类脑研究之脑组成及神经系统相关理论！大脑是什么？大脑和脑有什么区别？大脑皮层和脑膜什么关系？人的神经系统有哪些？

1 引言

为了深入研究类脑，必须了解大脑的结构和机制。从神经系统分级和脑组成两个角度出发，详细介绍了大脑的生理结构和功能。附有图形和思维导图说明原理，浅显易懂，易于记忆。

2 神经系统

神经系统分为中枢神经系统和周围神经系统，中枢神经系统包括脑和脊髓， 周围神经系统包括躯体神经系统和自主神经系统。进一步细分如下图。

人的神经系统 神经系统的基本组成单位是神经元（神经元）。神经元由一个大的神经胞体和两种神经纤维（轴突和树突）构成。

• 树突(Dendrites): 树突是从细胞体辐射出来的短而且通常是多分叉的纤维。它们的主要功能是接收来自其他神经元的信号并将这些信号传递给神经细胞体。
• 轴突(Axon): 轴突是一种相对较长和单一的纤维，它从神经元细胞体延伸出去，并在其末端分化为许多分支。轴突的主要作用是将电信号（动作电位）从神经元传输到其他神经元、肌肉细胞或腺体等效应器官。

神经元 神经在一个方向上传输电脉冲，从一个神经元的脉冲发送轴突到下一个神经元的脉冲接收树突。在神经元的突触连接点，轴突分泌少量化学物质--神经递质。神经递质触发下一个神经元树突上的受体产生新的电流。不同类型的神经通过不同的神经递质在突触间传递信号。有一些冲动会刺激下一个神经元，还有一些会抑制下一个神经元。 神经元可以增加或减少它们与其他神经元之间连接的数量。可以部分解释人类进行学习、适应以及记忆的过程。但脑和脊髓都极少生成新的神经元。海马是一个例外，海马是参与记忆形成的脑区。 神经系统是一个极其复杂的通讯系统，它可以同时发出或接收大量的信号。但是神经系统对疾病以及外伤的抵抗力却很脆弱，例如神经元可发生退化，导致阿尔茨海默病、 亨廷顿氏舞蹈症或 帕金森病。

3 脑组成

脑可以分为大脑（cerebrum）、脑干（brainstem）和小脑（cerebellum）。

脑组成

3.1 大脑成分

大脑由灰质（Gray matter）和白质（White matter）构成。灰质主要由神经胞体（细胞核）组成，其中包含了神经元身体以及与之相关的其他细胞如胶质细胞。灰质富含细胞核、树突、轴突、突触等结构，这些结构是实现信息传递和处理的关键要素。白质则由较长而多支化的神经纤维组成，主要是轴突，这些纤维被髓鞘所包围，在视觉上呈现为白色。白质主要负责将不同区域内或跨越不同脑区之间传递信号，并提供支持、隔离和保护纤维束。

脑和脊髓成分

3.2 大脑外部：脑膜

大脑周围有三层称为脑膜（meninges）的保护层，如下图示。

• 最外层是硬脑膜（dura mater），厚而坚韧。它包括两层：硬脑膜的骨膜层排列在颅骨（颅骨）的内穹顶上，脑膜层位于其下方。各层之间的空间允许静脉和动脉通过，为大脑提供血流。
• 蛛网膜（arachnoid）是一层薄薄的、网状的结缔组织层，不含神经或血管。蛛网膜下方是脑脊液（CSF）。这种液体缓冲整个中枢神经系统（大脑和脊髓），并不断在这些结构周围循环以清除杂质。
• 软脑膜（pia mater）是一层薄膜，紧贴大脑表面并遵循其轮廓。软脑膜富含静脉和动脉。

大脑覆盖膜

3.3 大脑中部：大脑皮层

大脑分为左半球和右半球。大脑半球由神经纤维连接，神经纤维形成穿过脑中部的白质桥，称为胼胝体。大脑皮层是大脑的外层灰质覆盖层。皮层由于其褶皱而具有很大的表面积，并且约占大脑重量的一半。每个半球的大脑皮层又可进一步分为额叶（Frontal lobe）、顶叶（parietal lobes）、枕叶（occipital lobes）和颞叶（temporal lobes），如下图。每个脑叶都有其特别的功能，不过人体的大部分活动都需要双侧半球不同脑叶的多个区域协作才能完成。

大脑皮层的组成 各个脑叶功能如下： 额叶的功能有：

• 启动多种自主运动，例如观察感兴趣的物体、横穿街道、松弛膀胱以排尿等；
• 控制后天习得的运动技巧，如书写、演奏、系鞋带等
• 控制复杂的智能活动，如语言、思考、集中精神、解决问题、判断、计划未来等
• 控制面部表情、手和手臂的姿势
• 使表情、姿势与情绪和感受相协调
• 额叶的特定区域负责控制特定运动，尤其是对侧躯体的运动。对大部分人来说，左半球控制语言相关的大部分功能。

顶叶的功能有：

• 解释来自其他身体部位的感觉信息
• 控制身体和肢体位置
• 将形状、质地或重量等信息整合为知觉
• 影响数学及语言技巧，虽然这也与邻近部位的颞叶有关
• 存储空间记忆，使人们能够进行空间定位（知道他们在哪里）并保持方向感（知道他们要去哪里）
• 处理有助于人们确定躯体位置的信息

枕叶的功能有：

• 支配视觉并确定物体的形状
• 形成视觉记忆
• 将视觉感知与相邻的顶叶提供的空间信息相结合

颞叶的功能有：

• 形成记忆和情感
• 将瞬间记忆转化为短期和远期记忆
• 远期记忆的储存和再提取
• 理解声音和图像，从而使人们能够识别其他人和物体，并整合听觉和言语
• 大脑是大脑最大的部分，负责启动和协调运动并调节温度。大脑的其他区域负责言语、判断、思考和推理、解决问题、情感和学习。其他功能涉及视觉、听觉、触觉和其他感官。

3.4 大脑内部

包括垂体（Pituitary gland）、下丘脑（hypothalamus）、杏仁核（amygdala,）、海马（hippocampus）、松果体（pineal gland）、心室（ventricle）和脑脊液（cerebrospinal fluid）。如下图示。

大脑的内部结构

• 垂体有时被称为“主腺”，是一种豌豆大小的结构，位于鼻梁后面的大脑深处。垂体控制体内其他腺体的功能，调节来自甲状腺、肾上腺、卵巢和睾丸的激素流量。它通过其柄和血液供应接收来自下丘脑的化学信号。
• 下丘脑位于垂体上方，向其发送控制其功能的化学信息。它调节体温、同步睡眠模式、控制饥饿和口渴，还在记忆和情绪的某些方面发挥作用。
• 杏仁核是一种小型杏仁状结构，位于大脑的每一半（半球）下方。杏仁核位于边缘系统中，负责调节情绪和记忆，并与大脑的奖励系统、压力以及感知到威胁时的“战斗或逃跑”反应相关。
• 海马体是每个颞叶下侧的弯曲海马形状的器官，是称为海马结构的更大结构的一部分。它支持记忆、学习、导航和空间感知。它从大脑皮层接收信息，可能在阿尔茨海默病中发挥作用。
• 松果体位于大脑深处，通过柄连接到第三脑室的顶部。松果体对光和暗做出反应并分泌褪黑激素，调节昼夜节律和睡眠-觉醒周期。
• 大脑深处有四个开放区域，它们之间有通道。它们还通向中央椎管和脑膜蛛网膜层下方的区域。
• 脑室产生脑脊液（CSF），这是一种水状液体，在脑室和脊髓内及其周围以及脑膜之间循环。脑脊液包围并缓冲脊髓和大脑，清除废物和杂质，并提供营养。

3.5 脑干

脑干（Brainstem）将大脑与脊髓连接起来。脑干包括中脑、脑桥和延髓。

• 中脑（Midbrain）：中脑是一个非常复杂的结构，具有一系列不同的神经元簇、神经通路和其他结构。这些功能促进了各种功能，从听觉和运动到计算反应和环境变化。中脑还包含黑质，这是一个受帕金森病影响的区域，富含多巴胺神经元和部分基底神经节，负责运动和协调。
• 脑桥（Pons）：脑桥是 12 条脑神经中 4 条的起源，负责一系列活动，例如流泪、咀嚼、眨眼、聚焦视觉、平衡、听力和面部表情。脑桥以拉丁语“桥梁”的意思命名，是中脑和延髓之间的连接。
• 髓质（Medulla）：延髓位于脑干的底部，是大脑与脊髓的交汇处。髓质对于生存至关重要。延髓的功能调节许多身体活动，包括心律、呼吸、血流以及氧气和二氧化碳水平。延髓产生打喷嚏、呕吐、咳嗽和吞咽等反射活动。

脑干

3.6 小脑

小脑（Cerebellum）是大脑的拳头大小的部分，位于头部后部、颞叶和枕叶下方、脑干上方。像大脑皮层一样，它有两个半球。外部区域包含神经元，内部区域与大脑皮层相通。它的主要功能是协调运动保持姿势和身体平衡。

小脑