神经系统概述：探讨生命活动的调节与控制

2023-11-03 理论教育版权反馈

【摘要】：一切复杂多细胞动物都拥有神经系统，负责整体生命活动的控制与调节。神经系统的基本结构和功能单位是神经细胞，也称为神经元。就这样，我们的身体以神经元和神经胶质细胞为基本元件，构筑起强大的神经系统。中枢神经系统的神经元按照功能不同而聚集，形成许多功能区域。尽管神经系统的结构如此复杂，然而其信息流动是有序的，这有赖于“神经元回路”的完整性和多样性。

一切复杂多细胞动物都拥有神经系统，负责整体生命活动的控制与调节。研究动物进化过程可以发现，越是高等级的动物，其神经系统越发达。

原生动物是最低级的动物，一般为单细胞或者单细胞群体，它们没有神经系统。进化到腔肠动物（如水螅、海蜇），机体结构出现了内、外胚层的分化，并有了神经细胞。不过，它们的神经细胞只是相互连接成网状，神经信号传导没有一定的方向，也没有中枢与外周的区别，这是原始的神经系统。脊椎动物是高等级动物门类，形成了发达的神经系统，包括脑、脊髓和外周神经。

人类是脊椎动物中最高级的物种，神经系统的结构和功能复杂而完善，人类大脑的结构比其他任何动物更为发达，具有学习和应用语言、抽象思维、分析综合、计算和判断等复杂的功能。

神经系统的基本结构和功能单位是神经细胞，也称为神经元。神经元的基本结构与其他细胞相同，也由细胞膜、细胞核、细胞质等部分组成。但是，神经元是一种高度分化的细胞，它的形态与其他细胞大不相同，主要特征是从细胞体发出两种突起，分别叫作树突和轴突，这是神经细胞进行信息传递、形成网络样结构的基础（图13）。

神经元分化成这副模样，与它的基本功能和活动方式有关，那就是接受信息、整合信息、传递信息。一个神经元好比一台小小的交换机，连接着传入和传出的信号线。

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图13　神经元的形态结构模式图

细胞体的大小与一般的细胞差不多，从几微米到几十微米不等。细胞体发出的树突，像树枝一样逐级伸展出去，主要负责传入信号；轴突有点像电线，负责传出信号，其长度可达细胞体直径的数千倍。轴突的表面包裹着髓鞘，对轴突有保护和绝缘作用。轴突是一条细细的管道，管壁是轴膜（细胞膜），管腔内充满轴浆。轴浆的功能是化学物质和营养物质的运输，轴膜的功能是传播生物电（动作电位）。

神经元通过树突接受外来信息，在细胞体内对信息进行整合，然后通过轴突将信息传递给其他神经细胞。信息在轴突上的传递方式是动作电位，电流到达轴突末梢，轴突末梢以释放化学物质（递质）的方式，将信息传递给目标神经元。在轴突末梢与目标神经元交接的部位，有一种特殊的结构，叫作“突触”，在这个部位，实现两个神经元之间化学递质的传递。就这样，信息以生物电传播和化学物质传递的方式，在神经元之间流通（图14）。

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图14　神经元之间的连接，突触结构模式图

如果把神经系统比喻成一台超级计算机，那么神经元就是构筑这台计算机的元件。图中所表示的神经元只是一个模式图，实际上，神经元的种类很多，形态和功能也各不相同。神经系统的每一个部分需要用不同的神经元来构筑，正如计算机的各个功能单位要用不同的元件来制造一样。

脊椎动物的神经系统非常庞大，总体上可分为中枢神经和外周神经。构筑这样一个复杂的三维结构，只有神经元是不够的，还必须使用大量的辅助材料，对神经元提供结构上和功能上的支持。这种辅助材料就是神经胶质细胞。神经胶质细胞体积较小，数量众多（约为神经元数量的10倍），分布在神经元的周围，为神经元提供安全舒适的生活环境。神经胶质细胞对神经元的支持作用包括：固定与隔离、修复与再生、运输营养、清除代谢产物、缓冲与保护等。(www.chuimin.cn)

就这样，我们的身体以神经元和神经胶质细胞为基本元件，构筑起强大的神经系统。中枢神经由脑和脊髓构成，外周神经由12对脑神经和31对脊神经构成。外周神经发出的分支遍布全身躯体和内脏。在这里，还是让我们把神经系统比喻为一台超级计算机，那么，中枢神经系统是中央处理器和各级存储、计算装置，外周神经是输入和输出网络。

每一条外周神经就像粗大的电缆，里面有许多神经纤维。如果按照信息传导方向来分类，这些神经纤维可分为感觉纤维和运动纤维；如果按照神经调节功能来分类，这些神经纤维可以分为躯体神经和内脏神经。

感觉纤维又叫传入纤维，把外周的信息传回中枢；运动纤维又叫传出纤维，把中枢的指令传达给外周的组织器官。

躯体神经管理肌肉活动，可以受意志控制。例如，我们能随意活动肢体、瞪眼睛、伸舌头，这都是躯体神经支配的；内脏神经管理内脏器官、腺体、血管平滑肌的活动，不受意志控制，因此又称为自主神经。例如我们的呼吸、心跳、消化、泌尿、血压等，都是由内脏神经支配的。内脏神经又可分为交感神经和副交感神经。内脏器官受交感神经和副交感神经的双重支配，二者的作用相互对立、相互协调，共同保障生理活动的进行和内环境的稳定。

中枢神经系统的神经元按照功能不同而聚集，形成许多功能区域。每个功能区域都负责一定的感觉、分析、指挥、记忆等任务。功能上相同的神经元，其轴突也集合在一起形成传导束。各个不同的功能区域之间也有复杂的网络连接，可以实现信息交换。

尽管神经系统的结构如此复杂，然而其信息流动是有序的，这有赖于“神经元回路”的完整性和多样性。前文已经讲到，神经元是神经系统的基本结构单位，而神经元回路（在整体上可称为神经回路）则是神经系统的基本功能单位。

一个神经回路由信息传入端、信息加工和调制中心、信息传出端三个环节组成。例如，当手指接触火焰，灼痛的信息经感觉神经传入相应的脊髓节段，在这里经过加工和调制，发出指令，经传出神经到达上肢肌肉，引起回缩动作，构成一个完整的神经回路。我们的身体里每时每刻都有千万个神经回路在工作，它们相互独立又相互联系，监控、感受着身体的内外环境变化，指挥、协调着身体的生命活动。

神经回路有大有小，有的只涉及单一的神经结构，有的则涉及多个神经结构，包括外周神经、脊髓、脑干、小脑和大脑。例如上面提到手指接触火焰的例子，如果传入的刺激信息足够强大，位于脊髓的神经中枢在做出初步处理的同时，会将该信息继续上传到高级中枢乃至大脑，调动更多的神经结构参与信息传递、加工和调控，导致整体的反应。

实际上，神经系统对感觉和运动的管理都是由复杂的神经回路来完成的。至于人类大脑的高级神经活动，诸如语言和思维、学习和记忆、心理与情感等，这方面的奥秘尚未解开。

只涉及单一神经结构的小规模神经回路，在神经系统中也是普遍存在的，最典型的例子是胃肠道，包括食管、胃、小肠、结肠，直至肛门。

在胃肠道的管壁内分布着密集的神经元，像草丛一样，因此称之为神经丛。这些神经元当中，有感觉神经元、运动神经元和中间神经元。它们相互连接，形成一个相对独立的神经网络。这些神经细胞与胃肠道内的感受器、腺体、平滑肌等结构，形成各种小规模的神经回路，随时感受胃肠道的“风吹草动”，支配腺体分泌、平滑肌运动，调节消化过程。

但是，胃肠道管壁内的神经丛也不是孤立的，它们与上级神经元之间有突触连接，随时接受上级神经元的控制。它们的上级神经元就是自主神经系统，包括交感神经和副交感神经。如果把神经系统看作因特网，我们可以把胃肠道神经丛看作一个局域网。这个局域网很庞大，拥有数以亿计的神经元，因此被称为人体的“第二大脑”。它可以相对独立地运行，管理消化系统。与此同时，这个局域网随时接受上级的控制和协调，随时向上级传递大量的信息，供中枢神经系统进行“大数据分析”。

神经系统概述：探讨生命活动的调节与控制

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