第三讲 认知的生物学基础-脑公开课一等奖省优质课大赛获奖课件

脑奥秘

眼见为实？

a.桌子大小形状是否一样?yesornot

b.右边线条是螺旋形吗?yesornot

为何要来上课？1、兴趣。“知之者不如好知者，好知者不如乐知者”

——孔子2、知识。“知识就是力量”——培根3、思维。“学而不思则罔，思而不学则殆”

——孔子4、应用。“理论联络实际，详细问题详细分析”——马克思哲学5、学习方法。“循序渐进，持之以恒”——孟子引言“人类应该知道，因为有了脑，我们才有乐趣、欣喜、欢笑和运动，才有了悲痛、哀伤、绝望和无尽忧思。因为有了脑，我们才以一个独特方式拥有了智慧、取得了知识；我才看得见、听得到；我们才知道了美与丑、善与恶；我们才感受到甜美与无味……一样，因为有了脑，我们才会发狂和神智昏迷，才会被畏惧和恐惧所侵扰……我们之所以会经受这些折磨，是因为脑有了病恙……因为这么一切原因，我认为，脑在一个人机体中行使了至高无上权力。”——希波克拉底《论神圣疾病》脑样子（侧面照）位于颅骨内，重约3斤。处理各种信息适应环境。我们视觉、听觉、触觉等各种感觉最终都要传入脑中进行处理。脑(brain)成了信息中枢，对接收各种信息作出适当反应。人类所独有更高级认知。我们意识、思维、情感、和记忆都由它产生和保持。脑中有什么？人脑中有1000亿个这么神经细胞（神经元,neuron1011个）。神经元独特之处于于有如此众多连接，以进行信息传递（电信息和化学信息）。神经元与神经元之间连接有一千千亿（1014）个。处理信息能力神经元不一样于人体其它器官独特功效，每个人差异就在于连接不一样。令人惊奇是，连接含有可塑性（plasticity），天天动态信息改变就能改变这些连接。大脑是自然界最复杂和精密器官。神经元连接形成通路——最简单神经反射（reflex)信息从感觉sensory神经元（红线条表示）传递到脊髓spinalcord，一部分上传到脑，另一部分又经过运动motor神经元（绿线条表示）支配肌肉收缩。踩到钉子有什么反应？怎样发生？神经通路上信息流动被破坏

破伤风、蜘蛛和蛇使人中毒共同之处

神经与神经细胞之间，以及神经与肌肉连接之间都需要特殊化学物质（神经递质,neurotransmitter）释放来抵达信息传递作用。破伤风、蜘蛛和蛇产生神经毒素进入血液后，经过血液循环，抵达神经与肌肉连接处（神经肌接头）。神经毒素经过抑制神经递质释放，抵达妨碍神经与肌肉信息传递，抵达呼吸肌麻痹，呼吸衰竭。神经与肌肉连接处中风（stroke）：脑血管损害造成了脑功效损伤。在美国，中风在致死性疾病中位居第三，每年约有10万中风患者存活下来，但他们却终生丧失劳动力。神经细胞需要血管供血以提供细胞所需氧、葡萄糖、氨基酸等营养物质。脑只占体重2.5%，却占心脏输血20%！脑对氧很敏感，缺氧三分钟，神经细胞便发生不可逆死亡，而其它器官细胞还能耐受。脑功效不正常（abnormal)——脑相关疾病脑外伤（cerebraltrauma）

头部外伤可造成脑内出血，血块压迫大脑，颅内高压（头痛、呕吐、视乳头水肿三主征），形成脑疝。若抢救不及时，压迫脑干（心跳和呼吸中枢），造成心脏呼吸停顿。脑部CT脑疝神经退行性疾病（degenerativedisease)

神经元不明原因进行性死亡生活条件及医疗水平改进，生命延长，人口老龄化带来新问题。

神经退行疾病发病率显著提升，如老年性痴呆(Alzheirmer’sdisease)，帕金森氏病(Parkinson’sdisease)，严重影响了人类生活质量。老年性痴呆损害患者记忆功效，（遗忘），而帕金森氏病则引运动麻痹（运动不能）。治疗中老年痴呆患者青年人居多脑疾病——精神分裂症、抑郁症二者均为思维和情绪疾病。精神分裂症（schizophrenia）是一个严重性格疾病，表现出妄想(delusion)，幻觉（hallucination，illusion）和异常行为。多在青春期和成年早期发病，而且缠病终生。抑郁症（depression）表现为强烈情绪低落、自卑和负罪感。在美国大约有1500万人在他们一生中某个阶段会患上此病。该疾病成为造成自杀主要原因。药品滥用造成脑功效紊乱日常生活中，大家都在接触对脑有作用化学物质。抽烟（含烟碱），喝咖啡（咖啡因）来提神，或喝酒（酒精）来高兴或悲伤一下。前二者是属于兴奋剂，能引发神经系统功效增强。而后者是麻醉剂，抑制大脑正常功效。也会用到一些对脑有作用药品。如：头痛时吃点止痛药，睡不好觉时用安眠药，这些药品一样也能够暂时影响脑功效，到达缓解症状目标。但另一些精神药品如吗啡（morphine)、海洛因(Heroin)等，为中枢性镇痛药，我们却称之为毒品。可怕是这类精神药品会引发严重药品成瘾（addiction)，患者欲罢不能，造成理知丧失，人格扭曲，为了能吸食毒品而不顾一切，违反法律道德，对社会危害很大。神经科学导论—脑科学历史及现实状况一、古代对脑认识二、近代对脑认识三、当今神经科学古代：“心思”还是“脑思”?西方医学之父希波克拉底（Hippocrates)认为:“脑不但参加对环境感知，而且是智慧发源地”。柏拉图(Platon)曾提出：人欲望、思想、智慧是从脑产生。Platon学生亚里士多德（Aristotle)却相信“心脏是智慧之源”，认为脑只是个散热器，用来平衡体温之用。无独有偶，这个观点在中国也得到认同。

“心之官则思”——《孟子》“心居中虚，以治五官”——《荀子》“心忧炭贱愿天寒”——唐·白居易《卖炭翁》“心乐之”——唐·柳宗元《至小丘西小石潭记》心想、心理、心情、言为心声、心不在焉、心地善良、心烦意乱、心无二用等等最有力证据在中国即使主流观点是心派，但仍有少数人持正确认识。如秦代医书《皇帝内经•素问》里说“头者，精神之府”。明代李时珍也指出：“脑为元神之府”。两种学说都有支持者，争论连续了一千多年，但谁都拿不出有力证据。每个人都希望自已更聪明，依据“吃什么，补什么”简单思维，狐狸(心）和猴子（脑）开始遭殃。这种混乱情况最终由古罗马医生盖伦（Galen)用最为有力试验所证实。他分别对动物心脏和脑进行夹捏刺激，发觉夹捏心脏表现为呼吸急促，四肢挣扎等；而夹捏脑却出现感觉丧失，很快昏迷，进入无意识状态，失去了全身各种有意识活动。所以，结论再简单不过了，感觉思维和随意运动都是由脑产生！盖论观点：大脑是感觉接收装置，小脑则支配肌肉。

他是怎么得出这个结论？希腊医师盖伦接收了Hippocrates关于脑功效观点，还对动物脑进行了大量而细致解剖。现象：大脑较为松软，而小脑较为坚硬结论：大脑很可能是感觉接收装置，小脑则一定是支配肌肉依据：“结构-功效相关性”形成记忆关键是将感知“刻印”（imprint)于脑，这一过程自然只能发生在面团般松软大脑上。错误依据中得出正确普通性结论。图片羊脑解剖图返回（大脑）（小脑）（侧面观）（顶面观）那么脑怎样来感知环境并支配躯体运动呢？Galen将羊脑切开，发觉脑是空，空心腔室内有液体，这些腔室被称作脑室(类似于心脏心室)在Galen看来,这一发觉极好吻合了当初流行理论:机体功效有赖于4种主要体液平衡。“血气方刚者是由含有潮湿和温暖这种基本性质血液控制着；在冷静从容者身上，是潮湿和严寒粘液控制着人体灵魂特质；忧郁人是处于干而冷黑胆汁影响之下；易怒者是受了干而热黄胆汁作用”。性情急躁、动作迅猛胆汁质；性情活跃、动作灵敏多血质；性情沉静、动作迟缓粘液质；性情跪弱、动作迟纯抑郁质；这四种性格直到现在也是人类性格主要分类方法之一。感知被大脑所统计，运动被大脑所开启，都是由体液经过神经抵达脑室和离开脑室流动而实现，认为神经是一个类似于血管中空管道。Galen相关脑观点延续了快要15！

图片切开羊脑并显示出脑室返回（脑室）神经系统已经能够完整剥离出来，它大致解剖也所以取得了更为细致描述。一些科学家展开脑物质组成更深入研究。一些观察表明脑组织分灰质（graymatter)和白质（whitematter)。因为白质是躯体神经延续性结构，所以认为白质包含有纤维，这些纤维起到向灰质传递信息，以及传递灰质发出信息作用。脑表面观察到广泛存在隆起（称为脑回，gyri)以及一些凹槽（称为沟和裂，sulci和fissure)。这一结构使得大脑以叶（lobe)形式组装起来，成为了不一样脑功效定位于不一样脑回上这一理论基础。这一突破开创了脑功效定位研究新时代。图片2图片1图片3返回18世纪脑研究进展脑白质和灰质（白质）（灰质）返回神经系统基本结构神经系统（nervoussystem)

外周神经系统（Peripheralnervoussystem,PNS）

中枢神经系统

（Centralnervoussystem,CNS）脑(Brain)脊髓(Spinalcord)脑又由三部分组成1.大脑（Cerebrum)2.小脑(Cerebellum)3.脑干(Brainstem)返回大脑五叶

返回（额叶）（枕叶）（顶叶）（颞叶）（小脑）脑干近代对脑认识

先总结一下，18世纪末人们对神经系统认识脑损伤能够引发感觉、运动和思维丧失，甚至造成死亡脑经过神经与躯体肌肉、皮肤、内脏相联脑含有能够明确划分一些部位，这些不一样部位很可能执行了不一样功效脑像一台机器那样运作，并遵照自然界全部规律

神经“电缆”论特定功效在脑不一样部位定位神经系统进化神经元：脑基本功效单位返回接下来1里，人类对脑功效了解超出了以前有记载全部知识总和，关键点有以下四个方面。神经“电缆”论意大利LuigiGalvani证实神经受到电刺激时会引发肌肉颤动，同时脑本身也能产生电流。这些发觉最终取代了“神经经过液体流动而与脑相联络”观点。产生了新观点：神经是一些“电缆”，它们将电信号传入传出脑。那么引发肌肉运动信号和来自皮肤感觉信号是否经过同一根神经电缆进行传导？这个问题被苏格兰内科医生CharlesBell处理了。Bell推论：每根神经都是许多“电缆”复合体，其中一些纤维未来自皮肤信息传入脑和脊髓，而另一些则将脑和脊髓发出信息传送到肌肉。但对于每一根感觉和运动纤维而言，信息传递则表现出严格单向性。图片返回Bell试验返回（脊髓）（腹根）（神经）（背根）（脊椎骨）神经纤维（轴突）特定功效在脑不一样部位定位早在Galen时期，发觉大脑与小脑结构差异，推测小脑支配肌肉运动。Bell发觉不一样功效定位于脊神经根，推测不一样功效也很可能定位于脑不一样部位。他推测运动纤维起源于小脑，感觉纤维最终抵达大脑。

问题是怎样去证实呢？Gall颅相学(phrenology)：奥地利医学生Gall看到了脑表面那些隆起，它们是含有不一样功效呢？他坚信颅骨上隆起反应了脑表面隆起，因而提出一个人性格倾向，比如大度性、遮掩性、破坏性等都与脑大小相关联。Gall搜集并仔细测量了数百个含有不一样性格人头颅研究对象中现有天才，也有含有犯罪倾向精神病人。中国看相学（面相，手相）。“生得身长八尺，两耳垂肩，双手过膝，目能自顾其耳，面如冠玉，唇若涂脂….相者云：此家必出贵人”——罗贯中《三国演义》第一回图片颅相学图谱返回特定功效在脑不一样部位定位法国神经科医生Broca发觉。曾碰到这么一个病人，该病人能够了解他人言语，但自已却无法说话。当这个病人死后，Broca仔细研究了他脑子，结果在其左额叶上发觉了损伤。依据这一病例以及其它几个类似病例，Broca认为大脑这一区域详细负责语言形成。很快一些来自动物试验为脑功效定位学说提供了可靠支持，法国生理学家Flourens经过系统损毁脑某一部位，进而决定其功效方法(试验性切除法)，在各种动物上进行了研究，证实小脑确实在运动协调方面起作用；德国生理学家Hermann采取类似方法证实了大脑枕叶是视觉功效所必需。而德国赫茨格用电刺激狗大脑皮质方法，发觉对侧肢体发生抽动，在大脑上勾画出运动皮质粗略图。我们现在知道，大脑有非常明确分部，而这些不一样部位执行了彼此不一样功效。今天脑功效定位图谱，能够与颅相图谱相媲美。图片返回PaulBroca(1824-1880)研究脑损伤而失语病人，确信不一样功效可能是定位于不一样大脑区域失语病人脑返回神经系统进化1859年，生物学家达尔文（darwin）出版了《物种起源》一书，明确阐述了进化理论：全部生命物种均起源于共同祖先，物种之间差异源于“自然选择”过程。不一样物种神经系统进化源于共同祖先，而且不一样物种神经系统具有共同作用机制，这一思想为将动物实验结果用于人类提供了理论基础。如研究枪乌贼巨大轴突上获得神经电冲动传导知识一样适用于人类。大鼠获得重复自我摄取可卡因时，就会表现出明确成瘾症状，使用这种大鼠模型可以研究成瘾机制及治疗药物。其次，物种间差异是由于其生活环境差异造成，某一物种许多行为性状与该物种局部生活环境有高度特异性。枝头灵活攀援猴子具有敏锐视觉，而习惯在地洞中穿梭老鼠却具有高度进化触觉功能。每一物种脑结构和功能均反应了对环境适应。图片返回

恒河猴和大鼠不一样脑功效特化

返回视觉中枢嗅觉中枢神经元：脑基本功效单位19世纪早期，伴伴随显微镜创造，科学家第一次有机会观察动物组织。1839年德国动物学家施旺提出了已广为人知细胞理论：一切组织都有被称为细胞显微