邊緣系統

邊緣系統

邊緣系統是指高等脊椎動物中樞神經系統中由古皮層、舊皮層演化成的大腦組織以及和這些組織有密切聯系的神經結構和核團的總稱 。古皮層和舊皮層是被新皮層分隔開的基礎結構。邊緣系統的重要組成包括,海馬結構、海馬旁回及內嗅區、齒狀回、扣帶回、乳頭體以及杏仁核。上述結構通過帕帕茲環[Papez 環路]相互聯系,並與其他腦結構(新皮層、丘腦、腦幹)有廣泛聯系,所以邊緣系統的作用是使中腦、間腦和新皮層結構之間發生信息交換。

通過與下丘腦及植物神經系統的聯系,邊緣系統參與調解本能和情感行為,其作用是自身生存和物種延續。此外,海馬結構還對學習過程和記憶發揮著突出的作用。因此如果海馬結構或與之功能聯系的結構受損,則導致遺忘綜合征。其病變部位不同,產生的記憶障礙形式也不同。

  • 中文名稱
    邊緣系統
  • 動物界

結構

邊緣系統所包括的大腦部位相當廣泛 ,如梨狀皮層、內嗅區、眶回、扣帶回、胼胝體下回、海馬回、腦島、顳極、杏仁核群、隔區、視前區、下丘腦、海馬以及乳頭體都屬于邊緣系統。邊緣系統的主要部分環繞大腦兩半球內側形成一個閉合的環,故此得名。邊緣系統內部互相連線與神經系統其他部分也有廣泛的聯系。它參與感覺、內髒活動的調節並與情緒、行為、學習和記憶等心理活動密切相關。

功能

邊緣系統的功能主要有以下幾方面:

調節內髒活動

刺激邊緣系統的後眶回、扣帶回、島葉、顳極、梨狀皮層、旁杏仁皮層、後海馬皮層等部位,可以引起人及動物的呼吸、血管以及其他內髒反應。刺激下丘腦不同部分所引起的內髒反應最為明顯,在出現豎毛、瞳孔擴大的同時,血壓急劇升高,心率加快以及出現飲水、攝食、排尿、排糞、流涎和嘔吐等反應。刺激眶回皮層,可引起血壓下降,心率變慢。一般認為,邊緣系統對于心血管活動的影響是通過下丘腦和腦幹低級心血管反射活動中樞而實現的。此外,邊緣系統還可以通過下丘腦-垂體系統的所謂神經體液途徑,影響下丘腦各種神經分泌,從而影響相應垂體激素的分泌,導致內髒功能活動的改變。實驗證明,邊緣系統中許多部位接受內髒傳入神經發來的沖動,這種沖動對于邊緣系統反饋性地調節內髒活動具有重要意義。已經發現,邊緣系統中有一些神經元本身即是某種極為敏感的感受器,例如下丘腦部分有感受溫度變化的神經元和感受血液內葡萄糖濃度變化的神經元。這些神經元的活動對于調節體溫變化、消化液的分泌量以及進食活動都具有十分重要的生理意義。

調節中樞神經系統內的感覺信息

在低等脊椎動物,大腦的海馬結構能夠接受各種感覺刺激的影響。在高等哺乳動物,軀體、聽覺以及視覺等感覺沖動能夠傳入海馬;刺激邊緣系統的下丘腦前區、扣帶回等部位可以使痛閾升高;刺激杏仁核群能夠使丘腦內膝狀體的聽覺信息受到阻抑。

影響或產生情緒

損傷猴、貓、狗等動物的杏仁前核、海馬、視交叉前區、穹窿、嗅結節及隔區,可使動物出現"假怒"反應或"憤怒的行為"。也有研究證明,如果隻將扣帶回損壞而不傷及大腦新皮層,常使動物的情緒反應減弱或不易出現。發怒的閾值升高,出現一種"社會性的淡漠"或是"失卻恐懼"的症狀。這時,動物對于平常必須躲避的有害刺激,表現得無動于衷。

切除貓的杏仁核之後,出現與情緒反應有關的性功能亢進、性反應增強。切除獼猴的杏仁核,可使其行為在群居生活中由統治者的地位變為從屬者的地位。臨床研究表明,損傷邊緣系統較為廣泛的區域之後,病人極易發怒,在社交場合表現出強烈的情緒反應。這和利用動物所獲得的實驗結果也很相近。

曾有學者認為,調節"憤怒"情緒活動的主要神經結構位于下丘腦。切除動物丘腦而儲存下丘腦,使動物出現"情緒呆板",一觸即怒,或是表現出掙扎、露爪、豎毛、瞳孔擴張、怒叫等明顯的情緒反應。在腦內埋藏電極並刺激下丘腦的不同部位,可使動物出現攻擊、發怒的行為和逃避或狀如恐懼的行為。臨床病例表明,雙側下丘腦腹內側核受到腫瘤侵犯之後,病人經常出現攻擊性行為。

研究證明,用電流刺激貓的邊緣中腦區,會引起怒叫和攻擊等情緒反應。位于滑車神經核平面的中腦外側被蓋區也被稱之為怒叫中樞。神經解剖學的研究也證明,與情緒反應有關的下丘腦部分,有神經纖維發到邊緣中腦區,因而刺激下丘腦所產生的種種反應,可能是通過邊緣中腦區而起作用的。

研究者曾將電極埋在下丘腦以及邊緣系統的其他部位,而將控製刺激開關的開關安裝在實驗箱內,使動物能夠自己操縱,進行"自我刺激"。結果發現,動物的這種自我刺激有時每小時竟達5000次之多,如果不加幹預,它可能持續到出現衰竭。引起自我刺激最有效的區域為下丘腦後部,即乳頭體前區,其次為中腦被蓋部分、隔區、內側前腦束等邊緣系統部位。

雖然邊緣系統中許多部位的活動都能影響或產生情緒反應,但就整個系統而言,則難以定出某種情緒反應活動的中樞代表區的嚴格位置。在大多數情況下,各種情緒代表區在邊緣系統內部有廣泛的重疊範圍。

引起睡眠活動

邊緣系統中的後眶回、副嗅皮層、視前區以及下丘腦前部是與睡眠活動有關的部位,這些部位曾被一些學者統稱為基底前腦區。用電流刺激這一腦區,動物出現睡眠反應。在這一腦區以下水準作切割手術,可以消除大鼠的失眠。臨床觀察證明,由于腦外科手術損傷基底前腦區的病人,也同樣出現嚴重的失眠症狀。

參與學習和記憶活動

很早以前,臨床病例即證明,病員隔區損傷之後,便難以用概性的言語表達事物特征。損傷杏仁核之後,病人的應變能力減弱。海馬與乳頭體受到損傷,可以導致一種極為明顯的記憶障礙,即過去經驗保持的情況下,短期記憶喪失。自60年代關于邊緣系統在學習和記憶中的作用有大量的動物實驗研究的文獻報道。損毀雙側海馬之後,雖然能使動物建立操作式條件反射,和形成對不同圖形的鑒別反射活動,但要求訓練的次數大大增加。它們更難以建立以時間間隔作為條件刺激的反射活動,也無法培養條件性的延遲反射。已經具有延遲反射活動的動物,如果切除其海馬,延遲反射也不易出現,但是仍舊儲存其他條件反射。

海馬受損之後,動物對周圍環境中新異刺激的朝向反應增強。當新異刺激重復出現時,這種反應難以消退。這說明動物的"記憶"能力有損傷。但是對于已經建立的條件反射,在海馬損毀之後並不消失,這說明海馬不是儲存過去經驗痕跡的部位。很可能在學習過程中,各種刺激信息在海馬留下暫時的痕跡,經過它的活動,刺激信息進入長時記憶

從分子和細胞的水準,研究也證明海馬結構參與記憶的形成。例如,實驗證明,在學習過程中,動物的邊緣系統中的一些部位核糖核酸的含量增高。利用放射自顯影技術進一步證明,在鑒別亮度的條件反射活動過程中,海馬的錐體細胞、扣帶回神經元以及視區大腦皮層神經元內的尿嘧啶核苷酸明顯增加,海馬神經元的蛋白質合成率升高,細胞核心糖體數目也在訓練過程中增加。神經組織學的研究證明,在學習初期海馬結構中突觸的數量增加,突觸後膜的致密度增大,乙酰膽鹼的含量增高。這些變化都說明海馬結構神經元的活動增強,這對短時記憶長時記憶的形成可能都十分重要。

展望探索

由于邊緣系統的所屬部分的多種重要的生理功能,因而引起神經生理學、神經病理學、精神病學、心理學等學科工作者們的重視。重要的研究工作主要集中在以下幾個方面:邊緣系統中的神經遞質以及多肽類化合物;邊緣系統對于運動及行為的調節;邊緣系統對于感覺功能的影響;邊緣系統和學習及記憶功能。研究工作細至在分子水準上闡明機製,大則在動物行為方面進行整體或群體的考察。在研究方法上,充分利用新技術的同時,不拘一格地將多種研究方法綜合使用,因而在許多研究工作中,出現將高解析度的電子顯微鏡、微電泳、放射自顯影、熒光組織化學、免疫組織化學、細胞內記錄的電生理學方法以及條件反射或是操作性條件反射相互配合使用的情況。這種綜合性的研究,更利于闡明這一系統的功能。當前一般認為邊緣系統的主要功能,是對動物體的感覺、運動和內環境穩定等各種生理功能起調節作用。損傷邊緣系統的任何一部,並不導致機體某種基本功能的喪失,而僅對某些刺激的反應中有些因素調節失靈。對于中樞神經系統,除了感覺、運動以及調節系統而外,增加邊緣系統參與整合運動,可以使機體更易對復雜而多變的環境作出正確的反應。

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