《生理心理学》课程授课教案（讲稿）第四章 脑的发育与可塑性

注解讲授内容第四章脑的发育与可塑性第一节脑的发育一、神经元的生长与发育1.过程：增殖、迁移、分化、髓鞘化及突触形成。（1）增殖：新细胞的产生。（2）迁移：神经元移动到脑内最终的定居点。（3）分化：由一般细胞的外形逐渐形成轴突和树突的过程。轴突伴随神经元的迁移，先于树突形成。树突在神经元到达迁移的终点时开始形成。（4）髓鞘化：是指神经元的轴突被胶质细胞产生的绝缘脂肪鞘包裹。（3）突触形成：需要胆固醇。二、神经元存活的决定因素1.神经生长因子"（nervegrowthfactor,NGF）促进轴突的存活与生长。若一根轴突没有足够的NGF就会变性，导致细胞体死亡。2.NGF可以取消调亡程序。神经元在生命开始时就伴随一种"自杀程序（suicideprogram)：如果轴突不能在一定时期与相应的突触后细胞接触，神经元就通过一种称为“凋亡(apoptosis)的机制而死去。3.神经元的存活依赖于输入轴突及其所接触的靶细胞两方面神经生长因子。三、轴突如何发现通路（一）轴突化学通路的发现蝶螈腿的移植试验1.轴突连接的专一性蝶螈的视神经损伤和修复试验2.化学梯度当轴突从视网膜向顶盖生长时，有高背腹侧蛋白的视网膜轴突与高浓度的顶盖细胞连接：低背腹侧蛋白的视网膜轴突鱼低浓度的顶盖细胞连接。（二）轴突间的竞争是普遍的原则神经达尔文主义：神经系统在发育的过程中，开始形成较多的突触，随后通过选择加工，保持一些而排另一些。最近发现这种排斥是一种“沉默”方式。四、生活经历对神经系统发育的微调（一）生活经历对树突分支的效应1.环境刺激2.运动1

1 .讲授内容 注解 第四章 脑的发育与可塑性 第一节 脑的发育 一、神经元的生长与发育 1.过程：增殖、迁移、分化、髓鞘化及突触形成。 （1）增殖：新细胞的产生。 （2）迁移：神经元移动到脑内最终的定居点。 （3）分化：由一般细胞的外形逐渐形成轴突和树突的过程。轴突伴随神经 元的迁移，先于树突形成。树突在神经元到达迁移的终点时开始形成。 （4）髓鞘化：是指神经元的轴突被胶质细胞产生的绝缘脂肪鞘包裹。 （3）突触形成：需要胆固醇。 二、神经元存活的决定因素 1.神经生长因子”(nerve growth factor, NGF) 促进轴突的存活与生长。 若一根轴突没有足够的 NGF 就会变性，导致细胞体死亡。 2.NGF 可以取消凋亡程序。 神经元在生命开始时就伴随一种“自杀程序”(suicide program)：如果轴突 不能在一定时期与相应的突触后细胞接触，神经元就通过一种称为“凋 亡”(apoptosis)的机制而死去。 3.神经元的存活依赖于输入轴突及其所接触的靶细胞两方面神经生长因 子。 三、轴突如何发现通路 （一）轴突化学通路的发现 蝾螈腿的移植试验 1.轴突连接的专一性 蝾螈的视神经损伤和修复试验 2.化学梯度 当轴突从视网膜向顶盖生长时，有高背腹侧蛋白的视网膜轴突与高浓 度的顶盖细胞连接；低背腹侧蛋白的视网膜轴突鱼低浓度的顶盖细胞连接。 （二）轴突间的竞争是普遍的原则 神经达尔文主义：神经系统在发育的过程中，开始形成较多的突触，随 后通过选择加工，保持一些而排斥另一些。最近发现这种排斥是一种“沉默” 方式。 四、生活经历对神经系统发育的微调 （一）生活经历对树突分支的效应 1.环境刺激 2.运动

讲授内容注解幼鼠试验（二）新神经元的发生干细胞分化（三）生活经历对人脑结构的效应实践技能可使脑结构重组，在一定程度上可以提高业绩。机制：DA释放时，刺激作用于皮质代表区，使其扩大。皮质区的扩大是有益的，可使皮质更注意刺激或更广泛地加工。（四）化学效应与经历效应的结合脑的发育是一个双重加工的过程。首先轴突通过化学梯度发现其最适靶点然后在生活经历影响下，增强某些神经连接，而舍弃另一些。例如：外侧膝状体细胞接受来自视网膜的许多轴突。从视网膜的一侧到另一侧，这些轴突反复产生自发的AP每个外侧膝状体细胞选择当时有自发活动的轴突形成突触，从而与视网膜上的相应感受器建立联系。四、脑区的按比例发展脑区划分低等脊椎动物的脑包括前、中、后脑三个主要部分。前脑中转嗅觉信息；中脑专司视觉；后脑负责听觉。1.脑重／体重比增大在种族进化的历程中，有几个明显的扩展①从古老的爬行类到哺乳动物，脑的相对重量增加4倍；②哺乳动物的进化中的相对脑重又增加4倍；③灵长类的相对脑重是非灵长类的2倍，而人的相对脑重与低等灵长类相比又增加3～4倍。2.前脑的发展从鱼类经爬行类到哺乳动物的历程中，动物的觅食、区别敌友、寻找配偶、哺育后代等，主要依靠嗅觉提供信息；因此，通过负责嗅觉的前脑扩展来满足不断增加的信息负荷。3.功能皮质化，即大脑皮质的扩展按进化历程中出现的早晚，大脑皮质分为三种。古皮质出现于鱼类，延续到人，就是膜脑：旧皮质在鸟类较发达，在人类指与运动、自主神经功能整合等有关的边缘皮质：新皮质在灵长类有较大发展。五、发育中脑的易损性脑的发育需要在有精确时间安排的一些化学反应的复杂相互作用下进行。1.发育中的脑对营养不良、毒性化学物、感染等极为易感。2.婴儿的脑对乙醇的损害也是高度易感。哺乳期的母亲服用的药物可通过乳汁影响婴儿。如氨基糖武类抗生素可损伤听神经；镇静剂可影响觉醒2

2 .讲授内容 注解 幼鼠试验 （二）新神经元的发生 干细胞分化 （三）生活经历对人脑结构的效应 实践技能可使脑结构重组，在一定程度上可以提高业绩。 •机制 ：DA 释放时，刺激作用于皮质代表区，使其扩大。皮质区的扩大 是有益的，可使皮质更注意刺激或更广泛地加工。 （四）化学效应与经历效应的结合 脑的发育是一个双重加工的过程。 首先轴突通过化学梯度发现其最适靶点； 然后在生活经历影响下，增强某些神经连接，而舍 弃另一些。 例如：外侧膝状体细胞接受来自视网膜的许多轴突。从视网膜的一侧到另 一侧，这些轴突反复产生自发的 AP;每个外侧膝状体细胞选择当时有自发 活动的轴突形成突触，从而与视网膜上的相应感受器建立联系。 四、脑区的按比例发展 脑区划分 低等脊椎动物的脑包括前、中、后脑三个主要部分。 前脑中转嗅觉信息； 中脑专司视觉； 后脑负责听觉。 1.脑重／体重比增大在种族进化的历程中，有几个明显的扩展 ①从古老的爬行类到哺乳动物，脑的相对重量增加 4 倍； ②哺乳动物的进化中的相对脑重又增加 4 倍； ③灵长类的相对脑重是非灵长类的 2 倍，而人的相对脑重与低等灵长类 相比又增加 3 ～4 倍。 2.前脑的发展 从鱼类经爬行类到哺乳动物的历程中，动物的觅食、区别敌友、寻找 配偶、哺育后代等，主要依靠嗅觉提供信息；因此，通过负责嗅觉的前脑 扩展来满足不断增加的信息负荷。 3.功能皮质化，即大脑皮质的扩展 按进化历程中出现的早晚，大脑皮质分为三种。古皮质出现于鱼类， 延续到人，就是嗅脑 ；旧皮质在鸟类较发达，在人类指与运动、自主神经 功能整合等有关的边缘皮质 ；新皮质 在灵长类有较大发展。 五、发育中脑的易损性 脑的发育需要在有精确时间安排的一些化学反应的复杂相互作用下进行。 1.发育中的脑对营养不良、毒性化学物、感染等极为易感。 2.婴儿的脑对乙醇的损害也是高度易感。 哺乳期的母亲服用的药物可通 过乳汁影响婴儿。如氨基糖甙类抗生素可损伤听神经；镇静剂可影响觉醒

讲授内容注解一睡眠节律。第二节脑损伤后的可塑性一、“可塑性"（Plasticity）指有功能分区的脑系统受损后，对它的相关行为活动类型长期改变的预期。事例：1.研究表明，虽然切除的神经元不会再生（如脊髓离断后导致永久性截瘫），但神经组织能以重组（reorgnize）来应答损伤。2.神经科学家用手术离断猴前臂的传人通路，则接受该信息的大脑皮质代表区逐渐发生功能转移，对触摸动物的面部起反应。3.用激光束使猫眼点状受损，则受损眼的视皮质对周边的视觉信息起反应。4.如果，盲人以一根手指摸读盲文，则该指的皮质代表区就扩展。5.聋哑人用视觉语言进行交流，则正常反映听觉信息的题叶皮质由于接收不到刺激转而对其他信息（如来自视觉系统）进行处理。二、脑损伤后恢复的机制（一）有习得性适应。（二）轴突的再生。（三）侧支芽生。（四）去神经超敏性（五）感觉代表区的重组等。（一）有习得性适应。1.脑损伤后的许多恢复是由于个体更好地使用未受损的能力而代偿的。例如，管状视野者（除中央视野外，周边视力完全丧失）可以习得往返转动头部来代偿周边视力的缺损。2.脑损伤的患者或动物可以学会使用最初表现为丧失而实际上只不过是受损的能力。实验性发现：切断动物背根，使有关下肢的感觉丧失：但是动物仍能运动其肌肉，这种肢体运动称去传入。虽然动物能运用其肌肉，但很少去做。例如：猴的肢体“去传入”后，不能自发用其行走、抓物以及作任何随意运动。切断两前肢的传入神经：尽管损伤更广泛，但猴仍能重获使用两侧去神经前肢的运动。它能以中等速度行走，在金属网壁上向上或侧向爬行，用拇、食二指摘取葡萄。解释：猴不能运用一侧去神经的肢体，仅仅是由于用三肢行走要比使用受损肢体运动来得容易：而当两肢去传人时，猴就被迫使用四肢。（二）神经功能联系不能·神经功能联系不能(diaschisis），是指在另一些神经元受损后，存活神经元的活动降低。3

3 .讲授内容 注解 一睡眠节律。 第二节 脑损伤后的可塑性 一、“可塑性”(Plasticity) 指有功能分区的脑系统受损后，对它的相关行为 活动类型长期改变的预期。事例： 1.研究表明，虽然切除的神经元不会再生（如脊髓离断后导致永久性截瘫）， 但神经组织能以重组（reorgnize）来应答损伤。 2.神经科学家用手术离断猴前臂的传人通路，则接受该信息的大脑皮质代 表区逐渐发生功能转移，对触摸动物的面部起反应。 3.用激光束使猫眼点状受损，则受损眼的视皮质对周边的视觉信息起反应。 4.如果，盲人以一根手指摸读盲文，则该指的皮质代表区就扩展。 5.聋哑人用视觉语言进行交流，则正常反映听觉信息的颞叶皮质由于接收 不到刺激转而对其他信息（如来自视觉系统）进行处理。 二、脑损伤后恢复的机制 （一）有习得性适应。 （二）轴突的再生。 （三）侧支芽生。 （四）去神经超敏性 （五）感觉代表区的重组等。 （一）有习得性适应。 1. 脑损伤后的许多恢复是由于个体更好地使用未受损的能力而代偿 的。 例如，管状视野者（除中央视野外，周边视力完全丧失）可以习得往返 转动头部来代偿周边视力的缺损。 2.脑损伤的患者或动物可以学会使用最初表现为丧失而实际上只不过是 受损的能力。 实验性发现：切断动物背根，使有关下肢的感觉丧失；但是动物仍能运 动其肌肉，这种肢体运动称去传入 。虽然动物能运用其肌肉，但很少去做。 例如：猴的肢体“ 去传入” 后，不能自发用其行走、抓物以及作任何随意 运动。 切断两前肢的传入神经；尽管损伤更广泛，但猴仍能重获使用两侧去 神经前肢的运动。它能以中等速度行走，在金属网壁上向上或侧向爬行， 用拇、食二指摘取葡萄。 解释：猴不能运用一侧去神经的肢体，仅仅是由于用三肢行走要比使用 受损肢体运动来得容易；而当两肢去传人时，猴就被迫使用四肢。 （二）神经功能联系不能 •神经功能联系不能(diaschisis），是指在另一些神经元受损后，存活神经元 的活动降低

讲授内容注解如，下丘脑受损可使大脑皮质活动减退。（三）轴突的再生·虽然一个被损坏的细胞体不能恢复，但受损的轴突在某些情况下可以再生长。1.外周神经的轴突受嵌压，变性部分以每天Imm的速度，随着髓鞘的径路又长回到原来的靶点。如果对轴突不是压榨而是切断，则两边的髓鞘不能正确对接，变性的轴突就没有径路可循。有时一根运动神经可搭错肌肉。2.CNS轴突受损后的恢复，鱼类较哺乳动物好。可能的原因，一个可能是成年哺乳动物脊髓形成较多的瘤痕组织。瘫痕组织不仅对轴突生长造成机械障碍，而且还合成一些称为"硫酸软骨素蛋白多糖"(chondroitinsulfateproteoglycans)的化学物质，抑制轴突生长。另外一种解释是CNS的髓鞘分泌一种抑制轴突生长的蛋白质。因此，在CNS成熟后，髓鞘可防止额外的轴突生长和受损轴突的再生。（三）侧支芽生（一）“侧支芽生"（sprouting)1.概念：在一组轴突受损后，曾接受该轴突输人信息的细胞对这种缺失的反应是通过神经营养素的分泌，引起临近未损伤的轴突形成新的分支与空缺的突触接触；这就是侧支芽生。例如，损毁大鼠蓝斑(LC)中的半数神经元，则前脑许多由LC供应的突触丧失；6个月后，存活的轴突有足够的侧支芽生，而原有的输人几乎完全恢复。2.侧支芽生并非只发生于脑受损伤之后，而是一种正常情况，即脑不断丢失旧的突触而通过侧支芽生形成新的突触来替代。在某些情况下，当一根轴突切断时，另一根不相关的突触侧支芽生而占有空缺的突触；这种侧支芽生可能是无用或有害的；因为，它提供的信息是不合适的。在另一些情况下，侧支芽生来自密切相关的轴突，就产生有益的效应。如内嗅皮质（entorhinalcortex）的轴突通常终止于临近的海马。若损伤部分左侧内嗅皮质，就会引起剩余部分及未受损的右侧内嗅皮质轴突的侧支芽生。这些新的分支在几天内发展成功能性突触：同时，动物的行为从损伤中恢复。右内嗅皮质的侧支芽生使行为大为改善。（五）去神经超敏性（supersensitivity）概念：正常肌细胞只对神经肌接头处的神经递质Ach起反应，若切断轴突，或失活数天，肌细胞就产生新的受体使得肌细胞表面的更广泛的区域都对Ach敏感。这种现象称为去神经超敏性。也见于神经元。超敏性的原因4

4 .讲授内容 注解 •如，下丘脑受损可使大脑皮质活动减退。 （三）轴突的再生 •虽然一个被损坏的细胞体不能恢复，但受损的轴突在某些情况下可以再生 长。 1.外周神经的轴突受嵌压，变性部分以每天 I mm 的速度，随着髓鞘的径路 又长回到原来的靶点。 如果对轴突不是压榨而是切断，则两边的髓鞘不能正确对接，变性的轴 突就没有径路可循。有时一根运动神经可搭错肌肉。 2.CNS 轴突受损后的恢复，鱼类较哺乳动物好。 可能的原因，一个可能是成年哺乳动物脊髓形成较多的瘤痕组织。瘫痕 组织不仅对轴突生长造成机械障碍，而且还合成一些称为“硫酸软骨素蛋白 多糖”(chondroitin sulfate proteoglycans)的化学物质，抑制轴突生长。 另外一种解释是 CNS 的髓鞘分泌一种抑制轴突生长的蛋白质。 因此，在 CNS 成熟后，髓鞘可防止额外的轴突生长和受损轴突的再生。 （三）侧支芽生 （一） “侧支芽生”(sprouting) 1.概念：在一组轴突受损后，曾接受该轴突输人信息的细胞对这种缺失 的反应是通过神经营养素的分泌，引起临近未损伤的轴突形成新的分支与 空缺的突触接触；这就是侧支芽生。 •例如，损毁大鼠蓝斑(LC)中的半数神经元，则前脑许多由 LC 供应的突触 丧失;6 个月后，存活的轴突有足够的侧支芽生，而原有的输人几乎完全恢 复。 2.侧支芽生并非只发生于脑受损伤之后，而是一种正常情况，即脑不断丢 失旧的突触 而通过侧支芽生形成新的突触来替代。 •在某些情况下，当一根轴突切断时，另一根不相关的突触侧支芽生而占有 空缺的突触；这种侧支芽生可能是无用或有害的；因为，它提供的信息是 不合适的。 •在另一些情况下，侧支芽生来自密切相关的轴突，就产生有益的效应。如 内嗅皮质（entorhinal cortex）的轴突通常终止于临近的海马。若损伤部分 左侧内嗅皮质，就会引起剩余部分及未受损的右侧内嗅皮质轴突的侧支芽 生。这些新的分支在几天内发展成功能性突触；同时，动物的行为从损伤 中恢复。右内嗅皮质的侧支芽生使行为大为改善。 （五）去神经超敏性(supersensitivity) 概念：正常肌细胞只对神经肌接头处的神经递质 Ach 起反应，若切断 轴突，或失活数天，肌细胞就产生新的受体使得肌细胞表面的更广泛的区 域都对 Ach 敏感。这种现象称为去神经超敏性。也见于神经元。 超敏性的原因

注解讲授内容1.包括受体数的增加2.受体效能的增加（可能是第二信使系统的改变）。（六）重组的感觉代表区1.经常使用可使感觉皮质扩大。2.缺乏传入信息的皮质代表区可被邻近部位的信息取代。3.截肢患者的幻肢感是皮质代表区对CNS不同部位变化的反应。这种变化可能是轴突的侧支芽生伸展填补突触的空白：也可能是突触后神经元受体的敏感性增加。这说明，对使用信息较多的区域，大脑皮质的轻度重组可给予额外的空间。4.在截肢后，脑可以发生更为广泛的重组。小结脑并不像有些人比喻为类似有固定线路的电脑“硬件”；实际上，脑内的“硬件"是可以改变的。随着刺激的变化，脑通过新的突触形成来自行重新安排：或者（按另一种学说）是对其原有线路选择新的用途。三、治疗（一）行为干预（二）药物（三）脑移植5

5 .讲授内容 注解 1.包括受体数的增加 2.受体效能的增加（可能是第二信使系统的改变）。 （六）重组的感觉代表区 1.经常使用可使感觉皮质扩大。 2.缺乏传入信息的皮质代表区可被邻近部位的信息取代。 3.截肢患者的幻肢感是皮质代表区对 CNS 不同部位变化的反应。这种变化 可能是轴突的侧支芽生伸展填补突触的空白；也可能是突触后神经元受体 的敏感性增加。 这说明，对使用信息较多的区域，大脑皮质的轻度重组可给予额外的空 间。 4.在截肢后，脑可以发生更为广泛的重组。 小结 脑并不像有些人比喻为类似有固定线路的电脑“硬件”；实际上，脑内的 “硬件”是可以改变的。随着刺激的变化，脑通过新的突触形成来自行重新 安排；或者（按另一种学说）是对其原有线路选择新的用途。 三、治疗 （一）行为干预 （二）药物 （三）脑移植