第二章 认知的神经基础

第二章认知的神经基础

第一节神经及神经系统

一、神经元的构造和功能

脑（brain）是人类一切高级行为的物质基础，由100～160亿神经细胞构成，神经细胞与人体其它组织器官的细胞不同，它具有特殊的构造和功能，具有极度的敏感性，可被输入刺激所激活，引起神经冲动，进行冲动传导。神经细胞是构成神经的基本单位，又称神经元（neuron）。

神经元的大小、形状和它们所具有的功能各不相同。但在构造上基本由细胞体、树突和轴突三部分构成。细胞体是神经细胞的主体，树突是从细胞体周围发出的分支，多而短，呈树枝状，树突由此而得名，其功能是接收传入的信号。轴突是从细胞体发出的一根较长的分支，它的周围包以由髓磷脂组成的髓鞘，具有绝缘作用，以防止神经冲动向周围扩散。轴突末端有许多分支状的球形小突起，称为终球。终球的功能是将神经冲动传至另一个神经元

。

神经元的各种类型脑神经网络

二、神经胶质细胞的功能

在神经元和神经元之间，存在大量的神经胶质细胞（glial cells）总数大约在1000亿左右，是神经元数量的10倍。神经胶质细胞所其的作用主要表现在以下方面。

首先，它为神经元的生长发育提供了支架。神经胶质细胞就像葡萄架引导着葡萄藤的生长一样，在发育的后期，它们为成熟的神经元提供支架，引导神经元发育的线路，并在神经元受到损伤时，帮助其功能得到恢复。

其次，清除神经元间过多的神经递质，为神经元输送营养。脑血管屏障就是由神经胶质细胞构成的，它对防止有毒物质侵入脑组织其重要作用。

第三，在神经元周围形成绝缘层，使神经冲动得以准确快速传递。这种绝缘层称为髓鞘（myelin sheath），它由某些特异化的神经胶质细胞构成。这些细胞在个体出生后不久，就将神经元的轴突周围覆盖起来，它具有绝缘作用，能防止神经冲动从一根轴突扩散到另一轴突。在个体发育过程中，神经纤维的髓鞘化，是行为分化和精确化的重要条件。当髓鞘受到损害时，可引起复视、震颤、麻痹等鞘膜性疾病。

三、突触的传导功能

神经细胞具有两种基本功能，即兴奋性和传导性。神经细胞受到刺激就产生兴奋，这种兴奋性表现为神经冲动。神经冲动沿着神经元的轴突迅速传至相邻的另一个神经元，以完成其神经传导功能。

在神经元之间，信息的交换是通过突触传递来实现的。突触传递仅使用两种基本机制：电传递和化学传递，分别通过电突触和化学突触来实现。

电传递是通过缝隙连接（电突触）来实现的，电突触主要用来传递简单的、较快的去极化信号，通常不能传递抑制性作用或长时程的变化。

化学突触更灵活，能产生更复杂的动作，具有可塑性。化学突触能放大神经元信号，使突触前神经终末的小信号能变成一个大的突触后神经元电位。为了完成突触传递，神经递质必须附着到受体分子上，神经递质与镶嵌在突触后膜内的受体分子的结合必须具备两个条件：一是不能有其他递质或化学分子附着到受体分子上；二是神经递质的形状必须与受体分子形状匹配。神经递质存在于脑、脊髓、外周神经，甚至某些腺体中。目前已经发现脑中存在着50种以上的神经递质。

乙酰胆碱与记忆活动有关。阿尔茨海默病患者记忆机能受损与乙酰胆碱的丧失有关。乙酰胆碱对睡眠和唤醒也起着重要作用。一个人醒着的时候，乙酰胆碱能使神经的活性增强（Rockland ，2000）。

多巴胺与学习和注意有关。也与奖励和强化等动机过程有关。精神病患者的多巴胺水平很高，治疗精神分裂症的药物通常采用抑制多巴胺的活性（Wurtman ，1999）。儿帕金森病人多巴胺水平很低。

血清素在饮食行为、体重调节、攻击性和冲动性行为调节中起重要作（Rockland ，2000）。

谷氨酸影响学习和记忆的机制。

四、神经系统的结构和功能

在人体的整个神经系统中，按其不同部位和功能，分为周围神经系统和中枢神经系统两大系统 。

周围神经系统系指除中枢神经系统以外的所有神经系统。周围神经系统联系感觉输入和运动输出 。

中枢神经系统包括脑和脊髓两部分。

神经系统 中枢神经系统 大脑 ( Cerebrum ) 小脑 (Cerebellum) 脑干 (Brain Stem) 脊髓 (Spinal Cord)

周围神经系统 躯体神经（ Somatic PNS ） 植物神经（ Visceral PNS ）

中枢神经系统的结构和功能 ：中枢神经系统包括脑(brain)和脊髓(spinal cord)两部分.

（一）脊髓的构造和功能

脊髓位于脊椎骨连成的脊柱管内，是由周围神经系统的脊神经胞体和神经纤维聚集而成的柱状结构，包括灰质和白质两种神经纤维。脊髓是中枢神经系统最低级的中枢，能完成一些简单的反射，也能向脑的高级中枢传送神经冲动，形成复杂的反射。

在神经传导上，脊髓具有两种功能：第一种功能是提供躯体与脑部之间神经双向传导的通路。第二种功能是作为脊髓反射的反射中枢。

反射与反应的区别在于：反应经过大脑，而反射只经过脊髓。

（二）脑的构造和功能

突触后膜

受 体 突触间隙 突出囊泡

线粒体

突触前膜

突触

1、脑干

脑干下连脊髓，上接大脑半球，呈不规则的柱状形。脑干的功能主要是维持个体生命，如心跳、呼吸、消化、睡眠等重要的生理调控均与脑干有关。脑干包括以下四个重要结构。

（1）延脑

延脑(medulla)在脊髓上方，位于脑的最下部，背侧覆盖着小脑，是一个狭长的结构，长约4厘米左右。延脑与有机体的基本生命活动有密切关系，其主要功能为控制呼吸、排泄、吞咽、心跳、肠胃等活动。

(2) 脑桥

脑桥(pons)在延脑的上方，位于延脑和中脑之间。脑桥的白质纤维延伸至小脑皮层，可将神经冲动从小脑的一个半球传至另一半球，发挥小脑协调身体两侧肌肉活动的功能。脑桥对人的睡眠具有调节和控制作用。

(3) 中脑

中脑(midbrain)位于脑桥之上，几乎在整个脑的中点位置。它的形体较小，结构简单。中脑是视觉和听觉的反射中枢。

(4) 网状结构

脑干的中央，有许多散在的神经核团与上行、下行神经纤维，交织着构成一个神经网络的结构，称为网状结构(reticular system)。网状结构按功能可分为上行系统和下行系统两部分。上行系统控制着觉醒或意识状态，对保持大脑皮层的兴奋性，维持注意状态有重要作用。下行系统对肌肉紧张有易化和抑制两种作用，既可以加强也可减弱肌肉的活动状态。

2、小脑

小脑在脑干背面，分左右两半球。小脑的表面覆盖着灰质，叫小脑皮层。其表面积约1000平方厘米。内部的白质叫髓质。小脑与脑干和大脑皮层均有复杂的纤维联系，其功能主要是协助大脑维持身体的平衡与动作的协调。3、前脑

前脑分为丘脑、下丘脑、边缘系统和大脑皮层四部分。

（1）丘脑

丘脑((thalamus)位于脑干之上，大脑两半球中央底部。丘脑呈卵圆形，左右各一，由白质神经纤维构成。丘脑是网状结构最高部位的终端，从脊髓、脑干、小脑传导来的神经冲动，都先终止于丘脑，经丘脑再传至大脑皮层的相应区域。丘脑是感觉神经重要的传递站。在功能上，丘脑不仅调节觉醒和睡眠，而且对情绪具有重要的控制作用。

（2）下丘脑

下丘脑(hypothalamus)位于丘脑下部，比丘脑体积更小，但结构复杂，功能极大。下丘脑直接与大脑中的各区相连接，又与脑垂体及延脑相连。下丘脑的主要功能是调节内分泌系统、维持正常的新陈代谢，并与生理活动中饥、渴、性等生理性动机密切相关。下丘脑还是情绪产生的重要中枢，它不仅能够从网状结构通过传递兴奋而激活情绪，而且它本身有发动“快乐”和“痛苦”的专门部位。

（3）边缘系统

边缘系统(limbic system)是由边缘叶及其周围相连接的结构组成的。

边缘系统是有机体适应环境的高级中枢。其主要功能表现在：首先，它通过下丘脑调节内脏和骨骼反应；其次，边缘系统中的杏仁核对于调节情绪行为和情绪体验有重要作用，情绪体验被认为是整个边缘系统整合的结果；再次，边缘系统中的海马结构，对记忆有特殊的作用，研究发现，海马是短时记忆的机构，海马部位受损伤，将不能储存新信息，但对损伤以前事件的记忆却不受影响。

（4）大脑皮层的结构

大脑(cerebrum)是脑的最前部分，是人体所有高级神经中枢的所在地。大脑由大脑纵裂分为左、右两个半球，两大脑半球之间由粗大的神经纤维束—胼胝体将其连结，使两半球的神经传导，得以互通。它的整体功能使人类在进化的过程中具有了不同于其它动物的高级智慧。

大脑皮层神经元的结构：

Ⅰ：分子层；Ⅱ：外颗粒层；Ⅲ：外锥体细胞层；Ⅳ：内颗粒层；Ⅴ：内锥体细胞层；Ⅵ：多形细胞层。