大腦概論1

中樞神經系統 (central nervous system)-定義為大腦 (brain)脊髓 (spinal cord)

通常被認為有七個基本部分:

大腦半球 (cerebral hemispheres)

延髓 (medulla)

腦橋 (pons)

小腦 (cerebellum)

中腦 (midbrain)

間腦 (diencephalon) 

脊髓 (spinal cord)



貫穿所有這些細分區域的是充滿液體的空間,稱為腦室 (ventricles)。這些腦室是神經板 (neural plate) 在早期發育過程中,圓化形成神經管 (neural tube) 時最初包圍的連續管腔的遺跡。成熟腦室空間的形狀和大小變化是每個成人大腦區域的特徵。

延髓 (medulla)、腦橋 (pons) 和中腦 (midbrain) 統稱為腦幹 (brainstem),它們包圍著第四腦室 (4th ventricle)(延髓和腦橋)和大腦導水管 (cerebral aqueduct)(中腦)。間腦 (diencephalon) 和大腦半球 (cerebral hemispheres) 統稱為前腦 (forebrain),它們分別包圍著第三腦室 (3rd ventricle) 和側腦室 (lateral ventricles)。


腦幹 (brainstem)內有顱神經核 (cranial nerve nuclei),它們或者通過前面提到的顱感覺神經 (cranial sensory nerves)顱感覺神經節 (cranial sensory ganglia) 接收輸入,或者產生構成顱運動神經 (cranial motor nerves) 的軸突 (axons)。


大腦主要由兩種細胞組成:神經元 (neurons)膠質細胞 (glia)(也稱為 neuroglia 或 glial cells)。儘管兩者對於大腦功能都至關重要,但它們的角色和特徵截然不同:


神經元 (Neurons)

  • 主要功能 (Primary function):神經元是神經系統的基本單位,負責信息處理和傳遞 (information processing and communication)。它們在大腦和身體中產生並傳輸電學和化學信號(神經衝動或動作電位,nerve impulses or action potentials)。

  • 信號傳導 (Signaling):它們是具電活性的細胞,並在稱為突觸 (synapses) 的特殊連接處釋放稱為神經傳導物質 (neurotransmitters) 的化學信號,與其他神經元、肌肉或腺體進行通訊。

  • 結構 (Structure):神經元通常具有細胞體 (cell body/soma)樹突 (dendrites)(接收信號的分支延伸)和軸突 (axon)(傳輸信號的長投射)。它們複雜的結構形成了龐大的連接網絡。

  • 有絲分裂 (Mitosis):在成熟的神經系統中,大多數神經元是有絲分裂後 (post-mitotic) 的,這意味著它們通常不會分裂或複製。這種有限的再生能力使得神經元損傷特別難以修復。

  • 數量 (Numbers):儘管歷史上認為膠質細胞的數量遠多於神經元,但最近的研究表明,人腦中神經元與膠質細胞的比例接近 1:1,儘管在不同腦區之間存在顯著差異。


膠質細胞 (Glia / Glial Cells)

  • 主要功能 (Primary function):膠質細胞是神經元的支持細胞 (support cells)。它們不像神經元那樣直接參與電信號傳導或突觸相互作用,但其支持功能對於神經元健康和正常的大腦功能至關重要。「Glia」一詞源自希臘語中的「膠水」,反映了早期認為它們只是將神經系統粘合在一起的誤解。

  • 支持角色 (Support roles):膠質細胞執行多種關鍵功能,包括:

    • 提供結構支持 (Providing structural support):將神經元固定到位。

    • 向神經元供應營養和氧氣 (Supplying nutrients and oxygen to neurons)

    • 維持神經元周圍的離子環境 (Maintaining the ionic environment)

    • 調節神經信號傳播 (Modulating nerve signal propagation):某些膠質細胞(中樞神經系統中的寡突膠質細胞 (oligodendrocytes) 和周圍神經系統中的許旺細胞 (Schwann cells))產生髓鞘 (myelin),這是一種脂肪鞘,可絕緣軸突並顯著提高神經衝動的傳導速度。

    • 調節突觸作用 (Modulating synaptic action):透過控制神經傳導物質的攝取。

    • 清除廢物和細胞碎片 (Removing waste and cellular debris)小膠質細胞 (microglia) 充當大腦的免疫細胞,清除死亡細胞並抵抗病原體。

    • 協助神經發育和修復 (Aiding in neural development and repair)

  • 有絲分裂 (Mitosis):與大多數成熟神經元不同,膠質細胞在成年期保留有絲分裂 (mitosis) 的能力(分裂)。這就是為什麼膠質細胞在受傷後可以增殖,形成疤痕組織(膠質增生,gliosis)。

  • 多樣性 (Diversity):膠質細胞有多種類型,每種類型都具有專門的功能:

    • 星形膠質細胞 (Astrocytes):星形細胞,維持化學環境、調節血流並支持突觸。

    • 寡突膠質細胞 (Oligodendrocytes)(中樞神經系統)和許旺細胞 (Schwann cells)(周圍神經系統):形成髓鞘。

    • 小膠質細胞 (Microglia):大腦的免疫細胞。

    • 室管膜細胞 (Ependymal cells):襯裡大腦的腦室並產生腦脊液。

總之,神經元是大腦的「溝通者 (communicators)」,透過電學和化學信號傳遞信息,而膠質細胞是「支持人員 (support staff)」,確保神經元能夠有效地執行其複雜功能。


神經迴路 (Neural Circuits)

神經元 (neurons) 從不單獨運作;它們被組織成神經迴路 (neural circuits) 或集合,這些迴路處理特定類型的信息,並構成感覺 (sensation)、感知 (perception) 和行為 (behavior) 的基礎。定義這些迴路的突觸連接 (synaptic connections) 通常形成於樹突 (dendrites)、軸突末梢 (axons terminals) 和膠質細胞 (glial cell processes) 密集纏結的區域,這些共同組成了所謂的神經網 (neuropil)(後綴 -pil 來自希臘詞 pilos,意為「氈」;見圖 1.3)。因此,神經網是神經細胞體之間,大多數突觸連接發生的地方。

儘管神經迴路的排列方式因其所服務的功能而異,但某些特徵是所有這類集合的共同點。其中最重要的是任何特定迴路中信息流動的方向 (direction of information flow),這顯然對於理解其目的至關重要。


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