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神经系统的组织结构

我们已经知道了单个神经元之间如何相互联系。那么更大的宏观图景是怎样的呢?在大脑中,神经元通过形成回路和通路来工作,这反过来又影响身体中其他部分的神经回路和通路。如果没有这种组织结构和“授权”系统,神经元们就可能会毫无目的地在机体内搅动。神经元是 神经 的砖和瓦,神经是由一束束轴突和支撑它们的胶质细胞组成。神经系统是神经元构成的一个交互网络,用以在整个机体内传递电化学信息。在这一节,我们将一起来看看神经系统的主要类型和组成部分。

神经系统的分类

神经系统主要有两个分支:中枢神经系统和外周神经系统(见图3.9)。 中枢神经系统(central nervous system,CNS) 由大脑和脊髓构成。中枢神经系统从外部环境中获取感觉信息,加工并整合这些信息,然后向骨骼系统和肌肉系统发出行动指令。中枢神经系统的顶部是大脑,大脑包含的脑结构可以支持神经系统最复杂的知觉、运动、情感和认知功能。脊髓从大脑延伸下来;和脊髓相连的神经负责加工感觉信息并传达行动指令到身体。

图3.9人类神经系统。

神经系统被分为外周神经系统和中枢神经系统。外周神经系统又可以分为自主神经系统和躯体神经系统。

外周神经系统(peripheral nervous system,PNS) 将中枢神经系统和机体器官以及肌肉连接起来。外周神经系统本身也分成两种类型,躯体神经系统和自主神经系统。 躯体神经系统 是一群在随意肌和中枢神经系统之间传递信息的神经。人类可以有意识地控制这个系统,用它来知觉、思考、并且协调它们的行为。例如,清晨,伸手端起一杯咖啡这一行为就包括了躯体神经精心组织连贯完成的几个动作:你眼睛内的感受器将信息传到你的大脑,大脑确认杯子是在桌子上;大脑将信号传送到你手臂和手指上的肌肉;手上的肌肉向大脑反馈咖啡杯已被端起等信息。

当你觉得受到威胁时,是什么使你的心跳加速?

相比之下, 自主神经系统(automatic nervous system,ANS) ,是一组传递不随意的和自动的指令信息的神经,用以控制血管、身体器官和腺体。正如其名所示,这个系统可以自主运作调节身体系统,很大程度上独立于我们的意识控制。自主神经系统主要有两个分支,交感神经系统和副交感神经系统。每一个分支都对机体有不同的控制功能。 交感神经系统(sympatheticnervous system) 是一组让机体为遇到的有挑战性或威胁性情境做出行动准备的神经(见图3.10)。举个例子,想象你正在一条暗黑的小巷中深夜独行,身后传来的脚步声让你很害怕。这时你的交感神经系统就要发挥作用了,它扩张你的瞳孔以接收更多的光,加快你的心跳和呼吸以制造更多的氧气供应给肌肉,输送更多的血液到大脑和肌肉,激活你的汗腺以使身体降温。为了保存能量,交感神经系统会抑制你的唾液分泌和肠蠕动、机体免疫反应及对痛觉和伤害的反应。这些瞬间发生的所有自动反应都是为了提高成功逃跑的概率而做好准备。

副交感神经系统(parasympathetic nervous system) 帮助机体恢复到正常的平静状态。当你已远离你的潜在威胁物时,你的身体不再需要保持红色预警状态。这时副交感神经系统就会反转交感神经系统的作用,让机体恢复正常状态。副交感神经系统在功能上大致与交感神经系统相反。例如,副交感神经系统可以收缩瞳孔,降低心跳和呼吸频率,让血液流向消化系统,并且减少汗腺的活动。

图3.10交感和副交感系统。

自主神经系统由两个互补的子系统组成。交感神经系统的激活会让机体“兴奋”,而副交感神经系统则让机体恢复正常平静状态。

交感神经系统和副交感神经系统相互合作共同控制身体的很多功能。性行为就是其中之一,在男人的体内,副交感神经系统使大量血液流向阴茎从而有助勃起,而交感神经系统负责射精。在女人体内,副交感神经系统使阴道润滑,而交感神经系统是性高潮的基础,一次成功的性体验需要这两个系统的微妙平衡;事实上,对自己在性活动中的表现感到焦虑会打破这种平衡。例如,焦虑引起的交感神经系统的兴奋可能会导致男性的早泄和女性阴道润滑的缺失。

中枢神经系统的组成

外周神经系统有许多分支,与此相比,中枢神经系统看起来简单许多。毕竟中枢神经系统只有两个组成部分:大脑和脊髓。但是这两个组成部分可以负责几乎所有的人类行为。

脊髓看起来似乎就像是大脑的无名小卒:因为大脑得到了所有的荣耀,而脊髓只是连接在大脑周围,做着相对简单的任务。但是这些任务举足轻重:它们让你可以呼吸,对疼痛做出反应,收缩或舒张你的肌肉,让你可以行走。另外,如果没有脊髓的话,大脑的任何高级的信息加工都不能付诸行动。

你需要大脑来告诉你让你的手离开滚烫的火炉吗?对于这种非常基本的动作,脊髓根本不需要大脑的指令。脊髓中感觉输入和运动神经元之间的连接共同促成了 脊髓反射 :神经系统中可以快速使肌肉收缩的通路。如果你碰到了滚烫的火炉,负责痛觉的感觉神经元会向脊髓直接输送信号(见图3.11)。虽然脊髓中只有少量的突触连接,但是这些中间神经元仍然可以将感觉输入传递给手臂肌肉中的运动神经元从而使你迅速缩手。

图3.11 痛觉缩回反射。

中枢神经系统的许多活动并不需要大脑给出指令。例如,对疼痛刺激源的回避就是一个由脊髓控制的反射活动。有关疼痛的信息(比如火烤时的高温)直接从感觉系统传到脊髓,然后脊髓会立即向运动神经元发出指令缩回手。

更复杂的任务需要脊髓和大脑协作完成。外周神经系统从感觉神经元发出信息通过脊髓传到大脑。大脑发出自主运动的指令通过脊髓传到连接着骨骼肌的运动神经元。如果脊髓受损会切断大脑与感觉神经或运动神经的连接,进而影响人的感知和运动功能。脊髓损伤的部位往往决定机体功能受损的程度。正如你在图3.12 中所看到的,脊髓不同的区域控制身体的不同系统。脊髓的特定区域受损,个体会失去损伤部位以下的触觉、痛觉和对肌肉的控制能力。较高部位的脊髓损伤通常会导致更糟的预后效果,如四肢瘫痪(失去四肢的感觉、运动控制)、需要靠呼吸机辅助呼吸、终身瘫痪等。

图3.12 脊髓的区域。

脊髓被分为四个主要区域,每个区域分别负责身体的不同部分。较高部位的损伤往往意味着更严重的损害。

1995年,在电影《超人》四部曲中扮演超人的已故演员克里斯托弗·里夫(Christopher Reeve)因坠马事故损伤了脊髓,导致脖子以下的感觉和运动能力全部丧失。即使经过多年的努力,里夫的感官知觉能力和运动能力也只恢复了一点点,这说明了我们是多么依赖脊髓从大脑向身体传递信息,也说明想要修复这样的损伤有多么困难(Edgerton等,2004)。遗憾的是,克里斯托弗·里夫由于瘫痪所带来的并发症在2004年去世,享年52岁。从积极面来说,通过关注大脑在应对损伤时如何变化,研究者在对脊髓的认识和相应损伤的治疗上正在不断推进(Blesh和Tuszynski,2009;Dunlop,2008),这些研究进展和大脑的可塑性息息相关,我们将在本章的后面部分提及。

小结

▲ 神经元组成神经,进而组成人类的神经系统。

▲ 神经系统被分为外周神经系统和中枢神经系统。外周神经系统通过身体的其他部分和中枢神经系统相连,其本身可以分为躯体神经系统和自主神经系统。

▲ 躯体神经系统负责和中枢神经系统互通信息,控制随意肌;而自主神经系统可以自动地控制机体的器官。

▲ 自主神经系统又可以进一步分为交感神经系统和副交感神经系统,它们对机体的作用可以互补。交感神经系统为机体的应激反应做准备,副交感神经系统使机体恢复正常状态。

▲ 中枢神经系统有脊髓和大脑组成。脊髓可以控制一些基本的行为比如脊髓反射。 PDUT5r1m2wO1ThyyxNKyleh2ZiGauF2fNagN5kPYvB1FbtvCubNzKStkycW/hZWW

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