大腦簡史(3)-大腦的結構

2021-01-16 人機與認知實驗室


前兩篇文章,筆者和大家簡短的介紹了一下大腦歷史上的大事件和研究大腦的常用手段,這篇文章,想和大家分享一下:大腦的結構,也就是說:我們的大腦內究竟有什麼。

1967年.美國國家精神健康研究院的醫生保羅麥克萊恩為了了解看似隨機的大腦結構,將查爾斯達爾文的進化論應用到大腦。他把大腦分為三個部分。雖然這個模型在筆者看來存在著一些問題,但我們仍然可以用它作為一個粗略的組織原則來解釋所有的大腦結構。

他首先注意到我們大腦中心的一部分,包括腦幹,小腦和基底核,與爬行類動物的大腦幾乎相同。被稱為「爬蟲類大腦」這是大腦最古老的形式,控制動物的基本功能。如平衡,消化,呼吸,心跳,血壓等。它們還在控制爭鬥,狩獵,交配和霸佔地盤,這是生存和繁殖必須的。爬行動物的大腦可追溯到5億年前。


腦幹:位於大腦下方,是大腦和脊髓之間的較小部分,呈不規則的柱狀形。腦幹自下而上由延髓、腦橋、中腦三部分組成。延髓部分下連脊髓。腦幹內的白質由上、下行的傳導束,以及腦幹各部所發出的神經纖維所構成。是大腦、小腦與脊髓相互聯繫的重要通路。腦幹內的灰質分散成大小不等的灰質塊,叫「神經核」。神經核與接受外圍的傳入衝動和傳出衝動支配器官的活動,以及上行下行傳導束的傳導有關。此外,在延髓和腦橋裡有調節心血管運動、呼吸、吞咽、嘔吐等重要生理活動的反射中樞。若這些中樞受損傷,將引起心搏、血壓的嚴重障礙,甚至危及生命。腦幹的功能主要是維持個體生命,包括心跳、呼吸、消化等重要生理功能,均與腦幹的功能有關。

小腦:小腦位於大腦半球後方,覆蓋在腦橋及延髓之上,橫跨在中腦和延髓之間。它由胚胎早期的菱腦分化而來,小腦通過它與大腦、腦幹和脊髓之間豐富的傳入和傳出聯繫,參與軀體平衡和肌肉張力(肌緊張)的調節,以及隨意運動的協調。

但隨著我們的逐步進化,大腦為了適應周圍環境的變化也變得越來越複雜,向周邊發展和產生全新的結構。在這裡,我們遇到了「哺乳動物大腦」,或稱「邊緣系統」。哺乳腦(又稱為情緒腦)位於大腦的中心附近,在爬行動物大腦部分的周圍,在以社會群體方式生活的動物中,如猿類,這個邊緣系統就是突出的,它包含了涉及情感的結構。在群體性動物中,邊緣系統是辨別潛在的敵人,盟友和競爭對手所必需的。


下面我們主要介紹一下重要的幾個部位。

杏仁核:又名杏仁體,位於前顳葉背內側部,海馬體和側腦室下角頂端稍前處。主要通過外側嗅紋、終紋和腹側杏仁傳出通路,與額葉內側、眶額回、隔區、無名質、視前區、海馬體、下丘腦、丘腦、紋狀體、顳蓋皮質、島蓋皮質、頂蓋皮質、顳極、運動皮質及腦幹網狀結構等有雙向交互聯繫。刺激清醒動物的杏仁核,動物出現「停頓反應」,顯得「高度注意」,表現迷惑、焦慮、恐懼、退縮反應或發怒、攻擊反應。刺激杏仁首端引起逃避和恐懼,刺激杏仁尾端引起防禦和攻擊反應。目前科學家認為情緒反應的產生機制存在兩條反射通路。(1)刺激—丘腦—扣帶回—大腦各區域相應皮質(長通路);(2)刺激—丘腦—杏仁核(短通路)。長通路的刺激信息經過皮質的精細加工,利於對情緒的控制和採取適當的應對方式,短通路的刺激信息未經皮質的精細加工,速度更快,保證對恐懼刺激作出迅速反應,這對包括人在內的所有生物的生存十分重要。由此可見,杏仁核的主要功能為產生各種情緒,以達到傳入大腦新皮質的各種外界信息相適應。


海馬:又名海馬回、海馬區。海馬體主要負責記憶和學習,日常生活中的短期記憶都儲存在海馬體中。

海馬區在記憶的過程中,充當轉換站的功能。當大腦皮質中的神經元接收到各種感官或知覺訊息時,它們會把訊息傳遞給海馬區。假如海馬區有所反應,神經元就會開始形成持久的網絡,但如果沒有通過這種認可的模式,那麼腦部接收到的經驗就自動消逝無蹤。海馬區的機能是主管人類正接觸或已接觸時間不長的主要記憶,有點像是計算機的內存,將幾周內或幾個月內的記憶鮮明暫留,以便快速存取。如果一個記憶片段,比如一個電話號碼或者一個人在短時間內被重複提及的話海馬體就會將其轉存入大腦皮層,成為永久記憶。所以海馬區比較發達的人,記憶力相對會比較強一些。

海馬體是哺乳類動物的中樞神經系統中的腦的部分(大腦皮質)中被最為詳細研究過的一個部位。海馬區可分為:齒狀回、海馬、下託、前下託、傍下託、內嗅皮質。

許多人對海馬區與癲癇發作的關係有很濃厚的興趣。海馬區在腦中為發作閾值低的部位。因為幾乎所有癲癇患者的發作皆由海馬區所起始,像這類以海馬區為主的發作,有許多的情形是很難以藥物治療的。而且,海馬區中有一部分,尤其是內嗅皮質,為阿爾茲海默氏症最先產生病變的地方,海馬區也顯示出容易因貧血、缺氧狀態而受傷害。

20世紀初,開始有科學家認識到海馬對於某些記憶以及學習有著基本的作用。特別是1957年Scoville和Milner報告了神經心理學中很重要的一個病例。H.M.要算是神經心理學的領域之中被檢查得最詳細的人物之一。由於長期的癲癇症狀,醫生決定為他進行手術,切除了顳葉皮層下一部份的邊緣系統組織,其中包括了兩側的海馬區,手術後癲癇的症狀被有效控制,但自此以後H.M.失去了形成新的陳述性長時記憶的能力。

丘腦:丘腦是間腦中最大的卵圓形灰質核團,位於第三腦室的兩側,左、右丘腦借灰質團塊(稱中間塊)相連。

丘腦在大腦皮層不發達的動物腦內,是感覺的最高級中樞;在大腦皮層發達的動物腦內,是最重要的感覺傳導接替站。來自全身各種感覺的傳導通路(除嗅覺外),均在丘腦內更換神經元,然後投射到大腦皮質。在丘腦內只對感覺進行粗略的分析與綜合,丘腦與下丘腦、紋狀體之間有纖維互相聯繫,三者成為許多複雜的非條件反射的皮層下中樞。

下丘腦:又稱丘腦下部。位於大腦腹面、丘腦的下方,是調節內臟活動和內分泌活動的較高級神經中樞所在。通常將下丘腦從前向後分為三個區:視上部位於視交叉上方,由視上核和室旁核所組成;結節部位於漏鬥的後方;乳頭部位於乳頭體。下丘腦面積雖小,但接受很多神經衝動,故為內分泌系統和神經系統的中心。它們能調節垂體前葉功能,合成神經垂體激素及控制自主神經和植物神經功能。


我們的大腦繼續進化,最後,我們有哺乳動物大腦的第三個和最新的區域-大腦皮層,這是大腦的外層。大腦皮層內的最新的進化結構是新大腦皮層,它控制者我們的高級認知行為。這是人類最高度發達的部分:佔我們大腦質量高達80%。但只有一張餐巾紙那麼厚。在老鼠中新皮層是光滑的,但是在人類中它是高度盤旋的,非常複雜,它允許大量的表面面積被塞進到人類的頭骨中。


大腦皮層主體分為4部分:額葉,頂葉,枕葉,顳葉。

額葉:是大腦發育中最高級的部分,它包括初級運動區前運動區和前額葉。位於中央溝以前。額葉在有組織、有方向的活動中,有使活動服從于堅定意圖和動機的作用。前額葉與丘腦背內側核共同構成覺察系統,是精神活動的最主要場所。

頂葉:大腦皮層的一部份,位在額葉、枕葉和顳葉之間而其與額葉的分界線為中央溝,另外頂枕溝為頂葉和枕葉的分界線。該區域與響應疼痛、觸摸、品嘗、溫度、壓力的感覺相關。有研究表明,人的頂葉的大小在一定程度下與數學和邏輯方面能力的大小有關,一般成正比,即頂葉後區體積越大,一個人在數學,邏輯思維,發散思維等方面的能力越強。頂葉前區越大,人的身體協調性,感覺等越發達。頂葉大小也與一個人的壽命長度和軀體平衡、協調性在一定程度上有關。

枕葉:枕葉是大腦皮層的一個區域。其已知的主要功能包括處理視覺信息,例如初級視皮層V1就位於枕葉。枕葉位於半球後部,在枕頂溝的後方。

顳葉:位於外側裂下方,由顳上溝和顳下溝分為顳上回、顳中回、顳下回。隱在外側裂內的是顳橫回。在顳葉的側面和底面,在顳下溝和側副裂間為梭狀回,側副裂與海馬裂之間為海馬回,圍繞海馬裂前端的鉤狀部分稱為海馬鉤回。顳葉負責處理聽覺信息,也與記憶和情感有關。顳上回的後部在優勢半球為聽覺言語中樞,稱為Wernicke區(大腦簡史(一)中已經介紹)。顳葉的前部為精神皮質,人類的情緒和精神活動不但與眶額皮質有關,與顳葉也大有關係,海馬與記憶有關。


從某種意義上說,人類的大腦就像一個博物館在尺寸和功能上向外,向前迅速擴大。

在顯微鏡下,大家可以看到大腦的複雜結構。大腦中的灰質由數十億個微小的,被稱為神經元的腦細胞組成。神經元通過樹突接受其它神經元的信息,而軸突的主要功能是將神經衝動由胞體傳至其他神經元或效應細胞。突觸是一個神經元的衝動傳到另一個神經元或傳到另一細胞間的相互接觸的結構。突觸是神經元之間在功能上發生聯繫的部位,也是信息傳遞的關鍵部位。在光學顯微鏡下觀察,可以看到一個神經元的軸突末梢經過多次分支,最後每一小支的末端膨大呈杯狀或球狀,叫做突觸小體。這些突觸小體可以與多個神經元的細胞體或樹突相接觸,形成突觸。從電子顯微鏡下觀察可以看到,突觸是由突觸前膜、突觸間隙和突觸後膜三部分構成。被稱為神經遞質的特殊化學成分能夠進入到突觸改變信號流。因為如多巴胺,去甲腎上腺素和血清張力素,有助於控制穿過大腦的各種各樣的信息流,所以它們對我們的情緒,情感,思想和精神狀態有巨大的影響。


出於篇幅的考慮,很多重要的大腦部位沒有詳細列出,也請大家見諒。

 


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