-脑:脑(动物中枢神经系统主要部分)
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脑(英:brain,拉:encephalon)是中枢神经系统的主要部分,位于颅腔内。低等脊椎动物的脑较简单。人和哺乳动物的脑特别发达。脑包括端脑(大脑)、间脑、小脑、脑干(脑干包括:中脑、脑桥和延髓),其中分布着很多由神经细胞集中而成的神经核或神经中枢,并有大量上、下行的神经纤维束通过,连接大脑、小脑和脊髓,在形态上和机能上把中枢神经各部分联系为一个整体。脑各部内的腔隙称脑室,充满脑脊液。
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- 中文名:脑外文名:brain
- 属 于:脊椎动物中枢神经系统组 成:大脑、小脑、脑干
目录
- 1 基本信息
- 2 脑头灵机
- 3 人脑的构成
- 4 人脑意识
- 5 学习记忆
- 6 语言中枢
- 7 一侧优势
- 8 解剖概论
- ▪ 脑膜
- ▪ 端脑
- ▪ 大脑
- ▪ 髓质
- ▪ 丘脑
- ▪ 小脑
- ▪ 脑干
- ▪ 脑神经
- ▪ 血液供应
- 9 功能特点
- 10 意识分析
- 11 运动控制
- 12 情绪产生
- ▪ 病理生理
- ▪ 科学用脑
- ▪ 智力影响
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基本信息
脑头灵机
人脑的构成
人脑意识
人脑与意识的关系问题,历来存在着不同观点的争论。长时期里,人们曾把意识看成是不依赖于物质实体的神秘莫测的东西,不把脑看作是意识的器官。随着近代自然科学特别是生理学的发展,17世纪以后一般都承认脑是产生意识的机构。但限于当时的科学实验条件和认识水平,又往往把人的各种心理、意识现象机械地定位于脑内各特定的部位。18世纪末德国医生和解剖学家F.J.加尔(1758~1828)的观点就是如此。到19世纪,法国生理学家M.-J.-P.弗洛伦斯(1794~1867)等人才把脑看作是整体活动,并认为意识是整体的脑的机能。后来,И.Π.巴甫洛夫及其创立的条件反射学说,以大量的实验研究证明并从理论上阐述了人的意识是大脑皮质的功能。 20世纪40~50年代以来,科学家们对皮质下和脑的微结构进行了广泛深入的研究。揭示出在信息输入大脑皮质的脑活动中,除有传统了解的“特异通路”外,还有经由脑干网状结构的“非特异通路”。后者的作用在于激活大脑皮质,使之处于一定的兴奋水平,否则大脑皮质便不能对刺激发生反应。同时,位于大脑两半球内的表面和侧脑室深部、丘脑和下丘脑以及一系列其他皮质下结构的边缘系统,在脑活动中也起着不可缺少的作用。它们可能与本能的、遗传的反应有关,也对引起情绪和产生动机,以及对某些涉及个体间相互关系的行为反应有一定影响。由此表明,大脑皮质与皮下组织的功能活动是相互联系的,而且正是由于它们的协同作用保证了脑的正常功能。
学习记忆
(2)操作式条件反射:操作式条件反射比较复杂,它要求动物完成一定的操作。例如,将大鼠放入实验箱内,当它在走动中偶然踩在杠杆上时,即喂食以强化这一操作;如此重复多次,大鼠即学会了自动踩杠杆而得食。然后,在此基础上进一步训练动物只有当再现某一特定的信号(如灯光)后踩杠杆,才能得到食物的强化。在训练完成后,动物见到特定的信号,就去踩杠杆而得食。这类条件反射的特点是,动物必须通过自己完成某种运动或操作后才能得到强化,所以称为操作式条件反射。
3、人类的条件反射研究动物条件反射的方法,原则上也可用于研究人的条件反射活动;例如,将无关刺激与食物性唾液分泌非条件反射相结合(可用于儿童),或将无关刺激与防御性运动非条件反射相结合等等。此外,人类还可应用词语强化的运动条件反射研究法;例如,当红光在受试儿童面前出现时,实验者说:“按”,受试儿童即用手按压橡皮球。在这一实验中,红光是条件刺激,“按”是词语强化。用词语强化与红光结合2-3次后,如果受试者见到红光信号出现后,立即自动按球,这就形成了对红光的条件反射。
外界通过感觉器官进入大脑的信息量是很大的,但估计仅有1%的信息能被较长期地贮存记忆,而大部分却被遗忘。能被长期贮存的信息都是对个体具有重要意义的,而且是反复作用的信息。因此,在信息贮存过程中必然包含着对信息的选择和遗忘两个因素。信息的贮存要经过多个步骤,但简略地可把记忆划分为两个阶段,即短时性记忆和长时性记忆。在短时性记忆中,信息的贮存是不牢固的,例如,对于一个电话号码,当人们刚刚看过但没有通过反复运用而转入长时性记忆的话,很快便会遗忘。但如果通过较长时间的反复运动,则所形成的痕迹将随每一次的使用而加强起来;最后可形成一种非常牢固的记忆,这种记忆不易受干扰而发生障碍。即感觉性记忆、第一级记忆、第二级记忆和第三级记忆;前二个阶段相当于上述的短时性记忆,后二个阶段相当于长时性记忆。
临床上把记忆障碍分为两类,即顺行性遗忘症(anterogradeamnesia)和逆行性遗忘症(retrogradeamnesia)。凡不能保留新近获得的信息的称为顺行性遗忘症。患者对于一个新的感觉性信息虽能作出合适的反应,但只限于该刺激出现时,一旦该刺激物消失,患者在数秒钟就失去作出正确反应的能力。所以患者易忘近事,而远的记忆仍存在。本症多见于慢性酒精中毒者。发生本症的机制,可能是由于信息不能从第一级记忆转入第二级记忆;一般认为,这种障碍与海马的功能损坏有关。前文已述及,海马及其环路的功能遭受破坏,会发生记忆障碍。凡正常脑功能发生障碍之前的一段时间内的记忆均已丧失的,称为逆行性遗忘症;患者不能回忆起紧接着本症发生前一段时间的经历。一些非特异性脑疾患(脑震荡、电击等)和麻醉均可引起本症。例如,车祸造成脑震荡的患者在恢复后,不能记起发生车祸前一段时期内的事情,但自己的名字等仍能记得。所以,发生本症的机制可能是第二级记忆发生了紊乱,而第三级记忆却不受影响。
记录海马齿状回颗粒细胞的电活动观察到,如先以一串电脉冲刺激海马的传入纤维(前穿质纤维),再用单个电刺激来测试颗粒细胞电活动改变,则兴奋性突触后电位和锋电位波幅增大,锋电位的潜伏期缩短。这种易化现象持续时间可长达10小时以上,并被称为长时程增强(long-termpotentiation)。不少人把长时程增强与学习记忆联系起来,认为它可能是学习记忆的神经基础。在训练大鼠进行旋转平台的空间分辨学习过程中,记忆能力强的大鼠海马长时程增强反应大,而记忆能力差的大鼠长时程增强反应小。
扁豆碱可加强记忆活动,而注射抗胆碱药东莨菪碱可使学习记忆减退。用利血平使脑内儿茶酚胺耗竭,则破坏学习记忆过程。动物在训练后,在脑室内注入γ-氨基丁酸可加速学习。动物训练后将加压素注入海马齿状回可增强记忆,而注入催产素则使记忆减退。一定量的脑啡可使动物学习过程遭受破坏,而纳洛酮可增强记忆。临床研究发现,老年人血液中垂体后叶激素含量减少,用加压素喷鼻可使记忆效率提高;用加压素治疗遗忘症亦收到满意效果。
语言中枢
两侧大脑皮层之间有许多连合纤维,在哺乳类动物中最大的连合纤维结构是胼胝体;进化愈高等则胼胝体愈发达,人类的胼胝体估计含有100万根纤维。有人观察到,当在犬的身体一侧皮肤上给予刺激,并与食物或酸防御性唾液分泌反射相结合形成条件反射后,则另一侧皮肤相应部位的机械刺激也自然具有阳性的条件反射效应。如果事先将该动物的胼胝体切断,则这种现象就不能出现。还有人事先切断猫视交叉的交叉纤维,使一侧眼睛的视网膜传入冲动仅向同侧皮层投射,然后将动物一眼蒙蔽,用另正好学习对图案的鉴别能力;待其学会后将该眼蒙蔽,测定先前被蒙蔽眼的图案鉴别能力,见到先前被蒙蔽的眼也能具有这种鉴别能力。如果事先切断这个动物的胼胝体,则这种现象就不能出现。由此看来,两侧大脑皮层的感觉分析功能是相关的,胼胝体连合纤维能将一侧皮层的活动向另一侧转送。电生理研究指出,刺激对侧皮层对应点可以加强这一侧皮层的感觉传入冲动的诱发电们,起着易化作用。这一易化作用是通过胼胝体连合纤维完成的,因为这类纤维主要联系两侧皮层相对应的部位。在人类,两侧大脑皮层的功能也是相关的,两关球之间的连合纤维对完成双侧的运动、一般感觉和视觉的功调功能有重要作用。右手学会了一种技巧运动,左手虽然没有经过训练,但在一定程度上也会完成这种技巧运动,说明一侧皮层的学习活动可以通过连合纤维向另一侧转送。
一侧优势
一侧优势是指人类的脑的高级功能向一侧半球集中的现象;左侧半球在语词活动功能上占优势,右侧半球在非语词性认识功能止占优势。但是,这种优势感是相对的,而不是绝对的;因为左侧半球也有一定的非语词性认识功能,右侧半球也有一定的简单的语词活动功能。 产生上述各种语言活动功能障碍时,在一般运用右手劳动为主的成年人中,其大脑皮层损伤经常发生在左侧。因为绝大多数用右手劳动为主的成年人,右侧大脑皮层的44区的损伤并不发生明显的语言活动障碍;然而其左侧大脑皮层布洛卡的损伤,则可形成严重的运动失语症,这种左侧大脑皮层的语言活动功能上占优势的现象,反映了人类两侧大脑半球功能是不对等的,这种一侧优势的现象仅在人类中具有。
上述两侧大脑半球对不同认识功能的优势现象,还可通过裂脑(splitbrain)实验研究加以证实。在患有顽固性癫痫发作的病人,为了控制癫痫在两半球之间传布发作,常将患者的连合纤维(胼胝体)切断;手术后患者对出现于左侧视野中的物体(视觉投射到右侧半球)不能用语词说出物体的名称,而对出现于右侧视野中的物体(视觉投射到左侧半球)就以臁出物体的名称,说明语言活动中枢在左侧半球。但是,患者右侧半球的视觉认识功能是良好的。譬如,先给患者的左侧视野看一支香烟,他不能用语词说出这一物体是“香烟”;但是患者认识到这一物体是香烟,因为他可以闭着眼睛藉助于触觉有矩手把许多香烟收集起来以表示他对这一物体的认识。在正常人,虽然语言活动中枢在左侧半球,但能对左侧视野中的物体说出其名称,这是连合纤维的功能,因为连合纤维使左右两侧半球的功能发生了联系。
解剖概论
脑膜
端脑
大脑
髓质
丘脑
小脑
脑干
脑神经
血液供应
脑的重量占体重的2%-3%,但其所需要的血流量则占心输出量的15%-20%。脑血流量是指每100g脑组织在单位时间内通过的血流量。本节着重阐述各种生理状态下的全脑血流量。 全脑血流量正常人安静状态下脑血流量脑血流量因测定方法不同,正常值有所差异。在安静情况下,一个一般身材的年轻人每分钟的全脑血流量为700-770ml,约合每分钟50-55ml/100g。当平均半球血流量减少到每分钟25-30ml/100g时,可发生精神错乱,甚至意识丧失。神经功能衰减的临界血流量大约是每分钟18ml/100g。
功能特点
意识分析
这个具有特殊性质的信息集合是对事物觉知,称为丘觉。丘觉的合成发放活动,样本的分析产出活动,本质上就是反射活动。丘脑的功能就是合成发放丘觉。丘脑由神经元构成,每个神经元中都遗传有信息,丘脑的功能就是将数个神经元的信息合成为丘觉,并发放到大脑联络区,使大脑产生觉知,也就产生了意识。丘觉是想法、是念头,是意识的核心。脑包括的结构众多,不是所有的脑都能合成丘觉,丘觉只是丘脑的功能,只能是丘脑合成发放出来才能产生意识。
运动控制
情绪产生
病理生理
科学用脑
智力影响
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