神经系统的基本结构和功能

您脑海中的神经系统图像可能包括 大脑（颅骨内的神经组织）和 脊髓（脊柱内神经组织的延伸部分）。这表明它是由两个器官组成的——你甚至可能不认为脊髓是一个器官——但神经系统是一个非常复杂的结构。在大脑内，许多不同且独立的区域负责许多不同且独立的功能。就好像神经系统由许多看起来相似的器官组成，只能使用显微镜或电生理学等工具来区分。相比之下，很容易看出胃与食道或肝脏不同，因此您可以将消化系统想象为特定器官的集合。

中枢和周围神经系统

神经系统可分为两个主要区域：中枢神经系统和周围神经系统。中枢神经 系统 (CNS) 是大脑和脊髓， 周围神经系统 (PNS) 是其他一切（图 1）。大脑包含在头骨的颅腔内，脊髓包含在脊柱的椎腔内。说中枢神经系统位于这两个腔内而周围神经系统位于它们之外有点过于简单化，但这是开始思考这个问题的一种方式。事实上，周围神经系统的一些元件位于颅腔或椎腔内。周围神经系统之所以如此命名，是因为它位于外围，即大脑和脊髓之外。根据神经系统的不同方面，中枢和外周之间的分界线不一定是通用的。

中枢神经系统和三七总神经系统中存在的神经组织包含两种基本类型的细胞：神经元和神经胶质细胞。神经胶质细胞是  提供支持神经元及其活动的组织框架的多种细胞之一。 就神经系统的交流功能而言，神经元是两者中功能更重要的一个 。

为了描述神经系统的功能划分，了解神经元的结构非常重要。神经元是细胞，因此具有 胞体或细胞体，但它们也具有细胞的延伸；每个扩展通常被称为一个 进程。每个神经元都有一个重要的过程，称为轴突 ，它是将神经元与其目标连接起来的纤维。另一种从体细胞分支出来的过程是 树突。树突负责接收来自其他神经元的大部分输入。

图 2. 灰质和白质尸检过程中取出的大脑（部分切片）显示白质被灰质包围。灰质构成大脑的外皮层。（来源：“Suseno”/维基共享资源对作品的修改）

观察神经组织，有些区域主要包含细胞体，有些区域主要由轴突组成。神经系统结构内的这两个区域通常被称为 灰质 （具有许多细胞体和树突的区域）或 白质 （具有许多轴突的区域）。图 2 显示了大脑和脊髓中这些区域的外观。这些区域的颜色是在“新鲜”或未染色的神经组织中看到的颜色。灰质不一定是灰色的。由于血液含量，它可能呈粉红色，甚至略呈棕褐色，具体取决于组织保存的时间。但白质之所以是白色，是因为轴突被一种称为 髓磷脂的富含脂质的物质隔离。脂质可以表现为白色（“脂肪”）物质，很像生鸡肉或牛肉上的脂肪。事实上，灰质可能具有这种颜色，因为在白质旁边，它只是颜色更深，因此是灰色的。

灰质和白质之间的区别最常应用于中枢神经组织，中枢神经组织具有肉眼可见的大片区域。当观察外围结构时，通常使用显微镜并用人造颜色对组织进行染色。这并不是说中枢神经组织不能在显微镜下染色和观察，但未染色的组织很可能来自中枢神经系统，例如大脑的额叶部分或脊髓的横截面。

无论染色或未染色组织的外观如何，神经元或轴突的细胞体都可以位于需要命名的离散解剖结构中。这些名称特定于该结构是中心结构还是外围结构。中枢神经系统中神经元细胞体的局部集合称为 细胞核。在三七总皂甙中，一簇神经元细胞体被称为 神经节。图 3 显示了术语“细胞核”在解剖学和生理学中的几种不同含义。它是原子的中心，存在质子和中子；它是细胞的中心，DNA 就在那里；它是中枢神经系统某些功能的中心。神经节（复数=神经节）这个词的使用也可能令人困惑，它有一个历史解释。在中枢神经系统中，有一组细胞核连接在一起，在“神经节”被接受为外周结构的描述之前，曾被称为基底神经节。一些资料来源将这组核称为“基底核”以避免混淆。

图 3. 什么是细胞核？(a) 原子核包含质子和中子。(b) 细胞核是含有 DNA 的细胞器。(c) 中枢神经系统中的细胞核是具有多个神经元细胞体的局部功能中心，此处以红色圆圈显示。（来源c：“曾是一只蜜蜂”/维基共享资源）

适用于轴突束的术语也因位置而异。中枢神经系统中的轴突或纤维束称为束， 而 三七总神经系统中的轴突或纤维束称为 神经。关于这些术语有一个重要的要点，那就是它们都可以用来指同一束轴突。当这些轴突位于 PNS 中时，术语为“神经”，但如果它们位于 CNS 中，则术语为“束”。最明显的例子是从视网膜投射到大脑的轴突。这些轴突离开眼睛时被称为视神经，但当它们位于颅骨内部时，它们被称为视束。有一个特定的地方名称发生了变化，那就是视交叉，但它们仍然是相同的轴突（图4）。

对于某些道路，可以描述科学之外的类似情况。想象一下，在一个名为“Anyville”的小镇上有一条名为“Broad Street”的路。这条路离开安尼维尔，前往下一个城镇，称为“家乡”。当道路穿过两个城镇之间的界线并进入家乡时，它的名称更改为“主街”。这就是视网膜轴突命名背后的想法。在PNS中，它们被称为视神经，在CNS中，它们被称为视束。表 1 有助于阐明哪些术语适用于中枢或周围神经系统。

2003 年，保罗·C·劳特伯 (Paul C. Lauterbur) 和彼得·曼斯菲尔德爵士 (Sir Peter Mansfield) 因磁共振成像 (MRI) 相关发现而获得诺贝尔生理学或医学奖。这是一种查看身体结构（不仅仅是神经系统）的工具，该结构取决于与某些原子核相关的磁场。这项技术在神经系统中的用途是脂肪组织和水呈现出黑色和白色之间的不同色调。由于白质是脂肪（来自髓磷脂），而灰质不是，因此可以在 MRI 图像中轻松区分它们。

神经系统的功能分区

神经系统也可以根据其功能来划分，但解剖学划分和功能划分是不同的。CNS 和 PNS 都具有相同的功能，但这些功能可以归因于大脑的不同区域（例如大脑皮层或下丘脑）或外周的不同神经节。试图将功能差异纳入解剖学划分的问题在于，有时相同的结构可能是多个功能的一部分。例如，视神经携带来自视网膜的信号，这些信号要么用于大脑皮层中发生的视觉刺激的有意识感知，要么用于通过下丘脑处理的平滑肌组织的反射反应。

有两种方法可以考虑神经系统的功能划分。首先，神经系统的基本功能是感觉、整合和反应。其次，身体的控制可以是躯体的或自主的——很大程度上是由参与反应的结构决定的。周围神经系统还有一个区域称为肠神经系统，负责与胃肠功能相关的自主控制领域内的一组特定功能。

基本功能

神经系统参与接收有关我们周围环境的信息（感觉）并对该信息产生反应（运动反应）。神经系统可分为负责 感觉 （感觉功能）和反应 （ 运动功能）的区域。但还需要包含第三个功能。感觉输入需要与其他感觉以及记忆、情绪状态或学习（认知）相结合。神经系统的某些区域被称为 整合 或关联区域。整合过程结合了感官知觉和更高的认知功能，如记忆、学习和情感，以产生反应。

感觉

神经系统的第一个主要功能是感觉——接收有关环境的信息，以获得有关体外（或有时体内）发生的事情的输入。神经系统的感觉功能记录稳态变化或环境中特定事件（称为刺激）的 存在。

我们最常想到的感官是“五大感官”：味觉、嗅觉、触觉、视觉和听觉。味觉和嗅觉的刺激都是化学物质（分子、化合物、离子等），触觉是与皮肤相互作用的物理或机械刺激，视觉是光刺激，听觉是对声音的感知，是一种物理刺激。刺激类似于触摸的某些方面。实际上还有更多的感官，但该列表代表了主要的感官。这五种感觉都是接受外界刺激，有意识感知的感觉。其他感觉刺激可能来自内部环境（体内），例如器官壁的伸展或血液中某些离子的浓度。

回复

神经系统根据感觉结构感知的刺激产生反应。一个明显的反应是肌肉的运动，例如将手从热炉中抽出，但该术语还有更广泛的用途。神经系统可以引起所有三种类型的肌肉组织的收缩。例如，骨骼肌收缩以移动骨骼，心肌在运动期间随着心率增加而受到影响，平滑肌随着消化系统沿着消化道移动食物而收缩。反应还包括体内腺体的神经控制，例如皮肤中发现的小汗腺和小分泌汗腺产生和分泌汗液以降低体温。

反应可分为自愿或有意识的反应（骨骼肌收缩）和非自愿反应（平滑肌收缩、心肌调节、腺体激活）。自愿反应由躯体神经系统控制，非自愿反应由自主神经系统控制，这将在下一节中讨论。

一体化

感觉结构接收到的刺激被传达到神经系统，在那里处理该信息。这称为集成。刺激与其他刺激、先前刺激的记忆或特定时间的人的状态进行比较或整合。这导致将生成特定的响应。看到棒球投向击球手并不会自动导致击球手挥杆。需要考虑球的轨迹及其速度。也许计数是三球一安，击球手希望让这个投球过去，希望能上垒到一垒。或者也许击球手的球队遥遥领先，只是挥杆离开会很有趣。

控制身体

主要根据反应的功能差异，神经系统可以分为两部分。躯体 神经系统（SNS） 负责有意识的感知和随意的运动反应。自愿运动反应意味着骨骼肌的收缩，但这些收缩并不总是自愿的，因为您必须想要执行它们。一些躯体运动反应是反射，并且经常在没有有意识地决定执行它们的情况下发生。如果你的朋友从角落里跳出来并大喊“嘘！” 你会被吓到，可能会尖叫或向后跳。你没有决定这样做，你可能也不想给你的朋友一个嘲笑你的理由，但这是一种涉及骨骼肌收缩的反射。当一个人学习运动技能（称为“习惯学习”或“程序记忆”）时，其他运动反应会变得自动（换句话说，无意识）。

自主 神经系统（ANS） 负责身体的无意识控制，通常是为了体内平衡（内部环境的调节）。自主功能的感觉输入可以来自适应外部或内部环境刺激的感觉结构。运动输出延伸至平滑肌、心肌以及腺组织。自主系统的作用是调节身体的器官系统，通常意味着控制体内平衡。例如，汗腺是由自主系统控制的。当你很热时，出汗有助于身体降温。这是一种稳态机制。但当你紧张时，你也可能会开始出汗。这不是稳态，而是对情绪状态的生理反应。

神经系统的另一个部分描述功能反应。肠 神经系统 (ENS) 负责控制消化系统中的平滑肌和腺组织。它是 PNS 的很大一部分，不依赖于 CNS。然而，有时将肠道系统视为自主系统的一部分是有效的，因为组成肠道系统的神经结构是调节消化的自主输出的组成部分。两者之间存在一些差异，但出于我们的目的，会有很多重叠。请参见图 5，了解神经系统这些分区的位置示例。