人类行为的主要生物学决定因素是神经系统,它由两种不同的细胞组成:胶质细胞和神经元。这两种类型都很重要,但神经元往往得到最多的关注,因为它们是传递信息的细胞。神经胶质细胞,或者简称为神经胶质(这个名字的意思就是胶水)的存在是为了为神经元提供支持,将它们固定在原位,提供营养,破坏旧的和损坏的神经元,并处理废物。神经胶质还提供髓磷脂,这是神经正常传递的重要绝缘材料。神经元是真正传输信息的细胞,使从高级思维过程到简单的反射和运动的一切都成为可能。人体约有一万亿神经元,其中很大一部分构成了大脑。
神经元有各种各样的形状和大小,从显微镜大小到几英尺长——例如,有单个神经元从脊柱延伸到脚。尽管存在这些差异,但大多数神经元都有一个基本的配置。这种结构大致可分为三部分:细胞体、树突和轴突。细胞体本质上是细胞其他部分的生命支持中心,像大多数细胞体一样,它包括细胞核,细胞DNA就在细胞核内。树突在单个神经元上可能有数百个,它们是指状突起(这个名字的意思是手指),负责接收来自其他神经元的信息。轴突是神经元的延伸臂,以更多的分支突起(这些被称为末端按钮)结束,信息通过这些突起传递给其他神经元。在许多神经元上,尤其是较长的神经元上,轴突被一层称为髓磷脂的蜡状脂肪物质包裹着,这使得神经传递比无髓磷脂的神经元快得多。许多初级心理学教科书将髓磷脂鞘比作电线外面的橡胶绝缘层,但这个类比是相当不准确的,因为沿着神经元传递电脉冲的方式与电线的工作方式完全不同。
神经传递的过程更确切地说是电化学过程,而不是纯粹的电学过程,其复杂性使其发生的速度特别令人印象深刻。就像身体的所有细胞一样,神经元的质量很大程度上是由水构成的,细胞也被液体包围着。在这种液体中悬浮着钠(Na)和钾(K)离子(带正电荷或负电荷的原子)以及其他元素。这些是教练担心会因为过度出汗而流失的电解质,这也是为什么脱水是危险的主要原因。没有适当浓度的这些颗粒(太多或太少都不好),体内运行的细胞就不能正常工作。
通常,在静止状态下,细胞内部有过量的负电荷离子,而它周围的区域有过量的正电荷离子。这种被称为静息电位的平衡是由细胞膜所实现的,细胞膜具有选择性的渗透性,这意味着细胞膜有“门”,正离子不能通过,而负离子可以通过。
当树突接收到来自另一个或多个神经元的信号时,细胞膜会在轴突的第一部分打开这些门,让正离子涌入。它们被内部的负离子强烈吸引,就像磁铁的两极。这种泛洪使轴突的这一部分去极化,导致下一部分膜做同样的事情,然后下一部分,如此循环,于是电脉冲(称为动作电位)就传遍了轴突的整个长度。
在细胞膜的一部分去极化后,它将正离子泵出,并准备再次进行这一过程。当薄膜这样做时,它处于不应反应期,在复位过程完成之前不能再次点火。虽然这个过程听起来很复杂,但一些神经元可以在一秒钟内完成这一系列功能100次。
这个过程实际上要复杂得多,因为每个神经元都可以通过树突连接到数百甚至数千个其他神经元,所有这些神经元都可能同时向它发送信号。一个神经元只能传递两种信号,兴奋性和抑制性。兴奋性信号鼓励细胞激发,而抑制性信号则告诉细胞不要激发。细胞体考虑到所有不同的信号,并决定兴奋信号是否多于抑制信号到足够大的程度(阈值)。把它想象成一个小型的政治集会:如果赞成票超过反对票,决议就会通过,行动潜力就会被发送出去。然而,每个神经元只能以特定的方式放电;解雇是一种孤注一掷的反应。神经元要么放电,要么不放电,更大程度的兴奋不会产生更强烈的反应。
一旦动作电位到达轴突另一端的末端按钮,事情就变得有点复杂了。虽然一个细胞的末端按钮和树突可以与其他成千上万的神经元连接,但神经元之间没有实际的物理接触。它们被一个开放的、充满液体的空隙隔开,这个空隙被称为突触,或突触裂隙。当动作电位到达末端按钮时,就会触发一种叫做神经递质的信使化学物质向突触的释放。它们穿过缝隙,附着在下一个神经元树突上的受体位点,在细胞膜上触发轻微的变化(兴奋或抑制)。任何没有与受体结合的神经递质分子都会被释放它们的终端按钮重新吸收,这个过程叫做再摄取。所有这些都需要1/ 10000秒的时间来完成。许多药物,包括被称为选择性5 -羟色胺再摄取抑制剂(SSRIs)的抗抑郁药,通过阻止再摄取起作用,从而使更多的神经递质分子可用于大脑神经元。
有几十种不同的神经递质,大脑中的特定路径可能只使用其中的一种或两种,从而使某些神经递质对行为、情绪和认知产生非常特殊的影响:
- 多巴胺与运动、学习、注意力和情绪有关。多巴胺不足是帕金森氏症的一个主要因素,其主要症状是难以协调运动,而多巴胺受体的过度活动常见于精神分裂症。
- 5 -羟色胺与调节情绪、饥饿、睡眠/清醒周期和觉醒有关。百忧解和其他一些流行的抗抑郁药主要是通过维持高血清素水平来起作用的。LSD和其他致幻剂也会影响血清素水平,可卡因和其他兴奋剂也是如此。
- 乙酰胆碱被参与肌肉活动以及学习和记忆的神经元所使用。在阿尔茨海默氏症患者中,乙酰胆碱水平异常低。
- γ -氨基丁酸(GABA)主要作用于抑制途径,与睡眠障碍和饮食障碍有关。
- 去甲肾上腺素与控制警觉性和觉醒有关。
- 内啡肽——这些神经递质在化学上类似于吗啡和其他鸦片剂(内源性吗啡的简称)。它们是在疼痛和剧烈运动时释放出来的,因此被称为“跑步者的快感”。
大多数精神药物的作用要么是使神经递质的受体位置适合,从而模仿它们的作用(药物称为激动剂);或者通过阻断受体位置,从而阻止神经递质发挥作用(拮抗剂)。
神经系统是所有这些神经元工作的地方,实际上可以被认为是几个共同工作的系统。传统上,神经系统分为两个主要部分,中枢神经系统(CNS)和周围神经系统。中枢神经系统由大脑和脊髓组成,外周神经系统由其他所有部分组成。外周神经系统进一步分为躯体神经系统和自主神经系统。另一种理解这两个系统的方法是自发性和非自发性系统。躯体神经系统由所有参与将感觉信息带到大脑的神经元组成,也负责自主运动和动作的产生,而自主神经系统由参与产生不自主反应的神经元组成。
每个人都应该熟悉的自主神经系统反应的一个例子是“战或逃反应”,这是一组通常由压力激活的不自主的生理反应。例如,假设在树林里悠闲愉快的徒步旅行突然被一只饥饿的孟加拉虎挡住了路。没有任何有意识的思维需要激励,身体进入行动,准备快速逃跑或者给老虎一个击败他不会很快忘记(其中一个比另一个更明智的行动计划,考虑徒步旅行者的手无寸铁的状态)。症状可能包括以下几种:更快,浅呼吸(获得更多的氧气到你的细胞更快)、脉搏和血压升高(同样的原因),冲血的脸(进化来说,这可能是老虎来恐吓,但它不太可能是有效的),丰富的汗水(冷却fighting-or-fleeing体),瞳孔放大(这样旅行者可以更清楚地看到自己的命运),在巨大的压力下,膀胱和/或肠道控制得以释放(可能是为了降低压舱物和减轻负荷——这在生物学上比衣服更有意义)。
自主神经系统又分为两部分:交感神经系统和副交感神经系统。交感神经系统是产生“战斗或逃跑”的反应,但这状态(快速心率、高血压,等等)并不是一个健康的人留在很长,所以一个单独的系统(副交感神经)的存在只是为了慢一切回到正常一旦危险过去。在大多数(危险比遇到一只老虎)诱发焦虑的情况下,一个较小的版本的反应可能发生(手心出汗,当遇到重要,不适在胃里听到一个可怕的声音在深夜),但仍然是自主神经系统负责。
参考:
《神经元的庆典:人类大脑的教育家指南》。监督和课程发展协会,1995年。