大腦(生物學)

大腦(生物學)

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大腦為神經系統最高級部分,由左、右兩個大腦半球組成,兩半球間有橫行的神經纖維相聯繫。每個半球包括:大腦皮層(大腦皮質):是表面的一層灰質(神經細胞的細胞體集中部分)。人的大腦表面有很多往下凹的溝(裂),溝(裂)之間有隆起的回,因而大大增加了大腦皮層的面積。人的大腦皮層最為發達,是思維的器官,主導機體內一切活動過程,並調節機體與周圍環境的平衡,所以大腦皮層是高級神經活動的物質基礎。

基本介绍

  • 中文名:大腦
  • 外文名:Brain
  • 組成部分:端腦、間腦
  • 實指:端腦
  • 拼音:Da Nao
大腦簡介,組織結構,外部結構,內部結構,功能,運動功能,感覺,語言,情緒,執行功能,研究,

大腦簡介

大腦主要包括左、右大腦半球,是中樞神經中最大和最複雜的結構,也是最高部位(如圖1~2);是調節機體功能的器官,也是意識、精神、語言、學習、記憶和智慧型等高級神經活動的物質基礎。大腦半球表面呈現不同的溝或裂。溝、裂之間隆起的部分叫腦回。大腦半球借溝和裂分為5葉:即額葉、顳葉、頂葉、枕葉和腦島。
大腦半球表層為灰質,深層為髓質。髓質內含有神經纖維和核團,其中有4對核團位於腦底部稱基底神經節(核),包括尾狀核、豆狀核、杏仁核和屏狀核。尾狀核與豆狀核又稱為紋狀體。紋狀體損傷會產生舞蹈病(肌張力下降,運動過多過快)及震顫麻痹(當中腦黑質發生病變時),全身肌緊張增高,運動遲緩等。半球內的白質有各種走向的,如連合左、右兩半球的纖維,連線同側半球的纖維,聯繫大腦皮質和腦幹,脊髓的上下行纖維,後者都要經過內囊,在腦的水平切面上,內囊是寬厚的白質層,分3部分即內囊前腳、內囊後腳和內囊膝。各部分都有相應的纖維束通過。內囊損傷可引起偏癱、偏音和偏身感覺喪失的三偏症。大腦半球內部的腔隙叫側腦室,內容腦脊液。
人體功能在大腦皮質上有定位關係,如感覺區、運動區等在大腦皮質上都有對應位置。實現大腦皮質的感覺功能和調節軀體運動等功能。人類有語言和思維,中樞偏於皮質左側,稱為優勢半球。如果這些中樞受損將產生與語言有關的症,如運動性語言中樞受損,患運動性失語症,雖然與發音有關的肌肉未癱瘓,患者卻不能說話;若視運動性語言中樞受損患失寫症,雖然手部及其他運動功能仍然正常,但不能做書寫繪畫等精細運動;若聽性覺語言中樞損害可患感覺性失語症,病人能聽到別人講話,但不理解所講的內容。
近年來研究發現,右側半球也有特殊的重要功能,如對空間的辨認,深度知覺、觸覺、音樂欣賞等。人類左側半球在語詞活動功能上占優勢,右側半球在非語詞認識功能上占優勢,但也並非絕對,即左側半球也有一定的非語詞性認識功能,右側半球也有一定的語詞活動功能。近年來的研究指出,大腦兩半球具有機能不對稱性。
圖1 大腦半球的外側面圖1 大腦半球的外側面
圖1 大腦半球的外側面
圖2 大腦半球的內側面圖2 大腦半球的內側面
圖2 大腦半球的內側面

組織結構

外部結構

大腦(brain)包括端腦和間腦,端腦包括左右大腦半球。端腦是脊椎動物腦的高級神經系統的主要部分,由左右兩半球組成,在人類為腦的最大部分,是控制運動、產生感覺及實現高級腦功能的高級神經中樞脊椎動物端腦胚胎時是神經管頭端薄壁的膨起部分,以後發展成大腦兩半球,主要包括大腦皮質、大腦髓質和基底核等三個部分。大腦皮質是被覆在端腦表面的灰質、主要由神經元的胞體構成。皮質的深部由神經纖維形成的髓質或白質構成。髓質中又有灰質團塊即基底核,紋狀體是其中的主要部分。
大腦 結構大腦 結構
端腦由約140億個細胞構成,重約1400克,大腦皮層厚度約為2-3毫米,總面積約為2200平方厘米,據估計腦細胞每天要死亡約10萬個(越不用腦腦細胞死亡越多)。人腦中的主要成分是血液,血液占到80%,大腦雖只占人體體重的2%,但耗氧量達全身耗氧量的25%,血流量占心臟輸出血量的15%,一天內流經腦的血液為2000升。腦消耗的能量若用電功率表示大約相當於25瓦。
端腦主要包括左、右大腦半球,是中樞神經系統的最高級部分。人類的大腦是在長期進化過程中發展起來的思維和意識的器官。大腦左、右大腦半球由胼胝體相連。半球內的腔隙稱為側腦室,它們借室間孔與第三腦室相通。每個半球有三個面,即膨隆的背外側面,垂直的內側面和凹凸不平的底面。背外側面與內側面以上緣為界,背外側面與底面以下緣為界。半球表面凹凸不平,布滿深淺不同的溝和裂,溝裂之間的隆起稱為腦回。背外側面的主要溝裂有:中央溝從上緣近中點斜向前下方;大腦外側裂起自半球底面,轉至外側面由前下方斜向後上方;在半球的內側面有頂枕裂從後上方斜向前下方;距狀裂由後部向前連頂枕裂,向後達枕極附近。這些溝裂將大腦半球分為五個葉:即中央溝以前、外側裂以上的額葉;外側裂以下的顳葉;頂枕裂後方的枕葉;外側裂上方、中央溝與頂枕裂之間的頂葉;以及深藏在外側裂里的腦島。另外,以中央溝為界,在中央溝與中央前溝之間為中央前回;中央溝與中央後溝之間為中央後回。
端腦有左右兩個大腦半球(端腦半球)。將兩個半球隔開的是稱為大腦縱隔的溝壑,兩個半球除了腦梁與透明中隔相連以外完全左右分開。半球表面布滿腦溝,溝與溝之間所夾細長的部分稱為腦回。腦溝並非是在腦的成長過程中隨意形成,什麼形態出現在何處都完全有規律(其深度和彎曲度因人稍有差異)。每一條腦溝在解剖學上都有專有名稱(nomina anatomica)。腦溝與腦回的形態基本左右半球對稱,是對腦進行分葉和定位的重要標誌。比較重要的腦溝有外側溝 (lateral sulcus)起於半球下面,行向後上方,至上外側面;中央溝 (central sulcus)起於半球上緣中點稍後方,斜向前下方,下端與外側溝隔一腦回,上端延伸至半球內側面;頂枕溝(parietooccipital sulcus)位於半球內側面後部,自下向上。在外側溝上方和中央溝以前的部分為額葉;外側溝以下的部分為顳葉;枕葉位於半球後部,其前界在內側面為頂枕溝,在上外側面的界限是自頂枕溝至枕前切跡(在枕葉後端前方約4cm處)的連線;頂葉為外側溝上方、中央溝後方、枕葉以前的部分;島葉呈三角形島狀,位於外側溝深面,被額、頂、顳葉所掩蓋,與其他部分不同布滿細小的淺溝(非腦溝)。
左右大腦半球有各自的稱為側腦室的腔隙。側腦室與間腦的第三腦室,以及小腦和延腦及腦橋之間的第四腦室之間有孔道連通。腦室中的脈絡叢產生腦的液體稱為腦脊液。腦脊液在各腦室與蛛網膜下腔之間循環,如果腦室的通道阻塞,腦室中的腦脊液積多,將形成腦積水
大腦的斷面分為白質灰白質。端腦的灰質是指表層的數厘米厚的稱為大腦皮質的一層,大腦灰質是神經細胞聚集的部分,具有六層的構造,含有複雜的迴路是思考等活動的中樞。相對大腦灰質白質又稱為大腦髓質。
間腦由丘腦下丘腦構成。丘腦與大腦皮質,腦幹,小腦,脊髓等聯絡,負責感覺的中繼,控制運動等。下丘腦與保持身體恆常性,控制自律神經系統,感情等相關。

內部結構

大腦半球的內部結構
⒈ 灰質:覆蓋在大腦半球表面的一層灰質稱為大腦皮層,是神經元胞體集中的地方。這些神經元在皮層中的分布具有嚴格層次,大腦半球內側面的古皮層分化較簡單,一般只有三層:①分子層;②錐體細胞層;③多形細胞層。在大腦半球外側面的新皮層則分化程度較高,共有六層:①分子層(又稱帶狀層);②外顆粒層;③外錐體細胞層;④內顆粒層;⑤內錐體細胞層(又稱節細胞層);⑥多形細胞層。
⒉ 皮層的深面為白質,白質內還有灰質核,這些核靠近腦底,稱為基底核(或稱基底神經節)。基底核中主要為紋狀體。紋狀體由尾狀核豆狀核組成。尾狀核前端粗、尾端細,彎曲並環繞丘腦;豆狀核位於尾狀核與丘腦的外側,又分為蒼白球與殼核。尾狀核與殼核在種系發生(即動物進化)上出現較遲,稱為新紋狀體,而蒼白球在種系發生上出現較早,稱為舊紋狀體。紋狀體的主要功能是使肌肉的運動協調,維持軀體一定的姿勢。

功能

運動功能

大腦的運動系統負責產生和控制運動。產生的運動從大腦通過神經傳遞到身體運動神經元,達到控制肌肉的作用。皮質脊髓束將運動信息從大腦,脊髓傳遞至到軀幹和四肢。腦神將運動信息傳遞至眼睛,嘴巴和臉部區域。
大幅度運動(如運動和手臂和腿的運動)在運動皮質中產生,分為三部分:在前額葉回內的初級運動皮層,其負責用於不同身體部位的運動的部分。這些運動由位於主運動皮層前面的另外兩個區域支撐和調節:前運動區域和輔助運動區域。在運動皮層中手和嘴比其他身體部位有更大的面積,這使得更加精細的運動成為可能。小腦和基底神經節在精細,複雜和協調的肌肉運動中發揮作用,皮質和基底神經節之間的連線控制肌張力,姿勢和運動起始,並被稱為錐體外系統。

感覺

感覺神經系統涉及感覺信息的接收和處理。這些信息通過特定的感受器官(視覺,嗅覺,聽覺和味覺)的被接受傳至大腦。
大腦從皮膚接收關於觸摸,壓力,疼痛,振動和溫度的信息。從關節收關於關節位置的信息。感覺皮層位於運動皮質附近。像運動皮質一樣,具有與不同身體部位感覺相對應的區域。由感覺受器在皮膚上收集的感覺信息被轉換為神經信號,其通過脊髓中的一束神經元傳遞至大腦。神經元沿脊髓的後部向上延伸到髓質的後部,在那裡它們與“二階”神經元連線。然後,這些神經元向上移動到丘腦中的與“三級”神經元連線,並行進到感覺皮層。脊髓會傳導關於疼痛,溫度和總觸覺的信息。神經元在脊髓上行進並與腦幹網狀結構中的二階神經元連線,用於疼痛和溫度,並且還可以在髓質的腹膜複合體上進行總體觸摸。
視覺首先由視網膜接外部光刺激,其被視錐細胞視桿細胞接受並轉化為神經信號,並最終傳送到枕葉中的視覺皮質。左視野的視力落在視網膜的右側(反之亦然),並通過視神經傳導至外側膝狀體,使得關於視野一側的所有信息投射到對側的大腦視覺皮層上。
聽覺和平衡覺都是在內耳中產生的。平衡覺是由內耳內的液體運動產生的而由小骨骨骼產生的傳播振動產則負責傳遞聲音信息。他們通過前庭耳蝸神經產生神經信號。神經信號通過耳蝸核,上極的橄欖核,內側膝狀核,最後到聽覺皮層。
大腦(生物學)
嗅覺由鼻腔中嗅黏膜上皮中的受體細胞產生。該信息通過顱骨的相對可滲透的部分到嗅神經。這種神經把信息傳遞到嗅覺皮層。值得一提的是,在所有感覺信息中,只有嗅覺信息不需要經過丘腦上的核團而直接傳遞至到大腦皮層。
味覺是由舌頭上的受體產生的,並沿著面部和咽喉神經傳入腦幹。一些口腔中的感信息也通過迷走神經從咽部傳入這一區域。然後將信息從這裡通過丘腦傳遞到味覺的皮層。

語言

雖然傳統上語言功能被認為是定位於威爾尼克區(Wernicke)和布洛卡區(Broca),但現在人們普遍認為,更廣泛的皮層區域對語言使用有貢獻。語言如何被大腦表征,處理和獲取的是心理學和神經科學研究等領域正著力研究的一個問題。

情緒

嘗試將某些大腦區域的喜怒哀樂等基本情緒相關聯目前還存在著極大的有爭議,一些研究沒有發現與情緒相對應的特定位置。 杏仁核、眶額葉皮質、腦島及外側前額葉皮層區域似乎參與到了情緒的加工過程。

執行功能

執行功能是允許認知控制行為所需的一套認知過程的總稱:他負責選擇並成功監測促進實現所選目標的行為。執行功能通過注意控制和認知抑制過濾無用信息和降低與抑制無關的刺激,處理和操縱在工作記憶中保存的信息,同時思考多個概念的能力,並以認知靈活性切換任務,抑制衝動性行為等。[98]
前額葉皮質在調節執行功能方面起著重要作用。神經影像學研究表明,在執行諸如"stroop"任務等設計認知控制的任務時,前額葉皮層的皮質成熟與兒童的執行功能相關。規劃能力則涉及包括背外側前額葉皮層(DLPFC),前扣帶皮層,右側前額葉皮質和緣上回。工作記憶操作涉及背外側前額葉皮層,額下回和頂葉皮層的區域。

研究

大腦的解剖學研究
在人類早期對大腦功能的探尋過程中,對死後個體大腦的解剖學研究起著至關重要的作用。1909年,德國解剖學家布魯德曼(Brodmann)曾根據皮層細胞的類型以及纖維的疏密對大腦進行分區。將大腦分為52個區,並用數字予以表示。19世紀60年代,由法國醫生布洛卡通過對失語症患者的解剖發現了布洛卡區,布洛卡區受損的患者會患有運動性失語者。無獨有偶1874年由德國學者威爾尼克發現了威爾尼克區,威爾尼克區主要功能是分辨語音,形成語義,和語言的接受(或印入性語言)有密切的關係。
神經影像研究
隨著技術的進步,越來越多的成熟的無創的成像技術被套用於探索大腦的功能中。其中,計算機斷層掃描(CT)、正電子發射型計算機斷層顯像(PET)、腦電技術(EEG;ERP)和磁共振成像技術(MRI)是目前套用最廣發的技術。通過這些技術,已揭示了大量的大腦結構功能同人類行為的關聯。主要特點
可塑性
加拿大科學家在對11位先天失明者和11位正常人進行研究後發現,大腦具有驚人的可塑性。正常情況下,與眼睛相連的視覺信息處理與空間感知腦區也能與聲波信息進行重新連線。因此,一些先天性失明的盲人來感知空間,實現“以耳代目”。
相似性
美國麻省理工學院出版的《技術評論》雜誌報導,艾倫腦科學研究所的科學家繪製出了兩個迄今最完整的人腦基因圖譜,為神經科學研究提供了重要的數據支撐。科學家表示,最新“出爐”的人腦基因圖譜提供的數據將被廣泛用於與帕金森症、精神分裂症多發性硬化症甚至肥胖等與神經障礙和認知功能有關的疾病的研究,以及探究健康的大腦如何工作。
大腦(生物學)
人腦相似度高達94%,至少82%的人類基因都會在大腦中表達。
大腦半球的分工與協同
大腦兩個半球具有功能分工的特性,兩半球對語言和非語言刺激的視、聽誘發電位存在著差異,並且這種誘發電位大多是某種心理功能而不是刺激本身引起的。與語言有關的實驗發現,右側半球比左側半球呈現較少的誘發電位。隨著臨床認識的提高和經典心理學的發展,大腦功能一側化的概念逐漸被兩側大腦半球協同的觀點代替,認為兩側大腦半球協同活動是完成心理活動的基礎。
結論:語言是人類特有的複雜認知心理活動,只有兩側大腦半球既分工又協同,才能完成這一複雜的活動。

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