Central Nervous System Largest organ in the body at almost 3 lb. Brain functions in sensations, memory, emotions, decision making, behavior 1 CNS: Brain & Spinal Cord BRAIN 1. Forebrain 大腦 (cerebrum) 間腦 (diencephalon) 2. Brainstem 中腦 (midbrain) 橋腦 (pons) 延腦 (medulla) 3. Cerebellum 2 Principal Parts of the Brain Development of the Brain 3 4 Blood Supply to Brain Arterial blood supply is branches from circle of Willis on base of brain Vessels on surface of brain----penetrate tissue Uses 20% of our bodies oxygen & glucose needs --blood flow to an area increases with activity in that area --deprivation of O 2 for 4 min does permanent injury at that time, lysosome release enzymes Blood-brain barrier (BBB) --protects cells from some toxins and pathogens proteins & antibiotics can not pass but alcohol & anesthetics do --tight junctions seal together epithelial cells, continuous basement membrane, astrocyte processes covering Brain Ventricles Lateral ventricle 左右兩邊都有, 靠近前腦 Third ventricle 兩邊的側腦室在中間匯集往下延伸而形成的腦室, 靠近間腦 Fourth ventricle 往腦幹延伸下去, 此腦室比較大 Central canal 往腦幹下的脊髓延伸下去, 其中間有一個小洞, 內有腦脊髓液 (CSF) 流動 capillaries 5 6 1
Brain Ventricles Cerebrospinal Fluid (CSF) 7 Cerebrospinal fluid (CSF) is a clear, colorless liquid that protects the brain and spinal cord against chemical and physical injuries. 80-150 ml (3-5oz) Clear liquid containing glucose, proteins, & ions Functions mechanical protection floats brain & softens impact with bony walls chemical protection optimal ionic concentrations for action potentials circulation nutrients and waste products to and from bloodstream 8 Flow of CSF Reabsorption of CSF 9 Reabsorbed through arachnoid villi --grapelike clusters of arachnoid penetrate dural venous sinus 20 ml/hour reabsorption rate = same as production rate 10 Hydrocephalus Brain 頭圍擴大 前囟門距離變大, 骨縫變寬 其他器官系統不正常 拇指彎曲 (50% 的屬於性染色體異常 ; 大腦導水管阻塞 ) Blockage of drainage of CSF (tumor, inflammation, developmental malformation, meningitis, hemorrhage or injury) Continued production cause an increase in pressure --- hydrocephalus 11 12 2
Brain: Cerebral Cortex & Cerebral Nuclei Cerebral Cortex 外觀 Cerebral Cortex 13 14 Cerebral Cortex Brain: Cerebral Cortex & Cerebral Nuclei 腦葉 額葉 (Frontal lobe) 頂葉 (Parietal lobe) 顳葉 (Temporal lobe) 枕葉 (Occipital lobe) 島葉 (Insula) 功能 支配骨骼肌隨意運動 人格特性 高等智慧 語言溝通 本體感覺的詮釋 ( 如從皮膚來的感覺如痛 壓 燙 溫 觸覺等或者從關節 膝蓋來的感覺 ) 瞭解形成字彙及表達想法和情感 物質 材料及形狀的詮釋 與聽覺詮釋有關 視覺及聽覺的經驗儲存 ( 記憶 ) 調節眼球焦距 與視覺影像有關 記憶 整合其它大腦活動 15 Cerebral Cortex 功能 腦區 運動區 ( 前中央腦回 ) 感覺區 ( 後中央腦回 ) 聯絡區 功能 主運動皮質 ( 前中央腦回 ) 輔助皮質運動 前運動區 掌管眼球運動的額葉 視野區 控制語言表達孛羅卡氏區 (Broca s area; 位於左腦額葉 ) 體感覺區 ( 頂葉之後中央腦回 ) 味覺區 ( 位於枕葉 ) 視覺區 ( 位於枕葉 ) 聽覺區 ( 位於顳葉 ) 專門負責語言理解的沃爾尼克氏區 (Wernicke s area; 位於左腦顳葉 ) 體感覺 視覺的聯絡區 聽覺的聯絡區, 也就是所有的感覺之間做協調整合 16 失語症 1. 理解性的失語症 ( 感覺失語症 ) 是顳葉沃爾克氏區受損, 此類病人雖看得到別人寫的東西卻無法看懂 ; 雖聽的到別人說的話卻無法聽懂, 病人也會說話但所講的卻毫無意義的字句所堆砌而成的話 2. 表達性的失語症 ( 運動失語症 ) 是額葉伯羅夫氏區受損, 此病人可以完全聽懂別人說的話, 但當病人要嘗試說話時舌頭肌肉雖可以正常控制, 但因嘴部運動和呼吸無法協調, 所以難以啟齒 3. 傳導性的失語症是弓狀束受損, 聽到別人說的話但無法把話說清楚, 因為它是連接沃爾尼克氏區和伯羅夫氏區的神經路線 17 腦半球 左大腦半球 右大腦半球 功能執行和語言相關的活動 分析能力 語言的理解 文字的書寫 語言的表達 左腦發達的人講話技巧及表達非常好 擅長於空間 物體形狀的學習與認知 18 3
EEG 腦波紀錄到大腦皮質神經細胞活動時不同頻率的電位變化 利用腦波來判斷某人的意識狀態, 這是因為腦波是大腦皮質神經細胞活動時所產生的電氣訊號 ( 突觸電位 ) 臨床上的腦波圖(EEG) 通常用來診斷腦病變 ; 如癲癇症 由於電極最靠近的是大腦神經細胞 ( 大腦皮質 ) 的細胞本體和樹突, 而這些電位變化乃是由細胞本體和樹突的電位變化所引起 紀錄腦波的圖稱為腦波圖 (EEG) 腦波有四種波形 :α 波 β 波 θ 波 δ 波 19 EEG α 波 (8 ~13 Hz)-- 頂葉和枕葉最明顯一個人閉起眼睛但頭腦卻很清醒 ( 身體放鬆的狀態心情愉快 ) β 波 (13 ~ 25 Hz)-- 在額葉最明顯有視覺刺激時閉起眼睛, 突然張開看到某些事物一個人開始想到某些事情或者去注意某些事情 θ 波 (4 ~ 8 Hz)-- 嬰兒的腦波嚴重精神壓力或精神病的成人 ( 利用 θ 波來測定精神疾病發作的前兆 ) δ 波 (<4 Hz)-- 正常成人睡覺時或在嬰兒清醒時成人在清醒時測得 ( 表示你腦部有損傷或腦細胞受到傷害 ) 20 EEG of Sleep NE & 5-HT ACh 21 22 23 24 4
Narcolepsy Cerebral Nuclei Corpus callosum 過度嗜睡 猝倒 睡眠癱瘓 入眠期幻覺 25 Basal ganglia Hypothalamus Thalamus 26 Basal ganglia Basal Ganglia 27 由大腦深部的腦核組合而成, 因此也稱 大腦核 ; 因位於大腦深層底部的地方, 所以又稱 基底神經節 由 3 個部分組成 : 尾核 (caudate nucleus), 殼核 (putamen nucleus), 蒼白核 (globus pallidus) ; 其中 caudate nucleus 和 putamen nucleus 合稱為紋狀體 ( striatum ) 其功能和運動控制有關 因為 striatum 接受來自黑質 ( 位於中腦 ) 多巴胺的控制 ; 所以黑質神經細胞支配著 striatum, 當黑質神經產生退化或病變時 ( 如神經細胞退化或自由基去攻擊黑質神經細胞 ), 使得細胞退化或死亡 最後黑質神經細胞被破壞, 而 dopamine 合成減少, 所以 dopamine 釋放不足, 而造成運動異常的巴金森氏症 ( 通常好發於 >50 ~ 60 years) 28 Limbic System Limbic System Cingulate gyrus Septal nuclei Olfactory bulbs Amygdaloid nucleus Hippocampus 29 主要掌管大腦的情緒與動機有 : 邊緣系統 ( 嗅腦 ) 間腦的下視丘 邊緣系統可說是人類情緒的神經基礎, 邊緣系統有許多的腦核及連接其間神經纖維所組成 ; 其中腦核包括 - 1. 杏仁核 (amygdaloid nucleus) 2. 海馬回 (hippocampus): 與長期記憶有關 3. 扣帶回 (cingulate gyrus) 4. 下視丘的乳頭體 (mammillary bodies) 5. 視丘的前核 (anterior nucleus of the thalamus) 邊緣系統的功能 : 1. 與情緒 動機 學習 進食 性有關 2. 刺激杏仁核或下視丘的某些部位會引起激怒甚至攻擊的行為 3. 引起害怕的行為 4. 引起學習動機的加強或減弱 30 5
Diencephalon Epithalamus Thalamus-- 緊臨第三腦室的旁邊, 由許多腦核組成, 佔間腦的 4/5 除了嗅覺之外, 所有感覺訊號傳入大腦一定會經過視丘, 因此視丘具備了兩種功能 :1. 簡單處理感覺訊號的能力,2. 參與某些複製的反射動作 Hypothalamus-- 位於視丘的下方, 也就是第三腦室的側壁與底部 其功能有 :1. 參與自主性的功能, 因為它參與了高級功能的調節, 所以稱下視丘為高級的自主中樞 如情緒 ( 受邊緣系統和間腦中的下視丘所控制 ) 內臟器官的活動 睡眠 性 (sex) 體溫( 體溫調節中樞 ) 飲水 進食以及和心血管調節等 2. 調節內分泌的功能 如調節抗利尿激素 催產素以及腦下垂體荷爾蒙的調節功能 31 Pineal gland endocrine gland the size of small pea secretes melatonin during darkness promotes sleepiness & sets biological clock 32 Brainstem Midbrain-- 是位於間腦與橋腦之間, 其可連接第三腦室和第四腦室 其由四疊體 (corpora quadrigemina) 大腦腳 (cerebral peduncles) 紅核 (red nucleus; 與大小腦保持連繫協調運動有關 ) 黑質(SN; 位於中腦, 其神經末梢可以到達大腦深部的紋狀體 神經末梢分泌的神經傳導素是 DA, 若 DA 缺乏, 則會產生 Parkinson`s disease) 以及第三對和第四對的腦神經核所組成的 Pons-- 是位於延腦的上方, 它是連接腦和脊髓的橋樑, 由白質和灰質組成 白質有 2 種不同的纖維 : 橫走與小腦相接 ; 縱走與下部延腦和上方的中腦相連 灰質內有第 5 6 7 8 對的腦神經核, 而且還有 2 個呼吸中樞 :1. 長吸中樞 (apneustic center) 2. 呼吸調節中樞 (pneumotaxic center) Medulla-- 是位於腦幹的最下方, 它是連接橋腦與脊髓, 也是由灰質和白質所組成的 白質主要由脊髓的上行徑 ( 感覺 ) 和下行徑 ( 運動 ) 所構成, 是脊髓和腦雙向溝通的必經之路 延腦是生命中樞 (vital centers), 其包括血管運動中樞 (vasomotor center; 負責血管收縮與放鬆的自主控制 ) 心臟抑制中樞 (cardioinhibitory center; 負責心臟心跳 收縮力 ) 呼吸中樞 (respiratory center; 內含化學 R, 會去調節呼吸頻率的快慢 ) 延腦還會調節吞嚥 咳嗽 嘔吐 打噴涕 打嗝等反射動作, 以及第 8 9 10 33 11 12 對腦神經會從延腦這個地方發射出去 34 35 36 6
Reticular Formation 由腦幹 ( 中腦 橋腦 延腦 ) 和間腦 ( 視丘和下視丘 ) 裡頭的灰質與白質交替形成的網狀路徑, 是維持生命所必需的一塊腦區 這個網狀結構會形成網狀活化系統 (reticular activating system; RAS), 當感覺輸入時,RAS 會被活化, 訊息會經由 RAS 投射至大腦皮質, 使得大腦皮質被活化起來, 所以其功能和意識 醒覺有關 Cerebellum 位於大腦枕葉的下方, 橋腦和延腦的後方, 是大腦第二大部分, 小腦有分灰質 ( 位於外側 ) 白質 ( 位於內側 ) 小腦也分為左 右兩個半球, 每一個半球又分為三葉, 其中有兩葉與骨骼肌的下意識動作有關, 而另一葉與平衡有關 小腦同時可以接受來自本體感覺接收器 (proprioceptors; 如關節 肌腱 肌梭上的受器 ) 的訊號, 也就是從這些接受器的訊號會傳到小腦, 經過小腦整合整個訊號後, 再去參與肌肉的控制或協調, 以及身體的平衡 如小腦受傷, 會產生運動性顫抖 (motor tremor) 及運動失調症 (ataxia) 37 38 Spinal Cord Spinal Cord Functions Spinal cord reflexes Integration (summation of inhibitory and excitatory) nerve impulses Highway for upward and downward travel of sensory and motor information 39 40 Spinal Cord Physiology The spinal cord has two principal functions. The white matter tracts are highways for nerve impulse conduction to and from the brain. The gray matter receives and integrates incoming and outgoing information. The gray matter of the spinal cord is shaped like the letter H or a butterfly and is surround by white matter. --The gray matter consists primarily of cell bodies of neurons and neuroglia and unmyelinated axons and dendrites of association and motor neurons. --The gray commissure forms the cross bar of the H- shaped gray matter. The white matter consists of bundles of myelinated axons of motor and sensory neurons. Spinal Cord 是延腦的延續, 其橫切面可分為灰質和白質兩個部分 灰質看似蝴蝶狀, 也像 H 型, 灰質外側白色的部分稱為白質 灰質靠近復側 ( 屬於下行徑 ), 稱為腹角 (ventral horn) 若是靠近背側 ( 屬於上行徑 ), 則稱為背角 (dorsal horn) 因此當感覺神經進來時, 會跑到灰質的背角, 所以背角是感覺訊號輸入的地方, 經過中間神經元的傳導後, 傳到腹角 ( 運動神經的細胞本體位於此處 ), 運動神經元將訊號傳出去 Cranial nerves 共 12 對和 spinal nerves 共 31 對 41 42 7
Cranial Nerves Spinal Nerves:31 43 44 Cranial Nerves:12 Meninges 45 46 Meninges Dura mater dense irregular CT tube Subdural space filled with interstitial fluid Arachnoid = spider web of collagen fibers Subarachnoid space = CSF Pia mater thin layer covers BV denticulate ligs hold in place Lumbar Puncture 直接刺到 CSF 流動的空間 ( 蜘蛛膜下腔 ), 從脊髓腰段抽取出 CSF 來做檢驗分析 特別是在第四腰椎 (L3-L5) 的上方或下方 在做 Lumbar puncture 時, 醫生會要病人側躺, 雙手抱住雙腳使膝蓋往胸部靠, 一直到膝蓋碰到胸部為止, 此時身體背部會拱起來, 腰椎這地方就會很明顯的裸露出來, 醫生再將針刺進去, 取出 CSF 出來檢驗以及為了降低傷害或疾病時腦或脊髓腫脹內壓升高的情況, 也就是為了減少腦壓上升 Purpose sampling CSF for diagnosis injection of antibiotics, anesthetics or chemotherapy measurement of CSF pressure 47 48 8
Memory & Synapses CREB (cyclic AMP responsive element) 49 50 9