书城科普读物探究式科普丛书-神奇的人体结构
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第2章 最高指挥部——大脑(1)

我们知道,人体结构由最基本的细胞单位构成,细胞又构成了其他的器官和组织。在这些器官和组织中,大脑是人体最为重要的组成部分。如果没有大脑,那么人体就是不完整的,是有很大缺陷的。

正因为如此,有些科学家就把人的大脑比喻成人体的最高“指挥部”,就像军队中的总指挥一样发号施令,控制人体其他器官的活动。

肉眼看不见大脑,因为它被许多块颅骨组成的结实“盒子”保护着。这“盒子”,就是我们平常所说的“脑壳”。当你打开这个“盒子”时,就可以看到大脑被硬脑膜、蛛网膜、软脑膜层层包裹着。揭开这三层脑膜,那十分柔嫩的、表面好像核桃仁般全是皱褶的脑子就呈现在我们的面前了。

脑部可分为大脑、小脑、间脑、中脑、脑桥和延脑等部分,各部分又有精细而复杂的功能,其中以大脑的功能最为重要。脑的主要功能是管理人体的其他部位。我们的一切生理活动,从心脏的跳动、消化液分泌再到复杂的思维和劳动等,都由大脑来指挥。

从脑部能发出的12对神经,又分别从不同的部位分布出去,既与由脊髓发出的31对神经联系在一起,又同人体的内脏器官及负责各种感觉的“专业细胞”发生联系,同时与可产生动作的肌肉也有一定的关系,它们都在脑的统一指挥下接受体内体外的情报,传达和执行脑的命令。

人体器官众多,机能复杂,体内一切活动之所以能有条不紊地进行,是因为有大脑的科学指挥。否则,当你饥饿或想要去某个地方的时候,虽然你很想吃或行动,但是你的双手和双脚就是动不了。所以,有一副健全的大脑,是人类乃至所有较高级的动物所必须具备的。

第一节由小到大——人脑的进化

我们知道,脑对我们很重要,但是脑是怎样出现在人体上的呢?

在第一章中,我们介绍了人是由低等动物进化而来的。既然如此,作为人体的一部分——脑,自然也就是由低等生物的脑进化来的了。

科学家告诉我们:原始海洋里的生命雏形已经能够产生兴奋,并能把兴奋传递给别的细胞。例如,腔肠动物是一种最早有特殊神经细胞的生物,并且神经细胞间的连接使之有了神经节。像蚯蚓只有脑神经节,而昆虫已经出现了原始的脑泡,演变到两栖类动物时已有两个大脑半球,再到爬行类动物时出现了真正的大脑皮层。到哺乳动物时,大脑两半球的皮层大大地扩展,脑量迅速地增加。

按照进化论的学说,人类的祖先是古猿。那么,古猿的脑子究竟是怎样进化成人类脑子的呢?恩格斯在《自然辩证法》一书中明确地指出:“首先是劳动,其次是语言和劳动的相结合,这两个条件是猿脑演变成人脑的主要推动力,正是在它们的影响下,猿脑髓才能逐渐地演变成人的脑髓。”当劳动和语言结合到一起时,脑的灵敏度越来越高,思维能力也越来越发达。

当然在人脑的进化过程中还有一些其他因素的影响,在此就不一一细述。

不过,在这一过程中存在一个争论性的问题,那就是究竟是手的解放,还是劳动和语言的发展促进了脑的发展呢?还是脑的较早发展促进了这些行为的进化?对此科学家们有过一番激烈的争论,现在大多数赞成劳动和语言先于脑发展的观点。但不管怎样,人类现在能够拥有如此高度发达的脑子,是经过了漫长的进化历程的。

第二节智慧地图——脑部神经网络

人脑之所以比别的动物发达,是因为在它的内部有很多的神经网络。人的身体是个统一的整体,脑的指挥功能,离不开眼、耳、鼻、舌、身和整个神经系统的配合。

人的身体之所以能够协调地运作,是因为不仅在人脑中有很多的神经系统,其实在人的全身也分布了很多神经,像树枝那样密布于各个角落,这些神经又像电话线那样通向“司令部”。

据统计,如果要把一个人所有极细小的神经纤维都连成一条线,可以环绕地球赤道50圈。

我们说神经像“电话线”,事实确实如此,神经由里层的“铜丝”和外面包着的“皮套”两部分组成。“铜丝”叫做神经细胞的突起,“皮套”叫做髓鞘。人体内的神经网络虽然极其复杂,但传导信息时却不会相互发生干扰,因为它的重要特征之一是具有很好的绝缘性。

当信息沿着“铜丝”传送时,“皮套”有保证信息直通、防止“横走”的作用。

但是,不同的神经传递信息的速度并不一样。医学家说,纤维越粗的神经,传递的速度越快,并且有髓鞘的神经比没有髓鞘的神经也要快得多。那么,神经传递的速度究竟有多少?据测定,传导最快的坐骨神经每秒钟“行走”的速度是120米;细而无髓鞘的某些传导痛觉的神经,其传导速度每秒却只有0.5~2厘米。尽管传导的速度有很大的悬殊,但在“滴答”一声中,人体任何部位的刺激和感觉,都能够立即传送到“司令部”去。

此外,神经传导还受温度的影响。温度降低,传导的速度就相对减慢。温度在摄氏零度以下,就会“停止”传导,这也正是冷冻麻醉的原理。若神经纤维受到损伤或被切断,也就是它的生理机能完整性遭破坏时,其传导也会发生障碍。那么,有的人肯定要问,神经每天要来来回回地向“司令部”传递信息,那么它们会不会累呢?其实,神经传导是不易产生疲劳的。曾经有人做了这样一个实验,连续给予某人的神经9~12小时的刺激,但是最后它们还是能够迅速而准确地传送信息。可见神经是我们身体内最不知道休息的“家伙”了!

我们知道人体内的基本单位是细胞,那么神经系统有没有基本单位呢?神经系统的基本单位是神经细胞,也叫神经元。在高等动物中,有形态各异、功能多样的神经细胞。

由上面的神经元结构图我们可以看出神经元由三个部分组成:即细胞体、轴突、树突。

细胞体的大小不同,有的直径为1/98厘米,有的则只有1/1378厘米。它们通常集中在脑和脊髓构成的中枢神经系统里,在脑中形成“灰质”。

轴突很细,直径常常不到1/1000厘米。一种神经细胞一般只有一个轴突,但长短不一,短的仅能伸展几厘米,长的可从脊髓一直伸到手指尖或脚趾头。

树突的伸展比较短,也比较细,直径常常只有1/5512厘米。因为它有很多分支,所以在它的细胞体周围形成“小树”的模样,也正是因为这样才把它称为树突。

神经细胞的“突起”都是互相联系、互相接触的,这些相连的地方就叫“突触”。身体内的各种信息都是通过突触来接力传送的。

从身体各处向脑或脊髓报告信息的神经纤维叫传入纤维,也叫感觉纤维;从脑或脊髓向身体各处传送命令的神经纤维叫传出纤维,也叫运动纤维。绝大多数的神经都是“双行道”,即其中既有传入纤维,也有传出纤维。

我们知道,身体的各个部位通过神经系统和脑部相连,并且人体活动由脑部控制和调节。懂得了这些知识,人体对我们来说应该没有那么神秘了吧!所以说,正是由于神经系统在全身有一套精巧、复杂的联络网,才使我们能在大脑的支配下正常地工作、学习和生活。

第三节四通八达——人脑的功能

每个人都有一个脑,但是,是不是每个人的脑都一样呢?答案是否定的,因为脑就像人体的外表,不同的人之间总会存在一点差异。据研究,男胎儿要比女胎儿早四个星期显示出性别,因为男性的雄激素较早和较多分泌的原因。在生活中,我们遇到过这样的现象,同龄男女的思维、学习能力是相同的,即无所谓“女不如男”或“男不如女”。即使真有什么差异的话,那也是后天环境造成的。然而,英国遗传学家安妮·莫伊尔却宣布:男女大脑是有区别的,因而男女能力也有所差异。例如,男孩长于学习数学,女孩长于学习语言;男孩讲话比女孩晚,女孩口吃的也比男孩少;女孩的同情心和理解别人的本领往往高于男孩;男孩做事比较专一,手眼运动也胜于女孩。凡此种种,都是因为女孩的左脑较发达,左右两脑的沟通较紧密;男孩的两脑分工相对来说比较严格一些,脑机能分化也比较早一些。

所以说,不同的人脑也是不同的,脑所起到的功能也是不相同的。

那么,人脑究竟有哪些功能呢?

1.脑脊液的保护功能

我们的脑子外面只有一层脑壳,当我们活动时,柔软的脑子会不会被硬硬的脑壳碰伤呢?肯定不会,因为在脑子外面除有一层脑壳包裹外,还有“水”样的物质把脑子和脑壳隔开。这些“脑水”像软垫子一样,使脑在通常情况下不会因受震动而被碰坏,医学称之为“脑脊液”。脑脊液不仅保护脑,对脊髓同样有保护作用。因为脑和脊髓都是生命的“司令官”,容不得出差错。

脑脊液是透明而稍带黄色的液体,它在婴儿期约有40~60毫升,在幼儿期有60~100毫升,在少年期有80~120毫升,到了成年,则在150~200毫升。

脑脊液是活水,它不断地被生产出来,每分钟的产量约为0.35毫升,又不断地吸收掉大约相等数量的脑脊液。它就这样时时刻刻、周而复始地保持着恒定的数量。在脑血管搏动的推动下,它顺着一定的路线,经过几个脑室循环运行。

脑脊液日日夜夜地“走来走去”,它究竟在忙什么呢?原来,脑脊液并非是“清水”,它里面含有蛋白质、葡萄糖、氯化物等,可以带给脑和脊髓必需的营养,还可以把大脑和脊髓不需要的、有害的废物带到血液里从而分泌出去。此外,脑脊液还有一定的“屏障作用”,可以防止某些细菌、病毒或有害物质侵犯大脑和脊髓。

脑和脊髓毕竟是会生病的,甚至细菌、病毒都能钻进去危害它们。

这个时候,医生往往会从后面腰椎处作穿刺检查,抽出一点脑脊液化验,根据脑脊液的成分等情况协助诊断疾病。有些病人因脑壳内(颅内)压力增高而出现剧烈头痛等症状,医生也会在需要时抽出一些脑脊液以减轻颅内压力。