动物解剖学和生理学/神经系统

目标

完成本节后，您应该了解

神经系统在协调动物对环境反应中的作用
神经系统收集、整理和存储信息并启动运动
神经元的结构和功能
突触和神经递质的结构和功能
称为反射的神经通路及其示例
训练可以培养动物的条件反射
神经系统可以分为中枢神经系统和周围神经系统
大脑周围有称为脑膜的膜
大脑的基本组成部分以及大脑半球、下丘脑、垂体、小脑和延髓的功能
脊髓的结构和功能
周围神经系统由脑神经、脊神经和自主神经系统组成
自主神经系统由交感神经和副交感神经组成，它们具有不同的功能

协调

动物必须能够感知和响应它们所生存的环境才能生存。例如，它们需要能够感知周围环境的温度，以便避开炎热的阳光。它们还必须能够识别食物和逃避捕食者。

身体的各个系统和器官也必须相互关联，以便协同工作。例如，一旦捕食者识别出合适的猎物，它就必须抓住它。这需要协调肌肉的收缩，以便捕食者能够奔跑，然后必须增加血液供应到肌肉，为其提供氧气和营养。与此同时，呼吸速率必须提高，以供应氧气并清除因这种增加的活动而产生的二氧化碳。一旦猎物被抓住并吃掉，消化系统就必须被激活，以消化它。

动物对环境变化的反应调整以及这种反应所涉及的复杂身体过程的联系被称为协调。动物的协调涉及两个系统。分别是神经系统和内分泌系统。第一个系统通过神经纤维上的电脉冲起作用，第二个系统通过从腺体释放特殊化学物质或激素到血液中起作用。

神经系统的功能

神经系统具有三个基本功能

1. 感觉功能 - 感知体内外变化（称为刺激）。例如，眼睛感知光线变化，耳朵对声波有反应。在体内，胃中的牵张感受器表明胃已满，血管中的化学感受器监测血液的酸度。

2. 整合功能 - 处理从感觉器官接收到的信息。这些器官的脉冲被分析并存储为记忆。来自不同来源的许多不同的脉冲被分类、同步和协调，并启动适当的反应。整合、记忆和应用经验的能力使高级动物在很大程度上优于其他动物。

3. 运动功能 - 第三项功能是对刺激的反应，导致肌肉收缩或腺体分泌。

所有神经组织都由神经细胞或神经元组成。它们传递高速信号，称为神经冲动。神经冲动可以认为类似于电流。

神经元

神经元是适应传递神经冲动的细胞。典型的神经元有一个含有细胞核的细胞体，一个或多个被称为树突的分支丝，它们将神经冲动传导到细胞体，以及一条长纤维，即轴突，它将冲动传导离开细胞体。许多轴突周围包有一层称为髓鞘的脂肪物质。这会加快神经冲动沿神经传播的速度（参见图 14.1）。

图 14.1 - 运动神经元

神经元的细胞体通常位于大脑或脊髓中，而轴突延伸到它供应的器官的整个距离。例如，将脉冲从脊髓传导到马的后腿或尾巴的神经元可以长达几英尺。神经是轴突的束。

感觉神经元是一种神经细胞，它将脉冲从感觉感受器（如眼睛或耳朵中的感受器）传递到大脑或脊髓。运动神经元是一种神经细胞，它将脉冲从大脑或脊髓传递到肌肉或腺体。中继神经元连接感觉神经元和运动神经元，并位于大脑或脊髓中（参见图 14.1 和 14.2）。

图 14.2 - 感觉神经元、中继神经元和运动神经元之间的关系

神经元之间的连接

相邻神经元之间的连接被称为突触。这里两个神经细胞并没有真正接触，因为它们之间有一个微小的间隙。突触前神经元中的电脉冲会刺激被称为神经递质（如乙酰胆碱）的化学物质的产生，这些物质会分泌到间隙中。

神经递质化学物质扩散穿过间隙，当它们接触下一个神经细胞的膜时，会刺激新的神经冲动（参见图 14.3）。冲动过去后，化学物质会被破坏，突触就准备好接收下一个神经冲动。

图 14.3 - 神经和突触的放大图

反射

反射是对刺激的快速自动反应。当你无意中接触到一个热的物体并自动地缩回你的手时，这是一种反射行为。它发生在你没有思考的情况下。动物在物体靠近眼睛时会自动眨眼，猫在空中坠落时会扭转身体，以便四肢着地。（请不要在家用你的宠物猫测试这个！）。

吞咽、打喷嚏和在强光下瞳孔的收缩也是反射行为。动物中反射行为的其他一些例子包括因寒冷而发抖以及听到突然的响亮声音时张开嘴巴。

神经冲动在反射中所走的路径被称为反射弧。大多数反射弧只涉及三个神经元（参见图 14.4）。刺激（爪子上的针）会刺激皮肤的痛觉感受器，从而在感觉神经元中引发冲动。这会传导到脊髓，在那里通过突触传导到位于脊髓中的连接神经元，称为中继神经元。中继神经元又与一个或多个运动神经元形成突触，运动神经元将冲动传导到肢体肌肉，导致它们收缩，将爪子从尖锐物体上移开。反射不需要大脑参与，尽管你意识到正在发生的事情，并且在某些情况下，你可以阻止它们发生。动物天生就有反射。你可以把它们想象成硬接线。

图 14.4 - 反射弧

条件反射

在大多数反射中，刺激和反应是相关的。例如，口腔中的食物会引起唾液腺分泌唾液。然而，可以训练动物（和人类）对不同的、通常是无关的刺激做出反应。这被称为**条件反射**。

一位名叫巴甫洛夫的俄罗斯生物学家进行了经典的实验，以证明这种反射，他训练狗在听到铃声时分泌唾液。几乎每个宠物主人都能识别他们已在动物身上训练出来的反射。也许你训练过你的猫将食物与冰箱门的打开联系起来，或者让你的狗习惯你在带它散步之前要做的例行公事。

神经系统的组成部分

当我们描述脊椎动物的神经系统时，我们通常将其分为两个部分（见图 14.5）。

1. **中枢神经系统**（**CNS**）由脑和脊髓组成。

2. **周围神经系统**（**PNS**）由连接到脑和脊髓的神经（脑神经和脊神经）以及**自主**（或不自主）神经系统组成。

图 14.5 - 马的神经系统

中枢神经系统

**中枢神经系统**由脑和脊髓组成。它充当一种“电话交换机”，在那里建立了大量交叉连接。

当你看脑或脊髓时，一些区域看起来是乳白色（**白质**），而其他区域看起来是灰色（**灰质**）。白质由大量的神经轴突组成，灰质由神经细胞的胞体组成。在大脑中，灰质位于外部，在脊髓中，它位于内部（见图 14.2）。

大脑

大脑的主要部分位于被称为**颅骨**的坚固的“盒子”的颅腔内。围绕着脆弱的脑组织（和脊髓）的是被称为**脑膜**的保护膜（见图 14.6），以及一种清澈的液体，称为**脑脊液**，它保护和滋养脑组织。这种液体也充满了大脑内的四个空腔或**脑室**。

脑组织非常活跃，即使动物在休息时，它也会消耗掉肺吸入的氧气的 20%。**颈动脉**是主动脉背侧的一个分支，为它提供所需的氧气和营养。如果脑组织缺氧 4-8 分钟，就会发生脑损伤。

大脑由三个主要区域组成

1. **前脑**，包括**大脑半球**、**下丘脑**和**垂体**；

2. **后脑**或**脑干**，包含**延髓**和**脑桥**；

3. **小脑**或“小脑”（见图 14.6）。

图 14.6 - 狗脑的纵切面

绘制大脑地图

在人类和一些动物中，大脑皮层不同区域的功能已被绘制出来（见图 14.7）。

图 14.7 - 人类大脑皮层区域的功能

前脑

**大脑半球**是大脑顶部的脑组织团块。表面折叠成脊和沟，称为**脑沟**（单数为脑沟）。它们使大脑的这一部分看起来有点像一个非常大的核桃仁。两个半球被一条深沟隔开，尽管它们通过一束粗厚的神经纤维在内部连接起来。每个半球的外层被称为**大脑皮层**，大脑半球的主要功能在这里执行。

与其他脊椎动物相比，哺乳动物的大脑皮层很大，而且很复杂，人类的大脑皮层最大，因为这是与记忆、学习、推理和智力有关的所谓“高级中枢”所在的地方。

来自眼睛、耳朵、鼻子和皮肤的神经将感觉冲动传递到皮层，在那里被解释。在过去事件记忆的启发下，这里会启动适当的自愿运动。

皮层的不同区域负责特定的感觉和运动功能，例如视觉、听觉、味觉、嗅觉或移动前肢、后肢或尾巴。例如，当狗嗅到气味时，来自鼻腔嗅觉器官的感觉冲动通过嗅觉神经传递到大脑半球的嗅觉中枢，在那里冲动被解释和协调。

在人类和一些动物中，大脑皮层不同区域的功能已被绘制出来（见图 14.8）。

图 14.8 - 大脑皮层区域的功能

**下丘脑**位于大脑底部，并通过一个“柄”连接到“主要”激素生成腺体**垂体**（见第 16 章）。下丘脑可以被认为是神经系统和内分泌（激素生成）系统之间的桥梁。它产生一些从垂体释放的激素，并控制垂体中其他激素的释放。

它也是控制动物内部环境和维持稳态的重要中枢。例如，它有助于调节食物通过肠道的运动以及血液的温度、血压和浓度。它还负责饥饿或口渴的感觉，并控制睡眠模式和性欲。

后脑

**延髓**位于大脑底部，是脊髓的延续。它承载着脊髓和大脑之间的所有信号，并包含控制重要身体功能的中心，如基本的呼吸节律、心跳速度和肠道的活动。延髓也协调吞咽、呕吐、咳嗽和打喷嚏。

小脑

**小脑**（小脑）看起来很像一个较小版本的大脑半球，附着在大脑的后部。它接收来自内耳平衡器官（前庭器官）以及来自肌肉和肌腱的牵张感受器的冲动。通过协调这些，它调节行走和跑步时的肌肉收缩，并帮助维持动物的姿势和平衡。当小脑功能障碍时，会导致震颤和运动不协调。

脊髓

脊髓是一条神经组织索，从后脑沿椎骨的通道向下延伸到尾巴末端。当成对的**脊神经**从脊髓通向身体各个部位时，它会逐渐变小。保护膜或脑膜覆盖着脊髓，并封闭脑脊液（见图 14.9）。

图 14.9 - 脊髓

如果你横切脊髓，你会看到它由外部的白质和内部呈 H 形或蝴蝶形的灰质组成。

周围神经系统

**周围神经系统**由连接到脑（**脑神经**）的神经以及连接到脊髓（**脊神经**）的神经组成。**自主神经系统**也是周围神经系统的一部分。

脑神经

有十二对从大脑出来的脑神经。每条神经都穿过颅骨（脑壳）上的一个洞。其中最重要的神经是嗅神经、视神经、听神经和迷走神经。

**嗅神经** - （嗅觉）将来自鼻腔嗅觉器官的冲动传递到大脑。

**视神经** - （视觉）将来自眼睛视网膜的冲动传递到大脑。

听觉（声学）神经 - （听觉）将内耳耳蜗的冲动传送到大脑。

迷走神经 - 控制引起吞咽的肌肉。它还控制心脏、气道、肺、胃和肠的肌肉（见图 14.5）。

脊神经

脊神经连接脊髓到身体的感官、肌肉和腺体。成对的脊神经离开脊髓，并在每对相邻椎骨之间出现（见图 14.9）。

坐骨神经是人体最大的脊神经（见图 14.5）。它离开脊髓作为几条神经，这些神经连接起来形成一条扁平的神经组织带。它沿着大腿向下传递，朝向后腿，在那里它向这条肢体的各种肌肉发出分支。

自主神经系统

自主神经系统控制不受意识控制的内部身体功能。例如，当猎物动物被捕食者追赶时，自主神经系统会自动加快呼吸和心跳速度。它扩张将血液输送到肌肉的血管，从肝脏释放葡萄糖，并进行其他调整以应对活动量的突然增加。当动物逃脱并再次安全时，神经系统会减缓所有这些过程，并恢复所有正常的身体活动，例如食物的消化。

自主神经系统的神经起源于脊髓，并通过椎骨之间的间隙传递，以服务于各种器官（见图 14.10）。自主神经系统有两个主要部分——交感神经系统和副交感神经系统。

交感神经系统刺激“逃跑、惊恐、战斗”反应，使动物能够面对攻击者或迅速离开。它会增加心跳和呼吸频率，以及流向骨骼肌的血液量，而流向肠道和皮肤等不太重要的区域的血液量会减少。它还会导致瞳孔扩张。请注意，交感神经系统的影响类似于肾上腺素激素的影响（见第 16 章）。

副交感神经系统的作用与交感神经系统相反。它保持放松身体的正常功能。这些有时被称为“日常事务”功能。它促进有效的消化，刺激排便和排尿，并维持规律的心跳和呼吸频率。

图 14.10 - 交感神经和副交感神经系统的作用

总结

神经元是神经系统的基本单位。它由细胞体（含有一个细胞核）、称为树突的细丝和称为轴突的长纤维组成，轴突通常被髓鞘包围。
神经是轴突的束。
大脑和脊髓中的灰质主要由脑细胞组成，而白质由轴突的集合组成。
神经冲动沿着轴突传递。
相邻的神经元在突触处相互连接。
反射是对刺激的自动反应。参与反射的神经冲动所经过的路径称为反射弧。大多数反射弧涉及 3 个神经元 - 感觉神经元、中间神经元和运动神经元。一个刺激（例如，脚掌上的针）会在感觉神经元中引发冲动，该冲动通过突触传递到位于脊髓的中间神经元，然后通过另一个突触传递到运动神经元。这将冲动传递到肌肉，使其收缩并从针上移开脚掌。
神经系统分为两个部分：中枢神经系统，包括大脑和脊髓；周围神经系统，包括连接到大脑和脊髓的神经。自主神经系统被认为是周围神经系统的一部分。
大脑由三个主要区域组成：1. 前脑，包括大脑半球（或大脑）、下丘脑和垂体；2. 后脑或脑干，包含延髓；3. 小脑。
称为脑膜的保护性膜包围着大脑和脊髓。
有 12 对颅神经，包括视神经、嗅神经、听神经和迷走神经。
脊髓是由神经组织组成的索状结构，被脑膜包围，从大脑延伸到尾部末端。脊神经通过每个椎骨之间的腹根和背根出现，并将脊髓与器官和肌肉连接起来。
自主神经系统控制不受意识控制的内部身体功能。它分为两个部分，具有两种不同的功能：交感神经系统，参与逃跑和战斗反应，包括心跳加速、支气管扩张、瞳孔扩张和肠道活动减少。副交感神经系统与心跳减慢、瞳孔收缩和肠道活动增加有关。