神经生物学( 三 ) _生活百科

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神经系统模式图对神经活动的细胞、分子机制的研究，在本质上，是一种还原论（reductionism）的分析，其合理性的基础是：神经活动可最终归结为细胞和分子水平所发生的事件。这样的分析是完全必需的，并且已经取得了巨大的成功。但是，必须清醒地认识到，困于纯粹的还原论分析，对于认识脑和神经系统这样一种高度複杂的系统无疑是跛足的。这是因为，当把複杂的系统“还原”成基本的单元后，不可避免会失去许多信息，而当把基本的单元和过程组织成複杂的系统时，又必然会产生全新的工作特点。试图从基本组分（如基因、离子通道、神经元、突触）的性质来外推脑和神经系统的活动，有其本质上的局限性；进行这种跨越组构层次的推论，必须慎之又慎，并必然有许多保留。正是考虑到上述这些问题，人们开始强调用整合的观点来研究脑，并形成了神经生物学另一个重要的发展趋势。在我来看，整合的涵义是多方面的。首先，神经活动的多侧面性，要求多学科的研究途径，关于这一点，我已在前面谈到了。整合观点的另一层更重要的涵义是，对神经系统活动的研究必须是多层次的，这是由这门学科的研究内涵所决定的。不论是感觉、运动，还是脑的高级功能，都既有整体上的表现，而其机制的分析则又肯定涉及各种层次。在低层次（细胞、分子水平）上的工作为较高的层次的观察提供分析的基础，而较高层次的观察，又有助于引导低层次工作的推进方向及体现后者的功能意义。重要的是，把这多层次的信息“整合”起来，形成完整的认识。在较高层次上的研究，包括对大群神经元组合成神经网路的工作原理，以及对不同脑区神经元活动如何协同以实现複杂的功能的探索。新的无创伤脑成象技术（PET，fMRI等）的开发，多导程脑电图技术的发展，以及行为与神经元活动相关研究的推进，反映了科学家在这方面作出的努力。神经生物学的这些发展趋势，促成了这一领域的繁荣局面，并将在今后相当长时期内主导其发展进程。在细胞和分子水平的研究将不断拓展和推进，对神经活动的基本过程的研究将进一步深入，并逐渐形成更完整的认识。随着更多的新离子通道（或亚型）的发现及其胺基酸序列的确定，有可能形成更準确的通道分类模式，揭示不同通道的家族关係。对神经递质的存贮、释放、调节的一系列精细过程将得以清楚的阐明。对神经递质与受体结合后的信号转导及其功能作用，将无疑会有更深入的了解，同时将会发现许多新的神经调製方式。在神经系统的发育方面，对神经元整合各种分子信号形成突触和组织特定的神经迴路的研究，将取得重大进展；将有更多的神经营养因子被鉴定，相应的受体被发现，它们在发育和成熟的神经系统中的作用将被阐明。这些研究将使人们了解在发育过程中遗传突变的表述如何引起神经系统的缺损。鑒于进展主要是在低等动物的简单神经系统上取得的，人们必须去发展新的技术和方法，在分子水平上去探索高等动物複杂神经系统的发生、发育规律。在感觉研究方面，研究层次的跨度更大。感觉技能发生在细胞和分子水平上，其过程的阐明将揭示感觉极高敏感度（一个光量子可使先感受器兴奋，毛细胞纤毛运动0.3nm即可达到听阈）的奥秘。在感觉信息加工领域中，既有细胞和分子层次上的研究（如信号的化学传送机制），也包括信号的串列、平行处理最终形成感知觉的更高层次的探索。而对运动的研究，同样具有跨层次的特点，人们将最终了解运动程式如何编制，行为如何实现。遗传性神经系统疾患的研究无疑将有长足的进展。从研究步伐来看，在未来几十年内，将能预测大部分疾病在个体的未来表达或定位其缺损基因，并对这些基因致病的分子机制有深入的了解。以上所谈的大致可以从发展态势加以预测。在脑的高级功能方面，我们从眼下的研究进展，当然也可以作一点预测。例如，对于学习、记忆分子机制将会有更深入的了解；利用脑成象技术对神经元活动和精神现象间的关联的认识将不断有所进展等等。但是，我们必须清醒地意识到，在真正意义上对脑的高级功能，特别是複杂高级功能（语言、智力、思维、意识等）的认识还刚刚开始，还存在着巨大的知识上的鸿沟。这种鸿沟产生的根本原因，在于对精神现象变幻莫测的多样性，还缺乏有力的研究工具。精神现象固然有其物质基础，但物质的东西一旦升华为精神，就会产生许多不同的性质和特点。这就是说，人们必须创立一系列新方法，包括若干新原理的方法，跨越不同的组构层次，把神经活动的基本过程与脑高级功能关联起来。如果说，在新世纪中神经生物学要出现重大的突破，在我看来，可能是在脑的高级功能的研究上，这是一个亟待开拓的新领域。（选自《生物化学与生物物理进展》原文标题做了修改）神经系统脑、脊髓和全身的周围神经共同构成神经系统。神经系统又可分成中枢神经系统和周围神经系统两个部分。前者包括脑和脊髓，后者由遍布全身的神经网路组成，具有联繫脑、脊髓和身体各部的作用。脑脑的功能既重要，又神秘。人的思想、信仰、记忆、行为、情感都与大脑密不可分。脑是思维的场所，控制机体的中枢，还具有协调人体躯体感觉、视觉、听觉、嗅觉、运动功能的能力。正是由于有了大脑，人们才得以讲话、计数、作曲、欣赏音乐、识别几何图形、相互理解和彼此交流。大脑还具有制定计画和进行想像的能力。脑对来自身体表面或内部器官，以及眼、耳、鼻的各种刺激进行整合，然后通过调整体位、四肢运动以及脏器的活动对上述刺激作出反应，并参与情感和觉醒程度的调节。有人把计算机比作大脑，但到目前为止，还没有任何计算机的能力可以和大脑相比。大脑并非永动机，脑需要连续不断的血液、氧气和营养供应。一般而言，心脏输出的血液约1/5供给了脑。如果血供中断超过10秒钟，就可能引起意识丧失。血氧、血糖水平过低或血中含有有毒有害物质，可在数秒钟内引起大脑功能异常。机体的自身调节机制保护着大脑免遭损害。在解剖上，脑可以分成大脑、小脑和脑干。大脑包括左、右两个大脑半球，并由称为胼胝体的神经纤维连线起来。大脑半球可进一步分成额叶、顶叶、枕叶、颞叶等。额叶主管人们的言语、情感、思想、计画，并控制机体的技巧性运动。大多数人的言语中枢位于左侧优势半球的额叶。顶叶主管感觉，也与躯体运动有关。枕叶主管视觉。颞叶主管记忆、情感，它使得人们得以辨认他人或物品，进行交流和行动。基底节位于大脑底部，是数群聚集在一起的神经元，能够协调躯体的运动。丘脑下部与人体睡眠、觉醒、体温调节和水盐平衡有关。脑干的自动调节功能亦非常重要。脑干有助于调节机体的姿势、呼吸、吞咽、心跳，控制代谢速率，增加警觉性。脑干遭受严重损伤时，自动调节功能停止，死亡也就随之而至了。小脑位于大脑之下，脑干之上，主要调节机体运动。小脑接受大脑的指令以及有关四肢位置、肌肉紧张度的信息，使机体能进行平稳，準确的运动。脑和脊髓都被三层组织所包裹，它们是：软脑膜：紧贴脑和脊髓，居最内层；蛛网膜：为一透明、蜘蛛网样的脉络膜，位于中层，充当脑脊液流通的管道；硬脑膜：呈皮革样，是最外和最坚韧的一层。脑和脑膜位于颅腔内。颅腔由颅骨构成，对脑和脑膜具有保护作用。脑脊液在脑的表面、脑膜之间、脑室之间流动，能缓冲脑受到的冲击，减轻脑的损伤，对脑和脑膜也有保护作用。脊髓脊髓起源于脑干末端，向下沿脊柱长轴延伸，其功能为连结脑和身体各部并传递信息。像脑被颅骨保护一样，脊髓被椎骨保护着。脑通过脊髓内的上下行神经纤维与身体各部发生联繫。每个脊椎都和其上、下椎体形成开口，即椎间孔。脊神经从椎间孔发出。脊髓腹侧发出的脊神经为运动支，传递从脑到肌肉的信息。脊髓背侧发出的神经，称为感觉支，把机体远端的信息传递到大脑。周围神经由单根神经纤维构成，某些周围神经很小（直径小于0.4mm），某些则很大（直径大于6.5mm）。