第三講認(rèn)知的生物學(xué)基礎(chǔ)腦

第三講認(rèn)知的生物學(xué)基礎(chǔ)腦第1頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一眼見(jiàn)為實(shí)？

a.桌子的大小形狀是否一樣?yesornot

b.右邊的線條是螺旋形的嗎?yesornot

第2頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一為什么要來(lái)上課？1、興趣。“知之者不如好知者，好知者不如樂(lè)知者”

——孔子2、知識(shí)。“知識(shí)就是力量”——培根3、思維?！皩W(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆”

——孔子4、應(yīng)用。“理論聯(lián)系實(shí)際，具體問(wèn)題具體分析”——馬克思哲學(xué)5、學(xué)習(xí)方法?！把驖u進(jìn)，持之以恒”——孟子第3頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一引言“人類應(yīng)該知道，因?yàn)橛辛四X，我們才有樂(lè)趣、欣喜、歡笑和運(yùn)動(dòng)，才有了悲痛、哀傷、絕望和無(wú)盡的憂思。因?yàn)橛辛四X，我們才以一種獨(dú)特方式擁有了智慧、獲得了知識(shí)；我才看得見(jiàn)、聽得到；我們才懂得了美與丑、善與惡；我們才感受到甜美與無(wú)味……同樣，因?yàn)橛辛四X，我們才會(huì)發(fā)狂和神智昏迷，才會(huì)被畏懼和恐懼所侵?jǐn)_……我們之所以會(huì)經(jīng)受這些折磨，是因?yàn)槟X有了病恙……由于這樣一切原因，我認(rèn)為，腦在一個(gè)人的機(jī)體中行使了至高無(wú)上的權(quán)力?！?/p>

——希波克拉底《論神圣的疾病》第4頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一腦的樣子（側(cè)面照）位于顱骨內(nèi)，重約3斤。處理各種信息適應(yīng)環(huán)境。我們的視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)等各種感覺(jué)最終都要傳入腦中進(jìn)行處理。腦(brain)成了信息中樞，對(duì)接受的各種信息作出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。人類所獨(dú)有的更高級(jí)認(rèn)知。我們的意識(shí)、思維、情感、和記憶都由它產(chǎn)生和保持。第5頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一腦中有什么？人腦中有1000億個(gè)這樣的神經(jīng)細(xì)胞（神經(jīng)元,neuron1011

個(gè)）。神經(jīng)元的獨(dú)特之處在于有如此眾多連接，以進(jìn)行信息的傳遞（電信息和化學(xué)信息）。神經(jīng)元與神經(jīng)元之間的連接有一千千億（1014

）個(gè)。處理信息的能力神經(jīng)元不同于人體其它器官的獨(dú)特功能，每個(gè)人的差異就在于連接的不同。令人驚奇的是，連接具有可塑性（plasticity），每天動(dòng)態(tài)的信息變化就能改變這些連接。大腦是自然界最復(fù)雜和精密的器官。第6頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一神經(jīng)元連接形成通路——最簡(jiǎn)單神經(jīng)反射（reflex)

信息從感覺(jué)sensory神經(jīng)元（紅線條表示）傳遞到脊髓spinalcord，一部分上傳到腦，另一部分又通過(guò)運(yùn)動(dòng)motor神經(jīng)元（綠線條表示）支配肌肉的收縮。踩到釘子有什么反應(yīng)？如何發(fā)生的？第7頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一神經(jīng)通路上信息的流動(dòng)被破壞

破傷風(fēng)、蜘蛛和蛇使人中毒的共同之處

神經(jīng)與神經(jīng)細(xì)胞之間，以及神經(jīng)與肌肉連接之間都需要特殊的化學(xué)物質(zhì)（神經(jīng)遞質(zhì),neurotransmitter）的釋放來(lái)達(dá)到信息傳遞的作用。破傷風(fēng)、蜘蛛和蛇產(chǎn)生的神經(jīng)毒素進(jìn)入血液后，通過(guò)血液循環(huán)，到達(dá)神經(jīng)與肌肉連接處（神經(jīng)肌接頭）。神經(jīng)毒素通過(guò)抑制神經(jīng)遞質(zhì)的釋放，達(dá)到阻礙神經(jīng)與肌肉的信息傳遞，達(dá)到呼吸肌麻痹，呼吸衰竭。神經(jīng)與肌肉的連接處第8頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一中風(fēng)（stroke）：腦血管損害導(dǎo)致了腦功能的損傷。在美國(guó)，中風(fēng)在致死性疾病中位居第三，每年約有10萬(wàn)中風(fēng)患者存活下來(lái)，但他們卻終身喪失勞動(dòng)力。神經(jīng)細(xì)胞需要血管供血以提供細(xì)胞所需的氧、葡萄糖、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。腦只占體重2.5%，卻占心臟輸血的20%！腦對(duì)氧很敏感，缺氧三分鐘，神經(jīng)細(xì)胞便發(fā)生不可逆的死亡，而其它器官細(xì)胞還能耐受。腦功能不正常（abnormal)——腦有關(guān)的疾病第9頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一腦外傷（cerebraltrauma）

頭部外傷可造成腦內(nèi)出血，血塊壓迫大腦，顱內(nèi)高壓（頭痛、嘔吐、視乳頭水腫三主征），形成腦疝。若搶救不及時(shí)，壓迫腦干（心跳和呼吸中樞），造成心臟呼吸停止。腦部CT

腦疝第10頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一神經(jīng)退行性疾?。╠egenerativedisease)

神經(jīng)元不明原因的進(jìn)行性死亡生活條件及醫(yī)療水平的改善，生命延長(zhǎng)，人口老齡化帶來(lái)新的問(wèn)題。

神經(jīng)退行疾病的發(fā)病率顯著提高，如老年性癡呆(Alzheirmer’sdisease)，帕金森氏病(Parkinson’sdisease)，嚴(yán)重的影響了人類生活質(zhì)量。老年性癡呆損害患者的記憶功能，（遺忘），而帕金森氏病則引運(yùn)動(dòng)麻痹（運(yùn)動(dòng)不能）。治療中的老年癡呆患者第11頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一青年人居多的腦疾病——精神分裂癥、抑郁癥兩者均為思維和情緒的疾病。精神分裂癥（schizophrenia）是一種嚴(yán)重的性格疾病，表現(xiàn)出妄想(delusion)，幻覺(jué)（hallucination，illusion）和異常行為。多在青春期和成年早期發(fā)病，而且纏病終身。抑郁癥（depression）表現(xiàn)為強(qiáng)烈的情緒低落、自卑和負(fù)罪感。在美國(guó)大約有1500萬(wàn)人在他們一生中的某個(gè)階段會(huì)患上此病。該疾病成為導(dǎo)致自殺的主要原因。第12頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一藥物濫用導(dǎo)致的腦功能紊亂日常生活中，大家都在接觸對(duì)腦有作用的化學(xué)物質(zhì)。抽煙（含煙堿），喝咖啡（咖啡因）來(lái)提神，或喝酒（酒精）來(lái)高興或悲傷一下。前兩者是屬于興奮劑，能引起神經(jīng)系統(tǒng)功能增強(qiáng)。而后者是麻醉劑，抑制大腦的正常功能。也會(huì)用到一些對(duì)腦有作用的藥品。如：頭痛時(shí)吃點(diǎn)止痛藥，睡不好覺(jué)時(shí)用安眠藥，這些藥物同樣也可以暫時(shí)影響腦的功能，達(dá)到緩解癥狀的目的。但另一些精神藥物如嗎啡（morphine)、海洛因(Heroin)等，為中樞性鎮(zhèn)痛藥，我們卻稱之為毒品?？膳碌氖沁@類精神藥物會(huì)引起嚴(yán)重的藥物成癮（addiction)，患者欲罷不能，導(dǎo)致理知喪失，人格的扭曲，為了能吸食毒品而不顧一切，違反法律道德，對(duì)社會(huì)的危害很大。第13頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一神經(jīng)科學(xué)導(dǎo)論—腦科學(xué)的歷史及現(xiàn)狀一、古代對(duì)腦的認(rèn)識(shí)二、近代對(duì)腦的認(rèn)識(shí)三、當(dāng)今的神經(jīng)科學(xué)第14頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一古代：“心思”還是“腦思”?西方醫(yī)學(xué)之父的希波克拉底（Hippocrates)認(rèn)為:“腦不僅參與對(duì)環(huán)境的感知，而且是智慧的發(fā)源地”。柏拉圖(Platon)曾提出：人的欲望、思想、智慧是從腦產(chǎn)生的。Platon的學(xué)生亞里士多德（Aristotle)卻相信“心臟是智慧之源”，認(rèn)為腦只是個(gè)散熱器，用來(lái)平衡體溫之用。無(wú)獨(dú)有偶，這個(gè)觀點(diǎn)在中國(guó)也得到認(rèn)同。

“心之官則思”——《孟子》“心居中虛，以治五官”——《荀子》“心憂炭賤愿天寒”——唐·白居易《賣炭翁》“心樂(lè)之”——唐·柳宗元《至小丘西小石潭記》

心想、心理、心情、言為心聲、心不在焉、心地善良、心煩意亂、心無(wú)二用等等第15頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一最有力的證據(jù)在中國(guó)雖然主流觀點(diǎn)是心派，但仍有少數(shù)人持正確的認(rèn)識(shí)。如秦代醫(yī)書《皇帝內(nèi)經(jīng)?素問(wèn)》里說(shuō)“頭者，精神之府”。明代李時(shí)珍也指出：“腦為元神之府”。兩種學(xué)說(shuō)都有支持者，爭(zhēng)論持續(xù)了一千多年，但誰(shuí)都拿不出有力的證據(jù)。每個(gè)人都希望自已更聰明，根據(jù)“吃什么，補(bǔ)什么”的簡(jiǎn)單思維，狐貍(心）和猴子（腦）開始遭殃。這種混亂情況最終由古羅馬的醫(yī)生蓋倫（Galen)用最為有力的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。他分別對(duì)動(dòng)物的心臟和腦的進(jìn)行夾捏刺激，發(fā)現(xiàn)夾捏心臟表現(xiàn)為呼吸急促，四肢掙扎等；而夾捏腦卻出現(xiàn)感覺(jué)喪失，很快昏迷，進(jìn)入無(wú)意識(shí)狀態(tài)，失去了全身各種有意識(shí)的活動(dòng)。因此，結(jié)論再簡(jiǎn)單不過(guò)了，感覺(jué)思維和隨意運(yùn)動(dòng)都是由腦產(chǎn)生的！第16頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一蓋論觀點(diǎn)：大腦是感覺(jué)接收裝置，小腦則支配肌肉。

他是怎么得出這個(gè)結(jié)論的？希臘醫(yī)師蓋倫接受了Hippocrates的關(guān)于腦功能的觀點(diǎn)，還對(duì)動(dòng)物的腦進(jìn)行了大量而細(xì)致的解剖?，F(xiàn)象：大腦較為松軟，而小腦較為堅(jiān)硬結(jié)論：大腦很可能是感覺(jué)接收裝置，小腦則一定是支配肌肉依據(jù)：“結(jié)構(gòu)-功能相關(guān)性”形成記憶的關(guān)鍵是將感知“刻印”（imprint)于腦，這一過(guò)程自然只能發(fā)生在面團(tuán)般松軟的大腦上。錯(cuò)誤的依據(jù)中得出正確的一般性結(jié)論。圖片第17頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一羊腦解剖圖返回（大腦）（小腦）（側(cè)面觀）（頂面觀）第18頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一那么腦如何來(lái)感知環(huán)境并支配軀體運(yùn)動(dòng)的呢？Galen將羊腦切開，發(fā)現(xiàn)腦是空的，空心的腔室內(nèi)有液體，這些腔室被稱作腦室(類似于心臟的心室)在Galen看來(lái),這一發(fā)現(xiàn)極好的吻合了當(dāng)時(shí)流行的理論:機(jī)體的功能有賴于4種重要體液的平衡?！把?dú)夥絼傉呤怯删哂谐睗窈蜏嘏@種基本性質(zhì)的血液控制著；在冷靜沉著者的身上，是潮濕和寒冷的粘液控制著人體的靈魂特質(zhì)；憂郁的人是處在干而冷的黑膽汁的影響之下；易怒者是受了干而熱的黃膽汁的作用”。性情急躁、動(dòng)作迅猛的膽汁質(zhì)；性情活躍、動(dòng)作靈敏的多血質(zhì)；性情沉靜、動(dòng)作遲緩的粘液質(zhì)；性情跪弱、動(dòng)作遲純的抑郁質(zhì)；這四種性格直到現(xiàn)在也是人類性格的重要分類方法之一。感知被大腦所記錄，運(yùn)動(dòng)被大腦所啟動(dòng)，都是由體液通過(guò)神經(jīng)到達(dá)腦室和離開腦室流動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的，認(rèn)為神經(jīng)是一種類似于血管的中空管道。Galen有關(guān)腦的觀點(diǎn)延續(xù)了將近1500年！

圖片第19頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一切開的羊腦并顯示出腦室返回（腦室）第20頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一神經(jīng)系統(tǒng)已經(jīng)可以完整的剝離出來(lái)，它的大體解剖也因此獲得了更為細(xì)致的描述。一些科學(xué)家展開腦物質(zhì)構(gòu)成的更深入研究。一些觀察表明腦組織分灰質(zhì)（graymatter)和白質(zhì)（whitematter)。由于白質(zhì)是軀體神經(jīng)的延續(xù)性結(jié)構(gòu)，因此認(rèn)為白質(zhì)包含有纖維，這些纖維起到向灰質(zhì)傳遞信息，以及傳遞灰質(zhì)發(fā)出信息的作用。腦表面觀察到廣泛存在的隆起（稱為腦回，gyri)以及一些凹槽（稱為溝和裂，sulci和fissure)。這一結(jié)構(gòu)使得大腦以葉（lobe)的形式組裝起來(lái)，成為了不同腦功能定位于不同腦回上這一理論的基礎(chǔ)。這一突破開創(chuàng)了腦功能定位研究的新時(shí)代。圖片2圖片1圖片3返回18世紀(jì)的腦研究進(jìn)展第21頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一腦的白質(zhì)和灰質(zhì)（白質(zhì)）（灰質(zhì)）返回第22頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一神經(jīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)神經(jīng)系統(tǒng)（nervoussystem)

外周神經(jīng)系統(tǒng)（Peripheralnervoussystem,PNS）

中樞神經(jīng)系統(tǒng)

（Centralnervoussystem,CNS）腦(Brain)

脊髓(Spinalcord)

腦又由三部分組成

1.大腦（Cerebrum)2.小腦(Cerebellum)3.腦干(Brainstem)返回第23頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一大腦的五葉

返回（額葉）（枕葉）（頂葉）（顳葉）（小腦）腦干第24頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一近代對(duì)腦的認(rèn)識(shí)

先總結(jié)一下，18世紀(jì)末人們對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)腦的損傷可以引起感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)和思維的喪失，甚至導(dǎo)致死亡腦通過(guò)神經(jīng)與軀體的肌肉、皮膚、內(nèi)臟相聯(lián)腦具有可以明確劃分的一些部位，這些不同的部位很可能執(zhí)行了不同的功能腦像一臺(tái)機(jī)器那樣運(yùn)作，并遵循自然界所有的規(guī)律第25頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

神經(jīng)“電纜”論特定的功能在腦不同部位的定位神經(jīng)系統(tǒng)的進(jìn)化神經(jīng)元：腦的基本功能單位返回接下來(lái)的100年里，人類對(duì)腦功能的了解超出了此前有記載的所有知識(shí)的總和，要點(diǎn)有以下四個(gè)方面。

第26頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一神經(jīng)“電纜”論意大利的LuigiGalvani證明神經(jīng)受到電刺激時(shí)會(huì)引起肌肉的顫動(dòng)，同時(shí)腦本身也能產(chǎn)生電流。這些發(fā)現(xiàn)最終取代了“神經(jīng)通過(guò)液體的流動(dòng)而與腦相聯(lián)系”的觀點(diǎn)。產(chǎn)生了新觀點(diǎn)：神經(jīng)是一些“電纜”，它們將電信號(hào)傳入傳出腦。那么引起肌肉運(yùn)動(dòng)的信號(hào)和來(lái)自皮膚的感覺(jué)信號(hào)是否經(jīng)過(guò)同一根神經(jīng)電纜進(jìn)行傳導(dǎo)？這個(gè)問(wèn)題被蘇格蘭內(nèi)科醫(yī)生CharlesBell解決了。Bell推論：每根神經(jīng)都是許多“電纜”的復(fù)合體，其中一些纖維將來(lái)自皮膚的信息傳入腦和脊髓，而另一些則將腦和脊髓發(fā)出的信息傳送到肌肉。但對(duì)于每一根感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)纖維而言，信息傳遞則表現(xiàn)出嚴(yán)格的單向性。圖片返回第27頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Bell的實(shí)驗(yàn)返回（脊髓）（腹根）（神經(jīng)）（背根）（脊椎骨）神經(jīng)纖維（軸突）第28頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一特定的功能在腦不同部位的定位早在Galen時(shí)期，發(fā)現(xiàn)大腦與小腦的結(jié)構(gòu)差異，推測(cè)小腦支配肌肉運(yùn)動(dòng)。

Bell發(fā)現(xiàn)不同功能定位于脊神經(jīng)根的，推測(cè)不同的功能也很可能定位于腦的不同部位。他推測(cè)運(yùn)動(dòng)纖維起源于小腦，感覺(jué)纖維最終到達(dá)大腦。

問(wèn)題是如何去證實(shí)呢？Gall的顱相學(xué)(phrenology)：奧地利的醫(yī)學(xué)生Gall看到了腦表面的那些隆起，它們是具有不同的功能呢？他堅(jiān)信顱骨上的隆起反映了腦表面的隆起，因而提出一個(gè)人的性格傾向，例如大度性、遮掩性、破壞性等都與腦的大小相關(guān)聯(lián)。Gall搜集并仔細(xì)測(cè)量了數(shù)百個(gè)具有不同性格的人的頭顱研究對(duì)象中既有天才，也有具有犯罪傾向的精神病人。中國(guó)的看相學(xué)（面相，手相）。“生得身長(zhǎng)八尺，兩耳垂肩，雙手過(guò)膝，目能自顧其耳，面如冠玉，唇若涂脂….相者云：此家必出貴人”——羅貫中《三國(guó)演義》第一回圖片第29頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一顱相學(xué)圖譜返回第30頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一特定的功能在腦不同部位的定位法國(guó)神經(jīng)科醫(yī)生Broca的發(fā)現(xiàn)。曾遇到這樣一個(gè)病人，該病人能夠理解別人的言語(yǔ)，但自已卻無(wú)法說(shuō)話。當(dāng)這個(gè)病人死后，Broca仔細(xì)的研究了他的腦子，結(jié)果在其左額葉上發(fā)現(xiàn)了損傷。根據(jù)這一病例以及其他幾個(gè)類似的病例，Broca認(rèn)為大腦的這一區(qū)域具體負(fù)責(zé)語(yǔ)言的形成。很快一些來(lái)自動(dòng)物的實(shí)驗(yàn)為腦功能定位學(xué)說(shuō)提供了可靠的支持，法國(guó)的生理學(xué)家Flourens通過(guò)系統(tǒng)的損毀腦的某一部位，進(jìn)而決定其功能的方法(實(shí)驗(yàn)性切除法)，在多種動(dòng)物上進(jìn)行了研究，證實(shí)小腦確實(shí)在運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)方面起作用；德國(guó)生理學(xué)家Hermann采用類似的方法證明了大腦枕葉是視覺(jué)功能所必需的。而德國(guó)赫茨格用電刺激狗大腦皮質(zhì)的方法，發(fā)現(xiàn)對(duì)側(cè)肢體發(fā)生抽動(dòng)，在大腦上勾畫出運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的粗略圖。我們現(xiàn)在知道，大腦有非常明確的分部，而這些不同的部位的執(zhí)行了彼此不同的功能。今天腦功能定位圖譜，可以與顱相圖譜相媲美。圖片返回第31頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一PaulBroca(1824-1880)研究腦損傷而失語(yǔ)的病人，確信不同功能可能是定位于不同的大腦區(qū)域失語(yǔ)的病人的腦返回第32頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一神經(jīng)系統(tǒng)的進(jìn)化1859年，生物學(xué)家達(dá)爾文（darwin）出版了《物種起源》一書，明確的闡述了進(jìn)化的理論：所有生命物種均起源于共同祖先，物種之間的差異源于“自然選擇”的過(guò)程。不同物種的神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)化源于共同祖先，而且不同的物種的神經(jīng)系統(tǒng)具有共同的作用機(jī)制，這一思想為將動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果用于人類提供了理論基礎(chǔ)。

如研究槍烏賊巨大軸突上獲得的神經(jīng)電沖動(dòng)傳導(dǎo)的知識(shí)同樣適用于人類。大鼠獲得重復(fù)自我攝取可卡因時(shí)，就會(huì)表現(xiàn)出明確的成癮癥狀，使用這種大鼠模型可以研究成癮的機(jī)制及治療藥物。另一方面，物種間的差異是由于其生活環(huán)境差異造成的，某一物種的許多行為性狀與該物種的局部生活環(huán)境有高度特異性。

枝頭靈活攀援的猴子具有敏銳的視覺(jué)，而習(xí)慣在地洞中穿梭的老鼠卻具有高度進(jìn)化的觸覺(jué)功能。每一物種的腦結(jié)構(gòu)和功能均反應(yīng)了對(duì)環(huán)境的適應(yīng)。圖片返回第33頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

恒河猴和大鼠不同的腦功能特化

返回視覺(jué)中樞嗅覺(jué)中樞第34頁(yè)，共38頁(yè)，2023年，2月20日，星期一神經(jīng)元：腦的基本功能單位19世紀(jì)早期，伴隨著顯微鏡的發(fā)明，科學(xué)家第一次有機(jī)會(huì)觀察動(dòng)物組織。1839年德國(guó)動(dòng)物學(xué)家施旺提出了已廣為人知的細(xì)胞理論：一切組織均有被稱為細(xì)胞