大腦提問

大腦的佈線方式為何如此——為什麼右側大腦皮層控制身體的左側,反之亦然?

大腦的佈線方式為何如此——為什麼右側大腦皮層控制身體的左側,反之亦然?

——彼得·威爾遜,倫敦

馬克·A·W·安德魯斯,伊利湖骨科醫學院生理學教授和獨立研究專案主任,對此提供瞭解釋


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自古以來,許多人就問過您的問題。 例如,希臘醫生希波克拉底想知道為什麼頭部一側的創傷會導致身體對側的功能障礙。 大約 100 年前,西班牙神經解剖學家和諾貝爾獎獲得者聖地亞哥·拉蒙-卡哈爾首次從視覺系統發育的角度解釋了這種現象。 儘管我們現在知道,即使是具有 rudimentary 視覺系統或沒有視覺系統的動物也表現出“交叉”神經連線,但拉蒙-卡哈爾的解釋確實確定了重要的概念以及刺激-反應領域。

中樞神經系統中神經元的交叉或互換至今仍未完全理解。 這種現象發生在胚胎髮育過程中。 最近的發現表明,神經元或神經細胞從生長因子中獲得方向,這些生長因子的名稱包括 roundabout、commissureless、Sax-3、netrin 和 sonic hedgehog。 是的,包括魚類、蠕蟲、果蠅和所有脊椎動物在內的許多動物都表現出神經束的這種互換。 互換從何而來? 科學家們正在許多地方尋找答案。

來自更簡單動物的啟示。 理解神經系統的這種結構特性可以從進化上古老的生物的線索開始。 例如,讓我們考慮一下蠕蟲對有害刺激的反應。 蠕蟲透過收縮其對側或對側的肌肉細胞,向遠離刺激的方向彎曲。 為了啟用這些對側肌肉細胞,來自同側(近側或面向)的神經元訊號必須交叉。

因此,跨身體中線的互換為動物提供了生存優勢。 正如生物學家所瞭解的那樣,一旦發展出這種適當的生存機制,它就會在“更高階”的動物(即在進化史上較晚出現的動物)中得到維持,除非它在某種程度上變得不利。

感知線索。 隨著視覺感覺系統的進化,它們的神經元也發展出交叉通訊通路。 在大多數脊椎動物中,由於頭部結構,眼睛是獨立的,並且看到獨立的視野。 也就是說,來自左右眼的視覺輸入是完全不同的,大腦將這些檢視拼接在一起形成連貫的場景。 整個視神經穿過中線,以幫助動物在看到危險時生存。

想象一下魚在遊動。 現在想象一下,掠食者突然出現在魚的右側附近。 從掠食者反射的光線進入眼睛,在視網膜上形成影像。 然後,影像透過視神經交叉,神經系統做出反應:對側的肌肉縮短。 這種效應使魚向與刺激(掠食者的景象)相反的方向移動。

在具有前向眼睛和立體視覺的動物(例如人類)中,情況變得更加複雜。 交叉神經通路的結構仍然存在。 但在這種情況下,只有來自每隻眼睛的一半神經衝動被髮送到中線,以幫助實現立體視覺。

雙側反應。 讓我們考慮一下有肢體的動物會發生什麼。 在魚和蠕蟲等無腿動物中,運動神經發送以控制肌肉的衝動不必穿過中線。 只有感覺訊號交叉,導致其交叉側的肌肉活動——因此無需再次交叉。 然而,當肢體存在時,不僅對側會做出反應,同側也會做出反應。 為了允許這種靈活性,運動神經會交叉回到刺激的原始側。 換句話說,隨著肢體的發育,運動神經和感覺神經都會互換。 因此,您大腦的左半球主要控制您的右臂和右腿,而右側則控制您的左臂和左腿。

科學家們還假設,具有內在結構不對稱性的交叉神經束可能是大腦兩側差異發育的結果。 大腦兩側的功能不對稱性可能有助於解釋左半球對交流、分析思維和指導運動的強調,以及右半球在處理感覺資訊、空間關係和創造力方面的專長。

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