第4章 脑的发育与可塑性 生理心理学概论 教学课件

脑的发育与可塑性 第四章 第一节 脑的发育 一、神经元的生长与发育 1.过程：增殖、迁移、分化、髓鞘化及突触 形成。 （1）增殖：新细胞的产生。 （2）迁移：神经元移动到脑内最终的定居点 。 （3）分化：由一般细胞的外形逐渐形成轴突 和树突的过程。轴突伴随神经元的迁移， 先于树突形成。树突在神经元到达迁移的 终点时开始形成。 （4）髓鞘化：是指神经元的轴突被胶质细胞 产生的绝缘脂肪鞘包裹。 （3）突触形成：需要胆固醇。 二、神经元存活的决定因素 1.神经生长因子”(nerve growth factor, NGF) 促进轴突的存活与生长。 若一根轴突没有足够的NGF就会变性，导致 细胞体死亡。 2.NGF可以取消凋亡程序。 神经元在生命开始时就伴随一种“自杀程 序”(suicide program)：如果轴突不能 在一定时期与相应的突触后细胞接触，神 经元就通过一种称为“凋亡 ”(apoptosis)的机制而死去。 n 细胞凋亡（apoptosis）是指细胞在一定 的生理或病理条件下，受内在遗传机制 的控制自动结束生命的过程。 n细胞程序性死亡（programmed cell death,PCD）是指生物在发育过程中对一 定生理刺激的反应性死亡，它需要一定 基因表达。 n多细胞生物在发生、发展过程中，为了 保持正常的生理机能，一部分的细胞发 生自发性细胞死亡，这种细胞死亡是被 细胞内一系列相关的分子所调控，并伴 随有典型的形态学改变，这种现象被称 为细胞凋亡。 n细胞凋亡的生物学功能 （1）清除无用的或多余的细胞，人脑在发育过程中有95%的细胞死 亡 （2）除去不再起作用的细胞 蝌蚪变态时的尾部细胞死亡；哺乳动物子宫内膜上皮细胞在月经期 死亡 （3）除去发育不正常的细胞 如脊椎动物视觉系统的发育，没有形成正确神经元连接的神经元被 清除掉 （4）除去一些有害细胞，胸腺细胞在离开胸腺之前被诱导死亡 3.神经元的存活依赖于输入轴突及其所接 触的靶细胞两方面神经生长因子。 三、轴突如何发现通路 （一）轴突化学通路的发现 蝾螈腿的移植试验 1.轴突连接的专一性 蝾螈的视神经损伤和修复试验 2.化学梯度 当轴突从视网膜向顶盖生长时，有高背腹侧蛋白 的视网膜轴突与高浓度的顶盖细胞连接；低背腹 侧蛋白的视网膜轴突与低浓度的顶盖细胞连接。 （二）轴突间的竞争是普遍的原则 神经达尔文主义：神经系统在发育的过程 中，开始形成较多的突触，随后通过选择 加工，保持一些而排斥另一些。最近发现 这种排斥是一种“沉默”方式。 四、生活经历对神经系统发育的微调 （一）生活经历对树突分支的效应 1.环境刺激 2.运动 幼鼠试验 （二）新神经元的发生 干细胞分化 （三）生活经历对人脑结构的效应 实践技能可使脑结构重组，在一定程度 上可以提高业绩。 n机制：DA释放时，刺激作用于皮质代表 区，使其扩大。皮质区的扩大是有益的， 可使皮质更注意刺激或更广泛地加工。 （四）化学效应与经历效应的结合 脑的发育是一个双重加工的过程。 首先轴突通过化学梯度发现其最适靶点； 然后在生活经历影响下，增强某些神经连 接，而舍弃另一些。 n例如：外侧膝状体细胞接受来自视网膜 的许多轴突。从视网膜的一侧到另一侧 ，这些轴突反复产生自发的AP;每个外侧 膝状体细胞选择当时有自发活动的轴突 形成突触，从而与视网膜上的相应感受 器建立联系。 四、脑区的按比例发展 脑区划分 低等脊椎动物的脑包括前、中、后脑三 个主要部分。 前脑中转嗅觉信息； 中脑专司视觉； 后脑负责听觉。 Evolution of the Nervous System Figure 9-1: Evolution of the nervous system 1.脑重体重比增大在种族进化中的扩展 从古老的爬行类到哺乳动物，脑的相对重 量增加4倍； 哺乳动物的进化中的相对脑重又增加4倍； 灵长类的相对脑重是非灵长类的2倍，而人 的相对脑重与低等灵长类相比又增加34 倍。 2.前脑的发展 从鱼类经爬行类到哺乳动物的历程中，动 物的觅食、区别敌友、寻找配偶、哺育后 代等，主要依靠嗅觉提供信息；因此，通 过负责嗅觉的前脑扩展来满足不断增加的 信息负荷。 3.功能皮质化，即大脑皮质的扩展 按进化历程中出现的早晚，大脑皮质分为 三种。古皮质出现于鱼类，延续到人，就 是嗅脑；旧皮质在鸟类较发达，在人类指 与运动、自主神经功能整合等有关的边缘 皮质；新皮质在灵长类有较大发展。 五、发育中脑的易损性 脑的发育需要在有精确时间安排的一些化学 反应的复杂相互作用下进行。 1.发育中的脑对营养不良、毒性化学物、感 染等极为易感。 2.婴儿的脑对乙醇的损害也是高度易感。 哺 乳期的母亲服用的药物可通过乳汁影响婴 儿。如氨基糖甙类抗生素可损伤听神经； 镇静剂可影响觉醒一睡眠节律。 第二节 脑损伤后的可塑性 一、脑的可塑性 二、脑损伤后恢复的机制 一、脑的可塑性 脑可塑性：是指脑有适应能力，即在结构和功 能上有修改自身以适应现实的能力。 广义：将所有的学习都认为是脑有可塑性 的表现，因为通过学习和训练，脑可以完成原 先不能完成的功能。 狭义：脑必须有重新获得功能的形态学基 础才是可塑性的表现。 事例： 1. 神经科学家用手术离断猴前臂的传 入通路，则接受该信息的大脑皮质代 表区逐渐发生功能转移，对触摸动物 的面部起反应。 2.如果，盲人以一根手指摸读盲文，则该 指的皮质代表区就扩展。 3.聋哑人用视觉（肢体）语言进行交流， 则正常反映听觉信息的颞叶皮质由于接收 不到刺激转而对其他信息（如来自视觉系 统）进行处理。 二、脑损伤后恢复的机制 （一）有习得性适应。 （二）轴突的再生。 （三）侧支芽生。 （四）去神经超敏性 （五）感觉代表区的重组等。 （一）有习得性适应 1.脑损伤后的功能恢复是由于个体更好地使 用未受损的能力而代偿的。 例如，管状视野者（除中央视野外，周边 视力完全丧失）可以习得往返转动头部来 代偿周边视力的缺损。 2.脑损伤的患者或动物可以学会使用最初 表现为丧失而实际上只不过是受损的能力 。 实验性发现：切断动物背根，使有关下肢 的感觉丧失；但是动物仍能运动其肌肉， 这种肢体运动称去传入。 例如： 猴的一个肢体“去传入”后，不能自发用其行 走、抓物以及作任何随意运动。 切断两前肢的传入神经；尽管损伤更广泛， 但猴仍能重获使用两侧去神经前肢的运动。 它能以中等速度行走，在金属网壁上向上或 侧向爬行，用拇、食二指摘取葡萄。 n解释：猴不能运用一侧去神经的肢体， 仅仅是由于用三肢行走要比使用受损肢 体运动来得容易；而当两肢去传入时， 猴就被迫使用四肢。 （二）神经功能联系不能 n神经功能联系不能(diaschisis），是指 在另一些神经元受损后，存活神经元的 活动降低。 n如，下丘脑受损可使大脑皮质活动减退 。 （三）轴突的再生 虽然一个被损坏的细胞体不能恢复，但 受损的轴突在某些情况下可以再生长。 1.外周神经的轴突受嵌压，变性部分以 每天1 mm的速度，随着髓鞘的径路 又长回到原来的靶点。 如果对轴突不是压榨而是切断，则两 边的髓鞘不能正确对接，变性的轴突 就没有径路可循。有时一根运动神经 可搭错肌肉。 2.CNS轴突受损后鱼类较哺乳动物的恢复好 可能的原因： 一个可能是成年哺乳动物脊髓形成较多的 瘤痕组织。瘫痕组织不仅对轴突生长造成 机械障碍，而且还合成一些称为“硫酸软 骨素蛋白多糖”(chondroitin sulfate proteoglycans)的化学物质，抑制轴突生 长。 另外一种解释是CNS的髓鞘分泌一种抑制 轴突生长的蛋白质。 因此，在CNS成熟后，髓鞘可防止额外的 轴突生长和受损轴突的再生。 （三）侧支芽生 1. “侧支芽生”(sprouting)：靠近损伤区的轴 突向侧方发芽伸出分支支配损伤区。在一 组轴突受损后，曾接受该轴突输入信息的 细胞对这种缺失产生反应而分泌神经营养 素，从而引起邻近未损伤的轴突形成新的 分支与空缺的突触接触。 n例如，损毁大鼠蓝斑(LC)中的半数神经 元，则前脑许多由LC供应的突触丧失;6 个月后，存活的轴突有足够的侧支芽生 ，而原有的输入几乎完全恢复。 2.侧支芽生并非只发生于脑受损伤之后，而 是一种正常情况，即脑不断丢失旧的突触 而通过侧支芽生形成新的突触来替代。 n在某些情况下，当一根轴突切断时，另一 根不相关的突触侧支芽生而占有空缺的突 触；这种侧支芽生可能是无用或有害的； 因为，它提供的信息是不合适的。 n在另一些情况下，侧支芽生来自密切相关 的轴突，就产生有益的效应。如内嗅皮质 （entorhinal cortex）的轴突通常终止于 临近的海马。若损伤部分左侧内嗅皮质， 就会引起剩余部分及未受损的右侧内嗅皮 质轴突的侧支芽生。这些新的分支在几天 内发展成功能性突触；同时，动物的行为 从损伤中恢复。右内嗅皮质的侧支芽生使 行为大为改善。 （五）去神经超敏性(supersensitivity) 概念：正常肌细胞只对神经肌肉接头处的 神经递质Ach起反应，若切断轴突，或失活 数天，肌细胞就产生新的受体使得肌细胞 表面的更广泛的区域都对Ach敏感。这种现 象称为去神经超敏性。也见于神经元。 超敏性的原因 1.包括受体数的增加。 2.受体效能的增加。 （六）重组的感觉代表区 1.经常使用可使相应的感觉皮质扩大。 2.缺乏传入信息的皮质代表区可被邻近部位 的信息取代。 3.在截肢后，脑可以发生更为广泛的重组。 4.截肢患者的幻肢感是皮质代表区对CNS 不同部位变化的反应。 可能原因：是轴突的侧支芽生伸展填 补突触的空白；也可能是突触后神经元受 体的敏感性增加。 小结 脑并不像有些人比喻为类似有固定线路的 电脑“硬件”；实际上，脑内的“硬件” 是可以改变的。随着刺激的变化，脑通过 新的突触形成来自行重新安排；或者（按 另一种学说）是对其原有线路选择新的用 途。 三、治疗 （一）行为干预 （二）药物 （三）脑移植 （一）行为干预 易化技术：是在cell水平调节神经元兴奋性 的技术 机理：处于阈下兴奋状态的神经元(A)只表现为 兴奋性的增高并不发生兴奋，但对其他处于阈 下兴奋的神经元(B)的传入冲动比较敏感，A、 B单独