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2.4 神经系统的分级调节
选择性必修1第2章 神经调节
本节聚焦
·神经系统是如何实现对躯体运动的分级调节的?
·大脑皮层第一运动区有什么特点?
·神经系统是如何对内脏活动进行分级调节
问题探讨
当一位同学在你面前挥一下手,你会不自觉地
眨眼;而经过训练的人,却能做到不为所动。
讨论
1.为什么眼前有东西飞来时,眼睛会不受控制地眨一下?
2. 为什么有些人可以练成长时间不眨眼呢?
这说明了什么?
因为这一反射活动不需要皮层的参与,是一种保护的非条件反射。
说明眨眼反射是可以受大脑皮层控制。
一、神经系统对躯体运动的分级调节
研究表明,躯体的运动,如
膝跳反射、缩手反射等,不
仅受到脊髓的控制,也受到
大脑的调节
(1)请思考缩手反射如何受大脑皮层的调控,画图表示调控的途径。
(1)阅读教材33页,说出什么是大脑皮层。
大脑的表面覆盖着主要由神经元胞体及其树突构成的薄层结构。
大脑皮层中神经细胞
和大脑皮层锥体细胞
认识大脑
一、神经系统对躯体运动的分级调节
(2)一个成年人大脑皮层的总面积有2200cm2,用直尺测量本教材的长和宽,然后计算面积,再与大脑皮层展开后的总面积进行比较,你有什么发现?大脑皮层如何拥有这么大的表面积?意义是什么?
有限体积的颅腔内,丰富的沟回扩大了大脑皮层表面积,可以容纳更多的神经元在此发挥作用,为功能分区提供了可能。
大脑皮层表面积=3.5个教材页面面积
大脑通过脑干与脊髓相连,大脑发出指令,可以通过
脑干传到脊髓。
思考.讨论
大脑皮层对躯体运动的关系
资料1
一位老人突然出现脸部、手臂及腿部麻木等症状,随后上下肢都不能运动。后经医生检查,发现他的脊髓、脊神经等正常,四肢也都没有任何损伤,但是脑部有血管阻塞,使得大脑某区出现了损伤。这类现象称为脑卒中,在我国非常普遍。
资料2
右图是大脑皮层第一运动区与躯体各部关系示意图。
第一运动区
(中央前回)
背景资料
第一运动区
(中央前回)
大脑皮层第一运动区
大脑皮层第一躯体运动区又称运动中枢。这一脑区管理着全身骨骼肌的运动,身体各部在运动中枢具有精细的功能定位。粗略看这一脑区对应控制的运 动部位,宛如头向下、脚向上的倒置的人形,然而头面部依然是正置的。在皮层上,身体各部代表区的大小与运动的精细程度有关, 如拇指的代表区几乎是大腿的10倍。此外,一侧运动区支配对侧肢体的运动。但一些与联合运动有关的肌肉则受两侧运动区的支配,如面上部肌、眼球外肌、咽喉肌、咀嚼肌、呼吸肌、躯干肌等,所以一侧运动区受损后这些肌肉不会出现瘫痪。
思考.讨论
大脑皮层对躯体运动的关系
讨论
1.在资料1中老年人的上肢、下肢和脊髓都没有受伤,为什么不能运动呢?这说明大脑与脊髓之间有什么关系?
2.躯体各部分的运动调控在大脑皮层有没有对应的区域?如果有,它们的位置关系有什么特点?
3.大脑皮层运动代表区范围的大小,是与躯体中相应部位的大小相关还是与躯体运动的精细程度相关?
4.分析缩手反射如何受大脑皮层相应区域的调控,推测这种调控的途径是怎样的?
1.在资料1中老年人的上肢、下肢和脊髓都没有受伤,为什么不能运动呢?这说明大脑与脊髓之间有什么关系?
资料1中的老人上肢、下肢和脊髓都没有受伤,但大脑某区受损,肢体失去了大脑的控制,所以不能运动。这说明脊髓控制的运动受到大脑的调控。
2.躯体各部分的运动调控在大脑皮层有没有对应的区域?如果有,它们的位置关系有什么特点?
从图中可以看出,躯体各部分的运动调控在大脑皮层是有对应区的,皮层代表区的位置与躯体各部分的位置关系是倒置的。
3.大脑皮层运动代表区范围的大小,是与躯体中相应部位的大小相关还是与躯体运动的精细程度相关?
大脑皮层运动代表区范围的大小与躯体运动的精细程度相关,运动越精细,大脑皮层代表区的范围越大。例如,人手指的运动很精细复复杂,代表区的面积就大;人面积会形成复杂的表情,代表区的面积也就越大。
4.分析缩手反射如何受大脑皮层相应区域的调控,推测这种调控的途径是怎样的?
缩手反射的中枢在脊髓,但脊髓缩手反射中枢受大脑皮层
相应代表区的调控。在接受刺激后,产生的信号传至脊髓,
脊髓将信号继续传向大脑皮层,大脑作出综合分析后将是
否缩手的信号传至脊髓,脊髓通过传出神经将信号传至上
肢相应肌肉,作出反应。
大脑皮层的某些区域与躯体运动的功能是密切相关的。科学家发现,刺激大脑皮层中央前回的顶部,可以引起下肢的运动;刺激中央前回的下部,则会引起头部器官的运动;刺激中央前回的其他部位,则会弓|起其他相应器官的运动。这表明,躯体各部分的运动机能在皮层的第一运动区内都有它的代表区,而且皮层代表区的位置与躯体各部分的关系是倒置的。
左右交叉,上下颠倒,头部正直
实际上,躯体的运动受大脑皮层以及脑干、脊髓等的共同调控,脊髓是机体运动的低级中枢,大脑皮层是最高级中枢,脑干等连接低级中枢和高级中枢(图2-10)。脑电的相应高级中枢会发出指令对低级中枢进行不断调整就这样,机体的运动在大脑皮层以及其他中枢的分级调节下,变得更加有条不紊与精准。
二、神经系统对内脏活动分级调节
神经系统对内脏活动的调节与它对躯体运动的调节相似,
也是通过反射进行的。在中枢神经系统的不同部位(脊髓、
脑干、下丘脑和大脑),都存在着调节内脏活动的中枢。
思考.讨论
神经系统对不同中枢对排尿反射的控制
资料1 尿在肾中不断生成,经输尿管流入膀胱暂时储存。当膀胱储尿达到一定程度时,引起尿意。控制排尿的低级中枢在脊髓。
资料2 一般成年人可以有意识地控制排尿,你也可以"憋尿"。例如,上课的时候如果你有了尿意但不是很急, 你可以憋到下课再去上厕所;课间,即使你没有尿意,但为了避免上课时去厕所,你可能会选择去排一次尿。
资料3 婴儿常尿床。有些人由于外伤等使意识丧失,出现像婴儿那样尿床的情况。
讨论
思考.讨论
神经系统对不同中枢对排尿反射的控制
1.成人可以有意识地控制排尿,婴儿却不能,二者控制排尿的
神经中枢的功能有什么差别?
2.有些成人患者出现资料3所提到的不受意识支配的排尿情况,
是哪里出现了问题?
3.这些例子说明神经中枢之间有什么联系?
1.成人可以有意识地控制排尿,婴儿却不能,二者控制排尿的
神经中枢的功能有什么差别?
感受器:膀胱壁上的压力感受器;
效应器:传出神经末梢及其所支配的膀胱括约肌、尿道括约肌;
传出神经:
内脏传出纤维(交感神经、副交感神经)。
(1)观察右图,排尿反射的感受器、效应器、传出神经分别是什么?
1.成人可以有意识地控制排尿,婴儿却不能,二者控制排尿的
神经中枢的功能有什么差别?
脊髓对膀胱扩大和缩小的控制是由自主神经系统支配的。
成年人之所以能有意识地控制排尿,是因为大脑皮层对脊
髓进行着调控;而婴儿大脑皮层发育不完善,还不能对脊
髓排尿反射中枢进行有效的控制。
2.有些成人患者出现资料3所提到的不受意识支配的排尿情况,
是哪里出现了问题?
成年人出现不受意识支配的排尿,说明大脑皮层对脊髓排尿反射中枢不能进行有效的调控,可能是大脑皮层相应中枢出现损伤,也可能是大脑皮层与脊髓反射中枢的神经联系出现了损伤。
3.这些例子说明神经中枢之间有什么联系?
这些例子说明调节同一反射活动的中枢既有大脑皮层,也有皮层以下的中枢,这些中枢之间是有联系的,而且大脑皮层是高级中枢,对低级中枢有着调控作用。
排尿不仅受到脊髓的控制,也受到大脑皮层的调控。脊髓对膀胱扩大和缩小的控制是由自主神经系统支配的:交感神经兴奋,不会导致膀胱缩小;副交感神经兴奋,会 使膀胱缩小(图2-11 )。而人之所以能有意识地控制排尿,是因为大脑皮层对脊髓进行着调控。
图2-11
排尿反射的分级调节示意图
不只是膀胱,其他内脏的活动也受到神经系统的分级调节。
脊髓是调节内脏活动的低级中枢,通过它可以完成
简单的内脏反射活动,如排尿、排便、血管舒缩等。
但脊髓对这些反射活动的调节是初级的,并不能很好地适应正常生理活动的需要,如果没有高级中枢的调控,排尿反射可以进行,但排尿不完全,也不能受意识控制。
脊髓
脑干中有许多重要的调节内脏活动的基本中枢,
如调节呼吸运动的中枢,调节心血管活动的中枢等,
一旦受到损伤,各种生理活动即失调,严重时呼吸或
心跳会停止。
脑干
下丘脑是调节内脏活动的较高级中枢,它也使内脏活动和其他生理活动相联系,以调节体温、水平衡、摄食等主要生理过程。
下丘脑
大脑皮层是许多低级中枢活动的高级调节者,它对各级中枢的活动起调整作用,这就使得自主神经系统并不完全自主。
大脑皮层
练习与应用
一、概念检测
1.基于对神经系统级调节的理解,判断下列表述是否正确。
(1) 脑与脊髓中的神经中枢分工明确,独立地调控机体的生命活动。
( )
(2) 自主神经系统是不受意识控制的,因此它对机体活动 的调节
与大脑皮层无关。( )
×
×
练习与应用
一、概念检测
2. 因交通事故,某人的脊髓不幸从胸部折断了,
一般情况下会表现出( )
A. 膝跳反射存在,针刺足部有感觉
B. 膝跳反射存在,针刺足部无感觉
C. 膝跳反射不存在,针刺足部有感觉
D. 膝跳反射不存在,针刺足部无感觉
B
练习与应用
二、拓展应用
以下是关于自主神经系统的错误假设。不妨逆向思考一下,
在其中任何一种假设成立时,机体的调控机能可能发生哪些改变?
这对你深入理解自主神经系统的特点有哪些启示?
(1) 它的调控不“自主”,而是必须在意识的支配下才能进行调控。
(2) 它绝对自主,不受大脑等高级中枢的控制。
(3) 内脏活动只受交感神经或副交感神经的单一控制。
练习与应用
二、拓展应用
(1) 它的调控不“自主”,而是必须在意识的支配下才能进行调控。
假设自主神经的调控不“自主”,而是必须在意识支配下才能进行,
那么我们必须时刻惦记着自己的心跳、呼吸、胃肠蠕动等内脏
器官的活动,即使我们在学习、工作、睡眠时也必须用意识去支
配心跳、呼吸,某一刻“忘了”支配心跳与呼吸,我们可能就会停止
心跳与呼吸。
练习与应用
二、拓展应用
(2) 它绝对自主,不受大脑等高级中枢的控制。
如果自主神经绝对自主,不受大脑等高级中枢的控制,那我们随时随地都可能会便溺:我们也无法进行有意识的深呼
吸与憋气,机体的适应能力就会大大下降。
练习与应用
二、拓展应用
(3) 内脏活动只受交感神经或副交感神经的单一控制。
如果我们的内脏只受交感神经或副交感神经的控制,那就无法协调内脏器官的活动。例如,心脏如果只受交感神经支配,心跳就会不断加快;如果只受副交感神经支配,心跳就会逐渐减弱。胃肠器官如果只受交感神经支配,蠕动就会逐渐停止;如果只受副交感神经支配,蠕动就会不断加强。
排尿是一种复杂的反射活动,但经常在高级中枢控制下进行。当膀胱内贮尿量达到一定程度(400毫升左右),膀胱内压升高到15厘米水柱(1.36厘米水柱=1毫米汞柱)以上时,膀胱被动扩张,使膀胱壁内牵张感受器受到刺激而兴奋,冲动沿盆神经传入纤维传到骶髓的排尿反射初级中枢;同时由脊髓再把膀胱充胀的信息上传至大脑皮层的排尿反射高级中枢,并产生尿意;大脑皮层向下发放冲动,传至骶髓初级排尿中枢,引起盆神经传出纤维兴奋,同时抑制腹下神经和阴部神经,从而引起膀胱壁逼尿肌的收缩,内、外括约肌舒张,将贮存在膀胱内的尿液排出。
拓展
排尿反射及排尿过程
支配膀胱的神经包括:
·盆神经(副交感神经,
上图中的绿色神经):
支配膀胱壁肌肉(逼尿肌)收缩,
支配内尿道括约肌舒张;
·腹下神经(交感神经,上图中蓝色神经):可支配逼尿肌
(去甲肾上腺素作为神经递质识别并结合β受体,发挥抑制性神经递质作用)舒张和内尿道括约肌(去甲肾上腺素作为神经递质识别并结合α受体,发挥兴奋性神经递质作用)收缩;
·阴部神经(躯体运动神经,上图中橙黄色神经):支配外尿道括约肌,使外尿道括约肌收缩(憋尿完成的关键神经)。
婴幼儿由于大脑功能发育尚不完善,故不可有意识的排尿,排尿过程仅依赖于非条件反射,无大脑皮层及脑干参与。
成年人排尿需完成两个过程,第一个是储尿阶段,同时涉及环境条件不允许时的不排尿过程:
该过程可说明盆神经(副交感神经)和腹下神经(交感神经)具有拮抗关系。
当排尿条件允许时,机体会通过
下图所示途径完成排尿动作: