中枢神经系统的发育-4

中枢神经系统的发育

人的中枢神经系统（脑和脊髓）凭借大约1011个神经细胞（神经元）和至少1014个神经细胞与靶细胞的专一性突触联系担负其接受、加工、储存并准确地传递复杂信息的功能。中枢神经系统复杂高级功能的基础是其高度复杂而精细的结构，它是发育时期的一个高度复杂的动力学过程的产物。漫长的发育过程，包括外胚层分化为神经板和神经管、细胞的增殖和迁移、细胞群落或神经核团的形成、神经细胞轴突的生长、细胞间突触联系的建立和复杂神经回路的构建及其生后早期的修饰。

一神经板的发育

从受精卵到形成神经系统原基的发育经历受精卵- 卵裂- 原肠胚- 外胚层- 神经层- 神经系统原基等发育过程。发育胚胎的外表内陷形成三个具有不同细胞类型的胚胎原基层（germ layer）：外层称为外胚层（ectoderm），中层为中胚层（mesoderm）和内层称内胚层（endoderm），此过程称为原肠胚形成（gastrulation）。中胚层将演变成骨骼和肌肉，神经系统和皮肤则源于外胚层。

在原肠胚分离的顶部上方形成钥匙孔形的神经板。神经板像波浪起伏似的两侧形成神经褶。随着发育过程细胞的增殖，两侧的神经褶向胚胎的背中线会聚，彼此黏附，融合成中空的神经管。神经管两侧的隆起被称为神经嵴。此期的胚胎被称为神经胚时期。神经管的前方不断变化、扩展，最后形成脑组织。神经管的后半段将形成脊髓。

二神经细胞的发育

形成神经细胞的成神经细胞（胚胎神经干细胞）的有丝分裂发生在靠近脊髓中央和沿脑室的边缘区。这里的营养补充是最好的。

1.神经细胞的发育

●神经嵴细胞：沿神经管两侧分布的细胞群被称为“神经嵴细胞”。神经嵴细胞不断

地增殖、分化、迁移，最后发育成外周的神经细胞等结构。其中由神经嵴细胞形成

的植物神经系统有两类：副交感神经系统由胆碱能神经细胞构成，源自颈部和骶部

神经嵴细胞；交感神经系统由肾上腺能神经细胞构成，源自胸腰部神经嵴细胞。

●神经管细胞：神经管壁的神经干细胞增殖分化形成成神经细胞和成胶质细胞。神经

元则来自成神经细胞，神经胶质细胞则来自成胶质细胞。

2.突触的形成

突触形成过程中，神经元的迁移受周围胶质细胞、局部环境的物质和靶细胞的影响；突触的形成受突触前、后细胞相互识别的影响；突触后细胞诱导突触前细胞轴突的生长和迁移；突触前细胞对突触后细胞有支配和营养作用。

在整个生存期内，神经元连接的类型和功效受后天刺激的影响，是一个不断增殖和精简的过程，遵循“用存不用则废”的原则。

新生儿神经元的突起少，2岁时突起和突触数量达到成人水平，4-10岁突触数超过成人水平，16岁减至成人水平。

神经元的增殖、分化和突触结构和功能终身都具有可塑性，只是可塑性会随着年龄的增加和神经系统的成熟而越来越小。

三脊髓的发育

神经管的后半段发育成脊髓。在发育的早期，脊髓内部是个内径很大的中央管。围绕中央管的套层内的神经干细胞不断地增殖和分化，形成脊髓的灰质部分。早期脊髓中央管的背部被称为顶板或背板，中央管的腹部被称为底板或腹板。然后是翼板（背部）和基板（腹部）。神经细胞从中央管的上皮细胞层不断地发生和迁移，胞体分别定位在翼板和基板，进一步发育成前角、后角和侧角。

四脑的发育

脑的发育经历了一个从3脑泡到5脑泡，再由5脑泡发育成5脑基的过程。5脑基分别发育成端脑、间脑、中脑、后脑和末脑。这期间先后发生颈曲（3周胎龄）、头曲（5周胎龄）和桥曲（7周胎龄），并最后形成了大脑、间脑、中脑、小脑、桥脑和延脑。

1.脑泡的形成

发育的早期，神经管的前段最初（胚胎4周龄前）形成3个原始脑泡。由这3个脑泡发育形成前脑、中脑和菱脑，继而前脑和菱脑再各自分化成两个部分，在胚胎5周龄后形成5脑泡：由前脑发育的端脑和间脑、中脑、由菱脑发育成后脑和末脑，再由后脑和末脑发育成小脑、桥脑和延脑。

2.延脑的发育

在脊髓的躯体传入、躯体传出、内脏传入和内脏传出4种核团基础上，延脑又增加了3种特殊的神经元群：特殊内脏传入（味蕾）、特殊躯体传入（前庭感受器）和特殊内脏传出（如疑核：支配咽喉部肌肉运动）神经元群。

3.小脑的发育

胚胎的后脑位于第四脑室的腹侧和背侧。它分别发育成桥脑和小脑。小脑中的古小脑（绒球小结叶）最先发育，旧小脑（蚓部）次发育，新小脑（小脑半球）最晚发育。

4.中脑的发育

发育过程中中脑导水管的简单衍变反映出中脑在发育中形态结构不如其他脑区的变化大。

5.间脑和端脑的发育

间脑比端脑发育得快，同属于端脑的基底神经节比大脑皮层发育得早，后者的发育一直要持续到生后许多年。这一事实可以启示：大脑皮层的发育更需要后天的学习和刺激，且更具有个体性和可塑性。

6.大脑皮层的发育

从进化的角度，大脑皮层可分为古皮层、旧皮层和新皮层。古皮层和旧皮层细胞构筑分为3层，新皮层有6层结构，发育的过程大致可分为5个时期。

大脑皮层细胞的发育和分化是从深层迁移向外围，最早迁移的细胞在深层（V和VI），而第II层形成最晚。

各个脑区的发育是不均一的。脊髓和中脑发育最早，延脑、桥脑和下丘脑次之，最后是大脑半球。3个月胎龄时大脑的表面平滑，5-6个月胎龄开始出现浅沟和脑回。

胚胎6个月后，脑的发育越来越快。与感觉皮层相比，运动皮层的中央前回先得到发育，而中央前回的上肢运动区又最先发育。感觉皮层的中央后回后发育。初级视皮层在出生时已成熟，但视觉联络皮层尚在发育中。听觉中枢比视觉中枢发育得更晚些。

脑内神经细胞的数量在胎儿期已确定，出生后更多的是树突和轴突的发育和突触的构筑。

额叶的纤维髓鞘化完成得最晚，额叶的成熟是智力发育的神经基础。

7.脑室的发育

脑发育成熟后，神经管中空部分就是脑室和脊髓的中央管。

五神经系统发育过程中的细胞调亡

细胞调亡是细胞程序性死亡，是不同于细胞坏死的另一种细胞死亡方式。通过基因调控，细胞内发生的一系列级联反应使细胞调亡。整个过程需要30-60分钟，不发生任何炎症。

细胞调亡与细胞的增殖、分化、衰老起着相互制约和平衡的作用。如果阻断细胞调亡，小鼠在发育阶段就死亡，其中枢神经系统内堆积着大量的神经细胞。在神经系统发育的过程中，脑内大约有15-85%的细胞发生调亡。

细胞调亡主要发生在发育阶段。在神经系统的发育过程中，通过细胞调亡可剪除多余和表型异常的神经细胞，优选或清除细胞系，塑造突触的模式，为形成复杂的神经网络提供更多的选择机会和可塑性。

六神经干细胞

神经科学界传统上认为，神经元是典型的减数分裂后细胞，形成神经元后细胞不再分裂。神经元数量在发育过程中被“固定”，成熟后中枢神经系统已完全定型。“受损脑神经元不可逆”的理论统治了一个世纪。

近年来观测到，成年哺乳动物脑内神经元，无论是古皮层、旧皮层、新皮层都有新的神经元再生。即使在高等动物包括灵长类动物的脑内也发现多功能干细胞。神经干细胞能增殖、分化、发育成一种或几种神经细胞。成年后脑内存在着神经干细胞的后代，其中许多是多功能的室管膜细胞。

七后天刺激对神经系统发育的影响

遗传基因是决定神经系统发育的主因。但遗传物质只给出了神经系统发育的框架。在神经系统的发育过程中，特别是出生后的发育阶段，神经系统的发育要受到各种因素的影响，其中外界后天的刺激和学习对突触结构和脑的发育有着巨大的影响。

出生后脑继续发育，仅从脑容量看，几乎有一半的脑量是后天发育形成的。如果考虑智力的形成，则后天的影响更明显。如果没有后天的刺激，将成为白痴。