脑科学ppt课件

脑的结构 一保护脑的环境 既然脑是最重要的器官，在进化过程中， 自然界也给了脑最严密的保护。这种结构既 保护脑、又能营养脑以及排出脑代谢的产物 。 人的大脑位于颅腔内，大脑分为左右两半 球。脑实质外的颅骨、脑膜、血管和血-脑屏 障等构成了脑的物理、化学环境，正是这些 理化环境的相对稳定才保证了脑的正常生理 功能 1 1脑膜(meninges)：硬膜(或称韧膜)、蛛网膜 和软膜3层组成。 2. 脑脊液 脑脊液是一种比重低而清晰的液体， 含有较多的电解质(氯化纳、氯化钾、氯 化钙等)，及少量的蛋白质和葡萄糖。 3. 脑屏障 血脑屏障(blood brain barrier) 血脑脊液屏障(blood cerebrospinal fluid barrier) 脑脊液脑屏障 (brain cerebrospinal fluid barrier) 3 4 二大脑的结构 人的大脑(Brain)包括左、右两个半球及连接 两个半球的部分。 大脑半球被覆灰质，称大脑皮质，其深部为 白质，或称为髓质。大脑两半球间由巨束纤 维（胼胝体，corpus callosum）相连。 脑主要包括大脑、间脑、小脑、中脑、脑桥 及延髓等六个部分。 5 1脑的表面结构 7 2大脑皮层功能分区 8 9 3大脑深部结构 第二节 睡眠与觉醒 睡眠和觉醒是人类和较高等动物生命活动 必需的两个相互转化的生命过程。 正常充足的睡眠是觉醒时各种活动和工作 的保证。 睡眠与觉醒相互交替的节律活动不是完全 由环境昼夜交替引起的被动反应,而是身体 内部的振荡机制进行调节和维持的结果。 11 一、睡眠的分期 成年人正常睡眠是由慢波睡眠与快波睡眠 两个时相周期交替形成的，每夜大约反复 转变45次。 开始入睡时首先进入慢波睡眠（slow wave sleep, SWS），或称非快速眼动睡眠 (non-rapid-eye-movement sleep,NREM) ； 12 再转为快波睡眠，或称异相睡眠（ paradoxical sleep, PS），这个阶段发生 在慢波睡眠之后，常伴有间断性的眼球 快速运动，又称快速动眼睡眠 (rapid- eye-movement sleep,REM)。 一、睡眠的分期 13 脑电图(Electroencephalography，EEG)记录技 术的发展及应用有力地推进了睡眠的实验性研 究。根据脑电图描记的特征性改变，睡眠周期 可细分五期。其中期为慢波睡眠，第V 期为快波睡眠。 图7 睡眠时的EEG波形特征及睡眠的分期 二 睡眠的生理意义 睡眠的重要生理意义是恢复脑力和体力。 慢波睡眠对儿童少年时期的生长发育特别 有利。 快波睡眠时蛋白质合成及脑代谢率都比慢 波睡眠增强,这显然对促进生长、恢复脑力 与体力、促进记忆也是很有利的。 15 睡眠缺乏或睡眠不足会影响注意力和 记忆的保持。 二 睡眠的生理意义 剥夺睡眠与脑力活动过分紧张一样,都会 引起脑疲劳,典型表现是注意力不集中、 记忆减退、情绪波动、思维反应不灵敏 等等。 16 三 睡眠的神经机制 睡眠与觉醒是生物节律最为重要的外在表现 ，睡眠的实施由褪黑素、视交叉上核的节律 性活动，以及脑干上行激活系统、脑干上行 抑制系统，以及大脑皮层、海马边缘系统等 神经结构相互作用、相互影响而得以共同实 现。 17 表1 睡眠和觉醒神经机制的区别 清醒 熟睡 Ach系统活跃Ach系统不活跃 感觉丘脑被易化感觉丘脑被抑制 网状核被抑制 网状核被激活 丘脑皮质神经元活跃丘脑皮质神经元低节 律 EEG去同步化EEG同步化 19 四 睡眠的体液调节 1910年法国生理学家（H.Pieron）证明,把疲 劳了的狗脑脊液注入休息过后的狗的血内,可 以使休息过的狗再睡眠,说明在动物脑脊液和 血液内,确实存在着这样的一些睡原物质，可 以诱导动物的睡眠。 80多年来研究者们已经发现了许多对睡眠有影 响作用的物质,比较确定的有细胞因子如白细胞 介素1(IL-1)和肿瘤坏死因子(TNF)、生长激素、 催乳素(PRL)和血管活性肠肽(VIP)、褪黑素等。 五 觉醒 当经过一定时间的睡眠，大脑神经元细胞的 内环境趋于平衡，由于生物分子钟的反馈机 制，此时脑内分泌的褪黑素逐渐减少，视交 叉上核诱导睡眠的脉冲电作用逐渐减弱。 两者作用变化的结果，一是皮层神经元兴奋 性的逐渐增强，二是脑干上行抑制系统的作 用逐渐地减弱，睡眠逐渐地由IV、III时相进 入第II时相、REM时相。 如果此时大脑额叶和其它未兴奋脑区的抑制 被它们自身的电活动所翻转，个体就会从睡 眠状态转为清醒。 21 六 睡眠疾病 常见的睡眠疾病有失眠症、梦游症、磨牙症 、嗜睡症、呼吸暂停综合征、睡眠不足综合 征、时差综合症、睡眠遗尿症、夜间吃喝综 合症、催眠药依赖性睡眠疾患等等， 其病因与年龄、体重、精神、遗传、生活方 式、内在疾病等因素有着密切关系。 22 第三节 情绪与动机 人对客观事物是否符合自己需要而产生的态 度体验，称为情绪或情感。 与生理需要相联系的态度体验，称为情绪， 这是人和动物都有的； 与精神需要和社会需要相联系的态度体验， 称为情感，这是人类特有的，是一种高级、 复杂的体验。 情绪和情感反映客观现实与人的需要之间的 关系。 23 一、情绪与情感 人类最基本、最原始的情绪反应有快乐悲哀 、愤怒和恐惧。 正常的情绪变化主要是客观事物诱发产生的 ，一旦情境改变,某种情绪就会消失或由另一 种情绪代替。 情绪通常是不稳定的。 情感与情绪都有两极性以及不同的程度表现, 例如快乐与悲哀、热爱与憎恨、轻松与沉重 、激动与平静,以及不同程度的快乐、不同程 度的悲痛,等等。 24 1 情绪或情感反应 情绪的触发应该存在着两种不同的模式。 第一种模式也称为脑内的情绪通路，是指外 界传入刺激经丘脑接替核直接传导到情绪反 应中枢如杏仁核，再由杏仁核发出神经电脉 冲到自主神经系统、边缘系统及大脑皮层的 相关区域，影响他们的神经电活动及功能状 态。 25 第二种模式是当代心理学普遍认为的，在信 息处理的过程中，先是对刺激进行认识，再 生成情绪。 情绪的触发应该存在着两种不同的模式。 这种情绪反应与外界刺激有关系，也与个体 的情感类型、个性特征有关系。个体必须先知 道刺激的具体内容，然后才决定对该刺激生成 何种类型的情绪反应，可能是喜欢，或者是愤 怒、厌恶等等。 26 人们在日常生活中常见的情绪反应，一般 是在人类身上得到进化发展的情绪，如妒忌、 得意、自信、好奇、怜悯、羡慕、反感、羞 愧、失望、懊悔等等，都属于这种触发模式的 情绪反应类型。 情绪的触发应该存在着两种不同的模式。 27 2. 情绪与意识 3. 情绪的脑机制 三层系统理论：大脑可以被视为一个三层结 构的系统，每一层都经过重要的进化发展。 最老和位置最深的第一层是从低等动物鱼 类留传下来的脑干，只维持生命有关的活 动及简单的神经反射。 进一步发展形成了第二层,包在脑干的外面， 主要是边缘系统，其中包括Papez环。边缘系 统除了负责记忆的转化外，其生成的情感机 制使动物能够更好地适应外界复杂的环境。 29 最后一层是第三层，又包在第二层的 外面，是组织结构特别复杂的大脑皮 层，它的出现为智慧行为提供了神经 结构基础。 三层系统理论： 30 （1）在边缘系统、下丘脑和大脑皮层确实 存在着不同种类的情绪中枢，他们的兴奋 可以引起相应的情绪体验。 （2）在人类，一些基本的情感由边缘系统 的一些结构如杏仁核、隔核等的兴奋生成 ，并通过Papez环路作用于额叶内嗅皮层及 海马，进一步作用于大脑皮层的广大区域 。 32 （3）有些反射如条件化恐惧反射形成以后，外界的一 些相应刺激信息可经皮层下通路如丘脑杏仁核通路， 直接作用于边缘系统情绪中枢，触发自主神经系统和 边缘系统的应急反应，有利于更快地在大脑皮层的统 合作用下做出有效的行为反应。 （4）电刺激大脑皮层没有生成过情绪的体验和自我刺 激行为。 （5）在情绪活动过程中,除了有大脑皮层和边缘系统的 参与外,自主神经系统的活动也影响情绪体验及情绪对 行为的激励或抑制作用。 33 二 动机 动机是意向、驱动的聚合，它最终导致行为 的出现。 “动机”强调与行为启动的关系，它指行为 启动前，神经系统高级部位那种与导致该行 为发生的有关思维活动。 动机与意动（或作动念）不同，动念是指意 图、意愿或是愿望，但不一定导致发生行为 。 在动物形成具有目的行为的学习过程中，杏 仁核群起着关键的作用。 34 第四节 语言和思维 l 语言是人脑的高级神经活动 人类的语言文字是客观世界中具体信号( 如铃 声、灯光等,为第一信号) 的抽象信号,称为第 二信号,凡是以词语作为信号而建立的大脑神 经联系就是第二信号系统。 语言活动不仅是单纯的信息交流工具，而是 一种具有积极作用的认知功能，因为语言的 功能单元词汇本身已是对客观事物的抽 象和概括，具有概念性质，它已经是抽象思 维和认识事物本质的开端。 l语言和思维脑机制的研究 一是研究语言和思维活动的脑功能一侧化问题 二是探讨语言和思维的双脑协同机制。 Broca证明左脑额下回损伤与运动失语有关(后 该区命名Broca区)。 Wernicke等人观察到左脑颜上回(Wernicke区) 损伤时，患者无法理解语言，左脑纵行弓状束 破坏时，患者会产生传导性失语等等 36 1.运动性失语症（ motor aphasia）： Broca区受损 2.失写症（agraphia） ： 额中回后部 3.感觉性失语症（ sensory aphasia）： 颞上回后部 4.失读症（alexia）： 角回 5.流畅失语症（fluent aphasia） 37 右半球对空间进行综合,左半球对时间进行分析 右半球着重视觉的相似性，左半球着重概念的 相似性； 右半球对知觉形象的轮廓进行加工，左半球则 对精细部分进行加工； 右半球把感觉信息纳入印象，左半球则把感觉 信息纳入语言描述； 右半球善于做完整性综合，左半球则善于对语 音进行分析。 38 l思维及脑机制 人具有形象(直感)思维、抽象(逻辑)思维和灵 感(顿悟)思维3种思维方式。 形象思维是一种以客观现象为思维对象、以 感性形象认识为思维材料、以意象为主要思 维工具、以指导创造物化形象的实践为主要 目的的思维活动，是一种并行处理，并具有 协同性、动态性、总体性、容错性、无法预 测性和不确定性、难以直接表达等特点。 39 抽象思维是以概念、判断、推理等形式进行 的理性思维，它反映了人们以抽象的、间接 的、概括的方式认识客观世界。 从认识的顺序性说,总是在概念的基础上形成判断,在 判断的基础上进行推理；但是在思维实际过程中,判断 构成推理,又在推理中形成新的判断,从而创造和形成 新的概念,因此，概念、判断、推理不是孤立的，而是 相互联系的,抽象思维整个过程表现为一维的、串行的, 并具有局部、准确、简洁、易于表达等特点,但某一个 局部错误可能导致整体完全错误。 灵感思维是在显意识下，经潜意识加工后， 再通向显意识，是显意识和潜意识相互作用 的结晶。它具有非同期的突发性、非线性的 独到性、非神秘的模糊性等特点，穿插在抽 象思维和形象思维之中，起着突破、升华的 作用，它比形象思维更复杂。 41 l前额叶功能主要有四方面: 对注意力的控制, 具有短时记忆功能, 对情绪和动机有调控作用, 具有预见性和组织规划方面的功能。可 以说,前额叶是人体有目的、有计划的行 为活动的发动者与组织者。 42 第五节 学习与记忆 学习主要是指神经系统接受外界环境信息而 影响自身行为的过程。 一、学习 2. 学习类型 学习可分为简单学习、联合学习和复合学习 三类（如下表） 。 1.概念 43 简单学习 如习惯化、敏感化等 联合学习 如经典条件反射、操作式条件 反射等 复合学习 如潜伏学习、替代学习、铭记 学习等 2.学习类型 44 记忆包涵两个方面的含义： 一是记，指的是大脑从外界纷繁复杂的信息中，提取 部分有用的信息形成感受印记，再从感受印记中选 择部分信息形成短时记忆，又同样从短时记忆中选 定部分信息形成长时记忆这样的一个过程； 二是忆，指的是大脑根据当前外界传入信息的情况， 迅速提取大脑贮存的相关的信息经验，结合外界传 入信息，生成某种心理行为反应或应答的过程。 二、记忆 1.概念 2.记忆的类型 记忆的分类方法也有多种, 最常用的分类方法 是按照记忆时程的长短来划分 长时记忆和永久记忆的一 个特点是,所有的记忆内容不 因脑活动状态的变化而消失, 睡眠、麻醉、昏迷能使意识 暂时丧失, 一旦恢复意识,长 时记忆也随之恢复。 瞬时记忆 短时记忆 长时记忆 永久记忆 前三种记忆依次又称为感觉记忆、初级记 忆和次级记忆，各类记忆的脑内神经机制 不同。记忆形成的多阶段理论已得到许多 动物实验结果的支持。 47 形象记忆以事物外部形象为内容的记忆; 逻辑记忆关于事物的意义、性质、变化 规律等方面或抽象概念、判断推理等方面的 记忆; 情感记忆涉及情感体验及情绪变化方面 的记忆; 运动记忆技巧和技能性操作或运动以及 习惯性动作等方面的记忆。 按记忆的方式可分为： 48 l记忆的机制 1、学习记忆的突触理论和神经回路理论。 认为记忆信息贮存在中枢突触结构和神经回路中 2、学习记忆的生化理论。 由于学习过程中伴随着细胞内RNA分子量的 变化，认为遗传信息贮存在基因DNA分子中， 记忆信息贮存在细胞RNA分子中。 3、学习记忆的蛋白质理论。 49 u学习和记忆的结构基础 短时记忆回路：一般认为，海马、杏仁核 、间脑、前额叶皮质共同构成一个统一整 体，形成了短时记忆回路，其反馈为正反 馈。 (1)海马与杏仁核 (2)间脑腹内侧 (3)前额叶皮质 50 长时记忆的保存： 在大脑中，没有一个特定的长时记忆中枢存 在。如对视觉感知的事物的方位、形状等其感 觉整合中枢是额叶下部的皮质部位,而事物空间 位置的感觉整合中枢则是顶叶后部的皮质部。 另外,大脑皮层下层的某些结构也与长时记忆的 再现有关。杏仁核除了参与构成短时记忆回路 外,还是不同感觉记忆的结合部位。如果杏仁核 被损毁,则学习、情绪、动机以及其它的感觉信 息就不能整合在一起。 u学习与记忆的细胞学基础 神经细胞间突触传递的改变是学习和记忆的 基础。环境刺激等因素可以引起脑内不同区域 的突触后膜致密物质(Postsynaptic Density, PSD) 变化。如一次性电击可使大鼠海马3区的 显著增厚。易化记忆的药物脱苷氨酰胺精白氨酸加压 素能引起小鼠脑内大脑皮层躯体感觉运动区和海马 3区突触的增厚。可见突触膜致密物质增加 或减少，可能是学习和记忆的细胞形态学基础。 52 三、体液因素对学习记忆的影 响 神经递质对学习和记忆的作用 儿茶酚胺，包括去甲肾上腺素、肾上腺素、 多巴胺等，这类物质对学习和记忆有促进作 用，可促使脑的兴奋水平增强，躯体运动能 力增强。 谷氨酸是一种兴奋型神经递质，其特点是它 的受体甲基天门冬氨酸受体只在 学习和记忆过程中才开放，是学习和记忆的 关键物质之一，它的开放与学习过程相关， 保持与记忆过程相关。 53 四、学习障碍与遗忘 “学习障碍”或叫“学习无能”,是学习能 力的对立面。学习障碍是普遍存在的现象, 无论是人或动物都有。 学习障碍是指脑内神经机制尚未查明的一 种学习能力低下,这种人的感官正常,智商可 以属于中等甚至中等偏上,也查不出明显的 脑损伤。 遗忘（amnesia）是记忆的对立面。 54 第六节 脑疾病与脑功能退化 出生前的胎儿神经系统的形成和发育是正 常脑功能的决定性基础； 儿童脑的可塑性发育是人才智力和健康心 理形成的关键； 成年人脑的有效工作取决于神经网络中信 息的高效传递和加工； 老年人健康生活依赖于有无病理性衰变和 神经损伤。 55 一、阿尔茨海默病（AD） 临床表现为进行性记忆力减退、智能障碍 以及人格改变； 主要病理学改变为大脑皮层或某些皮层下 结构中老年斑和神经纤维缠结的形成以及 多种神经元尤其是胆碱能神经元的原发性 变性。 一定数量的老年斑和神经