心理的神经生理机制

第二章心理的神经生理机制霍金的生日盛会2002年1月12日来自伦敦的消息—来自世界各地的科学家、学者以及包括U2乐队成员在内的许多社会名流汇聚在剑桥大学，为一位当今世界上最伟大的物理学家庆祝六十岁生日。斯蒂芬·霍金因其在物理学与宇宙学研究（宇宙的起源和发展）方面所做的开创性工作，及其是全球畅销书《时间简史》的作者而闻名。他获得了剑桥大学卢卡逊讲座教授一职，这是艾萨克·牛顿爵士曾经担任过的职位。霍金以自己卓著的工作获得了公众的赞赏，尽管他已经与一种通常在病兆出现后3至5年即可致命的严重神经系统疾病伴随达40年。这位受到普遍推崇的科学家曾经在许多脱口秀节目中露过面，甚至还曾在流行世界各地的系列卡通片《辛普森家族》和科幻系列片《星际迷航》中客串出场。霍金所患的疾病已被确诊为肌萎缩性（脊髓）侧索硬化症（ALS），该病也被称为鲁盖瑞氏症。这种疾病会引起大脑和脊髓的运动神经元退化和死亡，从而最终导致大脑不能发起和控制肌肉运动。一些病人完全瘫痪以至于被“禁闭”，他们甚至不能通过眼睛和手指的移动与外界交流。霍金不能离开他的轮椅，只有最小的肌肉控制能力，而且不能交谈，他使用一个语音合成器来发表演讲。本章主要问题：1.脑的进化是怎样的？2.人产生心理的器官是什么？3.神经元的构造和功能怎样？4.人的神经系统由哪些部分组成？5.人的大脑的结构和功能怎样？6.关于大脑的功能有哪些理论？7.人的内分泌系统有哪些功能？第一节脑的进化腔肠动物（如水螅、海哲、水母等）细胞已分化成感觉细胞、神经细胞和运动细胞三类，能完成简单的反射活动（三）无脊椎动物——链状或节状的神经系统（四）低等脊椎动物——管状神经系统管状神经系统为脑的形成准备了条件。在脊椎动物神经管的前端，首先形成脑泡，随后逐渐发展成为相对独立的五个脑泡：前脑、间脑、中脑、小脑和延脑。（五）高等脊椎动物——脑的结构和机能的发展和分化动物的神经系统和脑的进化（一）单细胞动物——无专门的神经系统（二）低等多细胞动物——网状神经系统三、大脑进化的一般趋势（一）脑的相对大小的变化（二）皮层相对大小的变化（三）皮层内部结构的变化第二节神经元一、神经元及其功能（一）神经元的结构（二）神经元的种类（三）神经元的功能神经元有两种主要的功能，兴奋和传导。二、神经胶质细胞及其功能三、神经冲动（资料来源：R.L.Atkinson，R.C.Atkinson&Hilgard，1983）第三节神经系统思考？为什么你能不假思索地把手从热的东西上拿开？遇到紧急情况时，你神经系统的哪一部分会立即做出反应？人的神经系统可以分为两个子系统：一是中枢神经系统（centralnervoussystem），一是周围神经系统（peripheralnervoussystem）。在两大系统中，又包含许多组成部分。一、周围神经系统（一）脊神经（二）脑神经（三）植物性神经二、中枢神经系统1、脊髓脊髓是脑和周围神经的桥梁，可以完成一些简单的反射活动。2、脑干（1）延脑负责呼吸、心跳、排泄、吞咽等活动（2）桥脑与睡眠、觉醒、做梦等活动有关（3）中脑中央灰质、中脑四叠体、大脑脚（4）网状结构负责唤醒皮层及过滤输入信息3、间脑（1）丘脑转递感觉信息至大脑皮层的脑结构（2）下丘脑与如恐惧、饥渴、繁殖等情绪和基本生存动机有关，并能调节自主神经系统4、小脑调节运动和平衡，与某种高级认知活动有关5、边缘系统（1）杏仁核唤起和调节情绪，对感觉信息进行最初情绪反应有关（2）海马被称为“记忆之门”，对事实和事件的长期记忆形成中起着关键性作用（H.M.案例）三、大脑的结构和机能（一）大脑的结构1、三条沟裂：中央沟、外侧裂、顶枕裂2、脑叶枕叶：位于脑后靠下的位置。除了其他部分之外，枕叶包含着视觉皮层，视觉信号在此接受加工。视觉皮层受损会削弱视觉的识别功能，甚至致盲。顶叶：位于脑的顶部。顶叶包含躯体感觉皮层，接收来自于全身的、有关压力、疼痛、触觉和温觉的信息。躯体感觉皮层区所接收的从手和脸传递来的信息是不成比例的，因为这些机体部位的敏感性不同。顶叶的一些区域也参与注意及各种心理操作。颞叶：位于大脑两侧，耳朵之上、太阳穴以下的区域。颞叶与记忆、知觉、情绪有关，并包含处理声音刺激的听觉皮层。额叶：位于脑的前部、额部颅骨的下方。额叶包含运动皮层，对人体产生随意运动的600多块肌肉发出指令。在短时记忆中，额叶非常活跃，额叶也与制定计划、社会判断、创造性思考和采取主动等能力有关。（菲尼亚斯·盖奇的故事)（二）大脑皮层的分区和机能大量研究表明，人的大脑皮层可以分成不同的区域，一般应用较广的是布鲁德曼（Brodmann，1909）的皮层分区图。1.初级感觉区：初级感觉区包括视觉区、听觉区和机体感觉区，它们是接受和加工外界信息的区域。2.初级运动区：在中央前回，即布鲁德曼第4区，是人的躯体运动区。这些区域和人的躯体运动关系十分密切，能支配和调节身体在空间中的位置、姿势和身体各部分的运动，如受损会有显著的运动障碍。3.言语区：人类由于劳动和社会交往，产生了语言和思维。因此，在大脑皮层上，存在着言语代表区。对大多数人来说，言语区定位于大脑左半球。言语区由许多脑区组成，损坏这些区域将引起各种失语症。4.联合区：在人的大脑皮层上，属于投射区的面积很小，大约只有1/5，除此之外，还有范围广大、具有整合作用的一些脑区，称为联合区。言语运动中枢，位于左半球额叶后下方，靠近外侧裂处，即布鲁德曼第44、45区，亦称布洛卡区，它负责控制说话时舌和面肌的运动。此处损伤的病人吐字十分困难，勉强说出的话也常有句法错误，但这种病人还能写字，能听懂别人的话，能阅读。用电流刺激这一区域可使正在说话的病人立即停止说话。言语视觉中枢，在顶枕叶交界处，损坏这个区域将出现书面语言理解障碍，病人看不懂文字材料，产生视觉失语症或失读症。言语听觉中枢，位于颞上回的后方，接连角回的部位，称为威尔尼克区，它与口头语言的理解有关。损伤这个区域将导致听觉性失语症，病人说话无困难，但言语杂乱无章，没有任何意思。这种人听不懂别人的话，也不能重复他刚听到的句子。书写中枢。在人脑的额上回，损坏这一区域，病人将不会写字（三）大脑两半球的一侧优势1、裂脑研究说明，两半球可能具有不同的功能。左半球主要负责言语、阅读、书写、数学运算和逻辑推理等，右半球主要负责知觉物体的空间关系、情绪、欣赏音乐和艺术。2、大脑两半球功能的一侧化并不是绝对的。52distinctareasdescribedbyBrodmman(1909)1.脑损伤法（1）临床观察，即通过观察由于脑瘤、中风、头部损伤造成脑损伤的病人的行为的变化，揭示脑与行为的关系。这种方法有一定局限性，一是被试人数有限，二是不能控制脑损伤的部位和程度，因此，即使发现了脑损伤部位与行为相关，也难确定它们是因果关系。这种研究有时也通过病人死后的尸体解剖来进行。（2）有目的地破坏动物的脑结构，然后观察动物行为的变化。例如，通过切除动物的部分大脑皮层或电损毁、药物损毁部分脑结构等手段，从动物行为能力的丧失来推论所损毁的脑结构的功能。这种类型的研究可为人脑功能的探索提供参考，但并非是对人脑的研究。专栏：探索脑奥秘的方法2.电记录法通过记录大脑的电活动，研究脑与心理和行为的关系，这种方法有两种不同的形式：（1）脑电图（electroencephalograph，EEG）技术。这是一种通过头皮表面的记录电极得知脑电活动的技术，它由用一系列曲线表示的脑电波来反映脑电活动的一般概况，其差异可反映出心理活动的变化。EEG常用于脑损伤和神经失常的诊断，也经常用于睡眠、白日梦、问题解决等方面的研究。（2）微电极记录技术。将微小的电极插入神经细胞，记录神经细胞受到刺激时的放电情况，观察动物或人的行为表现，从而揭示心理活动的脑机制，如动物脑内的“快乐中枢”和“痛苦中枢”，人的记忆的脑机制，就是通过这种技术发现的。3.脑成象技术近年来，脑科学研究方法有了突破性进展，出现了许多可用于正常人的无损伤研究技术，如对脑的结构和功能进行显影成像的技术，我们称之为脑成像技术。脑成像技术有如下种类：（1）计算机层描构像技术（computerizedaxialtomography）。简称CAT。这是将Ｘ光照相和计算机处理结合起来观察脑组织病变的技术。1961年，美国科学家A.M.Cormack首先提出用Ｘ光探测活脑内部的想法。不久，英国的一位工程师G.N.Hounfield制作了这种仪器的雏形。为此，他们二人共同获得了1979年诺贝尔医学奖。使用时，将病人的头安置在一个大圆圈形仪器中，其中装有Ｘ射线管，在头的另一边，正对着Ｘ射线管有一个Ｘ光检测器，能够测出通过病人脑的Ｘ射线量。Ｘ射线管和检测器可在圆圈内移动，它们连续旋转，不断改变Ｘ射线的方向。用这种方法绕着病人的脑进行多次测试，然后将检测结果输入计算机处理，可得到整个平面的图像。因为正常的脑组织和病变的组织对Ｘ光的吸收量不同，所以在像片上可以看到如脑瘤、血栓、脑积水和多发性硬化溃变的影子。这对于医生研究脑局部损伤很有用。但这种方法也有缺陷，它只能显示脑的结构，而不能显示脑的神经活动。（2）正电子放射层描技术（positronemissiontomography）。简称PET。这是研究脑代谢活动的一种新技术。先给病人注射一种半衰期只有几十分钟的18F－D－脱氧葡萄糖，然后将病人的头置于正电子放射检测器中。当神经活动时，脑吸收的18F－D－脱氧葡萄糖分子发射出正电子，遇到脑内的负电子，就会碰撞，产生两个γ射线光子，这两个离子在同一直线的相反方向射出，被正电子放射检测器检测到，并将信息传入计算机。计算机计算出有高度神经冲动的部位，画出图像，从图上可以看到所注射的放射物质在脑的某些区域被吸收的多少。因此PET得到的是在进行心理活动时某些活性物质代谢速率的机能动态图像。（3）核磁共振（nuclearmagneticresonance）。简称NMR。这是利用某些物质的原子在强磁场中向一定方向旋转而发生射电波的原理，来研究脑工作时脑内物质变化的技术。如用一种射电频率的波通过脑时，脑内某些物质的原子就会放出自己的射频波。不同的原子的发射频率不同。可以使NMR与已知的某种原子（例如氢原子和氧原子）的波频调谐，以检测该种物质在脑工作时，在脑的部分的集中情况。这种扫描的信息也需要通过计算机分析制成脑的层面图像。这种技术主要用于脑器质病变的检测。这种技术虽不能进行脑功能成像的研究，但却是功能性磁共振研究的技术基础。（4）功能磁共振显影（functionalmagneticresonanceimaging）。简称fMRI。它是在核磁共振的基础上发展起来的。在功能磁共振中，扫描的速度更快，采样率更高，信噪比更低，有更好的计算方法和软件，能对快速成像的数据进行处理。如传统的核磁共振约60秒才能给出一幅清晰图像，而功能磁共振0.1秒就可以给出较好的图像。功能磁共振主要用于大脑功能的研究。四、大脑性别差异问题1：男性和女性的大脑存在生理上的差异吗？扫描技术揭示出了两性大脑的一些差异。在一项MRI研究中，10名男性和10名女性被试收听大声朗读的约翰格里沙姆的恐怖小说时，男女的左颞叶都显示出兴奋，同时女性的右颞叶也相当活跃，这些结果和其他研究一起，提供了大脑功能单侧化方面存在性别差异的证据：对某些类型的任务，尤其是和言语相关的那些，男性似乎更依赖于大脑的一侧，而女性则倾向于使用双侧大脑。女性大脑灰质的比例高于男性（Cur等，1999）。男性将悲剧电影的记忆储存在杏仁体的右侧，而女性则将其储存在左侧（Cahill等，2001）。问题2：这些生理差异与行为有关吗？在所有的情况下，两种性别的共性要远远多于它们之间的差异生物学上的差异并不与行为或表现上的差异存在必然的联系大脑的性别差异很可能是行为差异的结果，而不是原因。生活经验不断改造着大脑的神经通路，影响着大脑的组织和运行方式。如果你是一位音乐家，你大脑中与音乐有关的创作区域很可能比非音乐家的大（Jancke，Schlaug，&Steinmetz，1997）