请教科学博客:感觉和知觉基础

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泰勒 问道

据说大脑左半球控制身体的右半部分,反之亦然。这是否也适用于耳朵和眼睛对音频和视觉刺激的处理?大脑的左半部分是否处理右眼所见,反之亦然?


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这里实际上有几个问题,所以让我们把它们分解成我理解的问题(和假设)

  • 在启动运动行为时,大脑的每个半球是否控制身体的另一侧?

  • 在触觉(即触摸)方面,大脑的每个半球是否接收来自身体另一侧的信号?

  • 进入左耳的听觉输入是否由右半球处理?进入右耳的输入是否由左半球处理?

  • 来自左眼的视觉输入是否由右半球处理?来自右眼的输入是否由左半球处理?

让我们分别解决这些问题。

在启动运动行为时,大脑的每个半球是否控制身体的另一侧?

在触觉(即触摸)方面,大脑的每个半球是否接收来自身体另一侧的信号?

如果您曾经看过大脑的图片(或者,如果您幸运的话,看过真正的大脑),您可能知道,由于要将大量大脑放入头骨中,它会自身折叠起来。通过如此折叠,大脑的表面积可以在不显着增加大脑总体积的情况下增加。褶皱的凸起部分称为脑回(单数,脑回)。脑回被狭窄的凹槽隔开,这些凹槽称为脑沟(单数,脑沟)。

图 1:左半球的视图。中央前回呈紫色,中央后回呈红色。(来源

中央前回也称为运动皮层初级运动区,因为它的功能是执行随意运动。运动皮层控制着参与随意运动的六百多块肌肉,可以在额叶后部,中央沟前方找到。这六百块肌肉由 31 对脊神经控制。

图 2:31 对脊神经的位置和功能。(来源

中央后回也称为躯体感觉皮层初级感觉区,因为它接收来自身体的感觉输入。躯体感觉皮层可以在顶叶前部,中央沟后方找到。

图 3:感觉和运动皮层的组织结构,从半球内侧表面的脚趾开始,环绕到外侧表面的面部、舌头和喉咙。

感觉和运动皮层实际上是高度组织化的——它的每个部分都对应于身体的特定部分,并且分配给身体每个部分的区域大小取决于该身体部分执行的运动的复杂程度或处理的感觉。这意味着控制手指的运动皮层部分比分配给躯干的运动皮层部分大得多,即使您的躯干比您的手指大得多。同样,处理来自嘴唇感觉的感觉皮层区域大于处理来自脚部感觉的感觉皮层区域,即使您的脚比您的嘴唇大。

图 4:如果根据分配给身体每个部分的运动或感觉皮层的比例构建身体,它看起来会像这样。

因此,如果您决定要移动您的右臂或右腿,信号将离开左半球的运动皮层,向下移动到您的脑干,然后在延髓水平,它将交叉,或交叉到脑干的右侧,然后继续进入您的脊髓。同样,如果您想移动您的左臂,信号将离开您右半球的运动皮层,在延髓水平交叉,然后在您的脊髓左侧继续。因此,如果您切断了延髓水平以下的神经束,并且您知道该神经束参与运动指令的执行,那么您身体瘫痪的一侧将是同侧的——病变发生的身体同一侧。但是,如果您的病变发生在脑干较高处,延髓水平之上,或者您患有影响部分运动皮层的中风,那么受影响的身体部位将是对侧的——与病变身体部位的另一侧。同样的模式也适用于躯体感觉皮层。

因此,总的来说,泰勒是正确的,右侧运动和感觉皮层控制身体的左侧,反之亦然。但是,当涉及到十二对脑神经时,存在一些例外情况。

图 5:十二对脑神经及其功能的特别出色的图表。点击放大。(来源

几乎所有的脑神经都接受双侧支配。这意味着一对脑神经的左右两侧成员都由左右半球的运动皮层支配。这种冗余是一种安全机制。如果只有大脑左侧有病变,则连接到脑神经的身体区域的两侧将继续接收来自右半球的运动信息。信号强度不如以前,但这可以防止完全瘫痪。

对于这个例外情况,还有两个例外:控制您伸出舌头的肌肉的第 12 对脑神经,以及控制您下半脸肌肉的第 7 对脑神经的一部分,它们都像身体的其他部分一样,向对侧半球发送和接收信号。

进入左耳的听觉输入是否由右半球处理?进入右耳的输入是否由左半球处理?

一般来说,与身体的其他部分一样,每个半球的初级听觉皮层处理来自对侧耳朵的输入。因此,进入左耳的声音由右半球处理,反之亦然。初级听觉皮层可以在颞叶表面找到。

图 5:神经信号从耳朵到大脑的路径。(来源

但是,这只是一个简化的图表。如果您返回并检查上面的图 5,您会注意到来自耳朵的信号由第 8 对脑神经,前庭耳蜗神经(控制内耳)和第 10 对脑神经,迷走神经(除其他外,控制外耳)传递。由于脑神经与左右半球都通信,因此初级听觉皮层确实接收来自双耳的输入,尽管大部分输入来自对侧耳朵。同样,这被设计为一种安全机制。如果只有左听觉皮层受到病变影响,右耳不会完全失聪。

来自左眼的视觉输入是否由右半球处理?来自右眼的输入是否由左半球处理?

我认为有趣的地方就在这里。如果您一直在关注,您会记得每个脑神经(有例外)都与左右半球通信,这与与对侧半球通信的脊神经不同。因此,快速的答案是,来自每个视神经(第 2 对脑神经)的视觉信息都由两个半球处理。

但让我们更仔细地看看视神经。

图 6:视觉通路,从眼睛回到枕叶(大脑后部)的视觉皮层。点击放大。(来源

如果您检查图像,您会注意到每只眼睛都将来自视网膜的数据发送回两个半球,因此右视觉皮层处理来自左右眼的数据,左视觉皮层也是如此。一些神经在视交叉交叉(交叉),但有些神经没有。实际上,情况变得有点复杂。

图 7:视觉通路,再次。点击放大。(来源

您的每只眼睛,以及您的每个视网膜(接收视觉输入的眼睛部分),都可以分为两半:颞侧部分,在外侧(右视网膜的右侧部分,以及左视网膜的左侧部分),以及鼻侧部分,在内侧,靠近您的鼻子(右视网膜的左侧部分,以及左视网膜的右侧部分)。

请注意,来自场景左半部分的光线与右视网膜的颞侧部分和左视网膜的鼻侧部分相互作用。来自场景右半部分的光线刺激左视网膜的颞侧部分和右视网膜的鼻侧部分。

当神经在视交叉部分交叉时,来自左半视野的感觉输入结合并继续进入右半球。来自右半视野的感觉输入结合并继续进入左半球。因此,每个半球不处理来自对侧视网膜的视觉输入,而是处理来自对侧视野的视觉输入。右半视野最初在您的双眼中分开,但会结合起来并由左视觉皮层处理。左半视野同样由右视觉皮层处理。

Jason G. Goldman is a science journalist based in Los Angeles. He has written about animal behavior, wildlife biology, conservation, and ecology for 大众科学, Los Angeles magazine, the Washington Post, the Guardian, the BBC, Conservation magazine, and elsewhere. He contributes to 大众科学's "60-Second Science" podcast, and is co-editor of Science Blogging: The Essential Guide (Yale University Press). He enjoys sharing his wildlife knowledge on television and on the radio, and often speaks to the public about wildlife and science communication.

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