脑科学与教育

1、,脑科学与教育,孙志宏 延安大学生命科学学院,提出问题,如何认识你的大脑？ 如何保护你的大脑？ 如何开发你的大脑？,一、认识你的大脑,颅腔内，分为左、右大脑半球。,1、大脑的位置,2、大脑重量与体积,人的大脑平均为人体总重量的2%，但它需要使用全身所用氧气的20%，相比之下心脏只需7%。 大脑左右两个半球体积占中枢神经系统总体积的一半以上，重量约为脑的总重量的70%左右。,额叶 (抽象思维、运动),顶叶 （空间感觉）,枕叶 （视觉）,颞叶 （听嗅味觉及记忆）,岛叶 (内脏),3、大脑分叶,Brodmann 1909 大脑皮质 52区,两个半球表面覆盖着一层25mm厚的灰质，总面积约220026

2、00平方厘米，,大脑皮层,轴突,树突,突起,细胞体,4、大脑组织（神经组织）,神经细胞,神经胶质细胞,大脑约有1000多亿个神经细胞，相当于银河系星球总数。 每个神经细胞又通过上千个连接点（突触）与其它神经细胞组成复杂的神经网络。这些网络比今天全世界的电话网络还要复杂1400多倍。,微电极研究神经细胞形态,微电极注入染料,微电极 玻璃管 细 0.1m 中空,扫描电镜研究神经细胞形态,儿童370克；成人1400克；1/4; 儿童神经细胞数量与成人基本一致，但脑重量不一样，原因突起增多； 犹如小树变大树 大脑需要外界刺激而成长,大脑的可塑性=突触的可塑性,微电极研究神经细胞活动,微电极 注入电解质

3、,神经传导速度及可塑性,神经传导速度及可塑性,神经传导速度及可塑性,速度 150km/h 回球判断 选手弱点 人的位置 回什么球 反应时间 毫秒内完成,计算机完成非常困难,爱因斯坦的大脑,脑重1230克 分成240块 福尔马林保存 广口瓶,1879-1955 物理学家 发现相对论,不知道什么原因，还是等待什么，反正一等等了三十年，这三十年就没有研究报告，没有人再提。 到1985年美国的加州大学伯克利分校一批学者，他们要走一部分脑，要走一小块，然后一分析，结果就是说爱因斯坦脑子里面胶质细胞比平常人多。,什么叫胶质细胞呢？,刚才我们看的那种叫神经细胞，除了上千亿个神经细胞以外，还有比它还多的神经胶

4、质细胞。,到1999年，也就是他去世以后的44年，又有一批学者报告，爱因斯坦的脑顶叶宽，外侧裂也宽，这个顶叶管是什么呢？和空间思维、形象思维有关。,世界上最著名的杂志 Science，2000年9月1号这一期上有一篇文章，评论了这件事，胶质细胞多和顶叶宽不足以证明爱因斯坦是人类的天才这一观点。 那么爱因斯坦具有高级智慧的大脑怎么解释呢？,脑的发育指脑在个体发生过程中的变化和发展，包括胚胎发育和胚后发育两个阶段。,5 脑的发育,脑的胚胎发育是从受精卵开始到胎儿出生为止； 脑的胚后发育是从出生到成年(性成熟)。,我究竟是从哪里来的呢?,卵裂和胚泡形成,受精卵,卵 裂,桑椹胚,胚 泡,A受精卵；B细

5、胞阶段；C细胞阶段；D8细胞阶段；E桑椹胚；F囊胚。,体外人胚胎的卵裂,胚 泡 腔,滋 养 层,内细胞群,胚泡于受精后第4-5天形成，并进入子宫。,胚泡形成,胚泡,胚泡的植入胚泡侵入子宫内膜的过程，又称着床。受精后第5-6天开始，第11-12天完成。,受精卵经过 11-12天的发育和旅行,终于在女性的子宫内安顿下来,受精8天后的胚牙完成“着陆”，微微嵌入子宫内膜。,神经管,神经嵴,神经外胚层演化为神经系统 神经管：脑、脊髓等 神经嵴：神经节、周围神经等,（1）脑的胚胎发育,室管膜层：单立或低柱细胞 套层：成神经细胞和成神经胶质细胞 边缘层：成神经细胞的突起和少量胶质细胞,神经管,成神经细 胞不

6、再分 裂而形态 演变,成神经胶 质细胞保 持增殖分 化能力,神经管尾段分化为脊髓 套层脊髓灰质 腹侧部基板脊髓灰质前角 边缘层白质 背侧部翼板脊髓灰质后角 管腔中央管,脊髓的形态发生,基板,翼板,边缘层,前角,后角,后正中隔,前正中裂,白质,神经管头段三个脑泡 前脑泡: 头段大脑 尾段间脑 中脑泡中脑 菱脑泡: 头段后脑脑桥和小脑 尾段末脑延髓,神经管头段发育为脑,大脑皮质的组织发生 依次出现： 古皮质海马、齿状回 旧皮质梨状皮质 新皮质面积最大，出生时已形成6层结构 第8周，突触开始出现。,人胎儿左大脑半球（上:外侧面 下:内侧面）,6周龄,9周龄,（2）脑的胚后发育,出生后的数月对于脑的发

7、育成熟非常关键 出生时脑重量为350克，成人的25%； 1岁时800克，为成人脑重的1/2； 2-3岁脑重量为1000克，达成人75%； 4岁时达1250克； 6-7岁达90%； 12岁接近成人约1400克； 20岁以后停止增加,在这一时期，脑重量的增加主要为神经细胞体积的增大，突触的数量和长度增加及神经髓鞘逐步形成，神经突触（大脑神经细胞之间的神经联系）的数量由出生时的50万亿增加到1岁时的1000万亿，为出生时的20倍，脑神经元突触象“桥”一样把脑神经细胞联系起来，神经细胞的联结70-80%是在3岁前形成。,养育环境刺激和与婴儿的交流，可以极大地影响大脑神经通道的结构和功能，决定脑部“突触

8、”连接功能。 在这关键期提供良好的教育和训练，对促进脑功能和脑结构的发展均有重要的意义。,五天 两个月 1年 28岁,一岁儿童的脑远比新生儿接近成人,脑细胞的发育过程,脑机能的可变性,脑发育的可塑性 早期社会经验剥夺致脑发育停滞 儿童营养不良 脑发育的修复性 早期脑损伤（5岁以前）可通过学习过程获得一定修复（另一脑半球功能的开发）,脑的发展与老化,3-15岁儿童，大脑的总体大小不会发生明显的增长，但大脑内部的区域性结构变化明显。 20-29岁，大脑平均每年减重5%-10%。可能与树突减少和脑细胞死亡有关。 中年晚期额叶皮质层随年龄发生萎缩，可能与工作记忆减少有关。,二、保护你的大脑,健康是“1

9、” , 其他都是“0”,000000000,（一）脑衰老的表现,健康人从30岁以后神经元的数量逐渐减少，表现为脑组织重量会逐渐降低，70岁时平均降低5-10，到80岁平均降低16-18。 健康人从30岁以后脑组织的体积也会逐渐减少，60岁以上的正常男性大脑的体积比25岁的年轻人减少10。脑的萎缩范围在10-15。,1、神经元的数量,2、轴突和树突的衰老,即使神经元胞体存在，其轴突和树突的数量和复杂性也会随着年龄增加而减少和萎缩。 构成轴突髓鞘的脂类组成也发生变性，使轴突传导神经冲动的速度和效率降低。,（一）脑衰老的表现,3、突触和受体的衰老,突触小泡在突触前膜内的流动性将下降，这是突触机能衰老

10、的原因之一。 神经递质的合成和分泌功能不断随着年龄老化而下降。与其相对应的受体数量在衰老过程中发生同步性下降。,（一）脑衰老的表现,4、神经细胞结构的改变,随年龄增加，尼氏体会减少，神经原纤维发生缠结。 海马细胞在衰老时逐渐被神经原纤维缠结，神经细胞物质和信息的转运能力大大下降或失效。,（一）脑衰老的表现,5、神经细胞之间空间的改变,随着老化，在人类、猴子、狗等动物大脑皮层、海马的神经细胞外的空间集聚球状沉淀物，在人类，被称为“老年斑”。 老年斑是由被称为-淀粉样蛋白质的小分子集聚形成的。老年性痴呆患者身上发现有大量的-淀粉样蛋白质沉淀在神经细胞内。,（一）脑衰老的表现,6、分子水平的改变,老

11、化时，某些酶活力的降低将导致DNA损伤，不易修复。 DNA改变可能是老化的重要原因。线粒体的DNA比染色体的DNA更容易损伤，这是由于线粒体的修复机制不如染色体的能力强。,（一）脑衰老的表现,世界帕金森病日 (月),世界著名拳王阿里40多岁就患上了帕金森症，昔日雄风难在；,帕金森综合症,（二）脑疾病,1996年亚特兰大奥运会 拳王阿里点燃圣火 Parkinsons病,帕金森病,曾连任美国两届总统 1994年患老年性痴呆症 在同老年痴呆症进行了 长达10年的抗争后于 2004年6月5日去世。,里根,老年性痴呆症,神经元纤维缠结,amyloid protein ,丘吉尔 政治家 外交家 演说家 文

12、学家 第二次世界大战回忆录 1962年诺贝尔文学奖,抑郁症,我不喜欢在一列快车通过时站在站台的边缘上，也不喜欢站在船舷边下望。 “转念间的行动会使一切告终。” 丘吉尔,十七世纪 丘吉尔将军,抑郁症,研究表明，抑郁症的基因缺陷定位于11号染色体短臂上。 儿茶酚胺合成的限速酶酪氨酸羟化酶的所在部位。 儿茶酚胺功能的异常与许多精神性疾病密切相关。,国內十大死亡原因排名,所有死亡原因 順序 脑血管疾病 1 恶性肿瘤 2 心脏疾病 3 糖尿病 4 事故伤害 5 慢性肝病及肝硬化 6 肺炎 7 肾病 8 自杀 9 高血压性疾病 10,脑血管疾病,脑血管病与心脏病，恶性肿瘤构成了 三大致死 疾病 患病率：7

13、19 745.6/10万人 发病率：约109.7 217/10万人 死亡率：约116 141.8/10万人 幸存者：50%70%遗留严重残疾,给家庭和社会带来沉重负担,脑血管病发病主要因素,1、年龄 老龄社会 2、高血压 3、动脉粥样硬化 4、肥胖 5、高脂血症 6、吸烟 7、酗酒 8、心脏病,肥胖与心脑血管病的关系,在肥胖的并发症中，最常见且最严重的，那就是心脑血管疾病。,主要有动脉硬化、冠 心病、心肌梗死以及 脑出血或脑栓塞等。,三、开发你的大脑,测谎仪 外周说谎： 肾上腺交感神经系统活动出汗 皮肤电阻,大脑与测谎,2004年诺贝尔生理学或医学奖 核磁共振成像技术领域的突破性成就,劳特布尔

14、,曼斯菲尔德,美国,英国,中枢说谎,说谎仪设计 皮质活动,大脑潜能与高级功能的复杂性,舟舟 智商不及常人一半 不会计算10以内的加减法 不懂乐谱、乐器 在世界的舞台上挥动着指挥棒，世界巡演超过500场 大脑之谜,1、北京喜讯到边寨 2、瑶族舞曲 3、卡门 4、博吉上校进行曲 5、拉德斯基进行曲,舟舟指挥,唐氏综合症,基因变异，第21对染色体多了1条，染色体异常疾病。 智商很低 某些方面有特殊才能 低智特才综合症,1978年4月1日生,低智特才综合症研究,Benjamin Rush 美国精神病学之父 1789年第一次描述低智特才综合症：Thomas Fuller 提问：一个人若活到70岁另17天

15、12小时，他（她）总共活了多少秒？,一分半后 2，210，500，800秒( 22亿)”。 17个闰年,超常记忆力的研究,奥斯卡奖 电影雨人,头特别大,超强数学功能 312*123=38376 4343*1234=5359262 雨人 原形 Kim Peek 头特别大,9000本，看完倒着放，每页10秒看完，过目不忘。 美国每条公路的起点和终点 美国每个地方的电话、区号和邮编 每个经典音乐家的每1部重要作品 创作时间、第一次演奏时间。,能背出,记忆力特别强,Kim Peek Compouter,大脑半球,大脑皮球,斯佩里,(1913-1994),美国神经心理学家,斯佩里研究大脑两半球的 功能具

16、有显著差异，提出 两个脑的概念。 1981年获诺贝尔生理学 或医学奖。,大脑分工提出,左右脑的分工,问题逻辑严密，对数学有特别的兴趣，这是他的左脑极其发达的缘故。,比尔盖茨，创建美国微软公司。1995-2007年福布斯全球排行榜连续13年蝉联世界首富。2008年6月27日正式退出微软公司，并把580亿美元个人财产尽数捐出 。,情感丰富，善于与人沟通，这是他右脑极其发达的缘故。,比尔克林顿 美国第42任美国总统（1993年2001年）,左脑会处理并记忆歌词 右脑会处理旋律与情感 左右脑动员 等量交换信息 易学 记住了歌词而唱不出旋律（左脑） 只会哼哼曲调而唱不出歌词（右脑）,学唱一首歌,脑波,频

17、率(次/s) 状态 波 0.53 睡眠、疲劳 波 47 困倦 波 813 清醒安静 波 1430 紧张活动,注： 西达 迭尔达,0 波 脑死亡 器官移植 波 很少有梦 睡觉摇不醒 睡眠波 波 常有梦 夜夜有梦 白天打瞌睡 波 左脑在工作 波 右脑在工作,脑波,孩子6岁前的大脑以学习脑波为主； 6岁以后，脑波才渐渐发挥功能。这也是6岁以前的孩子，能很自然地发挥惊人学习力的最主要原因。 3足岁是一转折点， 3岁前新皮质功能很少，3岁后新皮质才逐渐取代古皮质，而到6足岁以后，新皮质便完全代替古皮质承担大脑思考的主力。,学习脑波,孩子6 岁时是大脑教育非常重要的时期 原本以古皮质为重心的思考方式，至此转为以新皮质为重心；潜意识的直觉记忆也变为意识的推理记忆，直觉的思考被论理的思考取代。,6足岁以前，也就是古皮质思考的主控时代，孩子根本不用特别背诵，但他们都可以自然而然地学会母语。 移居海外的家庭都有经验，最早学