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神经系统奇妙的灵活性有助于我们发展神经网络
点击:2448次   日期:2017年10月20日

神 经 元

      神经元(神经细胞)是一种特化细胞,专为全身电信息的传输而适应。人类的神经系统被认为包含有10的11次方个神经元,与银河系中的星星数目相当。没有两个神经元是完全相同的,但按其功能可分为几大类。

神经元主要有三种类型:感觉神经元、中间(联络)神经元和运动神经元。

      感觉神经元将全身来自皮肤、眼睛、耳朵、舌头、鼻子和本体感受器的感官信息,传入中枢神经系统(脑和脊髓)。本体感受器是传递有关肌肉位置或肌张力或关节活动和平衡信息的感觉器官。本体感受器遍布肌肉、肌腱、关节和内耳机制中。

      中间神经元具有形成网络的功能。在脊髓和脑中,中间神经元通过其树突向整个脑中的其他中间神经元网络传递信息。联络神经元所构成的巨大中介网占中枢神经系统(CNS)神经元总数的99.98%。它们把所有的信息收集在一起进行处理,然后通过运动神经元来激活身体、肌肉和腺体,作出反应。这个巨大的中介网可以被视为中央指挥部,可以即时接通脑部的整个信息网络。

      信息通过传递并进行处理后,巨大的中介网就把信息传递到源自脑中的合适的运动神经元来发动行为。运动神经元从中枢神经系统把信息带到肌肉和腺体来激活它们的功能。每一个行为都需要激活运动神经元。对于大肌肉运动,如前后摆动右臂,一个运动神经元可能刺激到150至2000条肌肉纤维,触发它们同时收缩。对于更精细的动作,一个神经元刺激到的肌纤可以不及十条。这样比较集中的分配,可以对高水准技巧的肌肉运动如钢琴演奏或脑外科手术,达到更精准的控制。


神经元结构


      神经元的所有结构都参与指导和规划一个生物体的行为。神经元胞体包含细胞核和其他重要的细胞器官。胞体通常位于脊骨和颅骨的骨质保护中,因为它们包含了整个细胞的遗传和再生硬体。

      树突是由胞体延伸出来的粗大分支,它们收集信息并将刺激传入胞体。轴突通常是一条细长的纤维,它将胞体发出的神经冲动传递给另一个神经元、肌肉或腺体。当神经元被多次使用之后,轴突的表层会形成一种分段覆盖的白色多层磷脂(脂肪)质,叫做髓鞘。髓鞘可以提高神经冲动传导的速度,具有绝缘、保护轴突的功能,当神经受损时可促进轴突再生。

      我们第一次学东西时,进展很缓慢,就像在荒芜地带开出一条路来。但是随着神经元反复被激活,就产生了更多的髓鞘。髓鞘聚集越多,传输的速度就越快。在有丰富髓鞘包裹的神经元中,神经冲动以每秒100米的速度传导。因此,练习越多,髓鞘就越多,传导速度就越快——直到它变得轻易又熟悉,就像在高速公路上开快车一样。研究人员发现,更厚的髓鞘令脑子变得更大、更能协调高速的感知判断。较厚的髓鞘与更高的智力有关。脑部、脊髓和全身神经中白质的白色,就是因为髓鞘了。无髓鞘的神经纤维是灰色的,与胞体一起构成了脑和脊椎中的灰质。

      轴突末端胀大的结构叫神经足。这些神经足的突触小泡,内含特殊的化学物质叫做神经递质。激活后,神经递质在该神经元与目标神经元、肌肉或腺体的细胞膜感受器之间的间隙(突触)中传递,从而刺激或抑制目标细胞膜的激活过程。在这些特化的接触点上,信息就从一个细胞传递到另一个。


神经信息传递与认知形成


      神经沐浴在信息化学物质(神经递质、多肽、激素、因子和蛋白质配体)的海洋中;这些信息物质与神经细胞的感受器连结在一起,从而触发神经功能。某些神经递质或信息化学物质具有兴奋作用,通过降低膜电位或跨膜离子极性来增加信息传输量。而其他的则具有抑制性,通过提高膜电位来减少信息传输量。

      信息在胞体上以化学方式在突触之间进行传输,沿神经纤维的轴突至终树枝的神经足则以电流传递信息。为了让大家对这个过程有一个更清晰的观念,举例说明:比如当你不小心踩在尖石上,脚底痛觉感受器中的树突接收到了刺激,信息经过树突传递到胞体后,再沿着轴突到达终树枝和神经足。突触小泡中的神经递质被释放并越过突触间隙,激活下一个神经元的感受器,通常是脊髓中的中间神经元。然后,这个神经元通过突触与运动神经元连接,运动神经元的轴突把信息传递到脚部肌肉,使它们不要使劲在石头上踩下去。与此同时,该中间神经元联络其他中间神经元,把冲动带到脑部的感觉皮层。这样,脚下有尖石的整个认知就形成了。

      这就是身体在内外环境之间的沟通方式。这种持续的分子沟通,在学习时根据运用的需要,作出连贯、同步的改变,进行重组。神经系统奇妙的灵活性可使我们掌握众多种类的技能。我们可以发展神经网络,来实现钢琴家对肌肉的精细控制和音乐感,或者画家敏锐的空间感。这在很大程度上取决于我们。在某种意义上,我们设计了自己的神经系统,以满足我们的兴趣和应对生活中所面临的选择和挑战。

(本文摘自《运动促学》Dr.CarlaHannaford著  何兆燦翻译)


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