神经系统的功能

神经系统不同于其他器官,它使得人类有别于其他动物。人的中枢神经系统(CNS) 比大部分台式计算机更小,质量更轻,是现存的最复杂和最优雅的计算装置。它可以接受和翻译一系列的感觉信息,控制许多简单和复杂的运动行为,并且参与理性和感性的逻辑。
中枢神经系统的主要组成部分
脑可以做出复杂的决定、创新性思考和感受情感。它可以概括和拥有高级计算机无法识别的能力。例如,人的神经系统可以立即从呈现的任何角度识别一个相似的面孔。它可以几乎同时开展许多复杂的任务。
鉴于神经系统的复杂性及其活动的多样性,人们也许会问它是否已经被解释。事实上,神经科学已经开始提供一个特别详细的关于神经系统的组织学和生理学,以及当发生各种疾病时神经系统的改变。这种理解完全基于神经系统结构的了解,以及结构和功能之间的内在联系。
神经系统的复杂性是通过其丰富和复杂的结构来反应的。在某种意义上,神经系统可以看作是一种复杂的动态的连接计算机的网状物。由于可以很容易理解神经系统的解剖,脑和脊髓具有不同的功能,敏锐的临床医师经常可以根据临床病史和仔细的神经病学的检查做出关于功能紊乱相对准确的预测。
对于神经解剖的理解,对基础的神经科学和临床用药都十分有意义。临床神经解剖学(如神经系统的结构,考虑到神经系统紊乱的背景)包括正常神经系统结构和组织的重要内容,对于神经系统紊乱的理解十分必要。
一、神经系统的概况 

(一)主要组成部分

1.解剖学 从解剖学上来看,人的神经系统是一个由两部分组成的复合体。

(1)中枢神经系统:由脑和脊髓组成,被骨包围,由保护膜(脑脊膜)缠绕并充满脑脊液。

(2)周围神经系统:由脑神经和脊神经组成 。
中枢神经系统和周围神经系统的结构(显示了中枢神经系统和覆盖它的骨之间的联系)

2.生理学   从功能上来讲,神经系统分成两个系统。

(1)躯体神经系统:刺激体壁结构(肌肉、皮肤、黏膜)。

(2)自主(内脏)神经系统(ANS) :包括中枢神经系统和外周神经系统两部分。它可以控制平滑肌、内脏腺体和血管的活动及将感觉信息传向脑。

(二)结构单元和所有器官组织

中枢神经系统包括脑和细长的脊髓。脑是一个分层的结构,粗略地可以细分为大脑、脑干和小脑。

中枢神经系统的两个主要的部分—脑和脊髓(正中矢状面)
神经系统最前端(大脑或间脑)是系统发育最先进的部分,并且负责最复杂的功能(如认知功能)。靠近尾部, 脑干、髓质和脊髓的发生相对大脑或间脑次之,但在功能上必不可少。

大脑(前脑)包括端脑和间脑。端脑包括大脑皮质(脑进化程度最高的部分,有时称为灰质),皮质下白质和在大脑半球深部的灰色核团称为基底核。之所以称为白质,是因为在脑发生时由于它含有高含量的髓磷脂而呈现闪闪发光的表现。白质包括有髓鞘的纤维,但不包括神经元细胞体和突触。

脊髓的横截面,显示了灰质(包括神经元和胶质细胞的细胞体、轴突、树突和突触)和白质(包括有髓鞘的轴突和相关的胶质细胞)

间脑主要细分为丘脑和下丘脑。脑干包括中脑、脑桥和延髓。小脑包括小脑蚓部和两侧叶。脑是中空的,包括空白系统称为脑室。脊髓有狭窄的中心通道,在成年人大部分被堵塞。这些空白区域充满脑脊液(CSF)。

(三)功能单元

脑约占机体体重的2%,包括数以亿计(也许万亿)的神经元神经胶质细胞。神经元或神经细胞,是通过它们的延伸部分(神经纤维或轴突)接受和传递信号给其他细胞的专门的细胞。

在大多数情况下,信息经过一系列电信号或化学信号非常快(在几毫秒之内)地被加工和编码。许多神经元有相对大的细胞体和长的轴突,通过特别长的距离传递冲动时特别快。

从另一方面来说,中间神经元有小的细胞体和短的轴突,传递局部冲动。具有相同功能的神经细胞经常具有相同的作用靶点,通常聚集在一起形成核团。具有相同形式、功能和联系的神经细胞聚集在中枢神经系统外,称为神经节
具有支持神经元活动作用的其他细胞元素称为神经胶质细胞,神经胶质细胞有许多类型。在脑和脊髓内的神经细胞与神经元的比值超过了10 :1。

(四)神经系统的计算

神经细胞在突触上传递信号给另一个细胞。化学传递递质与突触的功能有关:兴奋性作用和抑制性作用。

一个神经元可以接受数以千计的带来不同来源信息的突触。通过整合各种不同来源的兴奋性和抑制性信号的作用及产生自己的信息,每一个神经元都扮演着一个信息处理装置的角色。
一些非常原始的行为(如反射和叩击膝部肌腱时,膝部周围肌肉无意识地收缩)是通过有突触联系的两个神经元经过一系列单突触的神经活动协调实现的。
然而更多复杂的行为,需要更大的多神经元参与多突触神经回路,也包括相互联系的突触。

(五)神经束和神经连接索

中枢神经系统两个核团内的神经元之间的联系或途径形成纤维束。就像在脊髓中看到的一样,神经束聚集在一起形成神经索。

神经束可以下行(如从大脑到脑干或脊髓)和上行(从脊髓到大脑)。这些途径在它们发生时可能从中枢神经系统的一端交叉到另一端,形成垂直联系、水平联系,称为神经连接索。
多重神经束联系神经系统的许多部分。例如,多重上行和下行神经束将周围神经系统及低位脊髓中心与脑联系起来。
这就反映出一个事实,神经系统通过使用不同系列的神经元提取它的感觉周围不同的方面(如形状、重量和接触机体的物体的温度)及分别编码和控制运动行为特定的方面(姿势、肌张力、精细运动)。
神轻束的多样性也赋予神经系统过多的功能:在神经系统部分被破坏后,仅一些功能会丢失;其他功能也许会被保留,增加了生物体存活的可能性。

(六)神经系统的对称性

通常认为,神经系统解剖大致成左右对称。大脑和小脑由左、右两个半球组成。最初,考虑这些半球对称出现。一些高级的皮质功能,像语言在一侧半球比另一侧半球表现得更强大。

但总的来说,半球拥有相似的结构,甚至在一些靠近尾部的结构,像脑干和脊髓,不是由半球构成的,但也左右对称。

(七)交叉表示

另一个公认的观点是神经系统存在交叉和交叉表示。神经解剖学家用术语“交叉”来描述一个纤维束从神经系统的一侧(右或左)到另一侧。右侧大脑接受相关信息,控制左侧的有关的运动功能;反之亦然。关于右侧世界的视觉信息在左侧的视觉皮质形成。

同样,机体右侧的触觉、冷热觉和位置觉在左侧的大脑半球的躯体感觉皮质形成。按照运动控制,左侧大脑半球的运动皮质控制属于右侧外部世界的右侧机体运动。
当然,这个包括控制右侧的上肢和下肢的肌肉,像二头肌、三头肌、手部肌群和腓肠肌等。对于“交叉神经支配”这种模式偶尔也有例外,如左侧胸锁乳突肌由左侧大脑皮质控制。
然而,即使这种例外也有功能上的意义:由于这种不同寻常的生物力学,左侧胸锁乳突肌的收缩使颈部转向右侧。甚至对于有异常的肌肉,对于右侧外部世界有关活动的控制起源于对侧的左侧大脑半球,像前述的交叉表示的原理一样。

对于交叉运动控制的规则,有一个重要的例外需注意:由于小脑组织的传入和传出信息,每一个小脑半球控制身体同侧的协调性和肌张力。

(八)脑内世界的地图

在每一个水平,脑(包括代表)绘制出外面世界多种方面的地图。例如,考虑到脊柱(携带感觉信息,尤其是关于触觉和振动觉,从身体表面的感觉末梢向上一直到脊髓里)。

脊柱的轴突被安排得非常有序,从上肢、躯干、下肢发出纤维形成保持这些机体空间联系的地图。在大脑皮质,也有感觉地图(是小人的形式,因此称为侏儒)在感觉皮质里。
在枕叶和颞叶及顶叶中也有视觉世界的多重地图。这些地图被称为视网膜拓扑图,因为它们保留了物体在视网膜成像和提供脑中的视觉环境的空间代表之间的联系。每一张地图包括涉及提取和分析关于某一刺激特定方面(如形式、颜色或运动)的信息的神经元。

(九)发展

神经纤维最早的纤维束约出现在原始生命的第2个月:主要的下行运动纤维约在第5个月出现。脊髓神经纤维的髓鞘形成(髓磷脂外壳)约开始于原始生命的中期;一些神经束在20年的时间里并不完全形成髓鞘。

最古老的神经束(对所有动物都是共同的)先形成髓鞘;皮质脊髓束在出生后的第1年和第2年大量形成髓鞘。
在神经系统的发展过程中,逐渐增长的轴突在细胞外引导分子(包括神经生长因子和脑信号蛋白)的指导下向正确的靶位生长。它们中的一些扮演着促进轴突生长的引诱剂,指引它们向一个特定的靶点生长。其他扮演着排斥剂。
有许多类型的引导分子,很可能每一个专门作用于一种特定类型的轴突,它们存在于变化着的浓度梯度中。在神经系统形成的过程中,存在有很高新生的多余轴突,这些轴突在修剪过程中随后丢失,并没有到达正确的靶点。
尽管在神经系统功能开始之前脑的组织结构已经完美完成,如果在一个仅仅可以持续几天甚至更少时间的特定时期内提供或保留一个合适的刺激物,成熟的脑很容易发生改变。

二、周围神经系统

周围神经系统包括脊神经、脑神经和与它们相关的神经节(中枢神经系统外的神经细胞核团)。神经包括可以向中枢神经系统传入或传出信息的神经纤维。

通常来说,传出神经纤维涉及运动功能,像肌肉的收缩或腺体的分泌;传入神经纤维通常传递从皮肤、黏膜和更深结构的感觉刺激。

个别神经在压迫或物理创伤时可以被破坏,导致被特殊神经支配的机体的部分运动和感觉的缺失。

一些系统性疾病像糖尿病,或暴露在具有神经毒性的毒物或药物中可以通过机体损伤神经,产生外周多发性神经病:在这些情况中,最长的神经(这些刺激活动足)最先受到影响。 

三、平面和术语

神经解剖学家们倾向于根据脑和脊髓如何发生做成切片或截面。这些截面和术语的平面被用于神经解剖学显示。

平面(冠状面、水平面、横断面)和方面(头部、尾部等)经常被用于描述脑和脊髓

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