生理學:第六節(jié)　腦的高級功能和腦電圖

一、學習和記憶

學習和記憶是兩個相聯(lián)系的神經(jīng)過程。學習指人和運動依賴于經(jīng)驗來改變自身行為以適應(yīng)環(huán)境的神經(jīng)活動過程。記憶則是學習到的信息貯存和“讀出”的神經(jīng)活動過程。

（一)學習的形式

1．簡單學習簡單學習不老大哥在刺激和反應(yīng)之間形成某種明確的聯(lián)系，又稱為非聯(lián)合型學習（nonassociative learning)。習慣化和敏感化屬于這種類型的學習。習慣化是指當一個不產(chǎn)生傷害性效應(yīng)的刺激重復(fù)作用時，機體對該刺激的反射反應(yīng)逐漸減弱的過程，例如人們對有規(guī)律而重要出現(xiàn)的強噪音逐漸不再對它產(chǎn)生反應(yīng)。敏感化是指反射反應(yīng)加強的過程，例如一個弱傷害性刺激本僅引起弱的反應(yīng)，但在強傷害性刺激作用后弱刺激的反應(yīng)就明顯加強。在這里，強刺激與弱刺激之間并不需要建立什么聯(lián)系。

2．聯(lián)合型學習經(jīng)典條件反射和操作式條件反射均屬于聯(lián)合型學習。

（1)經(jīng)典條件反射：在動物實驗中，給狗吃食物會引起唾液分泌，這是非條件反射。給狗以鈴聲則不會引起唾液分泌，因為鈴聲與食物無關(guān)，這種情況下鈴聲稱為無關(guān)刺激。但是，如果每次給狗吃食物以前先出現(xiàn)一次鈴聲，然后再給以食物，這樣多次結(jié)合以后，當鈴聲一出現(xiàn)，動物就會出現(xiàn)唾液分泌。鈴聲本來是無關(guān)刺激，現(xiàn)在由于多次與食物結(jié)合應(yīng)用，鈴聲具有了引起唾液分泌的作用，即鈴聲已成為進食（非條件刺激)的信號。所以這時就把鈴聲稱為信號刺激或條件刺激，這樣的反射就稱為條件反射�？梢�，條件反射是在后天生活中形成的。形成條件反射的基本條件就是無關(guān)刺激與非條件刺激在時間上的結(jié)合，這個過程稱為強化。任何無關(guān)刺激與非條件刺激結(jié)合應(yīng)用，都可以形成條件反射。

（2)操作式條件反射：操作式條件反射比較復(fù)雜，它要求動物完成一定的操作。例如，將大鼠放入實驗箱內(nèi)，當它在走動中偶然踩在杠桿上時，即喂食以強化這一操作；如此重復(fù)多次，大鼠即學會了自動踩杠桿而得食。然后，在此基礎(chǔ)上進一步訓(xùn)練動物只有當再現(xiàn)某一特定的信號（如燈光)后踩杠桿，才能得到食物的強化。在訓(xùn)練完成后，動物見到特定的信號，就去踩杠桿而得食。這類條件反射的特點是，動物必須通過自己完成某種運動或操作后才能得到強化，所以稱為操作式條件反射。

（二)條件反射活動活動的基本規(guī)律

1．經(jīng)典條件反射建立需要的基本條件條件反射的建立要求在時間上把某一無關(guān)刺激與非條件刺激結(jié)合多次，一般條件刺激要先于非條件刺激而出現(xiàn)。條件反射的建立與動物機體的狀態(tài)有很密切的關(guān)系，例如處于飽食狀態(tài)的運動則很難建立食物性條件反射，動物處于困倦狀態(tài)也很難建立條件反射。一般來說，任何一個能為機體所感覺的動因均可作為條件刺激，而且在所有的非條件刺激的基礎(chǔ)上都可建立條件反射，例如食物性條件反射、防御性條件反射等。

2．經(jīng)典條件反射的消退條件反射建立之后，如果反復(fù)應(yīng)用條件刺激而不給予非條件刺激強化，條件反射就會逐漸減弱，最后完全不出現(xiàn)。這稱為條件反射的消退。例如，鈴聲與食物多次結(jié)合應(yīng)用，使狗建立了條件反射；然后，反復(fù)單獨應(yīng)用鈴聲而不給予食物（不強化)則鈴聲引起的唾液分泌量會逐漸減少，最后完全不能引起分泌。巴甫洛夫認為，條件反射的消退是由于在不強化的條件下，原來引起唾液分泌的條件刺激，轉(zhuǎn)化成為引起中樞發(fā)生抑制的刺激。從這一觀點出發(fā)，條件反射的消退并不是條件反射的喪失，而是人原先引起興奮（有唾液分泌)的條件反射轉(zhuǎn)化為引起抑制（無唾液分泌)的條件反射；前者稱為陽性條件反射，后者稱為陰性條件反射。

3．人類的條件反射研究動物條件反射的方法，原則上也可用于研究人的條件反射活動；例如，將無關(guān)刺激與食物性唾液分泌非條件反射相結(jié)合（可用于兒童)，或?qū)�無關(guān)刺激與防御性運動非條件反射相結(jié)合等等。此外，人類還可應(yīng)用詞語強化的運動條件反射研究法；例如，當紅光在受度兒童面前出現(xiàn)時，實驗者說：“按”，受試兒音即用手按壓橡皮球。在這一實驗中，紅光是條件刺激，“按”是詞語強化。用詞語強化與紅光結(jié)合2-3次后，如果受試者見到紅光信號出現(xiàn)后，立即自動按球，這就形成了對紅光的條件反射。

4．兩種信號系統(tǒng)學說在人同樣可以用光、聲、嗅、味、觸等感覺刺激作為信號來形成條件反射；這種信號直接作用于眼、耳、鼻、舌、身等感受裝置，都是現(xiàn)實具體的信號。此外，抽象的語詞也可以代替具體的信號而引起條件反射反應(yīng)。例如，受試者對每分鐘擺動120次的快節(jié)拍器聲音形成了用溫熱刺激強化的手臂血管舒張反射，而對每分鐘擺動60次的慢節(jié)拍器聲音形成了用冷刺激強化的血管收縮反射；當這些條件反射被鞏固后，實驗者對受試者說“快節(jié)拍器音”或“慢節(jié)拍器音”，這些語詞也分別能引起相應(yīng)有血管舒張或血管收縮反應(yīng)。如果說具體的信號是第一信號，則相應(yīng)的語詞是第一信號的信號，即第二信號。因此，在人類有兩種性質(zhì)完全不同的信號，第一信號是具體的信號，第二信號（語詞)是抽象的信號。巴甫洛夫提出人腦有兩個信號系統(tǒng)。第一信號系統(tǒng)是對第一信號發(fā)生反應(yīng)的大腦皮層功能系統(tǒng)，第二信號系統(tǒng)是對第二信號發(fā)生反應(yīng)的大腦皮層功能系統(tǒng)。動物只有一個信號系統(tǒng)，相當于人的第一信號系統(tǒng)；而人類才具有兩個信號系統(tǒng)，這是人類區(qū)別于動物的主要特征。第二信號系統(tǒng)的發(fā)生與發(fā)展是人類社會的產(chǎn)物，人類由于社會性勞動與交往產(chǎn)生了語言，語詞是現(xiàn)實有概括和抽象化；人類借助于語詞來表達其思維，并進行抽象的思維。

（三)記憶的過程

外界通過感覺器官進入大腦的信息量是很大的，但估計僅有1%的信息能被較長期地貯存記憶，而大部分卻被遺忘。能被長期貯存的信息都是對個體具有重要意義的，而且是反復(fù)作用的信息。因此，在信息貯存過程中必然包含著對信息的選擇和遺忘兩個因素。信息的貯存要經(jīng)過多個步驟，但簡略地可把記憶劃分為兩個階段，即短時性記憶和長時性記憶。在短時性記憶中，信息的貯存是不牢固的，例如，對于一個電話號碼，當人們剛剛看過但沒有通過反復(fù)運用而轉(zhuǎn)入長時性記憶的話，很快便會遺忘。但如果通過較長時間的反復(fù)運動，則所形成的痕跡將隨每一次的使用而加強起來；最后可形成一種非常牢固的記憶，這種記憶不易受干擾而發(fā)生障礙。

人類的記憶過程可以細分成四個階段（圖10-43)，即感覺性記憶、第一級記憶、第二級記憶和第三級記憶；前二個階段相當于上述的短時性記憶，后二個階段相當于長時性記憶。感覺性記憶是指通過感覺系統(tǒng)獲得信息后，首先在腦的感覺區(qū)內(nèi)貯存的階段；這階段貯存的時間很短，一般不超過1分鐘，如果沒有經(jīng)過注意和處理就會很快消失。如果住處在這階段經(jīng)過加工處理，把那引起不持續(xù)的、先后進來的信息整合成新的連續(xù)的印象，就可以從短暫的感覺性記憶轉(zhuǎn)入第一級記憶。這種轉(zhuǎn)移一般可通過兩種途徑來實現(xiàn)，一種是通過把感覺性高蛋白的資料變成口頭表達性的符號（如語言符號)而轉(zhuǎn)移到第一級記憶，這是最常見的；另一種非口頭表達性的途徑，這在目前還了解得不多，但它必然是幼兒學習所必須采取的途徑。但是，信息在第一級記憶中停留的的時間仍然很短暫，平均約幾秒鐘；通過反復(fù)運用學習，信息便在第一級記憶中循環(huán)，從布延長了信息在第一級記憶中停留的時間，這樣就使信息容易轉(zhuǎn)入第二級記憶之中。第二級記憶是一個大而持久的貯存系統(tǒng)。發(fā)生在第二級記憶內(nèi)的遺忘，似乎是由于先前的或后來的信息的干擾所造成的；這種干擾分別稱為前活動干擾和后活動性干擾。有些記憶的痕跡，如自己的名字和每天都在進行操作的手藝等，通過長年累月的運動，是不易遺忘的，這一類記憶是貯存在第三級記憶中的。

圖10-43從感覺性記憶至第三級記憶的信息流圖解

（四)記憶障礙

臨床上把記憶障礙分為兩類，即順行性遺忘癥（anterogradeamnesia)和逆行性遺忘癥(retrograde amnesia)。凡不能保留新近獲得的信息的稱為順行性遺忘癥�；颊邔τ谝粋�新的感覺性信息雖能作出合適的反應(yīng)，但只限于該刺激出現(xiàn)時，一旦該刺激物消失，患者在數(shù)秒鐘就失去作出正確反應(yīng)的能力。所以患者易忘近事，而遠的記憶仍存在。本癥多見于慢性酒精中毒者。發(fā)生本癥的機制，可能是由于信息不能從第一級記憶轉(zhuǎn)入第二級記憶；一般認為，這種障礙與海馬的功能損壞有關(guān)。前文已述及，海馬及其環(huán)路的功能遭受破壞，會發(fā)生近期記憶障礙。凡正常腦功能發(fā)生障礙之前的一段時間內(nèi)的記憶均已喪失的，稱為逆行性遺忘癥；患者不能回憶起緊接著本癥發(fā)生前一段時間的經(jīng)歷。一些非特異性腦疾患（腦震蕩、電擊等)和麻醉均可引起本癥。例如，車禍造成腦震蕩的患者在恢復(fù)后，不能記起發(fā)生車禍前一段時期內(nèi)的事情，但自己的名字等仍能記得。所以，發(fā)生本癥的機制可能是第二級記憶發(fā)生了紊亂，而第三級記憶卻不受影響。

（五)學習和記憶的機制

1．從神經(jīng)生理角度看學習和記憶的機制從神經(jīng)生理的角度來看，感覺性記憶和第一級記憶主要是神經(jīng)元生理活動的菜單現(xiàn)。神經(jīng)元活動具有一定的后作用，在刺激作用過去以后，活動仍存留一定時間，這是記憶的最簡單的形式，感覺性記憶的機制可能屬于這一類，在神經(jīng)系統(tǒng)中，神經(jīng)元之間形成許多環(huán)路聯(lián)系，環(huán)路的連續(xù)活動也是記憶的一種形式，第一級記憶的機制可能屬于這一類。例如，海馬環(huán)路的活動就與第一級記憶的保持以及第一級記憶轉(zhuǎn)入第二級記憶有關(guān)。

近年來對突觸傳遞過程的變化與學習記憶的關(guān)系進行了許多研究。在海兔（一種海洋軟體動物)的縮鰓反射的研究中觀察到，習慣化的發(fā)生是由于突觸傳遞出現(xiàn)了改變，突觸前末梢的遞質(zhì)釋放量減少導(dǎo)致突觸后電位減少，從而使反射反應(yīng)逐漸減弱；敏感化的機制是突觸傳遞效能的增強，突觸前末梢的遞質(zhì)釋放量增加。在高等動物中也觀察到突觸傳遞具有可塑性。有人在麻醉兔中，記錄海馬齒狀回顆粒細胞的電活動觀察到，如先以一串電脈沖刺激海馬的傳入纖維（前穿質(zhì)纖維)，再用單個電刺激來測試顆粒細胞電活動改變，則興奮性突觸后電位和鋒電位波幅增大，鋒電位的潛伏期縮短。這種易化現(xiàn)象持續(xù)時間可長達10小時以上，并被稱為長時程增強（long-term potentiation)。不少人把長時程增強與學習記憶聯(lián)系起來，認為它可能是學習記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)。在訓(xùn)練大鼠進行旋轉(zhuǎn)平臺的空間分辨學習過程中，記憶能力強的大鼠海馬長時程增強反應(yīng)大，而記憶能力差的大鼠長時程增強反應(yīng)小。

2．從神經(jīng)生化角度看學習和記憶的機制從神經(jīng)生化的角度來看，較長時性的記憶必然與腦內(nèi)的物質(zhì)代謝有關(guān)，尤其是與腦內(nèi)蛋白質(zhì)的合成有關(guān)。在金魚建立條件反射的過程中，如用嘌呤霉素（puromycin)注入動物腦內(nèi)以抑制腦內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，則運動不能完成條件反射的建立，學習記憶能力發(fā)生明顯障礙。人類的第二級記憶可能與這一類機制關(guān)系較大。在逆行性遺忘癥中，可能就是由于腦內(nèi)蛋白質(zhì)合成代謝受到了破壞，以致使前一段時間的記憶喪失。

中樞遞質(zhì)與學習記憶活動也有關(guān)。運動學習訓(xùn)練后注射擬膽堿藥毒扁豆堿可加強記憶活動，而注射抗膽堿藥東莨菪鹼可使學習記憶減退。用利血平使腦內(nèi)兒茶酚胺耗竭，則破壞學習記憶過程。動物在訓(xùn)練后，在腦室內(nèi)注入γ-氨基丁酸可加速學習。動物訓(xùn)練后將加壓素注入海馬齒狀回可增強記憶，而注入催產(chǎn)素則使記憶減退。一定量的腦啡可使動物學習過程遭受破壞，而納洛酮可增強記憶。臨床研究發(fā)現(xiàn)，老年人血液中垂體后葉激素含量減少，用加壓素噴鼻可使記憶效率提高；用加壓素治療遺忘癥亦收到滿意效果。

3．從神經(jīng)解剖角度看學習和記憶的機制從神經(jīng)解剖的角度來看，www.med126.com持久性記憶可能與新的突觸聯(lián)系的建立有關(guān)。動物實驗中觀察到，生活在復(fù)雜環(huán)境中的大鼠，其大腦皮層的厚度大，而生活在簡單環(huán)境中的大鼠，其大腦皮層的厚度小；說明學習記憶活動多的大鼠，其大腦皮層發(fā)達，突觸的聯(lián)系多。人類的第三級記憶的機制可能屬于這一類。

二、大腦皮層的語言中樞和一側(cè)優(yōu)勢

（一)兩側(cè)大腦皮層功能的相關(guān)

兩側(cè)大腦皮層之間有許多連合纖維，在哺乳類動物中最大的連合纖維結(jié)構(gòu)是胼胝體；進化愈高等則胼胝體愈發(fā)達，人類的胼胝體估計含有100萬根纖維。有人觀察到，當在犬的身體一側(cè)皮膚上給予刺激，并與食物或酸防御性唾液分泌反射相結(jié)合形成條件反射后，則另一側(cè)皮膚相應(yīng)部位的機械刺激也自然具有陽性的條件反射效應(yīng)。如果事先將該動物的胼胝體切斷，則這種現(xiàn)象就不能出現(xiàn)。還有人事先切斷貓視交叉的交叉纖維，使一側(cè)眼睛的視網(wǎng)膜傳入沖動僅向同側(cè)皮層投射，然后將動物一眼蒙蔽，用另正好學習對圖案的鑒別能力；待其學會后將該眼蒙蔽，測定先前被蒙蔽眼的圖案鑒別能力，見到先前被蒙蔽的眼也能具有這種鑒別能力。如果事先切斷這個動物的胼胝體，則這種現(xiàn)象就不能出現(xiàn)。由此看來，兩側(cè)大腦皮層的感覺分析功能是相關(guān)的，胼胝體連合纖維能將一側(cè)皮層的活動向另一側(cè)轉(zhuǎn)送。電生理研究指出，刺激對側(cè)皮層對應(yīng)點可以加強這一側(cè)皮層的感覺傳入沖動的誘發(fā)電們，起著易化作用。這一易化作用是通過胼胝體連合纖維完成的，因為這類纖維主要聯(lián)系兩側(cè)皮層相對應(yīng)的部位。在人類，兩側(cè)大腦皮層的功能也是相關(guān)的，兩關(guān)球之間的連合纖維對完成雙側(cè)的運動、一般感覺和視覺的功調(diào)功能有重要作用。右手學會了一種技巧運動，左手雖然沒有經(jīng)過訓(xùn)練，但在一定程度上也會完成這種技巧運動，說明一側(cè)皮層的學習活動可以通過連合纖維向另一側(cè)轉(zhuǎn)送。

（二)大腦皮層的語言中樞

人類大腦皮層一定區(qū)域的損傷，可以引致特有的各種語言活動功能障礙（圖10-44)。臨床發(fā)現(xiàn)，損傷布洛卡（Broca)三角區(qū)（44區(qū)，在中央前回底部之前，圖中S區(qū))，會引致運動失語癥(motor aphasia)。病人可以看懂文字與聽懂別人談話，但自己卻不會講話，不能用語詞來口頭表達；然而，其與發(fā)音有關(guān)的肌肉并不麻痹，就是不能用“詞”來表達自己的意思。損傷額中回后部接近中央前回手部代表區(qū)的部位（圖中W區(qū))，則病人可以聽懂別人的談話，看懂文字，自己也會講話，但不會書寫；然而，其手部的其他運動并不受影響，這種情況稱為失寫癥(agraphia)。顳上回后部（圖中H區(qū))的損傷，會引致感覺失語癥(sensory aphasia)，病人可以講話及書寫，也能看懂文字，但聽不懂別人的談話；事實上，病人能聽到別人的發(fā)音，就是不懂其含義，但其視覺卻是良好的，其他的語言活動功能仍健全，這種情況稱為失讀癥(alexia)，因此，語言活動的完整功能是與廣大皮層區(qū)域的活動有關(guān)的，各區(qū)域的功能是密切相關(guān)的。嚴重的失語癥可同時出現(xiàn)上述四種語言活動功能的障礙。

圖10-44 人大腦皮層語言功能的區(qū)域

V區(qū)障礙不能認識詞義 H區(qū)障礙不能聽懂話 S區(qū)障礙不能講話 W區(qū)障礙不能書寫

（三)大腦皮層功能的一側(cè)優(yōu)勢

產(chǎn)生上述各種語言活動功能障礙時，在一般運用右手勞動為主的成年人中，其大腦皮層損傷經(jīng)常發(fā)生在左側(cè)。因為絕大多數(shù)用右手勞動為主的成年人，右側(cè)大腦皮層的44區(qū)的損傷并不發(fā)生明顯的語言活動障礙；然而其左側(cè)大腦皮層布洛卡的損傷，則可形成嚴重的運動失語癥，這種左側(cè)大腦皮層的語言活動功能上占優(yōu)勢的現(xiàn)象，反映了人類兩側(cè)大腦半球功能是不對等的，這種一側(cè)優(yōu)勢m.quanxiangyun.cn/pharm/的現(xiàn)象僅在人類中具有。

人類左側(cè)大腦皮層在語言活動功能上占優(yōu)勢的現(xiàn)象，雖然與一定的遺傳因素有關(guān)，但主要是在后天生活實踐中逐步形成的，這與人類習慣運用右手進行勞動有密切的關(guān)系。小兒在2-3歲之前，如果發(fā)生左側(cè)大腦半球損害時，其語言活動功能的紊亂和右側(cè)大腦半球損害時的情況沒有明顯的差別；說明這時候尚未建立左側(cè)優(yōu)勢，雙側(cè)大腦半班干部均與語言活動功能有關(guān)。10-12歲時，左側(cè)優(yōu)勢逐步建立；但在左側(cè)大腦半球損害后，尚有可能在右側(cè)大腦半球損害就很難在右側(cè)大腦皮層再建立起語言活動的中樞。在發(fā)育成年人后，左側(cè)優(yōu)勢已經(jīng)形成，如果發(fā)生左側(cè)大腦半球損害就很難在右側(cè)大腦皮層再建立起語言活動的中樞。在運用左手勞動為主的人中，則左右雙側(cè)的皮層有關(guān)區(qū)域都可能成為語言活動的中樞。有人進行過統(tǒng)計，在48例運用右手勞動的人中，語言中樞在左側(cè)的為43例，在右側(cè)的為25例，4例左右雙側(cè)均有關(guān)；在20例左右手混用的人中，語言中樞在左側(cè)的12例，在右側(cè)的為2例，6例左右雙側(cè)均有關(guān)。

由于左側(cè)大腦半球在語言活動功能上占優(yōu)勢，因此一般稱左側(cè)半球為優(yōu)勢半球或主要半球，右側(cè)半球為次要半球。但是研究指出，右側(cè)半球也有其特殊的重要功能。目前知道，右側(cè)大腦皮層在非語詞性的認識功能上是占優(yōu)勢的，例如對于空間的辯認、深度知覺、觸覺認識、音樂欣賞分辨等等。右側(cè)大腦皮層頂葉損傷的病人，由于非語詞性認識能力的障礙，常再現(xiàn)穿衣失用癥（apraxia)；患者雖然沒有肌肉麻痹，但穿衣困難，他會將襯衣前后穿倒或只將一只胳膊伸入袖內(nèi)。右側(cè)大腦皮層頂葉、枕葉、顳葉結(jié)合處損傷的病人，常分不清左右側(cè)，穿衣困難，不以維持繪制圖表。右側(cè)大腦半球后部的病變，常發(fā)生視覺認識障礙；患者不能辨認別人的面部，甚至不能認識鏡子里自己的面部，而且還伴有對顏色、物體、地方的認識障礙。

上述兩側(cè)大腦半球?qū)Σ煌�認識功能的優(yōu)勢現(xiàn)象，還可通過裂腦（splitbrain)實驗研究加以證實。在患有頑固性癲癇發(fā)作的病人，為了控制癲癇在兩半球之間傳布發(fā)作，常將患者的連合纖維（胼胝體)切斷；手術(shù)后患者對出現(xiàn)在左側(cè)視野中的物體（視覺投射到右側(cè)半球)不能用語詞說出物體的名稱，而對出現(xiàn)在右側(cè)視野中的物體（視覺投射到左側(cè)半球)就以臁出物體的名稱，說明語言活動中樞在左側(cè)半球。但是，患者右側(cè)半球的視覺認識功能是良好的。譬如，先給患者的左側(cè)視野看一支香煙，他不能用語詞說出這一物體是“香煙”；但是患者認識到這一物體是香煙，因為他可以閉著眼睛藉助于觸覺有矩手把許多香煙收集起來以表示他對這一物體的認識。在正常人，雖然語言活動中樞在左側(cè)半球，但能對左側(cè)視野中的物體說出其名稱，這是連合纖維的功能，因為連合纖維使左右兩側(cè)半球的功能發(fā)生了聯(lián)系。

一側(cè)優(yōu)勢是指人類的腦的高級功能向一側(cè)半球集中的現(xiàn)象；左側(cè)半球在語詞活動功能上占優(yōu)勢，右側(cè)半球在非語詞性認識功能止占優(yōu)勢。但是，這種優(yōu)勢敢是相對的，而不是絕對的；因為左而半球也有一定的非語詞性認識功能，右側(cè)半球也有一定的簡單的語詞活動功能。

三、腦電圖和腦誘發(fā)電位

大腦皮層的神經(jīng)元具有生物電活動，因此大腦皮層經(jīng)常有持續(xù)的節(jié)律性電位改變，稱為自發(fā)腦電活動。臨床上在頭皮用雙極或單極記錄法來觀察皮層的電位變化，記錄到的腦電波稱為腦電圖（圖10-45)。在動物中將顱骨打開或以病人進行腦外科手術(shù)時，直接在皮層表面引導(dǎo)的電位變化，稱為皮層電圖。此外，在感覺傳入沖動的激發(fā)下，腦的某一區(qū)域可以產(chǎn)較為局限的電位變化，稱為腦誘發(fā)電位。

圖10-45 腦電圖記錄示意圖

無關(guān)電極放置在耳殼（R)，由額葉（I)電極導(dǎo)出的腦電波振幅低，

由枕葉（Ⅱ)導(dǎo)出的腦電波振幅高頻率較慢

（一)腦電圖的波形

腦電圖的波形分類，主要是依據(jù)其頻率的不同來人工劃分的。在不同條件下，波形頻率的快慢可有顯著的差別，每秒0.5-3次的波稱為δ波，4-7次的波稱為θ波，8-13次的波稱為α波，14-30次的波稱為β波。一般說來，頻率慢的波其波幅常比較大，而頻率快的波其波幅就比較小。例如，在成年人頭上皮上引導(dǎo)時，δ波可有20-200μV，α波有20-100μV，而β波只有5-20μV（圖10-46)。

圖10-46 正常腦電波各種波形

各種波都可在皮層的不同區(qū)域引得，但枕葉區(qū)域其α波活動比較顯著，而β波在額葉與頂葉比較顯著。有時，β波與α波同時在一個部位出現(xiàn)，而β波重合在α波的上面。人類α波在清醒、安靜并閉眼時即出現(xiàn)。α波出現(xiàn)時，在枕葉部位最大，并可具有時大時小的變化；即波幅先由小逐漸變大，然后又由右面變小，接著又由小變大，如此反復(fù)，形成α波的梭形，每一梭形持續(xù)約1-2s。睜開眼睛或接受其他刺激時，α波立即消失而呈現(xiàn)快波，這一現(xiàn)象稱為α波阻斷，如果被試者又安靜閉眼時，則α波又重現(xiàn)。在困倦時，一般可見θ波。成人清醒狀態(tài)下，幾乎是沒有θ波的，但在睡眠期間皮層腦電圖可出現(xiàn)δ波。如將睡者喚醒，δ波即轉(zhuǎn)成快波。因此，一肌認為快波是新皮層處在緊張活動狀態(tài)時的主要腦電活動表現(xiàn)，α波是皮層處在安靜狀態(tài)時的主要表現(xiàn)，慢波是睡眠狀態(tài)下的主要表現(xiàn)。在幼兒時期，腦電波頻率比成人慢，一般常見到θ波，到10歲后才出現(xiàn)明確的α波；在嬰兒時期，腦電波頻率更慢，常見到δ波。此外δ波在成年人極度疲勞時及麻醉狀態(tài)下也可出現(xiàn)。

癲癇患者，腦電圖可出現(xiàn)棘波、尖波、棘慢綜合波等，棘波的時程在80ms以下，幅度為50-150μV。尖波的時程為80-200ms，幅度為100-200μV。棘慢綜合波指的是棘波后跟隨出現(xiàn)一個慢波，慢波時程達200-500ms；一般棘慢綜合波出現(xiàn)時，多數(shù)為每秒3次左右（圖10-47)。在皮層具有占位性病變（腫瘤等)的區(qū)域，即使病人外于清醒狀態(tài)時，亦可引出θ波或δ波。因此，臨床上可以借這些腦電波改變的特點，并結(jié)合臨床資料，來診斷癲癇或探索腫瘤的所在部位。

圖10-47腦電圖正常波形與癲癇波形的對比

（二)腦電波形成的機制

腦電波以的波形是一種近似于正弦波的電位變化，而與神經(jīng)干上見到的動作電位不一樣。應(yīng)用微電極記錄皮層神經(jīng)元細胞內(nèi)電位變化，見到皮層表面出現(xiàn)類似α波節(jié)律的電位變化時，細胞內(nèi)記錄到的突觸后電位變化也出現(xiàn)節(jié)律相一致的改變（圖10-48)。由此認為，，此層表現(xiàn)的電位變化主要是由突觸后電位變化形成的，也就是說由細胞體和樹突的電位變化形成的。可以設(shè)想，單一神經(jīng)元的突觸后電位變化是不足以引起皮層表面的電位改變的；必須有大量的神經(jīng)組織同時發(fā)生突觸后電位變化，才能同步起來引起皮層表面再現(xiàn)電位改變。從皮層的神經(jīng)元組成來看，錐體細胞的分布排列比較整齊，其頂樹突互相平行并垂直于皮層表面，因此其電活動在同步時易于總和而形成強大的電場，從而改變皮層表面的電位。

圖10-48腦電圖與皮層神經(jīng)元細胞內(nèi)電位記錄的關(guān)系

目前知道，大量皮層神經(jīng)組織的放電活動同步總和必須依賴丘腦的功能。在動物實驗中見到，當用中度麻醉時，即使沒有其他感覺傳入的刺激，皮層會出現(xiàn)每稱8-12次的自發(fā)腦電活動。這種腦電活動的波幅亦時大時小，并可以皮層廣泛的區(qū)域內(nèi)引出，因此這咱腦電活動與人類腦電波中的α節(jié)律極相似。如果切斷皮層與丘腦間的纖維聯(lián)系，上述類似α波的電活動就大大減小。如用每秒8-12次節(jié)律性電刺激來刺激丘腦非特異投射系統(tǒng)的一此神經(jīng)核（如髓板內(nèi)核群)，則皮層上會出現(xiàn)每稱8-12次的節(jié)律性腦電變化。這種變化的波幅亦時大時小，同時在皮層的空間分布也是廣泛的，因此，從頻率、波幅形狀以及空間分布上來看，刺激丘腦非特投射系統(tǒng)所獲得的腦電變化，與上述類似α波的自發(fā)腦電活動相一致。由此認為，某引起自發(fā)腦電形成的同步機制，就是皮層與丘腦非特異投射系統(tǒng)之間的交互作用；一定的同步節(jié)律的丘腦非特特異投射系統(tǒng)的活動，促進了電層電活動的同步化。

如果用每秒60次的節(jié)律性電刺激來刺激丘腦非特異投射系統(tǒng)，則皮層上類似α波的自發(fā)腦電活動立即消失而轉(zhuǎn)成快波。這可理解為高頻刺激對同步化活動的擾亂，腦電出現(xiàn)了去同步化現(xiàn)象，快波的出現(xiàn)就是去同步化的結(jié)果。刺激腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時引起的上行激動作用，一般也認為是其上行沖動擾亂了丘腦非特異投射系統(tǒng)與皮層之間同步化環(huán)節(jié)，腦電出現(xiàn)了激活狀態(tài)，呈現(xiàn)了去同步化的快波。在人類腦電記錄中所見到的α波阻斷現(xiàn)象，事實上也是由同樣機制引起的。

電生理研究觀察到，當皮層癲癇病灶區(qū)出現(xiàn)棘波時，皮層內(nèi)神經(jīng)元出現(xiàn)爆發(fā)式短串沖動發(fā)放，頻率可高達每秒200-900次；如將電極插入神經(jīng)元細胞體內(nèi)，則觀察到當棘波出現(xiàn)時，細胞體出現(xiàn)大幅度去極化電位（可達30mV)，去極化電位發(fā)展到一定程度后則爆發(fā)短串動作電位。由此認為，許多神經(jīng)元同時出現(xiàn)大幅度的去極化電位，就使皮層表現(xiàn)出現(xiàn)電棘波；而神經(jīng)元的爆發(fā)式短串沖動發(fā)放，也是由于大幅度去極化電位造成的，這種大幅度去極化電位，可能是大量同步的興奮性突觸后電位總和起來形成的，這是癲癇病例灶區(qū)神經(jīng)元異�；顒拥谋憩F(xiàn)。由于皮層腫瘤等占位性病變區(qū)本身不產(chǎn)生電活動變化，因此在該區(qū)域記錄到的θ波或δ波，一般認為來源于其環(huán)周異常腦細胞的電活動。

（三)腦誘發(fā)電位

誘發(fā)電位是指感覺傳入系統(tǒng)受刺激時，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)引起的電位變化。受刺激的部位可以是感覺器官、感覺神經(jīng)或感覺傳導(dǎo)途徑上的任何一點。但是廣義地說，用其他刺激方法引起的中樞神經(jīng)系統(tǒng)的電位變化，也可稱為誘發(fā)電位。例如，直接刺激脊髓前根，沖動沿運動神經(jīng)逆向傳至脊髓前多角引起的電位變化，亦可稱為誘發(fā)電位。

大腦皮層誘發(fā)電位一般是指感覺傳入系統(tǒng)受刺激時，在皮層上某一局限區(qū)域引出的電位變化；由于皮層隨時在活動著并產(chǎn)生自發(fā)腦電波，因此誘發(fā)電位時常出現(xiàn)在自發(fā)腦電波的背景之上。在動物皮層相應(yīng)的感覺區(qū)表面引起的誘發(fā)電位可分為兩部分，一為主反應(yīng)，另一為后發(fā)放（圖10-49)。主反應(yīng)出現(xiàn)的潛伏期是穩(wěn)定不變的，為先正后負的電位變化。后發(fā)放尾隨主反應(yīng)之后，為一系列正相的周期電位變化。皮層誘發(fā)電位是用以尋找感覺投射部位的重要方法，在研究皮層功能定位方面起著重要的作用。

圖10-49家兔大腦皮層感覺運動區(qū)誘發(fā)電位

上線：誘發(fā)電位記錄，向下為正，向上為負

下線：時間，50ms第一個向上小波為刺激橈淺神經(jīng)記號，

間隔10ms后即出現(xiàn)先正后負的主反應(yīng)，再

間隔100ms左右后，即相繼出現(xiàn)正相波動的后發(fā)放

誘發(fā)電位也可在人體頭顱外頭皮上記錄到。由于記錄電極離中樞較遠，顱骨的電阻很大，記錄到的電位變化極微弱；而且誘發(fā)電位夾雜在自發(fā)腦電之間，電位很難分辨。運用電子計算機將電位變化疊加、平均起來，能夠使誘發(fā)電位顯示出來，這種方法記錄到的電位稱為平均誘發(fā)電位（averaged evoked potential)。平均誘發(fā)電位目前已成為研究人類的感覺功能、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、行為和心理活動的一種手段。臨床常用的有體感誘發(fā)電位、聽覺誘發(fā)電位和視覺誘發(fā)電位幾種�，F(xiàn)簡述體感誘發(fā)電位的引導(dǎo)方法和波形；刺激電極安放在上肢正中神經(jīng)經(jīng)過的皮膚表面（也可放在下肢的某一部位)，記錄電極放在顱頂靠近中央后回的頭皮表面，參考電極置于耳殼；記錄到的標準波形如圖10-50所示。圖中的P₉波起源于正中神經(jīng)的第一級神經(jīng)元；P₁₁波可能起源于腦干或頸脊髓，因為丘腦以上中樞病變時，P₁₁不受影響，而頸脊髓病變時P₁₁消失；P₁₃和P₁₄波可能由腦干內(nèi)側(cè)丘系活動所產(chǎn)生；N₂₀波是一個負波，一般認為它來源于丘腦向皮層的投射或皮層感覺區(qū)，因為在丘腦病變時可使N₂₀波消失，而N₂₀波以前的電波成分不受影響。因此，通過體感誘發(fā)電位的記錄和分析，有助于對患者中樞損傷位置的診斷。

四、覺醒和睡眠

覺醒和睡眠都是生理活動所必要的過程，只有在覺醒狀態(tài)下，人體才能進行勞動和其他活動；而通過睡眠，可以使人體的精力和體力得到恢復(fù)，于睡眠后保持良好的覺醒狀態(tài)。成年人一般每天需要7-9小時，兒童需要睡眠的時間比成年人長，而老年需要睡眠的時間就比較短。與覺醒對比，睡眠時許多生理功能發(fā)生了變化，一般表現(xiàn)為：①嗅、視、聽、觸等感覺功能暫時減退；②骨骼肌反射運動和肌緊張減弱；③伴有一系列自主神經(jīng)功能的改變。例如，血壓下降、心率減慢、瞳孔縮小、尿量減少、體溫下降、代謝率減低、呼吸變慢、胃液分泌可增多而唾液分泌減少、民汗功能增強等。

（一)覺醒狀態(tài)的維持

動物實驗中觀察到，單純在中腦肉狀結(jié)構(gòu)的頭端加以破壞，而保留各種感覺上傳的特異傳導(dǎo)途徑，動物即進入持久的昏睡狀態(tài)；各種感覺刺激都不能喚醒動物，腦電波不能由同步化慢波轉(zhuǎn)化成去同步化快波，雖然這時感覺傳入沖動完全可以沿特異傳導(dǎo)途徑抵達大腦皮層。因此認為，覺醒狀態(tài)的維持是腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上行激動系統(tǒng)的作用。目前認為，腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)上行激動系統(tǒng)可能是乙酰膽堿遞質(zhì)系統(tǒng)，因此靜脈注射阿托品能阻斷腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對腦電的喚醒作用。

進一步的研究觀察到，動物在注入阿托品后，腦電呈現(xiàn)同步化慢波而不再出現(xiàn)快波，但動物在行為上并不表現(xiàn)睡眠�？磥�，覺醒狀態(tài)的纖維比較復(fù)雜，腦電覺醒狀態(tài)（呈現(xiàn)快波)與行為覺醒狀態(tài)的維持有不同的機制。動物實驗觀察到，單純破壞中腦黑質(zhì)多巴胺遞質(zhì)系統(tǒng)后，則動物在行為上不能表現(xiàn)覺醒，對新異的刺激不能表現(xiàn)控究行為，但腦電仍可有快波出現(xiàn)。因此，行為覺醒的維持可能是黑質(zhì)多巴胺遞質(zhì)系統(tǒng)的功能。動物實驗還見到，破壞藍斑上部（去甲腎上腺素遞質(zhì)系統(tǒng))后，則動物電波快波明顯減少；但如有感覺刺激傳入沖動時，則動物仍能喚醒腦電呈現(xiàn)快波，不過和種喚醒作用很短暫，感覺傳入刺激一停止，喚醒作用即終止。所以，藍斑上部去甲腎上腺素遞質(zhì)系統(tǒng)與腦電覺醒的維持也有關(guān)系。其作用是持續(xù)的緊張性作用；而上行激動系統(tǒng)（乙酰膽堿遞質(zhì)系統(tǒng))的作用是時相性作用，它調(diào)制去甲腎上腺素遞質(zhì)系統(tǒng)的腦電覺醒作用。

（二)睡眠的時相

通過對整個睡眠過程的仔細觀察，發(fā)現(xiàn)睡眠具有兩種不同的時相狀態(tài)。其一是腦電波呈現(xiàn)同步化慢波的時相，其二是腦電波呈現(xiàn)去同步化的時相。前者是一般熟知的狀態(tài)，其表現(xiàn)已在前文述及，常稱為慢波睡眠（slow wave sleep,SWW)。后者的表現(xiàn)與慢波睡眠不同，稱為異相睡眠(paradoxicalsleep,PS)或快波睡眠、快速眼球運動 (rapid eyemovements,REM)睡眠。異相睡眠期間，各種感覺功能進一步減退，以致鍋醒閾提高；骨骼肌反射運動和肌緊張進一步減弱，肌肉幾乎完全松馳；腦電波呈現(xiàn)去同步綸快波。這些表現(xiàn)是異相睡眠期間的基本表現(xiàn)。此外，在異相睡眠期間還會有間斷性的陣發(fā)性表現(xiàn)，例如眼球出現(xiàn)快速運動、部分軀體抽動，在人類還觀察到血壓升高和心率加快，呼吸加書本而不規(guī)則。

慢波睡眠與異相睡眠是兩個相互轉(zhuǎn)化的時相。成年人睡眠一開始首先進入慢波睡眠，慢波睡眠持續(xù)約80-120分鐘左右后，轉(zhuǎn)入異相睡眠；異相睡眠持續(xù)約20-30分鐘左右后，又轉(zhuǎn)入慢波睡眠；以后又轉(zhuǎn)入異相睡眠。整個睡眠期間，這種反復(fù)轉(zhuǎn)化約4-5次，越接近睡眠后期，異相睡眠持續(xù)時間逐步延長。在成年人，慢波睡眠和異相睡眠均可直接轉(zhuǎn)為覺醒狀態(tài)；但覺醒狀態(tài)只能進入慢波睡眠。而不能直接進入異相睡眠。在異相睡眠期間，如將其喚醒，被試者往往會報告他正在做夢。據(jù)統(tǒng)計，在191例被試者異相睡眠期間喚醒后，報告正在做夢的有152例，占80%左右；在160例被試者慢波睡眠期間喚醒后，報告正在做夢的只有11例，占7%左右。因此一般認為，做夢是異相睡眠的特征之一。

在人體中還觀察到，垂體前葉生長激素的分泌與睡眠的不同時相有關(guān)。在覺醒狀態(tài)下，生長激素分泌較��；進入慢波睡眠后，生長激素分泌明顯升高；轉(zhuǎn)入異相睡眠后，生長激素分泌又減少�？磥恚�慢波睡眠對促進生長、促進體力恢復(fù)是有利的。

異相睡眠是睡眠過程中再現(xiàn)的生理現(xiàn)象，具有一定的生理意義。曾觀察到，如幾天內(nèi)被試者在睡眠過程中一出現(xiàn)異相睡眠就將其喚醒，使異相睡眠及時阻斷，則被試者會出現(xiàn)易激動等心理活動的擾亂。然后，又讓被試者能自然睡眠而不予喚醒，開始幾天異相睡眠增加，以補償前階段異相睡眠的不足；在這種情況下異相睡眠可直接出現(xiàn)在覺醒之后，而不需經(jīng)過慢波睡眠階段。由此認為異相睡眠是政黨衙所必需的生理活動過程。動物腦灌流實驗觀察到，異相睡眠期間腦內(nèi)蛋白質(zhì)合成加快。因此認為，異相睡眠對于幼兒神經(jīng)系統(tǒng)的成熟有密切關(guān)系；并認為異想睡眠期間有昨于建立新的突觸聯(lián)系而促進學習記憶活動�？磥恚�異相睡眠對促進精力的恢復(fù)是有利的。但是，異相睡眠會出現(xiàn)間斷性的陣發(fā)性表現(xiàn)，這可能與某些疾病在夜間發(fā)作有關(guān)，例如心絞痛、哮喘、阻塞性肺氣腫缺氧發(fā)作等。有人報導(dǎo)，病人在夜間心絞痛發(fā)作前常先做夢，夢中情緒激動，伴有呼吸加快、血壓升高、心率加快，以致心絞痛發(fā)作而覺醒。

（三)睡眠發(fā)生的機制

睡眠是由中樞內(nèi)發(fā)生了一個主動過程而造成的，中樞內(nèi)存在著產(chǎn)生睡眠的中樞，有人認為，在腦干尾端存在能引起睡眠和腦電波同步化的中樞。這一中樞向上傳導(dǎo)可作用于大腦皮層（有人稱之為上行抑制系統(tǒng))，并與上行激動系統(tǒng)的作用相對抗，從而調(diào)節(jié)著睡眠與覺醒的相互轉(zhuǎn)化。

由于中樞神經(jīng)遞質(zhì)研究的進展，已把睡眠的發(fā)生機制與不同的中樞遞質(zhì)系統(tǒng)功能聯(lián)系了起來。慢波睡眠可能與腦干內(nèi)5-羥色遞質(zhì)系統(tǒng)有關(guān)，異相睡眠可能與腦干內(nèi)5-羥色胺和去甲腎上腺素遞質(zhì)系統(tǒng)有關(guān)。

（張鏡如)

參考資料

1．徐豐彥，張鏡如主編.人體生理學.北京：人民衛(wèi)生出版社，1989

2．韓濟生主編.神經(jīng)科學綱要.北京：北京醫(yī)科大學、中國協(xié)和醫(yī)科大學聯(lián)合出版社1993

3．潘家右，伍嘉寧. NO：中樞神經(jīng)中一個新的重要信使物質(zhì).生理科學進展1993；24：293-297

4．包雅琳，郭 恒怡.M受體亞型研究的新進展。生理科學進展 1992；23：18-22

5．錢家慶.a –腎上腺素受體，生理科學進展1988；19：57-60

6．王崇銓，突觸前受體，生理科學進展1989；20：144-147

7．宋亮年，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中受體亞型的多樣性及其生物學意義。生理科學進展1992；23：13；17

8．柳川，神經(jīng)生長因子的研究，生理科學進展1990；21：54-57

9．邱一華，王健鶴，神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽對免疫功能的影響，生理科學進展1992；22：21-24

10．蘇正昌，等，免疫反應(yīng)產(chǎn)物對神經(jīng)及內(nèi)分泌系統(tǒng)功能的影響，生理科學進展1992；23：327-331

11．金觀源，突觸的可塑性與學習、記憶機制，生理科學進展1989；20：148-153

12．BaileyCH,Kandel ER.Structural changes accompanying memory storage.Ann ReyPhysiol1993;55:397-426

13.Bredt DS.Snyder SH.Nitricoxide,a noval neuronal messenger,Neuron 1992;8:3-11

14.Goodman LS,Gilman A.ThePharmacological Basis of Therapeutics 8^thed,Pergamon Press,NewYork,1990

15.Hellige JB.Hemisphericasymmetry.Ann Rev Psychol 1990;41:55-80

16.McNaughton BL.The mechanism ofexpression of long-term enhancement of hippocampal synpses.Ann Rev Physiol1993;55:375-369

17.Ochs S. Systems of materialtransport in nerve fibres (axoplasmic transport )related to nerve function andtrophic control.Ann NY Acad Sci 1974;228:202-223

18.Patton HD,Fuchs AF,HilleB,Scher AM,Steiner R.Textbook of Physiology 21^st ed,WB SaunderCO,Philadelphia,1989

19.Turek FW.Circadian neuralrhythms in mammals.Ann Rev Physiol 1985;47:49-64

20. Walsh K.Neuropsychology,Churchill Livingstone,Edinburgh,1978y