生物智能

图片:Carlos Cruz-Diez
Whatsapp
Facebook
Twitter
Instagram
Telegram

通过 费利佩·阿普尔·科斯塔

控制你身体的不是你,而是你的大脑

集成和控制系统

人体有两个控制系统:神经系统(NS)和内分泌系统。[1] 第一个是快速且短暂动作的系统,它通过电脉冲进行操作,电脉冲是一种以非常高的速度(例如 100 毫秒)传导的信号。 - 1)。这提供了灵活性,在某些情况下,系统的反应时间几乎为零。

第二种是缓慢而持久的作用系统,通过通过血液传播的激素和化学物质来发挥作用。[2] 传输速度要慢得多,这一差异有助于解释为什么这里的反应时间要慢得多。然而,信号是持久的:只要激素在血液中循环,具有适当受体的细胞就会继续做出反应。

另一个重要的区别涉及目标的大小和控制的准确性。由神经元链传递的脉冲能够到达一小群运动细胞甚至单个细胞。血液流动不允许这样做。严格来说,通过血液的激素会影响携带各自受体的所有细胞。

接下来,我们将了解神经系统的某些方面。[3]

有头骨的脊索动物

颅骨的神经系统 - 读:有头骨的脊索动物[4] – 由(i)大脑组成,这是一组封闭在头骨内的结构,重点是大脑,是一组具有凝胶状稠度和球形外观的细胞(特别是在鸟类和哺乳动物的情况下); (ii) 脊髓,一根连接到大脑后部并穿过脊柱内部的圆柱形管。[5]

用希尔德布兰德和戈斯洛(Hildebrand & Goslow,2008,第 319 和 321 页)的话来说:“大脑是身体中最复杂的器官,对许多人来说也是最奇妙的器官。 […] 大脑不仅仅在 3 亿次脉冲(达到 10 次)中传输、拒绝或存储信息。10 每醒来的每一秒都有细胞。[6] 它以超越我们目前理解的方式转换信息、调整信息并在替代反应之间进行选择。”

大脑从哪里来?

与髓质不同,在脊椎动物的进化史上,髓质变化相对较小,而大脑无论在大小还是形状上都发生了显着的变化(见图1)。

成熟的大脑由三个胚胎区域发育而来:前脑(或前脑)、中脑(中脑)和后脑(后脑)。每个区域都会产生具有特定功能的器官或组织。大脑是这些器官之一,小脑是另一个。

自从有颅骨出现以来,大脑的尺寸已经大大增加。无论是绝对值还是相对值。例如,看看(大脑):(髓质)比率在不同谱系之间如何变化。在最古老的动物(鱼类和两栖动物)中,这一比例约为 1:1——也就是说,大脑和脊髓的质量大致相同。然而,在哺乳动物中,这一比例非常不平等,在人类中达到 50:1。例如,我们大脑皮层的质量约为 882 克(或 8 × 1010 细胞),而骨髓不超过 18 g(2,1 × 109 细胞)。[7]

大脑的大小

另一种相关比较涉及大脑(或大脑)与大脑的大小。身体的大小。两者之间存在非常显着的正相关关系。[8] Bonner 的评论如下(1983 年,第 67-8 页):“一个群体在地球历史上出现的时间与该群体大脑的尺寸之间存在直接的负相关关系。一方面,鱼类的大脑较小,另一方面,哺乳动物的大脑较大。这表明学习能力有增加的趋势,反应灵活性也有增加的趋势。但请注意,这种大脑扩张可能在很大程度上对应于新生态位的扩张,而不仅仅是大脑较小的动物的消除。 […] [F]ish 仍然存在,尽管他们的大脑相对微不足道,但作为一个群体,他们数量众多且成功。”

但这种相关性存在重大偏差。例如,在哺乳动物中,灵长类动物因拥有特别大的大脑而脱颖而出。如果我们只考虑身体尺寸的话,它会比预期的要大。在灵长类动物中,人类更为突出。

以下是 Lewin 的描述(1999 年,第 448-50 页):“可以说,南方古猿的大脑大小几乎为 400 厘米3,并且在该类型的整个历史中仅略有增加。随着属的起源观察到更明显的扩张 智人,具体来说 能人/鲁道夫西斯,生活在 2,5 至 1,8 万年前,大脑尺寸为 650 至 800 厘米3。尺寸变化为 智人ergaster/直立,可追溯到 1,8 万年前至 300.000 万年前,高度为 850 至 1.000 多厘米3。等效措施 智人 古树高度在 1.100 至 1.400 厘米以上3,也就是说,比现代人类更大。使用脑化商(EQ)(衡量大脑大小相对于身体大小的指标),我们可以更客观地辨别这种进展。南方古猿物种的 EQ 约为 2,5,而普通黑猩猩的 EQ 为 2,第一类黑猩猩的 EQ 为 3,1 智人ergaster/直立,对于现代人来说是 5,8。”

像这样的关系(我的意思是:大脑与脊髓或大脑与身体的相关性)被转换成可用于比较不同动物群体的智力程度的指数。一般来说,大脑的相对大小越大,智力程度就越高。一种基于某些生物学假设的陈述。正如 Jerison (1985, p. 106) 所定义的:“代表一个物种的成年人的生物智力是可用神经信息处理能力以及控制一般身体功能所必需的行为结果。”

现在,我们知道大脑是身体其他器官的控制中心,因此体型较大的动物拥有同样较大的大脑也就不足为奇了。毕竟,如果动物体内有更多的细胞,就必须需要更多的神经元来控制它们。

人体神经系统

我们的神经系统可分为(i)中枢神经系统(CNS); (ii) 周围神经系统(PNS); (iii) 自主部门,包括交感神经和副交感神经。这种区别既是形态上的又是功能上的,尽管这三个部分是相互依赖的。

中枢神经系统是接收和处理刺激并发出反应的区域。它的组成元件位于中轴骨骼内:大脑位于颅骨内,脊髓位于脊柱内。下面我们只讲大脑。

大脑的发育

大脑是由一种称为神经管的胚胎结构形成的,而神经管本身又来自于一种称为神经板的先前结构。

神经管在妊娠第四周左右形成,此时胚胎为 26-29 天。这种结构的出现标志着称为神经形成的发育阶段的开始。再过几天,就可以观察到管前部是否存在扩张。这些是上面已经提到的主要大脑区域(前脑、中脑和后脑)。

这三个区域将分为五个: (i) 前脑 – 这是最前面的扩张。在发育过程中,侧向部分膨胀,直至覆盖并隐藏中心部分。产生端脑和间脑; (ii) 中脑——不细分。在成熟的胚胎中,它仍然被认为是或多或少狭窄的管; (iii) 后脑——这是最靠后的扩张。它经过纵向细分,产生间脑和脊髓。

这五个区域随后将产生构成大脑的结构(例如大脑、小脑和延髓)。让我们来看看。

成熟的大脑

第一的。端脑和间脑产生大脑。第一个产生两个大脑半球。两个半球被深裂分开,通过称为胼胝体的内侧结构连接。有较小的连接,但胼胝体主要负责两个半球之间的连接,[9]

正如我们许多人所目睹的那样,大脑的外表面表现出一种奇怪的回旋或回旋模式,它们被不同深度的狭缝(或裂缝)分开。端脑夸张的横向生长几乎完全覆盖了间脑,而间脑仍然是一个独特的结构,处于中间位置。

间脑壁产生丘脑等(即,下丘脑、下丘脑、上丘脑和下丘脑)。

第二。中脑变化相对较小并且保持相同的名称。

第三。中脑产生小脑和脑桥,而脊髓脑产生延髓。小脑的表面覆盖着不同深度的凹槽(裂缝)。这些裂隙将器官分成叶。然而,这些并没有表现出在大脑半球中观察到的地形特化。[10]

因此,成熟的大脑包含三组结构:(i)大脑(大脑半球、丘脑等); (ii) 脑干(中脑、脑桥和延髓),通过所谓的大脑脚连接半球; (iii) 小脑。

人体除了中枢神经系统外,还设有周围神经系统(PNS)和自主神经系统(ANS)。

外周神经系统。

周围神经系统包括神经末梢、神经节和神经。神经末梢与感觉和运动纤维相关,存在于运动板和游离神经末梢的形式中。中枢神经系统外细胞体的积累通常采取小扩张的形式,称为神经节。神经由与结缔组织相关的神经纤维形成。它们看起来像白色的绳索,其功能是将冲动传导(接受并带来)中枢神经系统。它们分为两大类:脑神经(12 对连接到大脑)和 n。脊髓(31对与脊髓相连)。[11]

自主神经系统

从功能上来说,神经系统可分为躯体神经系统和内脏神经系统。第一个负责中枢神经系统和来自外部的刺激(通过感觉器官)之间的中介。第二个负责中枢神经系统和身体其他器官之间的中介。例如,控制呼吸频率和心跳是内脏系统的任务。

躯体和内脏都有两个组成部分:传入或外向成分(将冲动从内脏带到中枢神经系统的特定区域)和传出或返回成分(将冲动从中枢神经系统的特定区域带到内脏,通常结束于腺体或肌肉)。内脏神经系统的传出(或运动)部分通常称为自主神经系统。反过来,它又分为交感神经系统和副交感神经系统,它们根据形态学和生理学标准进行区分。就本文而言,只要指出交感神经和副交感神经通常对其所支配的器官产生拮抗作用(当交感神经刺激时,副交感神经就会抑制)就足够了。

尾声

最后,让我们看一个非常熟悉的例子,说明神经系统如何控制我们的身体。考虑一下所谓的(非自愿)脊髓反射会发生什么。[12]

当我们对某种行为或反应有很大程度的有意识控制时,就可以说它是自愿的。事实证明,我们的许多反应,尤其是在危险情况下,都是无意识的。在非自愿反应中,我们最初不知道正在处理什么,这意味着我们不会刻意选择这个或那个反应。例如,这就是所谓的撤回反射中发生的情况。停下来想一想:当你不小心将手指扎到针上或脚撞到床角时,会发生什么?我想你的答案和我的没有太大不同:我们不假思索地立即做出反应。

简而言之,所发生的情况大致如下:来自外部的信号通过神经系统的输入路径,穿过脊髓传输到大脑。立即反应(将手指从针上移开或将脚从障碍物上移开)是由在脊髓本身水平起作用的神经回路决定的,响应信号从那里通过输出路径传输到适当的肌肉群。

在这种情况下,我们才开始意识到发生了什么(事故、伤口等)——包括我们自己的反应(导致手或脚远离疼痛源的肌肉运动)——剧集结束后几秒钟。由于反应不是由意识水平决定的,因此被认为是非自愿反应。

我们体内发生的许多事情都是非自愿的。因此,最后,不要欺骗自己:控制你身体(我的意思是:内部生理和部分外在行为)的人不是你(我的意思是:不是你自觉的自我),而是你的身体。大脑(我的意思是:你的神经系统)。

*费利佩 APL 科斯塔 是一位生物学家和作家。 作者,除其他书籍外 什么是达尔文主义。

参考文献


邦纳,J.T. 1983年[1980]。 动物文化的演变。 RJ,扎哈尔。

Cingolani HE 和 Houssay, AB,编辑。 2004年[2000]。 豪赛的人体生理学,P 阿莱格里,Artmed。

JG 丹杰洛和加利福尼亚州法蒂尼。 2007年。 人体解剖学,第三版。 SP,雅典娜。

盖顿,AC 和霍尔,JE。 2006年。 医学生理学教材,第 11 版。 SP,爱思唯尔。

爱荷华州哈顿等 5. 2023。人类细胞计数和大小分布。 诉讼中的国家科学院院士 120:e2303077120。

Herculano-Houzel, S & Lent, R. 2005。各向同性分馏器:一种简单、快速的大脑总细胞和神经元数量定量方法。 神经科学杂志 25:2518-21。

希克曼,CP,Jr 等 2. 2004 [2001]。 动物学综合原理,第 11 版。 RJ,G 库根。

希尔德布兰德,M 和戈斯洛,G. 2006 [2004]。 脊椎动物结构分析,第三版。 SP,雅典娜。

杰里森,H.J. 1985。大脑进化问题。见:R Dawkins 和 M Ridley,编辑。 牛津进化生物学调查, v. 2. 牛津大学出版社。

四旬期,R,组织。 2008. 神经科学:思想和行为. RJ,G 库根。

勒温,R.1999 [1998]。 人类进化。 SP,雅典娜。

施密特-尼尔森,K. 2002 [1997]。 动物生理学,第五版。 SP,桑托斯。

Shultz, S & Dunbar, R. 2010。脑化并不是哺乳动物普遍的宏观进化现象,而是与社会性相关。 诉讼中的国家科学院院士 107:21582-6。

斯坦德林,S,编辑。 2010年[2008]。 格雷的解剖学,第 40 版。 RJ,爱思唯尔。

托尔托拉,GJ 等 2. 2005 [2004]。 微生物学,第 8 版。 P·阿莱格里,Artmed。

沃特,D 和沃特,JG。 2006年[2004]。 生物化学,第 3 版。 P·阿莱格里,Artmed。

笔记


[1] 有关详细讨论,请参阅 Schmidt-Nielsen (2002)。本文对应题为《神经、大脑和行为》三部曲的第三部分和最后一部分(要参阅第一部分和第二部分,请参阅 这里 e 这里).

[2] 除了所谓的内分泌激素(其分子将作用于远处的细胞)之外,还认识到其他两种类型:旁分泌激素(仅在释放它们的细胞附近起作用)和h。自分泌(作用于分泌它们的细胞)。从严格的化学术语来看,动物激素通常是肽分子(例如胰高血糖素和胰岛素)或类固醇(例如睾酮和雌激素)——有关详细信息和示例,请参见 Schmidt-Nielsen (2002) 和 Voet & Voet (2006)。

[3] 为了详细检查神经系统的结构和功能,巴西读者可以使用一些手册。例如:(i) 人体解剖学 – Standring (2010),或者更简单的介绍,Dangelo & Fattini (2007); (ii) 比较解剖学 – Hickman 等人。 (2004) 以及希尔德布兰德和戈斯洛 (2006); (iii) 神经生理学 – Cingolani & Houssay (2004)、Guyton & Hall (2006) 和 Lent (2008)。

[4] 脊索动物门通常分为三个亚门(例如,Hickman et al. 2004;Hildebrand & Goslow 2006):尾索动物门(Gr., 大浦, 尾部 + L., 索达, 字符串 + ATA,特征为),容纳海鞘类(被囊动物);头索动物门 (Gr., 凯法莱, 头 + L., 索达,绳索),容纳文昌鱼;和脊椎动物 (L. 脊椎动物,有椎骨),汇集了各种各样的“鱼”,以及两栖动物、爬行动物、鸟类和哺乳动物。海鞘和文昌鱼被认为是有头骨的(读作:没有头骨),而其他脊索动物被认为是有头骨的。头骨是一个容纳大脑的骨或软骨盒子。通常将头骨分为两部分:神经颅骨和内脏颅骨。第一个,后部和上部,容纳大脑;第二个是前部和下部,与呼吸系统和消化系统两个主要系统有关。就人类而言,具体来说,这是 Dangelo & Fattini (2007, p. 399) 的评论:“内脏颅骨通常被称为面部。出生时,神经颅骨比内脏颅骨大得多,因为神经颅骨与大脑、眼睛、听觉和平衡器官的生长有关,而这些器官在出生时就已经发育良好。然而,内脏颅骨的发育与牙齿和上颌窦的外观有关。所以,在这种情况发生之前,脸的高度很小。即使在成年人中,神经颅骨和内脏颅骨之间的比例失调仍然存在,但比出生时和儿童时期的比例要小。”

[5] 脊髓穿过中央椎管内部,从颅骨底部延伸到大约第二腰肋,被三层膜包围。这些被称为脊膜。它们是(从外到内):硬脑膜、蛛网膜和软脑膜(Dangelo & Fattini 2)。脑膜感染统称为脑膜炎,可由不同的病原体(例如病毒和细菌)引起。尽管脑膜炎的发生相对偶发且局部化,但脑膜炎可能会产生非常严重的后果,特别是细菌来源的脑膜炎(例如脑膜炎球菌和肺炎球菌脑膜炎)——有关详细信息,请参见 Tortora 等人。 (2007)。

[6] 巴西研究人员(Herculano-Houzel & Lent 2005)揭示,构成人类大脑的细胞数量低于前面提到的 100 亿个。有关我们体内发现的不同细胞类型的普查,请参阅 Hatton 等人。 (2023)。

[7] 用 Dangelo & Fattini (2007, p. 88) 的话说:“大脑皮层是覆盖大脑半球的灰质层 […];相当于大脑重量的 40%。”哈顿等人。 (2023) 是引用数字的来源。

[8] 特别是在哺乳动物中,大脑大小和社会化程度之间存在更显着的相关性——参见 Shultz & Dunbar (2010);邦纳 (1983)。

[9] 胼胝体发育不全(CCA)是一种先天性脑部疾病,其特征是胼胝体完全或部分缺失。这是一种相对罕见的情况,这有助于解释为什么并非每个儿科医生都能提供正确的诊断。在这种情况下,家人需要咨询儿科神经科医生。

[10] 地形专业化暗示了大脑的不同部分负责特定功能的事实。对于大脑皮层的地图,参见,例如,Standring (2010);有关功能细节,Guyton & Hall (2006)。

[11] 在 12 根脑神经 (I-XII) 中,读者可能最熟悉其中的两根:三叉神经 (V) 和迷走神经 (X)。三叉神经对大部分面部和口腔粘膜仍然敏感;迷走神经支配所有胸腔和几乎所有腹部内脏——关于脑神经,参见 Dangelo & Fattini (2007);有关更多详细信息,请参阅 Standring (2010)。

[12] 详情请参见 Guyton & Hall (2006)。


地球是圆的 感谢我们的读者和支持者。
帮助我们保持这个想法。
贡献

查看作者的所有文章

过去 10 天内阅读最多的 7 篇文章

查看作者的所有文章

搜寻

研究

THEMES

新刊物