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《杏仁体与海马体,海马体和杏仁核的主要功能》

类型:喜剧 剧情 战争 韩国 2002 

主演:王浩歌 金雅娜 淳于珊珊 尹天照 徐少强 岳冬峰 孙亿舒 柏智杰 

导演:安妮塔·罗卡·德拉谢拉 

剧情简介

杏仁体和杏仁核有没区别

杏仁核附着在海马的末端,呈杏仁状,是边缘系统的一部分。在情绪,特别是恐惧中,具有重要作用。

杏仁核位于颞叶前部、侧脑室下角尖端上方,又称杏仁核复合体,一般分为两大核群,即皮质内侧核和基底外侧核及前可仁区和皮质杏仁区。人类脑杏仁核的纤维联系至今尚未十分清楚。杏仁核的传入纤维来自嗅球及前嗅核,经外侧嗅纹终止于皮质内侧核;来自梨状区及间脑的纤维终止于基底外侧核。杏仁核参与了中脑边缘DA奖赏回路并接受下丘脑、丘脑、脑干网状结构和新皮质的纤维。杏仁核的传出纤维通过终纹隔区、内侧视前核、丘脑下部前区和视前区,越过前连合后,部分纤维经髓纹终止于缰核,而另一部分不进入髓纹而直接终止于丘脑下部、丘脑背内侧核、梨状区和中脑被盖网状结构。另外,杏仁核与前额区皮质、扣带回、颞叶前部、岛叶腹侧之间有往返纤维联系。杏仁核的功能仍不十分清楚,大量动物试验和临床实践证明,杏仁核与情感、行为、内脏活动及自主神经功能等有关。电刺激杏仁核,病人可表现恐惧、记忆障碍等精神异常,呼吸节律、频率和幅度改变,以及血压、脉搏、瞳孔和唾液分泌变化

在大脑底部,有一个杏仁状的脑结构——杏仁体。尽管科学家们早就知道杏仁体是大脑中的“恐惧中枢”,对判断惊恐信号起关键作用,但一直没有搞清它在判断人类面部表情的过程中究竟扮演怎样的角色。2005年,美国科学家终于将杏仁体判断惊恐表情的奥秘揭开。2005年1月6日,著名的英国《自然》杂志以封面文章形式发表了这一研究成果。

科学家发现杏仁体的新功能,它还会告诉你首先应注意别人的眼睛

美国心理学和神经系统科学教授阿德菲,对一名中年妇女进行了长达20多年的观察。这位妇女因患有一种罕见的基因病,导致大脑杏仁体受损,不能分辨别人害怕时的表情。阿德菲让这名妇女与其他志愿者们通过小洞观看不同面部表情的人物照片。其中,一部分照片中的人物面部表情为害怕,另一部分照片中人物的面部表情为高兴。结果发现,具有正常大脑的人通常会直接看“眼睛”,对“害怕的脸”尤其如此;但是,这名妇女不能本能地看眼睛,而是直直地盯着照片,最后判断照片上的每个人的面部表情都是“中性”的。

值得注意的是,如果科学家们提醒这名妇女注意看人的眼睛时,她也能判断出哪个人处于惊恐之中。但是这种能力持续很短,必须不断地提醒她注意看眼睛的部位。研究者由此得出结论:受损的杏仁体虽然不能指导视觉系统去搜集信息,但它处理视觉信号的能力还是完整的,也就是说,除了分析眼睛的信号外,杏仁体还会告诉你首先注意其他人的眼睛。

为什么气味能触发人的强烈记忆?

为什么当你闻到某种花香、特定品牌的香水、或是远处燃烧的柴火味时,大量的记忆和 情感 会如潮水般汹涌而至,仿佛经历了一次回到过去的旅行?

我们的大脑很奇怪,与视觉、听觉、味觉、触觉相比,嗅觉与记忆有着更为紧密的关联。人类拥有约400种类型的气味受体可以识别万亿种不同的气味。尽管科学家还没解开对各种气味的神经反应细节,但有证据表明,气味对大脑回忆过去有着巨大的影响。

从分子到粘膜

当你的鼻子通过呼吸吸入空气中的分子并闻到某些气味时。这些分子会漫游在你的嗅觉系统中,首先它们会依附到鼻腔中的鼻纤毛上,然后溶解于一层黏膜。此时,附着在鼻纤毛上的1200万个受体产生神经冲动。

鼻纤毛长度1-10微米,宽度小于1微米

神经信号沿着数千个神经纤维,一路被传递到位于大脑额叶的嗅球,并在这里被加工处理。同时,检测气味的过程会唤起大脑深层区域的记忆。

海马体的连接

当神经信号被处理后,信息将继续传递到大脑中靠近嗅球的其他部位,特别是边缘系统——主要负责控制大脑中最原始的部分,其中包括记忆、情绪和行为。

形状似海马的“海马体”是大脑边缘系统的组成部分。事实上,海马体就位于嗅球的旁边,主要负责记忆的存储转换和定向等功能。

初次闻到并处理气味时,大脑会向海马体和边缘系统的其他组成部分发送信息,使气味与人、物、地点或事件相关联。因此,当你第二次闻到同样的气味时,就能唤起你第一次的记忆。

就嗅觉记忆而言,形成记忆的峰值大概在五岁左右。这就解释了为什么气味触发了很多人童年的记忆。

更深的感觉

嗅觉不同于其他四种感官的原因是,它会绕开大脑皮层与中脑之间的丘脑,以更直接的方式进入大脑。而视觉和听觉所采集的信息必须经过丘脑。由此可见,视觉和听觉相较于嗅觉,它们对大脑的影响较小。

气味传播直接被嗅球处理而没有涉及其他结构参与,不仅仅解释了为什么气味能触发如此强烈的记忆,似乎也解释了为什么气味难以用语言描述。

80、90年代放在笔盒里的香珠

研究表明,人们仅能识别少于半数的由物品产生的气味,即使是他们每天接触过或经历的事情。当然,除非有文字或图片的提示。

那些和气味有联系的人生经历,见过的人,经历的事,去过的地方,其深处安放着更深的感情,情境和记忆。这些微妙的联系甚至比语言本身更加复杂。

不知道你是否有过这样的体验,因为一种气味的出现,往事点滴会随之涌上心头,让人唏嘘感叹。

气味就是这么任性,常常在不经意间触发我们对一件事或一个人的记忆,这样的记忆往往伴随着丰富而动人的情绪体验。

那么,气味是如何做到这一点的呢?或许我们可以从嗅觉系统的结构特性上找到一些线索。

1嗅觉系统

从神经解剖上看,嗅觉系统和负责情绪、记忆编码的边缘系统高度重合。 空气中的气味分子进入鼻腔后,与嗅粘膜上的嗅觉感受器结合,诱发嗅觉感觉神经元的神经电冲动,进而将嗅觉信息传入嗅球。边缘系统的众多结构都直接或间接的接受嗅球的投射。

这里尤其要提到杏仁核(Amygdala)、眶额皮质(Orbitofrontal Cortex)和海马(Hippocampus)。

杏仁核与情绪反应和情绪记忆密切相关,它接受嗅球的直接投射。 因此,信息从嗅觉感受神经元到杏仁核,最短只需要跨越两个突触。

眶额皮质和海马接受次级的嗅觉投射,它们离嗅觉感受神经元间也只有三个突触的距离。其中,眶额皮质位于前额叶的腹侧,在嗅觉、情绪调控、学习、行为决策等复杂的脑功能中都扮演着重要的角色。它还和人格有关:一个名叫Phineas Gage的铁路工人就曾因为眶额皮质损伤而出现了明显的人格改变。

一看就是有故事的老哥

而海马,这个颞叶内侧的结构,则和我们的记忆有着千丝万缕的联系。它负责多种形式的记忆,其中的情景记忆可以帮助我们进行时间旅行,去重新体验亲身经历的事件。海马还负责对短时记忆内容加以巩固,使之进入长时记忆。老年痴呆(阿兹海默)病中,海马是最先受损的脑结构之一,所以老年痴呆的早期表现就包括短时记忆障碍及定向障碍,患者常常记不住事情,还会在路上走丢。

2不经意间唤醒自传体记忆

嗅觉系统的这种解剖“优势”使得气味天然地成为情绪性记忆的触发线索。当然,气味的触发作用还需要个体在生活中对气味及其所处情境的接触和体验。法国小说家普鲁斯特在《追忆似水年华中》有这样的描写:

“天色阴沉,看上去第二天也放不了晴,我心情压抑,随手掰了一块小玛德莱娜浸在茶里,下意识地舀起一小匙茶送到嘴边。可就在这一匙混有点心屑的热茶碰到上颚的一瞬间,我冷不丁打了个颤,注意到自己身上正在发生奇异的变化。我感受到一种美妙的愉悦感,它无依无傍,倏然而至,其中的缘由让人无法参透。”

原来,小玛德莱娜点心浸在茶里的气味是作者小时候拜访姨妈家时经常闻到的味道。正是这一点,激活了作者对往事的记忆,随之而来的是当时情境下的温馨和愉悦体验。

上面的例子包含了至少三方面的重要信息。

第一,气味唤醒的经历通常属于自传体记忆,带有很强的情绪体验,并且往往涉及那些最初与该气味有关联的事件和经历;

第二,对于气味的记忆可以持续很长的时间,最容易在童年时期形成,并且能持续几十年甚至一辈子;

第三,气味与记忆事件之间的关系并不需要个体有意识地感知到,事实上,气味往往在不经意间起作用。

3研究实证

过往的研究为上述的几点提供了实证基础。

1) 首先,自传体记忆的确是与气味最为相关的记忆形式。

自传体记忆是指对个人生活事件和场景及随行的自我体验的整体记忆。

例如,在Chu和Downes (2002)的研究中,受试者根据一个气味名称来回忆某个特定时段的经历;之后,他们在接触刚才的气味标签、与标签对应或无关的气味、或者视觉刺激的情况下进一步回忆;最后,他们需要对刚才回忆中的情绪体验打分并写下回忆的内容。

结果显示,那些闻到相对应气味的受试者不仅有着更强烈的情绪体验,也对回忆事件有着更为详细的描述;这让气味对自传体回忆的线索作用得到了实验的佐证。

而在现实生活中,因为有着亲密的关系,对方的气味经常会出现在双方共同经历的事件中,该气味就会牢牢地被你记住。一旦在后来的生活中出现这种气味,过往的种种就会如时光倒流一样重现心头。

2)研究人员还发现,在嗅觉的长时记忆中,某个气味与最初绑定的事物的联系要比它与随后绑定的事物之间的联系更为强烈和紧密。

在Yeshurun等人(2009)的实验中,受试者先学习正性和负性的嗅觉/听觉刺激(例如,桃子和臭鱼的气味/吉他和尖锐刺耳的声音)与中性视觉图片之间的关联。在一周之后进行的测试中,与图片关联的负性嗅觉和听觉刺激都表现出首因效应,即先出现的那个负性刺激与图片之间的联系更为强烈。

有意思的是,在核磁共振扫描中,当受试者看到图片时,最初与气味绑定的图片相比声音能显著的激活海马,而这种激活的表征直接预测了受试者在八天后重测时对气味的联结记忆。这充分反应了早期形成的气味记忆会和相应的场景形成更紧密的联系。

回顾我们的人生经历,对于某个特定气味的印象总是停留在第一次接触这种气味的场景中。后来的经历中即使在某个不同的场景下再次闻到同样的气味,在这场气味主导的新旧记忆较量中也往往是起先遇到的事件能够获得最终的胜利。

3)关于嗅觉记忆的持久性也得到了相关研究的证实。

Willander和Larsson(2006)招募了一些60到80岁老年被试,让他们根据真实的气味或者文字线索来回忆相关的自传体记忆。结果显示,气味相比文字线索更能让人回忆起童年时期(6-10岁)的记忆。

Haller等人(1999)也发现,在人工喂养的婴儿奶粉中加入香草,这些婴儿在约28年后的实验中会相比母乳喂养者更偏好掺杂香草的番茄酱。

这些研究说明,气味的长时记忆是非常持久的,甚至会长达一辈子,而且常常表现为我们对特定气味的偏好。

很多人会惊讶于气味触发记忆时“其中的缘由让人无法参透”。其实,气味“毫无缘由”地影响行为是个普遍的现象。例如,在牙科诊所用橘子或薰衣草气味作为背景气味,等待就诊的患者会不由自主地降低其焦虑水平。

在实验室的研究中,睡眠过程中呈现的气味可以调节记忆联结,影响个体清醒状态时的行为,而且在这一过程中,往往具有情绪性的刺激和联结更为有效。可见,尽管气味与过去情境和那个ta之间的联系已经处在你的意识之外,这种联结还是足够牢固,可以带给你意想不到的惊喜。

也许有一天,在某个不经意的瞬间,有关于ta的熟悉气味会让你对往事的记忆都涌上心头,就像普鲁斯特的小玛德莱娜饼干一样,带给你历历在目的始末和沧海桑田的唏嘘;也会有一天,你会开始想念ta的气味或者与ta有关的物件的气味,不管是亲人或是恋人,曾经的点滴回忆都会经由一丝丝的气味牵扯出来,让人牵肠挂肚,百感交集。

首先说下【记忆】的心理学定义: 记忆是存储和提取信息的一种能力,从认知心理学角度,记忆就是一个信息加工过程,包括编码、存储、提取三个主要环节。

比如你看到一串电话号码通过默念或者联想数字的意义记下来,这个就叫编码,然后保存到头脑中,这个叫存储。等你需要用手机输入这串数字打电话,这叫提取,这个过程其实是把人脑比喻成一台电脑,咱们可以在电脑上存很多信息,然后需要用的时候就输入关键字检索出来。

触发记忆其实就是记忆过程中提取信息的这一环节, 记忆的提取受很多因素的影响,其中有一点与我们编码时的背景有关,心理学家发现了这个特点并且发现了 编码特异性原则

举个例子:小明是一个高三的考生,每天八点得背英语单词,小明的妈妈有个习惯就是每天这个时间点会给小明拿苹果吃,所以小明在背英语单词时伴随着苹果的气味,按照编码特异性原则,小明在之后回忆起这些单词的时候,如果身边还能有苹果的气味,那么他回忆起来的单词比没有苹果在身边要好很多。

是不是很神奇?气味能够影响人的记忆!也许下次你可以试试

还有一个大家都熟悉的例子: 就是我们在某个场合认识了一个人,结果再换一个地方我们有一种似曾相似,但又想不起来在哪里见过的感觉,为什么?因为这违反了【编码特异性原则】,编码的背景与提取的信息不一致,也就是换了地方我们就记不起来了!

心理学关于记忆力的研究有很多,大家感兴趣可以去了解下~

你闻到一缕学校炸串香味、南瓜馅饼和桂花月饼香味时,突然间令你沉浸在一连串生动的同年回忆中。是什么气味可以触发如此强烈和真实记忆,感觉自己时光倒流回到了童年?

它被称为"异味自传记忆"或普鲁斯特现象,事实上,研究表明,气味对过去经历的提醒特别有效,比来自其他感官(如视觉或声音)的线索更为有效。

原因之一可能与大脑处理气味和记忆的方式有关。气味通过你的嗅球传递,这是你大脑中的气味分析区域。它与你的杏仁体和海马体(处理记忆和情绪的大脑区域)紧密相连。

这种密切的联系可以解释为什么气味会与大脑中生动的记忆联系在一起,然后当你接触到这种特殊的气味触发器时,曾经的记忆就会再次泛滥。正如《今日心理学》所指出的:

“有趣的是,视觉、听觉(声音)和触觉(触摸)信息不会通过这些大脑区域。这也许就是为什么嗅觉比任何其他感官更能成功触发 情感 和记忆的原因。”

在到达你的丘脑之前,气味首先通过你大脑的其他区域,包括控制记忆和情绪的区域。因此,对于气味,甚至在你意识到气味之前,你拥有了所有这些额外的处理。

你的身体也比其他感官(如视觉(四)和触摸(至少四个))包含有嗅觉受体至少1000个,这意味着您可以辨别不同类型的气味,甚至是那些你可能无法描述的气味。

综合起来,这使得气味提示的记忆特别记忆犹新,不同于其他记忆。例如,在一项对老年人的研究中,参与者被给予三种提示类型(单词、图片或气味),并要求他们回忆由提示触发的记忆。

结果发现,那些被气味提示的记忆往往是生命最初十年的旧记忆,而那些与言语和视觉信息相关的记忆则来自成年早期。

气味唤起的记忆也与"被及时带回的强烈感觉"相关,并且比其他线索诱发的记忆“不那么频繁”。

另一项研究还表明,老年人在与气味有关时能够回忆起的记忆是年轻人的两倍多,根据研究人员的说法,老年人身上有明显的完整的嗅觉记忆。

不同的气味带回来的不仅仅是积极的联想和记忆。例如,已知气味会诱发生理觉醒,并引发与创伤相关的闪回。

它们还被认为在引发创伤后应激障碍(PTSD)患者的不安记忆方面发挥作用。有趣的是,母亲的恐惧甚至会通过气味传给她的孩子。在一项研究中,雌性大鼠在怀孕前害怕薄荷的气味。后来,老鼠的幼鼠接触到薄荷的气味,表现出跟母鼠一样的害怕。

刚出生的小狗在母亲不在的时候也学会了害怕这种气味,但是,当小狗的杏仁核受阻时,小狗们没有学会害怕薄荷的气味。

因此,似乎通过气味,婴儿可以从它们的母亲那里了解潜在的环境威胁之前,它们的感官和运动发展允许他们全面 探索 周围的环境。

气味对恐惧的影响是如此强烈,以至于一些老鼠试图堵住管子来阻止气味进入,研究人员计划进一步研究这个习惯。

气味唤起的自传记忆通常是偶然发生的,当一个未经请求的气味通过你的鼻子,你碰巧赶上一缕气息。然而,你可以利用气味的力量,通过芳香疗法触发真正的身体和 情感 反应。例如,研究表明:

当然,焦虑只是芳香疗法的一个用途。其他潜在用途多种多样,包括:

如果你仍然有敏锐的嗅觉,那么您很幸运的,因为嗅觉与许多不同的生理过程密切相关。芝加哥大学的研究人员利用3000多名美国老年人的全国代表性样本的数据发现,那些无法感知气味(称为异味)的人,在5年内死亡的可能性更高。

具体来说,在第一次嗅觉测试(包括识别5种常见气味)中,39%的参与者在未来五年内死亡,而中度嗅觉损失的参与者和有 健康 嗅觉的受试者中,这一比例为19%。

.嗅觉的丧失是接近死亡的一个非常强烈的指标,甚至比已知的主要死亡原因更具有这种程度,并且与已知的风险因素(如营养、认知功能、心理 健康 、吸烟、酗酒或虚弱)无关。嗅觉丧失是比癌症、心力衰竭或肺病诊断更有力地预测死亡的因素。

研究人员说,失去嗅觉功能可能不是死亡的原因,而是可能"成为细胞再生速度减慢的风向标,或是累积有毒环境暴露的标志"。正如《卫报》报道:

“嗅觉神经的顶端,包含嗅觉受体,是人类神经系统中唯一由干细胞持续再生的部分。

新的嗅觉细胞的产生会随着年龄的增长而下降,这与我们检测和辨别气味的能力逐渐下降有关。嗅觉的丧失可能表明身体正在进入失修状态,并且不再能够自我修复。嗅觉神经也是神经系统中唯一暴露在露天的部分。因此,它为毒物和病原体进入大脑提供了一条快速通道,因此失去气味可能是最终导致死亡的早期预警。”

如果你错过了以前童年的旧记忆,因为你的嗅觉不再是以前的感觉,你可以采取一些步骤来改善它。首先,检查锌缺乏。锌是产生一种叫做碳氢酐酶VI(CA-VI)一种必需的微量矿物质,这种酶对味觉和气味至关重要,这就是为什么嗅觉丧失是慢性缺锌的典型症状之一。

轻度缺锌比较常见,特别是在婴儿和儿童、孕妇或哺乳期妇女、老年人、胃肠道吸收不良或肠道疾病以及素食饮食者中。膳食锌的良好来源包括肉类、牡蛎和野生捕获的鱼、生牛奶、生奶酪、豆类和酸奶。

如果你很 健康 ,饮食均衡,你很少需要另外补充锌,以完成身体对的锌需求,你应该努力从膳食来源获得锌。

接下来,尝试记住这些能增强嗅觉的提示:

因为这根神经特别敏感。经常有人这样说,你是不是哪根神经搭错了,说的就是这根筋吧?

气味具有独特的能力,可以解锁以前已经遗忘但却生动、饱含 情感 的回忆。气味可以诱发我们过去那些情绪激动的回忆,气味能影响我们的日常生活,可以在潜意识层面调节我们的主观情绪。

想起了辛晓琪的《味道》:

想念你的笑,想念你的外套,想念你白色袜子,和你身上的味道……

我们大都有过这样的体验,因为一种气味的出现,往事点滴会随之涌上心头,让人感叹。气味就是这样,常常在不经意间触发我们对一件事或一个人的记忆,这样的记忆往往伴随着丰富而动人的情绪体验。

农村的味道,乡土味家乡的味道勾起了儿时的童年,酒的味道让人想起年少的味道,人到中年更是让人有强烈的思乡味道,想起了一切的熟悉的味道。

这里应该不是所有的气味吧,应该是一些特殊气味或者让人触发感情的气味,当你的感情爆发时正好触及到一些特殊气味,那么这些气味必定会让你挥之不去的哦!

这是因为嗅觉神经的独特构造,嗅觉神经能直接链接大脑的记忆模块。

臭味,一定不会让你忘记!榴莲,臭豆腐,还有便便

运动改造大脑《杏仁核》

杏仁核

科普中国 | 本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目审核

审阅专家魏大勇

杏仁核,又名杏仁体,呈杏仁状,是边缘系统的一部分。是产生情绪,识别情绪和调节情绪,控制学习和记忆的脑部组织,而且研究发现,幼儿自闭症似乎也与扩大的杏仁核有关。

中文名

杏仁核

外文名

amygdala

别名

杏仁体

结构

基底外侧核群和皮质内侧

结构

解剖

功能

研究分析

功能改善

主要神经化学递质:

位置

杏仁核(amygdala),又名杏仁体(amygdaloid body),位于前颞叶背内侧部,海马体和侧脑室下角顶端稍前处。主要通过外侧嗅纹、终纹和腹侧杏仁传出通路,与额叶内侧、眶额回、隔区、无名质、视前区、海马体、下丘脑、丘脑、纹状体、颞盖皮质、岛盖皮质、顶盖皮质、颞极、运动皮质及脑干网状结构等有双向交互联系。[1]

结构

一般杏仁核分为两部,即基底外侧核群和皮质内侧群。

皮质内侧核群形成杏仁核的背内侧部。皮质内侧核群包括:①前杏仁区;②外侧嗅束核;③内侧杏仁核;④皮质杏仁核;⑤中央杏仁核。人类的外侧嗅束核最发达。基底外侧核群在人脑是最大且分化最好的部分,它包括:①外侧杏仁核;②基底杏仁核;③副基底杏仁核,其内侧与嗅觉功能区有联系,外侧与屏状核有联系。其背侧的一部被豆状核所遮盖,向后连于尾状核。来自侧嗅纹的纤维,经皮质内侧核群,并没有纤维终于基底外侧核群。

基底外侧核群是杏仁核的非嗅觉功能区,它接受脑干网状结构和梨状区皮质来的纤维可能还接受颢下回的部分纤维:杏仁核发出的纤维,大部组成终纹:自杏仁核腹侧发出的纤维,向内侧经豆状核腹侧,终于视前内侧核、下丘脑前核、视上核团和腹内侧核。自杏仁核脊侧发出的纤维,向内侧经豆状核腹侧,终于无名质、视前外侧核团和下丘脑区、隔区、斜角核以及嗅结节等。还有部分纤维越过视前区,终于丘脑。

解剖

杏仁核是大脑基底神经核的一个重要核团,为边缘系统的组成部分,含有13个大小不等的核团。按照其位置与功能分为基底外侧核群、皮质内侧核群、杏仁前区和皮质杏仁移行区4部分。杏仁核的传入纤维主要起始于嗅球及嗅前核、基底前脑Meynert核的胆碱能神经元、脑干、中脑脚间核、臂旁核、脑桥兰斑、中脑中缝核及腹侧背盖、下丘脑的腹内侧核、丘脑中线核群及丘脑腹后内侧核等。杏仁核的大部分传出纤维与传入纤维呈往返联系,一般认为杏仁核通过两条路径传出信号:终纹通路,起自皮质内侧核,呈弓形弯于尾核内侧缘与丘脑之间,向前终止于终纹核、下丘脑(尤其是室旁核、视上核)、视前区及隔核;腹侧杏仁核传出径路主要起自基底外侧核,纤维多且散在,有些向内侧止于终纹床核的内侧部;有些向前止于视前区、下丘脑(腹内侧核)、丘脑背内侧核,继而到额前皮质及其他皮质联络区[1]。此外,杏仁核内部还有十分复杂的固有纤维联系。

功能

情绪功能

刺激清醒动物的杏仁核,动物出现“停顿反应”,显得“高度注意”,表现迷惑、焦虑、恐惧、退缩反应或发怒、攻击反应。刺激杏仁首端引起逃避和恐惧,刺激杏仁尾端引起防御和攻击反应。诱发惧—怒反应时伴瞳孔扩大、竖毛、嗥叫等情绪表现。切除杏仁核,动物出现“心理性失明”:通过视觉看到的东西不知是否可以吃,必需放到嘴里才知道;“过度变态”:反复察看、触摸或以口检查各种物体,包括原先所畏惧的活蛇或活鼠;情感性行为发生显著变化或所有的情感反应完全丧失。关于情绪反应的产生机制,有人研究认为存在两条反射通路。(1)刺激—〉丘脑—〉扣带回—〉大脑各区域相应皮质(长通路);(2)刺激—〉丘脑—〉杏仁核(短通路)。长通路的刺激信息经过皮质的精细加工,利于对情绪的控制和采取适当的应对方式,短通路的刺激信息未经皮质的精细加工,速度更快,保证对恐惧刺激作出迅速反应,这对包括人在内的所有生物的生存十分重要。由此可见,杏仁核的主要功能为产生和传入大脑新皮质的各种外界信息相适应的情绪。

学习和记忆

杏仁核是情绪学习和记忆的重要结构。和海马一样,杏仁核对新异刺激出现朝向反应,破坏两侧杏仁核的动物,对新异视觉刺激的朝向反应大为降低,缺乏对恐惧事件的辨识和反应。相反,在杏仁核正常的情况下,当你听说邻居家的狗咬伤了人,见到狗后你会感到恐惧而早早避之,尽管你未曾被它咬过。具有情绪意义的刺激会引起杏仁核电活动的强烈反应,并形成长期的痕迹储存于脑中。因此,触动人情绪反应强烈的事件会给人留下长期的记忆,甚至终身。

联合注意

杏仁核的作用是负责处理面部肌肉和表情,这一功能通常被称为“联合注意”。其作用是当人面对一张脸时,杏仁核会对其进行扫描,辨别它是友好的还是有敌意的,以决定是面对这个人,还是逃避。杏仁核增大的幼儿都存在联合注意方面的问题。

其他功能

杏仁核与其它皮质下中枢一样,也是植物神经中枢,它能调节机体呼吸、心血管、胃肠道等的功能,尤其是情绪刺激伴随的植物神经反应受杏仁核直接调控。除此外,它亦参与调节机体的性活动、摄食及调控下丘脑的作用,从而参与控制和调节垂体激素的分泌,调控神经内分泌系统功能。

研究分析

爱荷华大学(University of Iowa)的一项研究惊讶地发现,三个因大脑杏仁核受损而无所畏惧的女性志愿者能够体验到内在的恐惧。这表明杏仁核并不是导致人害怕与惊慌的大脑区域。此前数十年针对人类和动物的研究已证明杏仁核在害怕情绪中起着很重要作用。相关研究发表在近期出版的《自然—神经科学》杂志上。

研究人员对3名大脑杏仁核受损、没有体验过害怕的罕见病患进行了测试。在吸入二氧化碳后,这三名患者呼吸受到刺激,产生害怕情绪并出现了恐慌性攻击行为。其中一名患者小时候体验过害怕,这是其第二次产生害怕的感觉。先前针对该病患以及有类似问题的病人的研究表明杏仁核受损导致病人在各种害怕刺激实验以及威胁生命的创伤事件中,失去了害怕的感觉。Wemmie等人的这项研究表明杏仁核并不是产生害怕情绪所必需的组织结构。

研究人员仍不清楚为何唯独二氧化碳能在杏仁核缺失的情况下刺激产生出害怕的情绪。但是,大多数能引起害怕的事物都是通过视觉与听觉的方式被投射至杏仁核,从而被感受到。相反,高浓度的二氧化碳是被脑干中的受体感受到并导致一系列生理变化的产生,从而可能刺激到包括杏仁核在内的其他大脑区域。

功能改善

据科学家证明苯二氮,对杏仁核功能的改善有很大的好处,从基本电生理学性质,BZ对神经元电活动的影响,咪唑安定实验方面通过试验证明了苯二氮对杏仁核的影响,并且苯二氮一直在镇定剂,麻醉剂,安眠药物方面被广泛利用。“是药三分毒”,任何药物的改善不如食补,酵母、肝、豆类、花生、小麦、胚芽、糙米、燕麦、小米、甘薯、卷心菜及海藻等这些富含维生素B1的食物内含有一点量的苯二氮,也满足了人体对苯二氮的摄入。另外,多吃含维生素C较多的蔬菜、果以及含镁较多的香蕉、葡萄、苹果、橙子等也有利于改善大脑的功能也能很好的改善杏仁核的功能。

主要神经化学递质:

大量实践证明,杏仁核与情感、行为、内脏活动及自主神经功能等有关。其基础在于杏仁核内含有多种神经化学递质。

(1)胆碱类(Acetylcholine)。集中在ABL,与杏仁核点燃过程有关,电刺激可使乙酰胆碱水平上调。杏仁核是惊厥活动涉及的脑区之一,Soman中毒后,脑内乙酰胆碱迅速在末梢区积聚,造成局部脑区的兴奋而诱发惊厥。

(2)单胺类(MAO)。传入纤维来自黑质和腹侧被盖区等部位。这与帕金森病的发病率存在显著的性别差异一致。杏仁核内5-羟色胺(5-HT)能纤维和受体密度降低,增加ABL内5-HT,不仅具有明显的抗抑郁作用,还可使慢波睡眠增加和睡眠加深,由于抑郁症病人常伴有睡眠障碍,抑郁症状缓解后睡眠也转为正常,故有人认为杏仁核中5-HT功能不足可能是二者共同基础之一。

(3)氨基酸类(Amino acid)。兴奋性的谷氨酸和抑制性的GABA之间的协调平衡对杏仁核功能的正常起着重要作用。谷氨酸激活NOS使NO合成增多,NO作用于相邻的突触前神经末梢,激活鸟苷酸环化酶,使cGMP生成增多而产生效应。

(4)一氧化氮(NO)。杏仁核的大部分核团都含有NOS阳性神经元,其中AME和ABL的后部较多。NO与睡眠的关系资料报道有所不同。某些学者分别通过实验,认为NO具有增加觉醒和减少慢波睡眠效应。

(5)环化核苷酸(cGMP)。杏仁核中存有大量阿片受体,激活后可使cGMP浓度升高,而生成减少。杏仁核中注射cGMP可增加觉醒,减少慢波睡眠和总睡眠时间,对快波睡眠无影响,用cGMPase抑制剂引起的效应正好与cGMP相反,说明cGMP对睡眠一觉醒的调控有重要作用。

(6)肽类(peptide)。SOM能神经活性物质可增强海马的LTP,促进学习和记忆,临床一些痴呆症的认知和智力障碍与脑内SOM含量下降有关。SOM能神经系统改变是Alzheimer病的特异性致病机理之一,也有人认为其功能可能是通过作用于乙酸胆碱和去甲肾上腺素这两种神经递质而影响记忆过程的。

大脑中杏仁核有什么作用

目前已知的杏仁核的功能大致可以分为三类:情绪,奖励和记忆。

在情绪方面,杏仁核负责恐惧,悲伤等负面情绪的产生,编码和储存。当外界环境产生可能对生物有威胁的刺激时,杏仁核会被激活,产生相应的情绪,帮助生物识别环境中的危险。其次,当杏仁核发生异常时,患者会感受到更高的焦虑或是恐惧。有研究发现, 边缘性人格障碍患者的左杏仁核活动多于常人,而当他们对中性的人脸进行评分时,会报告感受到更高的威胁感 [1]。

在奖励方面,研究人员发现使用电刺激激活人的左杏仁核,会产生某种愉悦的快感[2]。而这种愉悦感参与了人行为的奖励系统。用简单的话来说,就是杏仁核在产生恐惧的同时也可以产生一些快感,这种快感可以促进某种行为的产生。

在记忆方面,首先杏仁核对情绪的处理本身也涉及情绪记忆的储存[3]。以“一朝被蛇咬,十年怕井绳”为例,当一个人被蛇咬之后,他关于蛇的形状的记忆连同对蛇的恐惧就都变成了一种情绪记忆。而当他下一次再次遇到与蛇有着相似形状的绳子时,他的杏仁核被激活,释放出原来的恐惧记忆,使得他再次受到惊吓。其次,有研究也指出,杏仁核可以帮助长时记忆的加工,巩固大脑其他部位的记忆储存[4]。

除此之外,还有研究发现右杏仁核似乎涉及到人们对于不确定性的容忍性[5]。右杏仁核体积越大,对于不确定性的容忍度越低。

引用:

[1] Donegan NH, Sanislow CA, Blumberg HP, Fulbright RK, Lacadie C, Skudlarski P, Gore JC, Olson IR, McGlashan TH, et al. (December 2003). "Amygdala hyperreactivity in borderline personality disorder: implications for emotional dysregulation". Biological Psychiatry. 54 (11): 1284–93. doi:10.1016/S0006-3223(03)00636-X. PMID 14643096.

[2] Murray, Elizabeth A.; et al. (2009). "Amygdala function in positive reinforcement". The Human Amygdala. Guilford Press.

[3] Phelps E A, Anderson A K. Emotional memory: what does the amygdala do?[J]. Current biology, 1997, 7(5): R311-R314.

[4] Maren S (December 1999). "Long-term potentiation in the amygdala: a mechanism for emotional learning and memory" (PDF). Trends in Neurosciences. 22 (12): 561–7. doi:10.1016/S0166-2236(99)01465-4. hdl:2027.42/56238. PMID 10542437.

[5] Kanai R, Feilden T, Firth C, et al. Political orientations are correlated with brain structure in young alts[J]. Current biology, 2011, 21(8): 677-680.

参考

^2 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S000632230300636X

^2 https://psycnet.apa.org/record/2009-02740-004

^3 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982206001461

^4 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0166223699014654

^5 https://web.archive.org/web/20150105164905/http://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822(11)00289-2

Neuralink 与大脑的神奇未来·第二部分:大脑

在写这篇文章时,我想起了自己为什么喜欢下面这种长得好看又可爱的大脑:

因为真正的大脑长得很丑,一点都不可爱。人类真恶心。

但是在过去一个月里,我一直在谷歌图片中看着一张张黏糊糊、布满血丝的脑部图片,那简直就是地狱。现在你也要经历同样的体验,所以请做好心理准备。

现在我们先从最外层开始。我觉得生物学有一个优点是它有时也挺有条理的,而大脑也有一些条理分明的地方,首先是人类的头部构造就像是一个俄罗斯套娃。

你的头部最外层是头发,头发下面是头皮,然后你以为接下来就到颅骨了——但其实中间还有大概 19 层东西才到颅骨。

在你的颅骨和大脑之间 [1] ,又有这样一堆的东西:

在颅骨下面,大脑被三层薄膜包裹着。

最外层的是 硬脑膜 (ra mater),一层结实、凹凸不平的防水膜。硬脑膜会紧贴着颅骨。我听说大脑是没有疼痛感知区域的,但硬脑膜上就有——它的敏感程度与脸部肌肤相当——硬脑膜受到压力或撞击往往会引起剧烈的头痛。

下面一层叫做 蛛网膜 (arachnoid mater),大家可以看到这层薄膜下面的空间布满了一些看上去富有弹性的纤维。我一直认为,我的大脑只是被浸在某种液体里,然后就这样在脑壳里面漂浮着。但其实大脑外部和颅骨内壁之间的唯一间隙就是这层蛛网膜。这些纤维物质可以固定住大脑的位置,让它不会四处移动。当头部受到碰撞的时候,它们还可以起到缓冲的作用。这块区域充满了密度接近水的脊髓液,能让大脑保持着一定的浮力。

最后一层是 软脑膜 (pia mater),这层薄膜是跟大脑外层紧紧贴合在一起的。你知道为什么你每次看到的大脑照片总是覆盖着一层黏糊糊的血管吗?这些血管其实并不是在大脑表面上,而是嵌在软脑膜里面的。(如果你不怕恶心的话, 这个视频 可以看到一位教授从人脑剥掉软脑膜的过程。)

下面大脑的全貌,这里用的应该是一个猪脑:

从左到右,你会看到皮肤(粉色的那层),然后是两层头皮,接下来是颅骨、硬脑膜、蛛网膜,最右边就是包裹在软脑膜下面的大脑。

如果我们把外层的东西都剥干净,就会看到这个粉嫩的东西:

这个看起来很好笑的东西,可是宇宙中已知的最复杂的物体——虽然它只有三磅重,但是神经工程师蒂姆·汉森(Tim Hanson)却称之为「目前已知信息密度最大、结构化程度最高而且自我组织最完整的东西」。强大如此的大脑,它在运行时的功率仅为 20 瓦 (一台 性能同样强大的计算机 将需要 2400 万瓦的功率才能启动)。

麻省理工学院的教授波丽娜·安妮基娃(Polina Anikeeva)则将大脑 形容成 「可以用勺子舀的软布丁」。脑外科医生本·拉波波尔(Ben Rapoport)给出的描述感觉更为科学:「介于布丁和果冻之间的形态」。他说如果你把一个大脑放在桌面上,它会在重力的作用下变得更扁,有点像水母的感觉。我们通常不会想到大脑会是这么软绵绵的,因为它一般都处于悬浮在液体中的状态。

但这就是我们的样子。你在镜子里看到自己的身体和脸庞,你以为这就是你——但那其实只是一副皮囊。你真正的样子是一个奇形怪状的果冻球。希望你不会介意这个说法。

虽然这听起来很诡异,但你也不能责怪亚里士多德或者是古埃及人,尽管他们曾经断定大脑只是毫无意义的「头骨填充物」(亚里士多德认为心脏才是智力的来源)。 [2]

克里希纳·谢诺伊(Krishna Shenoy)教授 打了个比方 ,他说我们对大脑的理解,就如同在 16 世纪初 人类对整个世界地图的了解一样。

第三位教授是神经科学家莫兰·瑟夫( Moran Cerf ),他向我分享了在神经科学界的一句老话,其中指出了为什么试图完全理解大脑是一个无法达成的悖论:「如果人类大脑真的有那么容易理解,那么拥有这种简单大脑的我们也是不能理解大脑的。」

在人类正在建造的伟大知识库的帮助下,我们也许在未来某天可以做到这点。现在,我们先来看看人类目前对大脑已知的东西——先从宏观的角度开始。

我们先通过下面的半球截面图来看看大脑的主要结构:

现在我们把大脑取出来,然后去掉左半球,这样我们就可以清晰地看到里面的结构了。

神经学家保罗·麦克莱恩( Paul MacLean )做过一张简单的示意图,其中阐释了我们之前讨论过的一个基础概念:在进化过程中,最先出现的是爬行脑,后来的哺乳动物以此为基础发展出了第二重脑部结构,最后人类的出现完善了第三重脑部结构。

下面是这些结构在真正的大脑上对应的位置:

接下来我们来看看这里的每个部分:

这是我们大脑中最古老的一部分:

这是上面的大脑截面图中青蛙老大所在的部分。事实上,青蛙的完整脑部的形状就跟我们大脑的这个部分很相似:

在了解过这些部位的功能之后,你就会明白它们为什么是古老的了——这些部位能做的事情,青蛙和蜥蜴都能做。下面是其中主要的部分(点击动图可以查看高清版本):

延髓(mella oblongata)唯一想的事情就是让你不要死。它负责控制一些非自主的活动,比如心跳、呼吸和血压,另外如果它认为你中毒了,它就会让你呕吐,干的都是些吃力不讨好的活。

脑桥(pons)的工作非常零碎。它负责吞咽、膀胱控制、面部表情、咀嚼、唾液分泌、眼泪分泌和姿势保持等工作——基本上就是看心情什么都做点。

中脑(midbrain)的工作甚至要比脑桥更零碎。如果一个大脑部位所做的事情都已经有其他部位负责了,那它肯定不会好受。这里所说的就是中脑,它负责的工作包括视觉、听觉、运动控制、警觉、体温控制等各种其他大脑部位也在做的事情。大脑的其他部位似乎也不太喜欢中脑,因为你可以看到「前脑、中脑、后脑」的比例差距有多么悬殊,所以看来中脑是被其他部位排斥了。

不过脑桥和中脑也有一项值得肯定的工作,它们还负责控制眼球自主运动,这可是件正经事。所以如果你正在转动眼球的话,说明你的脑桥和中脑正在进行它们的一项专职工作。

这个看起来有点怪,像是大脑阴囊一样的东西就是你的小脑(cerebellum)。小脑负责让你保持平衡、手脚协调和正常行走。 这里 是之前那位淡定的教授展示小脑解剖结构的视频。

在脑干的上方就是边缘系统(limbic system)——让人类变得如此疯狂的大脑部位。

边缘系统是一个生存系统。一个笼统的说法是,当你在做一些你的狗也会做的事情时——进食、饮水、交配、战斗、躲避或者逃离可怕的东西——这就是边缘系统在幕后操控。无论你是否愿意承认,只要你在做上述的任何一件事时,你就处于原始人的生存模式。

边缘系统还控制着你的情绪,而情绪归根到底也是生存的需要——它们是更高级的生存机制,对于生活在复杂社会结构中的动物来说必不可少。

我在之前的文章中提到了 即时奖励猴子 , 社会生存猛犸象 ,还有 其他一些动物 ——它们所指都是边缘系统。每当你的大脑发生内部斗争时,边缘系统的工作可能就是怂恿你去做一些你以后会后悔的事情。

我确信学会控制边缘系统是人类成熟的象征,同时也是人类最核心的斗争。这并不是说如果没有边缘系统我们会活得更好——边缘系统是我们之所以为人类的一半原因,我们生命中的大部分乐趣都与情绪或者动物本能欲望的满足有关——只是边缘系统并不知道你生活在一个文明社会,如果你过于放任它的话,它很快就会毁掉你的生活。

好吧,让我们再拉近一点看看。边缘系统由许多小部分构成,不过我们只介绍其中最重要的一些部分:

杏仁体(amygdala)可以说是大脑中负面情绪的集中地。它负责焦虑、悲伤、还有我们对恐惧的反应。大脑有两个杏仁体,奇怪的是左边的杏仁体表现更加乐观一些,除了通常的负面情绪之外,它有时也会产生愉悦的情绪,而右边的那个就一直处于心情不好的状态。

海马体(hippocampus,顾名思义,因为它看起来 像一只海马 )就像是记忆的速写板。如果将老鼠放进一个迷宫里面,它会慢慢记得迷宫的路,因为迷宫路径的记忆会被编码到老鼠的海马体里面——确实是这样。当老鼠走到迷宫的不同位置时,它的两个海马体的不同部位会被唤醒,因为迷宫的每一个部分都对应着海马体的某一部位。但如果在记住了一个迷宫之后,这只老鼠又做了其他任务,在一年后再被放回原来的迷宫中,它就很难回想起这个迷宫要怎么走了。因为这时海马体速写板上的大部分内容都被清除了,这样才能腾出地方记忆新的东西。

电影《记忆碎片》(Memento)所描述的疾病是真实存在的——顺行性遗忘症(anterograde amnesia)是由海马体受损所导致的。阿兹海默症的病发就从海马体开始,然后才慢慢扩散到大脑的其他部分,这也是为什么阿兹海默症患者会先开始变得健忘,随后才出现其他一系列的严重症状。

丘脑(thalamus)位于大脑的中心,它就像是感官系统的中间人,它负责接收来自感觉器官的信息,然后再将其传输到大脑皮层进行处理。当你在睡觉的时候,丘脑也跟和你一同入睡,也就是说负责传输感官的中间人下班了。所以在深度睡眠时,你通常不会因为轻微的声音、光亮或触碰而醒来。如果你想唤醒处于深度睡眠的人,你的动静一定要足够大才能唤醒丘脑。

唯一的例外是嗅觉,它是唯一可以绕过丘脑的感官。这就是为什么可以用嗅盐来唤醒昏迷者的原因。既然说到这儿了,下面就给大家补充一个冷知识:嗅觉是 嗅球 (olfactory bulb) 的功能,而且这是最古老的一种感官。跟其他感官不一样,嗅觉位于边缘系统的深处,它与杏仁体和海马体都有紧密的联系——这也就是嗅觉可以唤起特定记忆和情绪的原因。

我们终于聊到皮质(cortex)了,它又名「cerebral cortex」、「neocortex」、「cerebrum」和「pallium」。

作为整个大脑最重要的部位,它竟然连自己的名字都搞不清楚。所以这是怎么回事?

皮质几乎无所不能——它负责处理听觉、视觉及感觉信息,同时还掌管着语言、运动、思考、计划、性格等诸多方面。

皮质可以分为四叶:

这几个部位的职责要描述起来确实没有什么条理可言,因为每个部位所做的东西都很多,而且彼此之间存在大量重叠的功能,不过我们可以简单概括一下:

额叶 ( frontal lobe ,点击查看动图)负责你的性格,以及一系列我们认为跟「思考」有关的东西,包括推理、规划和执行等功能。其中,你的大部分思考行为都发生在额叶前端叫做 前额皮质 (prefrontal cortex)的部位——这是在你大脑中的智者。在之前提到的大脑内部斗争中,前额皮质是与边缘系统对立的一方。它是敦促你完成工作的理性决策者;叫你不要担心其他人看法的内部声音;希望你不要对小事斤斤计较的高级存在。

如果你觉得这些工作还不够麻烦,额叶还负责你身体的运动。额叶顶部的前回是你的 「主要运动皮质」 (primary motor cortex)。

顶叶 ( parietal lobe )负责的一项功能是触觉控制,其中最主要是 「主要体觉皮质」 (primary somatosensory cortex)的作用,它就在主要运动皮质的后面。

互相紧挨着的主要运动皮质和主要体觉皮质是特别有趣的两个部位,因为神经科学家发现它们的每个位置都与某个身体部位一一对应。这就引出了本文最惊悚的一张配图—— 「小矮人图」 (homuculus)。

小矮人图由神经外科先驱怀尔德·彭菲尔德(Wilder Penfield)提出,它形象地展示了主要运动皮质和主要体觉皮质所对应的身体部位。图中比例越大的身体部位,它们在相应皮质中所占的区域也越大。这里可以得出一些有趣的发现:

首先,大脑负责面部和手部运动和触觉的区域比其他身体部位的全部加起来还要多,虽然这听起来有点难以置信,但其实还是可以理解的,因为我们需要做出差别非常细微的面部表情,而且我们的双手需要无比灵巧,但是身体的其他部分,比如肩膀、膝盖、后背,它们的动作和感觉就不需要那么细致了。这就是为什么人类可以用手指弹钢琴,用脚趾就不行。

其次,这两种皮质所对应的身体部位比例也高度近似。我也可以理解这点,但我从来没有想过,身体最需要运动控制的部位恰恰也是最敏感的部位。

最后,我偶然找到了下面这张图片,然后它就一直在我的脑海中挥之不去,所以现在我也让你们体会一下这种感觉——一个 3D 版的小矮人。

我们继续——

颞叶 ( temporal lobe )负责储存你的大部分记忆。另外因为它就在你的的耳朵旁边,所以它也是 听觉皮质 (auditory cortex)所在的位置。

最后,位于你的后脑勺的是 枕叶 ( occipital lobe ),它几乎被完全用于处理视觉信息。

一直以来,我都以为这些大片的脑叶就是组成大脑的一块块部位——就像我们在 3D 模型中看到的分区一样。但实际上,皮质只占大脑最外层的 2 毫米——也就相当于一个硬币的厚度——表层下面的空间基本上是各种神经组织的复杂连结。

如果将皮质从大脑上剥下来,你可以得到一个 2 毫米厚,面积为 2000 至 2400 平方厘米的区域, [4] 相当于一块 48 厘米 x 48 厘米(19 x 19 英寸)正方形餐巾。

这块餐巾是你的大部分大脑行为发生的地方——它是你能够思考、运动、感觉、看见、听到、记忆、说话和理解语言的原因。这简直是史上最棒的餐巾。

还记得之前我说过「你只是个果冻球」吗?好吧,其实你所认为的自己其实主要是你的皮质。换句话说,你其实是一块餐巾。

当把完整的大脑和扒下来的皮质放在一起时,我们就能清楚地看到这些褶皱所增加的餐巾面积了:

尽管还不完美,但是现代科学已经基本掌握了大脑的全貌。此外,我们对大脑的细节也有了一定的认识。接下来是对大脑细节的介绍:

尽管我们早就明白了大脑是人类智力的源泉,但是科学界是在不久前才弄清楚大脑的构造。科学家已经知道人体是由细胞构成的,但是直到 19 世纪末,意大利外科医生卡米洛·高尔基(Camillo Golgi)才发现一种 染色法 可以揭开大脑细胞的真面目。他最后发现的结果令人意外:

这看上去不是细胞应该有的样子。高尔基当时没有意识到自己发现的其实是「神经元」(neuron)。

科学家后来认识到,几乎对于所有动物来说,神经元都是构成大脑和神经系统,以及它们内部的巨大沟通网络的核心单位。

但直到 1950 年代,科学家才进一步发现神经元之间进行交流的方法。

轴突(axon),即神经元上负责承载信息的细长突起,它的直径通常非常小——因为它实在太小了,所以科学家直到最近才能用它来做实验。在 1930 年代,英国动物学家 J·Z·扬(J. Z. Young)在偶然之下得到了一个颠覆传统认知的发现——乌贼拥有异常巨大的神经轴突,可用于实验。几十年之后,科学家艾伦·霍奇金(Alan Hodgkin)和安德鲁·赫胥黎(Andrew Huxley)利用乌贼的巨大轴突,终于找出了神经元传递信息的方式——动作电位(action potential)。它的原理是这样的:

首先,神经元的种类有很多:

为了简单起见,我们在此只讨论一种简单常见的神经元——椎体细胞(pyramidal cell),你可以在运动皮质中找到它们。如果要画出一个神经元图示,我们可以先画一个小人:

然后给他多加几条腿和一些头发,把胳膊卸掉,最后再把他拉长——这样我们就画出了一个神经元。

然后我们再加几个神经元进来。

这里我就不打算解释动作电位的详细原理了,因为其中会涉及许多不必要又没意思的专业内容,这些东西你应该已经在初中生物课上了解过了。如果你想完整了解相关的只是,我建议你阅读可汗学院的这篇优质 科普文 。接下来,我们只会了解跟本文主题相关的一些基本概念。

现在,我们的神经元小人的尾巴—— 轴突 ——带有负极性的「静息电位」,也就是说当它静止时会稍微带负电荷。我们的神经元小人的头发( 树突 ,dendrites)总是会被其他小人的脚碰到 [5] ,尽管他可能不太情愿。其他人的脚会将一种叫做 神经递质 (neurotransmitter) [6] 的化学物质掉在他的头发上,这种化学物质会穿过他的头部(细胞体,或称「soma」),根据化学物质的性质,他会稍微改变自己身体所带的电荷。虽然这会让我们的神经元小人有点不舒服,但这也不是什么大问题——除此之外什么都不会发生。

但是如果有足够多的化学物质碰到了他的头发,使他的电荷上升到某个值——即神经元的「阈电位](threshold potential),这时小人就会处于 动作电位 ,也就是说他被电击了。

这是一种非此即彼的状态:我们的小人不是处于完全没有变化的状态,就是处于被完全电击的状态。他不会存在被部分电击或者过度电击的状态——要么完全没有受到电击,要么受到每次程度都一样的电击。

当出现这种情况的时候,一股电流会从他的身体(轴突)流向他的脚( 轴突末梢 ,axon terminal),后者会因此碰到其他小人的头发(这个接触点叫做 突触 ,synapse),在这个过程中,小人身体的电荷会从负电短暂转变为正电,然后迅速回到他正常的负电位状态。当这个动作电位到达小人的脚时,轴突末梢会释放化学物质到它正在触碰的头发上,这样有可能会导致被触碰的小人受到电击,正如他之前所遭遇的情况。

这就是信息在神经系统中传递的方式——化学信息通过神经元间的细小间隙传导,并触发 穿过 神经元的电流信息——不过当身体需要快速传递某个信号时,神经元之间也可以通过电流来传递信息。

动作电位的传递速度为每秒 1 到 100 米之间。之所以会有这么大的变动范围,部分原因是神经系统中的另一种细胞——施旺细胞(Schwann cell)——它像是一位总觉得孙子穿不够的老奶奶,一直往轴突身上盖一层层厚厚的毯子—— 髓鞘 (myelin sheath)。整个过程就像这样:

除了起到保护和绝缘的作用以外,髓鞘还是影响神经元信息传递速度的主要原因——当轴突被髓鞘包裹时,动作电位的传导速度会快很多: [7]

下面举个例子来说明髓鞘对信息传递速度的影响:比如当你的脚趾踢到什么的东西的时候,你会马上意识到自己刚才的动作,但是你可能要过一两秒的时间才会开始感受到脚趾隐隐作痛。你立刻可以感到自己踢到东西和一阵剧痛,因为剧痛信息是通过经过髓鞘包裹的轴突传到大脑的,而你后来才开始感到隐隐作痛是因为这种痛感是通过 没有髓鞘 保护的「C类神经纤维」传递的,它的传递速度为每秒 1 米左右。

在某种意义上,神经元跟电脑的晶体管很相似——它们都是用「1」(动作电位激活)和「0」(没有动作电位激活)的二进制语言传递信息。但是跟电脑晶体管不同的是,大脑的神经元会一直处于变化之中。

你肯定有过这样的经历,你学会了一种新技能,掌握得还不错,但是到了第二天你发现自己又不会了。你第一天之所以能学会这项技能,是因为在神经元之间传递信号的 化学物质 的数量或浓度发生了变化。不断重复的行为会导致这些化学物质的改变,让你可以取得进步,但是到了第二天,之前调整过化学物质会回归到正常水平,你之前取得的进步也会随之消失。

但如果你接下来继续坚持练习,你最终会长久地掌握这项技能。在这个过程中,你其实在告诉大脑,「这不是一次性的工作」,然后大脑的神经网络便会做出可以长期持续的 结构性调整 。神经元会改变自己的形状和位置,强化或弱化不同的连接,根据需要学习的技能搭建一套固定的路径。

神经元能够在化学上、结构上、甚至是功能上改变自己,根据外部世界不断优化大脑的神经网络,这种现象就啊哦做 神经可塑性 (neuroplasticity)。婴儿的大脑拥有最高的神经可塑性。婴儿出生后,他的大脑完全不知道自己以后会有什么样的人生:拥有一流剑术的中世纪勇士?擅长弹奏大键琴的十七世纪音乐家?还是既要记住并整理海量信息,又要管理复杂人际关系的现代学者?不管怎样,婴儿的大脑都已经准备好不断调整自己,可以应对未来任何形态的人生。

虽说婴儿拥有最强大的神经可塑性,不过这种能力将会伴随我们的一生,所以人类才能不断成长、改变和学习新知识,同时这也是我们可以养成新习惯、改变旧习惯的原因——习惯其实是大脑现有神经结构的反映。如果你想改变自己的习惯,你就需要付出巨大的意志力来推翻大脑之前建立的神经路径,但如果你可以坚持足够长的时间,你的大脑最终会得到指示,改变之前的路径,新的行为习惯将不再需要意志力的支撑。大脑已经为新的习惯做出了相应的生理变化。

这个难以想象的巨大神经网络是由大脑内部的大约 1000 亿个神经元构成的——这个数量与银河系的恒星数量相仿,或者说是全球人口的十几倍。其中有 150 到 200 亿的神经元位于皮质,剩下的神经元都在大脑的低级部位(令人意外的是,小脑的神经元数量是皮质的三倍有余)。

现在我们再缩小一点,看看另一张大脑的截面图——不过这次不把大脑切成两个半球,而是从中间切开:

大脑的内部物质可以分为 灰质 (gray matter)和 白质 (white matter)两种。灰质看起来的颜色要更深一些,由大脑神经元的细胞体、树突和轴突等东西组成。白质的主要成分是负责在神经细胞体之间或身体其他部位传递信息的轴突。白质是白色的原因是这些轴突通常都会被髓鞘包裹,后者是一些白色的脂肪组织。

灰质主要存在于大脑的两个区域——我们上面提到的边缘系统和脑干部位的内部,以及跟硬币一样厚的大脑皮质。 而在这两者之间的大块白质主要由皮质神经元(cortical neuron)的轴突组成。皮质就像是大脑的总指挥中心,它会通过存在于下方白质的大量轴突传达自己的指令。

下面是我见过最漂亮的关于灰质和白质的 概念图解 ,由格雷格·A·邓恩(Greg. A. Dunn)博士和布莱恩·爱德华兹(Brian Edwards)博士制作。大家可以清晰看到外层的灰质和底下的白质之间的结构区别(点击图片查看高清版本):

这些皮质轴突可能会将信息传递到皮质的其他部位、皮质下方的大脑部位,或者通过脊髓(神经系统的告诉功能)传递到身体的其他部位。 [8]

下面我们来看看完整的神经系统是长什么样的:

杏仁核是扁桃体?

是的。

杏仁核(英语:Amygdaloid)又名杏仁体、扁桃体,是基底核的一部分,位于侧脑室下角前端的上方,海马体旁回沟的深面,与尾状核的末端相连。

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