1、组成大脑皮层的主要结构是什么,可以接说一下吗
大脑皮层是由6层神经细胞组成的。在进化中,它由下层到上层依次生成,从而这些不同层次结构的功能也不尽相同。在功能上,它们被分为3个级区:初级区、次级区和联络区。
初级区 初级区主要指皮层第4层(感觉性内导层)和第5层(运动性外导层)大锥体细胞密集的部位。它直接接受皮层下中枢的传入纤维和向皮层下部发出的纤维,与感觉器和效应器之间有着直接的功能定位关系。这些部位的神经细胞具有高度的特异性,分别从视、听、肌肉等外周感受器与枕叶、颞叶、中央后回和中央前回联系起来。这种联系是由定位和功能相同的神经细胞聚集在一起,形成垂直于皮层表面的柱状结构,从而区分出投射性的皮层视觉区、听觉区、躯体感觉区和运动区,实现着初级的感觉性和运动性信息传递。整个初级区属于较简单的“投射”皮层结构。
次级区 次级区主要占据着皮层结构比较复杂的第2、3层组织。这些部位由短纤维神经细胞所组成。它们大部分同外周感官没有直接联系。次级区的主要功能是对外周输入的信息进行初步加工,它们还接受来自脑深部传导的冲动。次级区是在种系演化晚期阶段和人类中发展的,其功能是对所接受信息进行分析与整合,在复杂的心理活动中起作用。次级区属于“投射—联络”皮层结构。
联络区 联络区是指位于皮层各感觉区之间和重叠部位。它所包含的皮层区域完全是由皮层的上层细胞所组成,与外周感官无直接联系。联络区在皮层上构成两大区域。其一分布于脑后部两侧枕叶、顶叶和颞叶之间的结合部位,是各感觉区的皮层重叠部分,下顶区是它的基本组成部位。人类下顶区十分发达,占据联络区的四分之一,实际上联络区是人类所特有的组织。其二位于皮层运动区前上方,它在人的行为的复杂程序序列中起作用。它同皮层所有其余部分均有联系。联络区对心理的高级功能,诸如词义、语法、逻辑、抽象数量系统,综合空间标志的整合,以及经验的保存起作用;它协调各感觉区之间的活动,进行皮层最复杂的整合功能,被称为“保存信息、接受加工”的联络区。
大脑皮质分层结构是长期进化的产物。三级区结构的发展在不同类动物中有不同的发展等级。例如,老鼠的大脑皮层只有初级区和次级区的初步分化,没有联络区;猿猴的皮层有了联络区。只有到了人类,大脑皮质的分层次结构才分化得十分清楚。人的大脑皮层初级区受到发达的次级区的排挤,已占据不大的部位,而顶—枕—颞重叠区和额叶皮层的联络区两部分,是最发达的系统。人脑的功能作用,不是由相对分开的区域所完成,整个皮层结构是协同整合的机能系统。
谷歌人工智能写作项目:小发猫
2、什么叫神经网络?
南搞小孩给出基本的概念: 一.一些基本常识和原理 [什么叫神经网络?] 人的思维有逻辑性和直观性两种不同的基本方式大脑皮层神经网络结构。逻辑性的思维是指根据逻辑规则进行推理的过程;它先将信息化成概念,并用符号表示,然后,根据符号运算按串行模式进行逻辑推理;这一过程可以写成串行的指令,让计算机执行。然而,直观性的思维是将分布式存储的信息综合起来,结果是忽然间产生想法或解决问题的办法。这种思维方式的根本之点在于以下两点:1.信息是通过神经元上的兴奋模式分布储在网络上;2.信息处理是通过神经元之间同时相互作用的动态过程来完成的。 人工神经网络就是模拟人思维的第二种方式。这是一个非线性动力学系统,其特色在于信息的分布式存储和并行协同处理。虽然单个神经元的结构极其简单,功能有限,但大量神经元构成的网络系统所能实现的行为却是极其丰富多彩的。 [人工神经网络的工作原理] 人工神经网络首先要以一定的学习准则进行学习,然后才能工作。现以人工神经网络对手写“A”、“B”两个字母的识别为例进行说明,规定当“A”输入网络时,应该输出“1”,而当输入为“B”时,输出为“0”。 所以网络学习的准则应该是:如果网络作出错误的的判决,则通过网络的学习,应使得网络减少下次犯同样错误的可能性。首先,给网络的各连接权值赋予(0,1)区间内的随机值,将“A”所对应的图象模式输入给网络,网络将输入模式加权求和、与门限比较、再进行非线性运算,得到网络的输出。在此情况下,网络输出为“1”和“0”的概率各为50%,也就是说是完全随机的。这时如果输出为“1”(结果正确),则使连接权值增大,以便使网络再次遇到“A”模式输入时,仍然能作出正确的判断。 如果输出为“0”(即结果错误),则把网络连接权值朝着减小综合输入加权值的方向调整,其目的在于使网络下次再遇到“A”模式输入时,减小犯同样错误的可能性。如此操作调整,当给网络轮番输入若干个手写字母“A”、“B”后,经过网络按以上学习方法进行若干次学习后,网络判断的正确率将大大提高。这说明网络对这两个模式的学习已经获得了成功,它已将这两个模式分布地记忆在网络的各个连接权值上。当网络再次遇到其中任何一个模式时,能够作出迅速、准确的判断和识别。一般说来,网络中所含的神经元个数越多,则它能记忆、识别的模式也就越多。 南搞小孩一个小程序: 关于一个神经网络模拟程序的下载 人工神经网络实验系统(BP网络) V1.0 Beta 作者:沈琦 作者关于此程序的说明: 从输出结果可以看到,前3条"学习"指令,使"输出"神经元收敛到了值 0.515974。而后3条"学习"指令,其收敛到了值0.520051。再看看处理4和11的指令结果 P *Out1: 0.520051看到了吗? "大脑"识别出了4和11是属于第二类的!怎么样?很神奇吧?再打show指令看看吧!"神经网络"已经形成了!你可以自己任意的设"模式"让这个"大脑"学习分辩哦!只要样本数据量充分(可含有误差的样本),如果能够在out数据上收敛地话,那它就能分辨地很准哦!有时不是绝对精确,因为它具有"模糊处理"的特性.看Process输出的值接近哪个Learning的值就是"大脑"作出的"模糊性"判别! 南搞小孩神经网络研究社区: 人工神经网络论坛 (旧版,枫舞推荐) 国际神经网络学会(INNS)(英文) 欧洲神经网络学会(ENNS)(英文) 亚太神经网络学会(APNNA)(英文) 日本神经网络学会(JNNS)(日文) 国际电气工程师协会神经网络分会 研学论坛神经网络 人工智能研究者俱乐部 2nsoft人工神经网络中文站 =南搞小孩推荐部分书籍: 人工神经网络技术入门讲稿(PDF) 神经网络FAQ(英文) 数字神经网络系统(电子图书) 神经网络导论(英文) =南搞小孩还找到一份很有参考价值的讲座 <前向网络的敏感性研究> 是Powerpoint文件,比较大,如果网速不够最好用鼠标右键下载另存. 南搞小孩添言:很久之前,枫舞梦想智能机器人从自己手中诞生,SO在学专业的时候也有往这方面发展...考研的时候亦是朝着人工智能的方向发展..但是很不幸的是枫舞考研失败...SO 只好放弃这个美好的愿望,为生活奔波.希望你能够成为一个好的智能计算机工程师..枫舞已经努力的在给你提供条件资源哦~~
3、神经网络是什么
神经网络是一种模仿动物神经网络行为特征,进行分布式并行信息处理的算法数学模型。这种网络依靠系统的复杂程度,通过调整内部大量节点之间相互连接的关系,从而达到处理信息的目的。
生物神经网络主要是指人脑的神经网络,它是人工神经网络的技术原型。人脑是人类思维的物质基础,思维的功能定位在大脑皮层,后者含有大约10^11个神经元,每个神经元又通过神经突触与大约103个其它神经元相连,形成一个高度复杂高度灵活的动态网络。作为一门学科,生物神经网络主要研究人脑神经网络的结构、功能及其工作机制,意在探索人脑思维和智能活动的规律。
人工神经网络是生物神经网络在某种简化意义下的技术复现,作为一门学科,它的主要任务是根据生物神经网络的原理和实际应用的需要建造实用的人工神经网络模型,设计相应的学习算法,模拟人脑的某种智能活动,然后在技术上实现出来用以解决实际问题。因此,生物神经网络主要研究智能的机理;人工神经网络主要研究智能机理的实现,两者相辅相成。
扩展资料:
神经网络的研究内容相当广泛,反映了多学科交叉技术领域的特点。主要的研究工作集中在以下几个方面:
1、生物原型
从生理学、心理学、解剖学、脑科学、病理学等方面研究神经细胞、神经网络、神经系统的生物原型结构及其功能机理。
2、建立模型
根据生物原型的研究,建立神经元、神经网络的理论模型。其中包括概念模型、知识模型、物理化学模型、数学模型等。
3、算法
在理论模型研究的基础上构作具体的神经网络模型,以实现计算机模拟或准备制作硬件,包括网络学习算法的研究。这方面的工作也称为技术模型研究。
神经网络用到的算法就是向量乘法,并且广泛采用符号函数及其各种逼近。并行、容错、可以硬件实现以及自我学习特性,是神经网络的几个基本优点,也是神经网络计算方法与传统方法的区别所在。
参考资料:百度百科-神经网络(通信定义)
4、人脑是一个结构复杂的器,它是有什么构成的?
人脑的结构分为大脑半球、内囊及皮质下白质、基底神经节、间脑、脑干和小脑几部分。大脑半球的功能极其复杂,除运动、感觉外还与人的认知、情感、语言、行为等高级神经活动有关。内囊及皮质下白质与运动感觉以及听觉和视觉有关。基底神经节,与大脑皮质、丘脑、小脑、脊髓都有广泛的纤维联系,它的功能是与大脑和小脑协同,调节随意运动,肌张力姿势及复杂的行为活动。总体来说人脑的功能是维持觉醒和思维的。
大脑包括端脑和间脑,端脑包括左右大脑半球。端脑是脊椎动物脑的高级神经系统的主要部分,由左右两半球组成,是人类脑的最大部分,是控制运动、产生感觉及实现高级脑功能的高级神经中枢。脊椎动物的端脑在胚胎时是神经管头端薄壁的膨起部分,以后发展成大脑两半球,主要包括大脑皮质、大脑髓质和基底核等三个部分。大脑皮质是被覆在端脑表面的灰质、主要由神经元的胞体构成。皮质的深部由神经纤维形成的髓质或白质构成。髓质中又有灰质团块即基底核,纹状体是其中的主要部分。在医学及解剖学上,多用大脑一词来指代端脑。
大脑(brain)包括端脑和间脑,端脑包括左右大脑半球。
大脑 结构
端脑是脊椎动物脑的高级神经系统的主要部分,由左右两半球组成,在人类为脑的最大部分,是控制运动、产生感觉及实现高级脑功能的高级神经中枢。脊椎动物的端脑在胚胎时是神经管头端薄壁的膨起部分,以后发展成大脑两半球,主要包括大脑皮质、大脑髓质和基底核等三个部分。大脑皮质是被覆在端脑表面的灰质、主要由神经元的胞体构成。皮质的深部由神经纤维形成的髓质或白质构成。髓质中又有灰质团块即基底核,纹状体是其中的主要部分。
端脑由约140亿个细胞构成,重约1400克,大脑皮层厚度约为2-3毫米,总面积约为2200平方厘米,据估计脑细胞每天要死亡约10万个(越不用脑,脑细胞死亡越多)。一个人的脑储存信息的容量相当于1万个藏书为1000万册的图书馆,以前的观点是最善于用脑的人,一生中也仅使用掉脑能力的10%,但现代科学证明这种观点是错误的,人类对自己的脑使用率是100%,脑中并没有闲置的细胞。人脑中的主要成分是血液,血液占到80%,大脑虽只占人体体重的2%,但耗氧量达全身耗氧量的25%,血流量占心脏输出血量的15%,一天内流经脑的血液为2000升。脑消耗的能量若用电功率表示大约相当于25瓦。
因为有80%是血液,所以它就有些像豆腐。但是它不是方的,而是圆的;也不是白的而是淡粉色的。
端脑主要包括左、右大脑半球,是中枢神经系统的最高级部分。人类的大脑是在长期进化过程中发展起来的思维和意识的器官。大脑半球的外形和分叶左、右大脑半球由胼胝体相连。半球内的腔隙称为侧脑室,它们借室间孔与第三脑室相通。每个半球有三个面,即膨隆的背外侧面,垂直的内侧面和凹凸不平的底面。背外侧面与内侧面以上缘为界,背外侧面与底面以下缘为界。半球表面凹凸不平,布满深浅不同的沟和裂,沟裂之间的隆起称为脑回。背外侧面的主要沟裂有:中央沟从上缘近中点斜向前下方;大脑外侧裂起自半球底面,转至外侧面由前下方斜向后上方;在半球的内侧面有顶枕裂从后上方斜向前下方;距状裂由后部向前连顶枕裂,向后达枕极附近。这些沟裂将大脑半球分为五个叶:即中央沟以前、外侧裂以上的额叶;外侧裂以下的颞叶;顶枕裂后方的枕叶;外侧裂上方、中央沟与顶枕裂之间的顶叶;以及深藏在外侧裂里的脑岛。另外,以中央沟为界,在中央沟与中央前沟之间为中央前回;中央沟与中央后沟之间为中央后回。
端脑有左右两个大脑半球(端脑半球)。将两个半球隔开的是称为大脑纵隔的沟壑,两个半球除了脑梁与透明中隔相连以外完全左右分开。半球表面布满脑沟,沟与沟之间所夹细长的部分称为脑回。脑沟并非是在脑的成长过程中随意形成,什么形态出现在何处都完全有规律(其深度和弯曲度因人稍有差异)。每一条脑沟在解剖学上都有专有名称。脑沟与脑回的形态基本左右半球对称,是对脑进行分叶和定位的重要标志。比较重要的脑沟有外侧沟 起于半球下面,行向后上方,至上外侧面;中央沟 起于半球上绿中点稍后方,斜向前下方,下端与外侧沟隔一脑回,上端延伸至半球内侧面;顶枕沟位于半球内侧面后部,自下向上。在外侧沟上方和中央沟以前的部分为额叶;外侧沟以下的部分为颞叶;枕叶位于半球后部,其前界在内侧面为顶枕沟,在上外侧面的界限是自顶枕沟至枕前切迹(在枕叶后端前方约4cm处)的连线;顶叶为外侧沟上方、中央沟后方、枕叶以前的部分;岛叶呈三角形岛状,位于外侧沟深面,被额、顶、颞叶所掩盖,与其他部分不同布满细小的浅沟(非脑沟)。
左右大脑半球有各自的称为侧脑室的腔隙。侧脑室与间脑的第三脑室,以及小脑和延脑及脑桥之间的第四脑室之间有孔道连通。脑室中的脉络丛产生脑的液体称为脑脊液。脑脊液在各脑室与蛛网膜下腔之间循环,如果脑室的通道阻塞,脑室中的脑脊液积多,将形成脑积水。
广义的大脑的脑神经有,端脑出发的嗅神经,间脑出发的视神经。
大脑的断面分为白质与灰白质。端脑的灰白质是指表层的数厘米厚的称为大脑皮质的一层,大脑皮质是神经细胞聚集的部分,具有六层的构造,含有复杂的回路是思考等活动的中枢。相对大脑皮质白质又称为大脑髓质。
间脑由丘脑与下丘脑构成。丘脑与大脑皮质,脑干,小脑,脊髓等联络,负责感觉的中继,控制运动等。下丘脑与保持身体恒常性,控制自律神经系统,感情等相关。
内部结构
大脑半球的内部结构
⒈ 灰质:覆盖在大脑半球表面的一层灰质称为大脑皮层, 是神经元胞体集中的地方。这些神经元在皮层中的分布具有严格的层次,大脑半球内侧面的古皮层分化较简单,一般只有三层:①分子层;②锥体细胞层;③多形细胞层。在大脑半球外侧面的新皮层则分化程度较高,共有六层:①分子层(又称带状层);②外颗粒层;③外锥体细胞层;④内颗粒层;⑤内锥体细胞层(又称节细胞层);⑥多形细胞层。
⒉ 皮层的深面为白质,白质内还有灰质核,这些核靠近脑底,称为基底核(或称基底神经节)。基底核中主要为纹状体。纹状体由尾状核和豆状核组成。尾状核前端粗、尾端细,弯曲并环绕丘脑;豆状核位于尾状核与丘脑的外侧,又分为苍白球与壳核。尾状核与壳核在种系发生(即动物进化)上出现较迟,称为新纹状体,而苍白球在种系发生上出现较早,称为旧纹状体。纹状体的主要功能是使肌肉的运动协调,维持躯体一定的姿势。
5、大脑皮层结构
反映举止慢有好多原因,不一定是大脑的原因.
大脑皮层有严密的形态结构和机能定位。从外观上看,大脑由左、右两个大致对称的半球构成。两个半球的外层就是大脑皮层。皮层由神经细胞胞体密集排列,其下部是由髓鞘化了的神经纤维所构成。人类大脑皮层的皱折形成了许多沟回和裂。按照这些沟和裂,可把大脑皮层分为额叶、顶叶、枕叶和颞叶。额叶与顶叶由中央沟分开,颞叶在外侧裂下面,与枕叶和顶叶相连接,但没有明确分开的沟。
大脑两半球内侧环绕着的额上回、颞下回、枕颞回、楔回以及颞下沟、顶枕沟等部位,是从两半球的外侧卷折过来的。靠近这些回沟更接近于中心位置的扣带回、海马回等,则属于旧皮层,即皮层内边界的边缘叶部分;围绕着它们以外的部分均为新皮层。大脑两半球是分开的结构,唯有中间的胼胝体是两半球联结的部分。
大脑皮层不同的区域有不同的机能。按照上述的结构分布,大致相应地分为3类机能区:皮层感觉区、皮层运动区和皮层联合区。皮层感觉区又可分为躯体感觉区、视觉区、听觉区。
6、大脑皮层的主要功能区有哪些
人类的大脑可以区分为三个部分:脑核(Central Core)、脑缘系统(Limbic System)、大脑皮质(Cerebral Cortex)。 脑核部分是掌管人类日常基本生活的处理,包括呼吸、心跳、觉醒、运动、睡眠、平衡、早期感觉系统等。
而脑缘系统是负责行动、情绪、记忆处理等功能,另外,它还负责体温、血压、血糖、以及其它居家活动等。
大脑皮质则负责人脑较高级的认知和情绪功能,它区分为两个主要大块----左大脑和右大脑,各大块均包含四个部分----额叶脑(Frontal Lobe)、顶叶脑(Parietal Lobe)、枕叶脑(Occipital Lobe)、颞叶脑(Temporal Lobe)。
扩展资料
婴儿在母亲体内成长期间,脑神经元会不断增加,平均每分钟增加250,000个脑神经元,到了出生时,可达近100亿个脑神经元;
重量也由100克,成长到1,100克,成长速度相当惊人。在此生长过程中,适当的听觉、体觉、视觉的刺激,将有助于脑部胶原神经细胞(Glial Cell)的发展,这也就是所谓的0~3岁的学前教育。
因为它是人类脑部发展最重要的阶段,在这个阶段,脑部正在作整个脑神经网络的建构工程(基础工程),基础若完备,后续的学习将会事半功倍。
参考资料来源:
7、大脑皮层的结构以及中枢部位的功能是什么
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大脑皮层分四个区域:额叶、顶叶、枕叶、颞叶。
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额叶是运动反射中枢。
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顶叶是感觉反射中枢。
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枕叶是视觉反射中枢。
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颞叶是听觉反射中枢。
8、大脑的构造及功能
大脑的构造
神经底盘
生物学家Paul MacLean称人脑最早形成的部分,也是最深一层的组织为「神经底盘」〈neural chassis〉。此部位控制呼吸、心跳、血压等生命基本功能,他包括脊随、脑干〈延随和桥脑〉、中脑。鱼类的神经底盘占了脑子的绝大部分。
爬虫动物脑
围绕神经底盘的是R-complex〈视网纹、纹状体、苍白球〉,此部份控制攻击行为,地域性和社会阶层。爬虫类动物的脑中有这一层,因此也称为「爬虫动物脑」。
边缘系统
在往上一层是哺乳动物具有的边缘系统,包括五脑,五脑下部,扁桃体〈松果体〉,垂体,海马。此部位主要控制情绪与社会行为,但也掌管嗅觉和记忆。由於哺乳动物因生存而演化出复杂的社会关系,脑子便有很大的一部份要来适应社会和处理生活在群体中的问题。
新皮质
脑部的最外层,包围所有部分的是新皮质〈额叶、顶叶、颞叶、枕叶〉,此部份只要控制理解力、语言和空间感。人脑的表面有许多的皱褶,这点和其他动物脑部平滑是不同的,因此人类大脑皮层的表面基较其他动物多了许多,也较为聪明多了。
最复杂的物体
我们肩上承受的〈头脑〉这1.6公斤重的神经元,有可能是太阳系中,甚至我们这一部份银河系裏,最复杂的物体。而大脑几层的部分组成,反映出人类渐进演化的过程。
9、大脑皮层是由什么组成
参考资料:
大脑皮层 (谈宝珍)
包被大脑半球沟和回外层的灰质,是调节机体机能的最高部位。哺乳动物出现了高度发达的大脑皮层,并随着神经系统的进化而进化。新发展起来的大脑皮层在调节机能上起着主要作用;而皮层下各级脑部及脊髓虽也有发展,但在机能上已从属于大脑皮层。高等动物一旦失去大脑皮层,就不能维持其正常的生命活动。人类的大脑皮层更产生了新的飞跃,有了抽象思维的能力,成为意识活动的物质基础。人类大脑皮层的神经细胞约有140亿个,面积约2200平方厘米,主要含有锥体形细胞、梭形细胞和星形细胞(颗粒细胞)及神经纤维。按细胞与纤维排列情况可分为多层,自皮层表面到髓质大致分为六层。皮层的神经元之间联系十分广泛和复杂,在皮层的不同部位,各层的厚薄、各种神经细胞的分布和纤维的疏密都有差异。根据皮层的不同特点和功能,可将皮层分为若干区。机体的各种功能在皮层具有定位关系,如运动区、感觉区等。但这仅是相对的,这些中枢也分散有类似的功能。如中央前回(四区)主要管理全身骨胳肌运动,称运动区,但中央前回也接受部分的感觉冲动。中央后回主管全身体躯感觉,但刺激该区也可产生少量运动。皮层除一些特定功能的中枢外,人类皮层大部分区域称联合区。临床实验证明,某一中枢的损伤,并不使人永久性完全丧失该中枢所管理的功能,经过适当的治疗和功能锻炼,常可由其他区域的代偿而使该功能得到一定程度的恢复。(杨纫姝)
揭示大脑皮层的感知机理 2003-10-31 11:10:43 科技日报
当动物萎靡不振,昏昏欲睡时,它们的大脑是否也处于混沌状态?以色列研究人员在研究了猫的大脑活动后提出,动物即使是闭着眼睛打盹,其大脑也许仍会下意识地产生视觉图像。研究人员称,如果人类也是如此的话,那么,人们喜欢看自己期望看到的东西的这种倾向,也许出自大脑中不断产生的虚幻感觉。
通常,眼睛在察觉到一个细小的斑点时,动物大脑皮层大约几毫米大的区域会兴奋起来,该区域中成千上万的神经细胞立即开始详细了解斑点的性质。垂直的斑点会导致某些神经细胞十分兴奋,而水平或斜向斑点会让另一些神经细胞十分兴奋。于是,不同的斑点在大脑皮层的兴奋区域产生了不同的高度兴奋图案,神经学家称这些大脑皮层图案为“定位图”。人们一直认为,动物合上双眼后,大脑皮层中将不会出现“定位图”,取而代之的是神经细胞的随机活动。
据10月30日英国《自然》杂志网络版报道,以色列魏茨曼科学院塔尔·肯奈特和他的同事通过一项高水平的实验惊奇地发现,猫在昏迷时,其大脑却似乎在系统地扫描内在的图像。实验中,研究人员将电压敏感染料涂在昏迷猫的大脑皮层,利用显微镜,研究人员观察到,染料颜色随着大脑皮层神经细胞电刺激的状态变化而改变,并记录下了猫在昏迷时大脑皮层中自然发生的神经活动。通过比较他们发现,猫昏迷时的神经活动同它在清醒时观察实际景色引起的大脑皮层神经活动类似。
研究人员强调,他们记录的神经活动不是梦,因为该现象发生在大脑初级视觉皮层,这里被认为是被动记录视觉刺激的区域,也就是说,记录的神经活动发生在大脑进行信息处理链的低级阶段,它正好是动物大脑对眼前情景的反映。美国加州大学研究人员达理奥·瑞格奇表示,目前占主导地位的是“自下而上”观点,该观点认为信息只能从眼睛流向大脑中更高的处理中心。肯奈特他们的发现对“自上而下”的感知机制理论是强有力的支持。
然而,研究人员表示,他们还不清楚大脑皮层内在图像的含义,它们也许是最值得注意的记忆、期望或物体的反映。但对人类而言,这种内在的图像甚至可能代表着我们大脑中对周围环境最理想的猜测,但睁开眼后,我们获得的感官刺激也许会随之更新大脑中的猜测。
大脑皮层与心理活动
大脑皮层的结构与功能
大脑皮层是物种进化的高级产物,在人类身上发展到最高阶段。随着种系的发展,皮层所占大脑组织的总量比例相应增大。人类大脑皮层有140亿神经细胞,主要由神经细胞胞体密集而成。扩展了的皮层面积远远超过颅骨所能容纳的程度,它于是变得在颅内皱折和卷绕起来,好像把一块海绵拥塞在一个头盔里。
大脑皮层面积的增大,无疑是与它的结构的严密化和功能的精细分化联系着的。皮层上神经细胞胞体的密集排列,承担着寻找外界信息的极其复杂的加工。在此,以记忆为例,人类记忆的机制之一,是在同类外界输入信息的重复作用下,众多的、不同的神经细胞群交替地和重复地参与到整合活动中。记忆的保持或遗忘取决于这些神经细胞群参与工作的数量和质量。如果一次输入所激活神经细胞群在下次被抑制或破坏,还有另外的细胞群参与来取代前者。这说明庞大的神经细胞群参与记忆活动,能保证记忆痕迹在长时记忆中保存。
那么,记忆或思维如何成为有意识的呢?对于意识来说,在脑的中央核心部分,有众多的、短而细的多支神经纤维的神经元,它们之间可进行相互之间往复的平行传导。这种工作方式在脑各级组织中的广泛传导,给脑内留下一种持续的状态,这种状态在进化中逐渐成为一种感觉,它以主观体验的方式进行着自我监督,这就是意识的前身或起源。当这种脑的状态与言语机制相结合,就形成了人类的语词意识。
在人类,言语活动是信息加工的独特载体。语词代表着被极大概括化了的外界事物的涵义。因此,言语刺激和言语思维能激活所涉及的最大神经细胞,在广泛的大脑皮层中进行整合。它涉及思维的分类与归类,记忆的存贮与提取,情绪与动机,皮上与皮下的相互交错联系,这一切导致人的思维加工可在语词意识的水平上进行,并在情绪中产生满意与否的意识体验。
以上描述作为举例说明,无论是记忆的形成,思维的加工或意识的产生,尽管其物质基础和形成机制还不能确切地予以解释,但无疑是与脑这一体积虽小但却是极其庞大和复杂的神经结构的发展联系着的。
大脑皮层的结构与功能
1.大脑皮层的外观形态分布与功能分工
大脑皮层有严密的形态结构和机能定位。从外观上看,大脑由左、右两个大致对称的半球构成。两个半球的外层就是大脑皮层。皮层由神经细胞胞体密集排列,其下部是由髓鞘化了的神经纤维所构成。人类大脑皮层的皱折形成了许多沟回和裂。按照这些沟和裂,可把大脑皮层分为额叶、顶叶、枕叶和颞叶。额叶与顶叶由中央沟分开,颞叶在外侧裂下面,与枕叶和顶叶相连接,但没有明确分开的沟。
大脑两半球内侧环绕着的额上回、颞下回、枕颞回、楔回以及颞下沟、顶枕沟等部位,是从两半球的外侧卷折过来的。靠近这些回沟更接近于中心位置的扣带回、海马回等,则属于旧皮层,即皮层内边界的边缘叶部分;围绕着它们以外的部分均为新皮层。大脑两半球是分开的结构,唯有中间的胼胝体是两半球联结的部分。
大脑皮层不同的区域有不同的机能。按照上述的结构分布,大致相应地分为3类机能区:皮层感觉区、皮层运动区和皮层联合区。皮层感觉区又可分为躯体感觉区、视觉区、听觉区。
视觉区。皮层视觉区位于枕叶,是视觉的最高中枢。视觉神经从视网膜上行进入脑,通向低级中枢——外侧膝状体。在上行途中,双眼视神经的一部分投射于同侧外侧膝状体,另一部分交叉到对边外侧膝状体,最后投射到皮层枕叶。由于视交叉是不完全的交叉,因此视觉信息向脑内传递带有双侧性。
听觉区。皮层听觉区位于颞上回,是听觉的最高中枢听觉神经从听觉感受器——内耳柯蒂氏器上行进入听觉低级中枢——内侧膝状体,最后投射到皮层颞叶。由于听觉神经进入脑内后也呈不完全交叉,故而听觉信息向脑内传递也带有双侧性。
躯体感觉区。躯体感觉区位于顶叶中央沟后面的中央后回。这里主管着热、冷、触、痛、本体觉等所有来自躯体的感觉。躯体特定部位的感觉在躯体感觉区有一定的机能定位,其定位有如下特点:颈部以下躯体感觉有对侧性,即左(右)侧躯体信息投射在右(左)侧皮层;整个躯体感觉的机能定位呈倒立分布,即来自躯体上部的信息投射到躯体感觉区下部,来自躯体下部的信息投射到感觉区上部;皮层投射区域的大小,不以躯体器官的大小而定,而是以器官感觉的精细和复杂程度而定。如手和口部感觉精细,内涵丰富,在皮层上占有极大的投射区。
皮层运动区。皮层运动区位于中央沟前面的中央前回。这部位含有大量的锥体细胞,故又称锥体区。皮层运动区的机能定位与躯体感觉区相似,即头面部运动由本侧皮层支配,头部以下躯体运动由对侧皮层支配;皮层运动区的机构定位呈倒立分布,运动区上部支配躯体下部运动,运动区下部支配身体上部运动;同时,动作越精细,越复杂,在皮层的投射区越大。
皮层联合区。大脑皮层中具有起着联络、综合作用的结构和机能系统,称为皮层联合区。它是大脑皮层执行高级心理功能的部位。在种系进化的水平上越高,联合区在皮层上占的比例越大。在人类,除上述感觉区和运动区以外的区域,均为联合区,它占据整个皮层的一半位置。
联合区不直接同感觉过程和运动过程相联系,它的主要功能是整合来自各感觉通道的信息,对输入的信息进行分析、加工和储存。它支配、组织人的言语和思维,规划人的目的行为,调整意志活动,确保人的主动而有条理的行动。因此,它是整合、支配人的高级心理活动,进行复杂信息加工的神经结构。
2.大脑皮层的三级区结构与功能
大脑皮层是由6层神经细胞组成的。在进化中,它由下层到上层依次生成,从而这些不同层次结构的功能也不尽相同。在功能上,它们被分为3个级区:初级区、次级区和联络区。
初级区。初级区主要指皮层第4层(感觉性内导层)和第5层(运动性外导层)大锥体细胞密集的部位。它直接接受皮层下中枢的传入纤维和向皮层下部发出的纤维,与感觉器和效应器之间有着直接的功能定位关系。这些部位的神经细胞具有高度的特异性,分别从视、听、肌肉等外周感受器与枕叶、颞叶、中央后回和中央前回联系起来。这种联系是由定位和功能相同的神经细胞聚集在一起,形成垂直于皮层表面的柱状结构,从而区分出投射性的皮层视觉区、听觉区、躯体感觉区和运动区,实现着初级的感觉性和运动性信息传递。整个初级区属于较简单的“投射”皮层结构。
次级区。次级区主要占据着皮层结构比较复杂的第2、3层组织。这些部位由短纤维神经细胞所组成。它们大部分同外周感官没有直接联系。次级区的主要功能是对外周输入的信息进行初步加工,它们还接受来自脑深部传导的冲动。次级区是在种系演化晚期阶段和人类中发展的,其功能是对所接受信息进行分析与整合,在复杂的心理活动中起作用。次级区属于“投射—联络”皮层结构。
联络区。联络区是指位于皮层各感觉区之间和重叠部位。它所包含的皮层区域完全是由皮层的上层细胞所组成,与外周感官无直接联系。联络区在皮层上构成两大区域。其一分布于脑后部两侧枕叶、顶叶和颞叶之间的结合部位,是各感觉区的皮层重叠部分,下顶区是它的基本组成部位。人类下顶区十分发达,占据联络区的四分之一,实际上联络区是人类所特有的组织。其二位于皮层运动区前上方,它在人的行为的复杂程序序列中起作用。它同皮层所有其余部分均有联系。联络区对心理的高级功能,诸如词义、语法、逻辑、抽象数量系统,综合空间标志的整合,以及经验的保存起作用;它协调各感觉区之间的活动,进行皮层最复杂的整合功能,被称为“保存信息、接受加工”的联络区。
大脑皮质分层结构是长期进化的产物。三级区结构的发展在不同类动物中有不同的发展等级。例如,老鼠的大脑皮层只有初级区和次级区的初步分化,没有联络区;猿猴的皮层有了联络区。只有到了人类,大脑皮质的分层次结构才分化得十分清楚。人的大脑皮层初级区受到发达的次级区的排挤,已占据不大的部位,而顶—枕—颞重叠区和额叶皮层的联络区两部分,是最发达的系统。人脑的功能作用,不是由相对分开的区域所完成,整个皮层结构是协同整合的机能系统。
3.脑的3个基本机能联合系统
人的心理活动是复杂的机能系统,它们不由脑的局部部位所决定。正像从上述皮层三级区所看到的,每个区域和不同层次起着不同的作用。皮层下结构的功能也是如此。按照脑的功能分工,可划分为3个基本的机能联合系统,任何心理活动都必须有它们的参与:调节觉醒和紧张状态的联合系统;接受加工和保存信息的联合系统;调节和控制复杂活动的联合系统。通过这3个机能系统的工作,可看到人的心理从信息输入、整合到反应的大致图景。
调节觉醒、紧张状态机能系统。为了心理活动的正常进行,保持大脑皮层一定的觉醒状态和适宜的紧张度,具有决定性的意义。保证和调节皮层觉醒状态和紧张度的器官,不是位于皮层本身,而是位于皮层下部位和脑干的网状结构。这些部位与皮层有上、下行的调节联系通路。网状结构上行激活系统激活皮层紧张度。同时通过网状结构下行激活系统受到皮层的调节与控制。借助于这种机制,皮层所需用以进行信息加工的兴奋与抑制的整合能量,从皮层下网状组织得到补充。
激活网状结构下行纤维的皮层部位,首先从额叶开始,并通向丘脑和脑干。这一额叶—网状结构通路,不但输送外导信息,引起有机体的适应行为,更重要的是,额叶的高级功能——意图形成、计划制订、监督计划的执行等有意识活动,是靠额叶—网状结构通路的机能活动实现的。事实上,即将从以下阐述所能看到的,上额叶受损伤,人的能动的心理活动的整个系统,也就是人的高级智能活动,将受到严重的破坏。
接受加工、保存信息机能系统。接受加工和保存信息的机能系统是心理整合的最主要的系统。它涉及大脑皮层的枕—颞—顶叶3个感觉区的3个级区的整合功能。初级投射区的特异性感觉输入——分别为视觉、听觉和躯体感觉的,在次级区即已被整合加工,但仍具有投射性;最重要的是在第三级联络区的广大皮层进行的多方面整合。例如,认识周围地理环境的综合标志,不是由专门化的某一感觉系统所能完成,而是由顶—枕部联络区所整合的反应。因此,顶—枕部受损伤时,空间认知即发生障碍。从直观知觉向以内部图式和广泛概括为前提的抽象思维的过渡,也必须在联络区参与下才有可能。在顶—枕—颞部受损伤时,不能把输入的个别信息整合到统一的结构中去,从而对信息意义的理解发生困难。
颞叶是听觉的中枢。颞叶次级区受损伤导致语音不识症,即“感觉性失语症。”这是左侧颞叶次级区受损伤的基本特征。它影响到听觉记忆和思维,产生“听觉记忆性失语症”。但是在顶—枕—颞叶三级联络区受损时,失去的则是对语法结构的理解。例如对“鸟巢在树枝上”的句子,患者弄不懂“树、鸟、巢、枝”的关系。这时,言语失去工具效应,发生命名障碍,语义不能纳入一定意义的范畴,语义图式完全遭到破坏。左半球额下因或额—颞区(Broca区)受损伤,则失去言语表达动机,构思不能主动发生,导致表达思想成为不可能的“运动性失语症。”
额叶受损伤时,患者在任务面前表现茫然不解。意识不到任务提出的条件,从而不能形成任何意图与计划。病人冲动式地得出答案,不能把答案与任务条件作比较,意识不到自己的答案毫无意义。实际上,额叶与整个皮层,特别是在三级联络区,有广泛的联系,额叶损伤所破坏的是人的能动的心理活动的整个结构。
调节复杂活动机能系统。调节复杂活动的机能系统位于大脑皮层前部中央前回的额叶。中央前回额叶是大脑的执行器官。它由皮层初级区第5层大椎体细胞纤维外导,通向达到肌肉运动器官,引起活动反应。这条通路称为椎体通路(活动的实现还要经过另一条椎体外路来保证)。
人对外来信息不仅简单地予以反应,在加工和保存信息中,产生意图,制订计划、执行程序、监督和控制活动,这就是人类高级的有意识的活动。这些复杂的信息加工是在上述“接受加工、保存信息”的机能系统中进行的,是在额叶次级区和联络区借助言语机制形成的,这就不仅涉及额叶本身,而且在联络区通向整个皮层。由此可见,活动调节机能系统有两个方向的联系,一个是下行通过间脑调节网状激活系统,以形成行为的动力图式;另一个是额叶与皮层所有其他部位的广泛联系,以实现对由意识所支配的行为的调节。因此,额叶不仅对调节皮层紧张度与激活水平起着重要的作用,而且对人的高级思维和决策,对问题解决、实现意志行为等意识活动的调节和控制,在整个皮层联络区的整合加工参与下,起着决定的作用。
综上所述,人的心理是在大脑皮质的3个级区和脑的3个机能系统的协同活动中实现的。外界信息在皮层初级区向次级区、联络区传递,特别是在其中的高级区进行加工。信息的传递过程,第一机能系统保证皮层紧张度,第二机能系统进行分析与整合,第三机能系统保证有意识的、有目的的探索活动。这就是大脑皮层的概略的信息加工图景。
大脑两半球功能差异
看起来似乎是完全对称的大脑两半球,实际上在大小和重量上,尤其在功能上是差异的。这种大脑两半球功能不对称性称为“单侧化”。主要表现在左、右两半球在实现语言、逻辑、数学和空间认知、雕刻、音乐等方面功能的差异。单侧化的研究为人们认识脑的功能提供了新的知识和开辟了新的途径。
1.单侧化的证据和实验研究
早在上个世纪,布罗卡发现大脑左半球额叶受损伤导致运动性失语症以来,大量研究已向人们揭示了左半球的语言功能。因此,对右利手者来说,左半球为言语优势半球。然而对有半球的功能,长期以来一直不很清楚。近年来研究发现,右半球也有着单侧优势的重要功能。右利手者在右半球受损伤时,他们的空间和形象认知方面产生障碍,尤其在空间定向和对复杂图形的知觉中,只能知觉局部细节而不能把握整体。有的患者不能识别人的面孔,有的患者不能确定地图坐标。这些不正常现象在右半球受损伤中常见。
但是,这种现象在左利手患者中有时并不十分清楚。有的左利手者,与右利手者正相反,他们的右半球为语言优势,左半球为空间知觉优势。但是,有许多左利手者的两半球功能全然没有单侧化现象。他们的两半球的功能是均衡的,任何一侧受损伤均可导致失语症,而且,未受损伤的半球能较好地补偿受损伤半球的语言功能。这种现象使人迷惑不解,增加了认识两半球功能差异性的难度。
单侧化的进一步研究是在本世纪60年代从“割裂脑”技术中进行的(R. Spery,1960)。正常人的脑是作为一个整合的整体起作用的。两个半球各自获得的外界信息,均可立即通过脑中心的胼胝体内连接两半球的神经互相传送到对边半球。但是在患某癫痫发作的病人中,由于胼胝体连接桥的作用,使一边半球的神经发作引起对边半球放电,从而导致两个半球的普遍放电,加剧了癫痫发作。通过割裂脑手术——割断胼胝体在两个半球之间的连接侨,可有效地制止癫痫发作的严重情况。
2.大脑两半球功能差异性
割裂脑的研究为证明大脑两半球功能之差异提供了许多证据,但仍不能认为已经十分清楚。已经明确知道的是,左半球支配着言语表达能力,数学运算以及连续的分析综合思维活动,并符合逻辑;右半球能理解简单的语言,如摸出一个螺母表明对“螺母”词作出了反应。但是右半球不能理解抽象的语言形式和进行抽象思维。从语言功能上说,对右利手者,左半球为优势半球,右半球为非优势半球。
许多研究也证明了右半球有着它的特殊功能。右半球支配着空间方位定向和图形认知。它比左半球更好地完成三度空间辨认和绘画立体图形,在按照图案构造立体模型上,比左半球显示更有效的形象构思和形象透视能力。由此推论右半球有着方位知觉、触摸觉、绘画、雕刻等艺术活动方面的优势。还有些研究者认为右半球比左半球更多地支配情绪和梦,从而把与情绪活动密切联系的艺术才能归结为右半球优势。这需要作更多的研究才能予以确定。
两个半球的专门化在个体发展中有一个明显的发展过程,而且它是随着个体掌握语言和言语能力完善化而显示。在儿童时期,左半球受损伤,右半球代偿语言功能将没有多大困难。然而,成年人左半球受损伤,随其受损程度,语言缺陷将是不可避免的和无可取代的。
本节阐述了大量的有关大脑皮层结构的机能定位问题。但必须具有这样一种认识,即有关机能定位的知识大多数来自脑损伤引起的功能缺陷。但确切的损伤定位在病人活着的时候很难十分确切地予以鉴定,同时一处损伤,有时与不同的功能缺陷联系着,而许多种心理功能又完全由某一脑区所掌管。因此模糊不清和模棱两可的情况时常出现,这些困难只能靠大量的神经外科手术资料的积累来加以分析。这个问题即使得到克服,也还有另外一个问题需要对之具有明确的认识,即脑是心理的器官,了解心理活动要依靠脑科学知识;但这只是真理的一半。对脑这一物质基础的依赖,首先需要对心理本身的一定认识。换句话说,不了解情绪的性质,就无从解释脑皮质、皮下多部位与情绪的关系;不了解思维和知觉的区别,也难以分辨皮层不同级区与它们之间的定位关系;刺激额叶一定部位可引起某些回忆,但在对记忆知道更多之前,对此不能作出任何解释。神经生理学和心理学的知识是互相作用和互相促进其研究进展的。