将脑室的标本制成超薄切片,在透射电子显微镜下放大几十万倍进行观察,可以见到这些神经元的超微结构特征,甚至能看到“接触脑脊液的神经元”形成的突触。
应用免疫细胞化学方法,还可以显示出“接触脑脊液的神经元”含有肽类、胺类或氨基酸类递质。
“接触脑脊液的神经元”,一方面,可以接受脑脊液内化学的或物理性的刺激,例如鱼类的“接触脑脊液的神经元”就起着“侧线器”的作用,能接受鱼在游动时的刺激,有助于鱼维持在水中的平衡;另一方面,可以释放递质至脑脊液,再通过脑脊液对脑组织实现远距离调整,从而构成“脑—脑脊液神经体液回路”,维持神经系统内部的稳定性。
在医疗实践中,“接触脑脊液的神经元”也有重要的应用价值。由于脑组织的神经递质可以直接释放至脑脊液,于是,可以通过检测脑脊液中神经递质的含量,来对某些神经系统疾病进行诊断。例如“舞蹈病”病人脑脊液中的7-氨基丁酸含量降低,这可以作为诊断该病的重要依据。
很少发生肿瘤的神经细胞
大家已经知道,肿瘤是一类常见病和多发病,它几乎遍及全身各种组织器官,但也不是无处不在。在浩如烟海的科学文献报道中可以发现,对神经组织,除了胶质细胞和某些“胚胎神经母细胞”(如“视网膜神经母细胞”、“交感神经节母细胞”)外,成熟的神经细胞,尤其是中枢神经系统的神经细胞,还没有见到发生肿瘤的报道。
神经细胞不发生肿瘤,这绝不是一种偶然现象,它必然有其科学根据。
肿瘤组织的显著特征,就是细胞的无限制分裂、增生。与身体其他组织的细胞不同,神经细胞,尤其是中枢的神经细胞,是分化最高的细胞,一旦成熟就不能分裂。虽然有少数研究报道认为,成熟的神经细胞也能进行分裂,但是直到目前为止,还没有得到神经科学家们的一致公认。因此,一个神经细胞由生到死的生命过程,就应该代表人体的正常寿命。
为什么神经细胞成熟后,就不能再分裂呢?
这个问题还没有十分令人信服的答案。不过,我们从神经细胞的构造可以做出初步的设想。
身体中的每一个细胞内都含有许多“细胞器”,其中有一种叫做“中心体”的结构,是与细胞分裂有关的。在细胞分裂时,中心体引导染色体向两极移动,分化为两个子细胞。可是对神经细胞,中心体的作用不是参与细胞分裂,而是与“微管”装置的形成和维持有关。如此看来,神经细胞的中心体不参与细胞分裂,神经细胞也就幸免于肿瘤的侵袭。当然,这里是否还存在其他的分子生物学机制(如基因调控),或者神经细胞内是否存在着某种抑癌物质,尚需进一步探讨。
永不衰减的高保真信息使者
如果我们把一根神经纤维剪断,或者把神经纤维中途的某个部位使用麻醉药物麻醉,电脉冲就不能从这个部位传导过去了。这说明神经纤维传导电脉冲要求结构和生理机能上必须完整。医生在给患者的下肢做手术时,为不使患者感到疼痛,常常麻醉管理下肢的坐骨神经,就是利用的这个传导特点。
如果在神经纤维的中间受到刺激时,产生的电脉冲是可以向两个方向传导的,就类似导火索中间被点燃后可以向两个方向燃烧一样,这叫做双向传导。
我们机体内的任何一条,哪怕是很细的神经干,都是由成千上万根神经纤维集中成的纤维束。这些神经纤维有的专门负责向神经中枢传送机体的感觉信息,有的专门负责将神经中枢的活动信息发出来,管理传出运动。尽管这些神经纤维彼此靠拢得很近,但是当其中任何一根神经纤维传导电脉冲时,其电脉冲也不会扩散到周围邻近神经纤维上。这就是说,神经纤维上的电脉冲在传导时不会发生信息“串线”或“短路”现象。就像电缆线中的电话线一样,它们各自独立传导信息、互不干扰。这一点对于保证神经传导信息高度准确是非常有益的,也是极其必要的。
不管电脉冲在同一根神经纤维上传导距离有多么远,它们的电脉冲幅值高度永远不会减小,传导速度也不会减慢,这个特点使得它们的信息传导高效率、高保真。这就像一个发光体发出的光,总是按照30万千米/秒的速度传播,决不会因为传播的距离远了,光速就减慢了。
别看神经纤维传导电脉冲速度快,频率最高可达到每秒钟数百次,但是它们传导电脉冲消耗能量极少,使它们传导信息不容易因能量消耗产生疲劳。有的科学家曾经在青蛙的神经纤维上以每秒钟100次的频率连续刺激了12个小时,在累计产生并传导电脉冲40万次以后,还照传不误!由此可见,神经纤维传导电脉冲具有高效性和低耗性。这对于脑这个CPU持久地处理信息是极为必要的。
精巧的神经回路
在学校里,老师们一方面向学生传授知识,另一方面也要不断听取学生的意见,了解学生接受知识的情况,以便不断改进教学内容和方法,提高教学质量。否则,只管教,不管学,势必造成“教”与“学”的分离,导致教学失败。这种听取学生意见,了解情况的过程就是“反馈”。
在神经系统支配和调节全身机能活动的过程中,也存在这种“反馈”现象。一方面,神经细胞发出指令,指挥效应器完成特定的功能,比如肌肉的收缩或腺体的分泌;另一方面,神经细胞也要不断地接受来自效应器的信息,这种信息对神经细胞可以起到“兴奋”或“抑制”的作用。前者称为“正反馈”,后者称为“负反馈”,而完成这种反馈的结构基础就是“神经回路”。
神经系统的反馈回路有很多,既存在于运动性的传出径路,也存在于感觉性的传入径路。例如,位于脊髓的“脊髓前角细胞”,一方面发出轴突支配肌肉的运动;另一方面又通过传入神经,接受来自肌肉运动状态(如肌张力)的信息,借以使发出的命令更加准确和有效。前角细胞的轴突,还可以发出侧支。侧支与另一个中间神经元形成突触,再由中间神经元与前角细胞形成突触,构成反馈回路。
在听觉过程中,内耳螺旋器的毛细胞接收声波刺激,经过四级神经元,传递到大脑皮质的听区;同时,自大脑皮质又发出下行抑制纤维,经各级神经元终止于毛细胞,形成抑制回路,借以排除无关声波刺激的干扰。这就是为什么人们在声音嘈杂的环境中,可以专心听别人讲话,而对一定程度的噪声“充耳不闻”的原因。
类似上述神经系统中的回路,在人体中比比皆是,它是人类神经系统高度发展的又一特征。通过这些精确而巧妙的回路,神经系统的功能才能如此完善。对此,人们只能惊叹大自然造化的“鬼斧神工”。
神经怎样支配肌肉
人们的许多活动,都离不开肌肉的收缩和舒张。无论是从事生产劳动,或是进行体育锻炼,都要靠骨骼肌的舒张和收缩活动来完成。
神经是如何支配肌肉的呢?
这个问题比较复杂,它需要经过“电—化学—电”的传递过程来实现。
当神经兴奋时,就会产生“动作电位”。动作电位传到神经末梢,使末梢释放“神经递质”,从而把电信号变成了化学信号。神经递质与肌细胞上特定部位的蛋白质(即所谓“受体”)结合,能引起细胞膜上生物电的变化。这样,化学信息又变成了电信息。
以支配骨骼肌的运动神经为例,可以说明这个传导过程。
运动神经纤维与所支配的骨骼肌之间,有一种特殊的装置,称为“神经肌肉接头”(即“突触”)。在这个神经与肌肉接头的部位,神经与肌膜间,并没有直接接触,而是隔着一道约20纳米的间隙(称为“突触间隙”)。当神经递质与受体结合后,就使肌细胞膜上的离子通道开放。离子的跨膜流动,就引起生物电变化,即产生“动作电位”。动作电位通过钙离子的“耦联”作用,引起肌肉收缩。