大脑提问

大脑的布线方式为何如此——为什么右侧大脑皮层控制身体的左侧,反之亦然?

大脑的布线方式为何如此——为什么右侧大脑皮层控制身体的左侧,反之亦然?

——彼得·威尔逊,伦敦

马克·A·W·安德鲁斯,伊利湖骨科医学院生理学教授和独立研究项目主任,对此提供了解释


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自古以来,许多人就问过您的问题。 例如,希腊医生希波克拉底想知道为什么头部一侧的创伤会导致身体对侧的功能障碍。 大约 100 年前,西班牙神经解剖学家和诺贝尔奖获得者圣地亚哥·拉蒙-卡哈尔首次从视觉系统发育的角度解释了这种现象。 尽管我们现在知道,即使是具有 rudimentary 视觉系统或没有视觉系统的动物也表现出“交叉”神经连接,但拉蒙-卡哈尔的解释确实确定了重要的概念以及刺激-反应领域。

中枢神经系统中神经元的交叉或互换至今仍未完全理解。 这种现象发生在胚胎发育过程中。 最近的发现表明,神经元或神经细胞从生长因子中获得方向,这些生长因子的名称包括 roundabout、commissureless、Sax-3、netrin 和 sonic hedgehog。 是的,包括鱼类、蠕虫、果蝇和所有脊椎动物在内的许多动物都表现出神经束的这种互换。 互换从何而来? 科学家们正在许多地方寻找答案。

来自更简单动物的启示。 理解神经系统的这种结构特性可以从进化上古老的生物的线索开始。 例如,让我们考虑一下蠕虫对有害刺激的反应。 蠕虫通过收缩其对侧或对侧的肌肉细胞,向远离刺激的方向弯曲。 为了激活这些对侧肌肉细胞,来自同侧(近侧或面向)的神经元信号必须交叉。

因此,跨身体中线的互换为动物提供了生存优势。 正如生物学家所了解的那样,一旦发展出这种适当的生存机制,它就会在“更高级”的动物(即在进化史上较晚出现的动物)中得到维持,除非它在某种程度上变得不利。

感知线索。 随着视觉感觉系统的进化,它们的神经元也发展出交叉通讯通路。 在大多数脊椎动物中,由于头部结构,眼睛是独立的,并且看到独立的视野。 也就是说,来自左右眼的视觉输入是完全不同的,大脑将这些视图拼接在一起形成连贯的场景。 整个视神经穿过中线,以帮助动物在看到危险时生存。

想象一下鱼在游动。 现在想象一下,掠食者突然出现在鱼的右侧附近。 从掠食者反射的光线进入眼睛,在视网膜上形成图像。 然后,图像通过视神经交叉,神经系统做出反应:对侧的肌肉缩短。 这种效应使鱼向与刺激(掠食者的景象)相反的方向移动。

在具有前向眼睛和立体视觉的动物(例如人类)中,情况变得更加复杂。 交叉神经通路的结构仍然存在。 但在这种情况下,只有来自每只眼睛的一半神经冲动被发送到中线,以帮助实现立体视觉。

双侧反应。 让我们考虑一下有肢体的动物会发生什么。 在鱼和蠕虫等无腿动物中,运动神经发送以控制肌肉的冲动不必穿过中线。 只有感觉信号交叉,导致其交叉侧的肌肉活动——因此无需再次交叉。 然而,当肢体存在时,不仅对侧会做出反应,同侧也会做出反应。 为了允许这种灵活性,运动神经会交叉回到刺激的原始侧。 换句话说,随着肢体的发育,运动神经和感觉神经都会互换。 因此,您大脑的左半球主要控制您的右臂和右腿,而右侧则控制您的左臂和左腿。

科学家们还假设,具有内在结构不对称性的交叉神经束可能是大脑两侧差异发育的结果。 大脑两侧的功能不对称性可能有助于解释左半球对交流、分析思维和指导运动的强调,以及右半球在处理感觉信息、空间关系和创造力方面的专长。

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