2.5人脑的高级功能课件-2024-2025学年高二上学期生物人教版选择性必修1

2.5 人脑的高级功能 第一课时 1 资料1：阿尔茨海默病通常被称为老年痴呆症，全球目前至少有5 000万患者。 该病主要表现为患者逐渐丧失记忆和语言功能、计算和推理等思维能力受损（如迷路）、情绪不稳定。 研究发现，该病是由患者大脑内某些特定区域的神经元大量死亡造成的。 情境导入：阿尔兹海默病简介 问题： 阿尔兹海默病人大脑的哪些特定区域出现了神经元大量死亡了呢？ 为什么这些特定区域的损伤会导致以上病症？ 人脑有哪些区别于脊髓的高级功能呢？ 2 任务1：比较阿尔茨海默病患者与正常人脑结构，回答问题： ①你发现存在哪些方面的异常？ ②这些结构的异常与人脑的高级功能有什么关系？ 大脑皮层萎缩 阿尔茨海默病患者的大脑变化 大脑皮层萎缩 海马萎缩 正常人 轻度阿尔茨海默病患者 重度阿尔茨海默病患者 海马 外侧沟 1.语言功能 3 人脑感知和言语的正电子发射计算机断层扫描成像 A. 看单词 B. 听单词 C. 说单词 D. 联想生成单词 资料1：看单词、听单词、说单词、联想生成单词所对应的脑血流量扫描成像图。 红、黄、绿和蓝色表示血流量从大到小。 问题1：脑部血流量的变化有什么检测意义？ 问题2：请你在同一张大脑图像中标注看、听、说、联想生成单词时血流量较多的位置。 1.语言功能 任务2：结合资料，观察图片，归纳语言的脑功能分区 技术不断推动科学发展，科研人员借助正电子发射计算机断层扫描成像技术曾做过这样一个实验，他们使用放射性元素作为示踪剂，测量受试者在看单词、听单词、说单词和联想生成单词时脑部的血流量分布，红、黄、绿和蓝色分别表示血流量从大到小依次递减。那么，脑部血流量的变化有什么检测意义呢？ 我们知道脑部血液为脑部细胞提供氧气、营养物质等并带走代谢废物等，而神经细胞传递兴奋也需要有氧呼吸等提供能量和其他的物质基础，因此脑部血流量越高，代表细胞的活跃程度越高。由此可以由不同刺激下脑区的神经活动水平，推测可能的语言脑功能定位。 4 问题2：请你在同一张大脑图像中标注看、听、说、联想生成单词时血流量较多的位置。 额叶 顶叶 颞叶 枕叶 A. 看单词 B. 听单词 C. 说单词 D. 联想生成单词 人脑感知和言语的正电子发射计算机断层扫描成像 1.语言功能 任务2：结合资料，观察图片，归纳语言的脑功能分区 5 额叶 顶叶 颞叶 枕叶 看单词 听单词 说单词 联想生成单词 视觉中枢 听觉中枢 运动中枢 1.语言功能 任务2：结合资料，观察图片，归纳语言的脑功能分区 看单词时枕叶部分细胞活跃，听单词则集中在颞叶上部，说单词使得中央沟附近细胞活跃，而联想生成单词则使得额叶中下部和颞叶后部细胞活跃，除了我们比较熟悉的第一运动区也就是运动中枢以外，老师还另外标注了和听觉中枢和视觉中枢。 我们发现看单词活跃的脑区远远大于视觉中枢的区域，这说明看单词并不是单纯通过视觉中枢看见，同样，听单词也不单纯只是通过听觉中枢听见，说单词也可以引起运动中枢之外其他大脑皮层细胞活跃，而联想生成单词与这些中枢位置较近，但交集极少。 由此可知：单纯的看见、听见、说出并不是完整的语言，语言加工具有复杂的作用机制，该过程涉及多个大脑皮层的特定区域，这些区域中有些已经被证实是语言相关的神经中枢，这些区域被称为大脑皮层的言语区。那么人们是如何认识到大脑的言语区呢？ 6 资料2：病人能听懂别人说话，能用面部表情和手势同别人交流思想，可是说话非常困难。病人与讲话有关的肌肉和发声器官完全正常，病人死后经解剖学发现，他的大脑左半球额叶后部S区发生病变。 问题1：病人的症状说明病人大脑的哪些中枢没有问题？你推测S区的具体功能是什么？ S区：运动性语言中枢 S区病变的大脑 1.语言功能 就像神经科学的许多其他领域一样，人们对语言加工过程的认识，大部分来自对脑损伤所致的语言功能缺陷的研究。 1860年法国神经科医生Paul Broca遇到一个失语症病人，该病人能听懂别人说话，能用面部表情和手势同别人交流思想，可是说话非常困难。病人与讲话有关的肌肉和发声器官完全正常，病人死后经解剖学发现，他的大脑左半球额叶后部的S区发生病变。 请同学们思考：病人的症状说明病人大脑的哪些中枢没有问题？你推测S区具有的具体功能是什么？ 由资料可知患者听理解和阅读理解正常，听觉中枢、视觉中枢、以及听觉、视觉语言分析相关的中枢都没有问题，且能用其他方式与别人交流，说明理解之后对通过动作、表情输出的信息组合也没有问题， 患者与讲话有关的肌肉和发声器官完全正常，但却有明显的语言表达困难，因此是患者的语言加工系统终末阶段通过口、唇、声带等的运动功能发生了障碍，患者最明显的问题是言语产生，这被称为运动性失语症，S区也被称为运动性语言中枢。 7 资料3：病人能主动说话，听觉也正常，但他听不懂别人说话，连自己的话也听不懂。病人死后，研究者发现他的大脑左半球的颞叶后部与顶叶和枕叶相连接处H区有病变。 问题2：病人的症状说明病人大脑的哪些中枢没有问题？你推测H区的具体功能是什么？ H区病变的大脑 H区：听觉性语言中枢 1.语言功能 PPT11: 那除了S区，大脑的言语区还包含哪些区域呢？ 我们来看另外一个病例，1874年，奥地利医生Karl Wernicke发现一个特殊的病人，该病人能主动说话，听觉也正常，但他听不懂别人说话，连自己的话也听不懂。病人死后，研究者发现他的大脑左半球的颞叶后部与顶叶和枕叶相连接处H区有病变。 这个病人的症状说明病人大脑的哪些中枢没有问题？你推测H区的具体功能是什么？ 由资料可知患者听觉正常，能主动说话，说明听觉中枢、运动性语言中枢、控制口唇的运动中枢等正常，但患者听不懂别人和自己的话，患者的听理解有问题，因此H区与语言信息通过听觉中枢之后进行的语音信息加工处理相关，因此H区是听觉性语言中枢，由H区损伤导致的病症称为感觉性失语症。 （PPT中图片源自网上：宾夕法尼亚大学2020年秋季学期课程《神经学》： the excised brain of a Wernicke‘s patient，https://www.ling.upenn.edu/courses/Fall_2000/ling001/neurology.html，修改：删除图片背景，局部展示） 听觉正常，能主动说话，说明运动性语言功能和语言中枢也不是导致病症的主要原因，但患者听不懂别人和自己的话，因此患者的听理解有问题，因此语言信息通过听觉中枢传递到H区的信息加工处理出现问题，因此H区是听觉性语言中枢， 该种类型病症的出现，提示语言在不同脑区分阶段处理的。 听觉皮层、wernicke区、broca区和言语所以来的肌肉之间彼此相互关联而构成语言加工系统，而损伤这个系统的不同部位可导致各种类型的语言功能障碍。 虽然wernicke区、broca区这些术语仍在广泛应用，但这些区域的边界还没有被清楚地界定，且个体之间的差异似乎很大，而一个脑区优势可以参与多种语言功能。 8 额叶 顶叶 颞叶 枕叶 病名 损伤部位 症状 运动性失语症 S区 能看懂文字、听懂语言，却不会说话 感觉性失语症 H区 会讲话、会书写、能看懂文字，却听不懂谈话 大脑皮层的言语区 视觉、语言功能正常，却看不懂文字含义 失读症 能听懂语言、看懂文字、会讲话，却不会书写 失写症 W区 S区 H区 V区 V区 W区 1.语言功能 我们知道，S区是运动性语言中枢，如果出现损伤，患者能看懂文字、听懂语言，却不会说话，即患有运动性失语症。H区是听觉性语言中枢，若发生损伤，患者会讲话、会书写、能看懂文字，却听不懂谈话，即患有感觉性失语症。 那么如果V区或W区出现损伤呢？请同学们把你的推测填写到任务单对应的表格中。 我们已知， V区与阅读理解相关，且与视觉中枢位置接近，因此若V区损伤则可导致患者视觉、说话功能均正常，但是对于输入的视觉信息无法正确加工处理，因此能看见文字但是看不懂文字含义。我们将其称为失读症。 而W区与书写表达相关，与躯体运动中枢接近，因此若W区损伤则导致能听懂语言，看懂文字，也可以讲话，但是类似于S区在语言加工系统终末阶段即运动功能出现障碍，虽然手部肌肉正常可以拿笔画，但是无法书写表达。我们将其称为失写症。 同学们，你的推测正确吗？ 至此，我们据明确了大脑皮层的言语区包括S区、H区、V区和W区，他们在特定部位分阶段处理语言相关信息，一个脑区有时可以还参与多种语言功能，语言的机制非常复杂。 不知道大家有没有注意到，这些中枢都是标注在大脑的左脑球，大脑的右半球是否也有同样的语言中枢呢？ 9 主导语言功能的区域多数是在大脑的左半球，逻辑思维也主要由左半球负责。 大脑右半球主要负责形象思维，也是极其重要的功能。 两侧大脑具有一定的功能相关性，依靠胼胝体传送感觉信息。 表1 言语控制优势半球与其利手的关系 利手 例数 言语区的位置 左半球 双侧半球 右半球 右利手 140 96% 0 4% 左利手 122 70% 15% 15% 1.语言功能 早在1977年，研究者们就对此进行了观察和统计，如表1所示，96%的右利手和70%的左利手人群的言语区在大脑的左半球，因此左侧皮层在语言活动功能上占优势。此外，逻辑思维也被证明主要由左半球负责。 而大多数人右半球在非语言活动功能上占优势，主要负责形象思维，如音乐、绘画、空间识别等，也是人体极其重要的功能。 人类的语言中枢主要是在后天实践生活中逐渐形成的，双侧大脑皮层都有可能发展为语言活动中枢，如表中数据所示，而且对于人类来说，12岁以前，左侧优势半球还未完全建立牢固，若此时左侧大脑皮层受损，有可能在右侧建立语言活动中枢。 另外，两侧大脑具有一定的功能相关性，两侧皮层可以依靠胼胝体传送感觉信息。 （备注：表1来源：《神经科学：探索脑》（第2版）中文版，Bear M.F.，Connors B.W., Paradiso M.A.著；王建军主译。北京：高等教育出版社，2004.7：612；引自：Rasmussen和Milner，1977，表1；） 10 问题：阿尔兹海默病患者大脑萎缩部分可能会对患者的语言功能有什么影响？ 1.语言功能 在前面的分析中我们已经了解到阿尔茨海默病患者的脑沟加深变宽，脑回萎缩，涉及颞叶、额叶等大脑皮层区域，那么，这可能对患者的语言功能有什么影响呢？ 我们知道大脑言语区多数位于额叶或颞叶上，这些部位萎缩都会导致语言功能受损，表现出听不懂，无法正常说话等症状，这在很多阿尔茨海默病患者中都有表现，而语言和逻辑思维关系密切，因此患者的逻辑思维能力一般也会受到影响。 11 2.5 人脑的高级功能 第二课时 12 阿尔茨海默病患者还可表现出逐渐丧失记忆、情绪不稳定等症状。 问题：脑的哪些结构与上述功能有关？学习和记忆作为脑的高级功能是如何进行的？情绪又是怎么一回事呢？ 2.学习和记忆 13 学习和记忆是指神经系统不断接受刺激，获得新的行为、习惯和积累经验的过程。 学习：信息获取和加工的神经过程 记忆：信息储存和读取的神经过程 2.学习和记忆 14 非条件刺激：食物 非条件反射 无关刺激：铃声 铃声+食物 无关刺激 条件刺激 铃声 分泌唾液 条件反射 2.1 学习的基本形式 条件化之前 条件化之后 条件化 条件反射的建立也就是动物学习的过程 2.学习和记忆 PPT5 我们比较熟悉的条件反射也是学习 如图所示，给狗喂东西吃会引起唾液分泌，这是与生俱来的反应，非条件反射，食物是唾液分泌的非条件刺激；而铃声与分泌唾液没有关系，是无关刺激；但是如果每次给狗喂食前都先摇铃，铃声就变成了进食的信号，从无关刺激变成了条件刺激，重复多次之后，单独给予铃声刺激狗也会分泌唾液，这就是条件反射， 因此条件反射的形成是条件刺激与非条件刺激在时间上反复多次结合，神经系统不断接受刺激，获得新的行为、习惯，是经过后天的学习而建立起来的。 如果没有食物这一非条件刺激的不断强化，已经建立的条件反射也会逐渐消退。因此，条件反射是个体在后天活动中、建立在非条件反射基础上的一种高级神经活动，随着机体需要可建立也可消退。 15 人类条件反射的建立除可用现实的信号直接刺激感受器外，还可用抽象的语言来代表具体的信号，建立许多联系。 问题：你能举出人类条件反射的实例吗？条件反射的意义是什么？ 2.1 学习的基本形式 2.学习和记忆 对于人类而言，除了现实具体的信号，如声音、味道等可以直接刺激耳、鼻等感受器外，还可用抽象的语言来代表具体的信号，形成概念并进行推理，建立许多联系。 你能举出人类条件反射的实例吗？其实“谈虎色变”，“望梅止渴”就属于已经完成了将语言这一无关刺激转变为条件刺激的条件反射。 那么，条件反射的意义是什么呢？ 条件反射的建立可以提高机体活动的精确性和预见性，进一步扩展个体对环境变化的适应能力。 通过学习，个体完成了信息获取加工过程，那这样的信息能储存多长时间并被读取呢？这就涉及到记忆了 16 依据形成机制及保持时间长短分为短时记忆和长时记忆。 2.2 记忆的分类 2.学习和记忆 记忆有很多种，比如现在你会骑自行车，你能记起是在十年前由家长陪伴学习骑自行车，时间地点人物等记忆可以用语言描述；再比如骑自行车这项技能，学会以后，很久不做也能不假思索的完成，但这种记忆难以用语言表述。 当然，记忆还可根据保持时间长短来划分，比如你记得十年前学习骑自行车的情形，相关信息经过很长时间的储存仍可以读取，这就是长时记忆；但是你今天骑车路上一晃而过的行人长什么样，你可能已经不记得了，行人的外貌信息输入，短暂停留，之后便遗忘了，这个记忆就属于短时记忆。那么记忆的过程是什么样的？短时记忆可以转变为长时记忆吗？ 17 外界信息输入 感觉性记忆 <1秒 第一级记忆 数秒至数分钟 第二级记忆 数分钟至数年 第三级记忆 可能永久 遗忘 （信息丢失） 遗忘 （新信息的代替） 遗忘 （前活动性和后活动性干扰） 可能不遗忘 注意 运用 短时记忆 长时记忆 信息获取后，储存与巩固、再现和读取的过程。 重复 整合 2.3 记忆的过程 2.学习和记忆 18 活动1：学习和记忆规律对日常学习有哪些启示呢？ 请你结合自身实际提出具体可行的学习建议和理论依据。 感觉性记忆 第一级记忆 第二级记忆 第三级记忆 增加注意 反复运用强化 反复重复； 建立与新知识的联系 多器官联合使用 2.学习和记忆 相信同学们想到了很多学法，比如：“多器官联合使用”，“及时复习”，“绘制思维导图”等等。 当我们初次接触某个知识点形成感觉性记忆的时候，老师经常强调动用多种器官，听讲解、看文字、诵读、书写定义等多感觉器官联合使用，这样做，可以加强支配各器官的神经中枢之间的联系，有利于建立新的条件反射，在这个过程中也会对信息增加注意，使感觉性记忆转化成第1级记忆； 课后及时复习重点知识，尝试运用相关知识解决问题，并在睡前回忆当天学过的知识，这可以使第一级记忆相关信息的停留时间延长，转入第二级记忆； 在学习期间还要尽量减少无关内容对学习的中断，减少前活动和后活动对学习的干扰；学完一个单元后及时复习，进行知识网络、思维导图的绘制，起到强化的作用；在复习的同时建立知识间的联系，加深记忆。并在后续学习新知识时，发掘与已学知识的内在联系，进行整合，这样就可能使第二级记忆保留时间延长，甚至转入第三级记忆。 19 活动1：学习和记忆规律对日常学习有哪些启示呢？ 请你结合自身实际提出具体可行的学习建议和理论依据。 2.学习和记忆 我们多次提到了要及时复习，避免遗忘，那什么时候复习是科学高效的呢？ 大家可能都想到了艾宾浩斯遗忘曲线，如图所示，遗忘是不断发生的，但遗忘的速度先快后慢。在记忆内容达到背诵之后的20分钟，记忆保持量锐减到58.2％, 9h后和1天后比较接近，约为原记忆量的1/3，6天后仅为25.4%, 但是在6天到31天的这段时间里遗忘的速度很慢。如果经过每次复习，我们能将记忆量恢复到100%，那么，刚才我们提到的几个时间点就是很好的复习时间，因此每节课结束时进行本节小结，学习当天晚上的知识回顾，间隔一天之后的再次复习以及每周周末的学习总结等都是非常重要的复习时间和策略。 20 海马，杏仁核 颞叶联合区 H. M的大脑 正常人的大脑 海马 2.学习和记忆 资料：1953年美国有一位27岁的患者Henry. M. 因为癫痫做了双侧中层颞叶切除术，海马的大部分也在这个区域，术后他的癫痫痊愈，语言、智商也无明显改变，但是他的记忆出了问题。手术四年后回访，问他的年龄，回答仍是27岁，术后他搬了新家，但是只要他自己回家，一定会回到老房子，说明他的记忆还停留在4年前。 问题：你能推测出切除部分可能影响了患者记忆的哪些方面吗？ 大脑颞叶尤其是海马可能不是记忆的最终储存部分，但却与新记忆的形成有关。 那么脑的哪些结构与学习记忆有关呢？ 1953年美国有一位27岁的患者Henry. M. 因为癫痫做了双侧中层颞叶切除术，海马的大部分也在这个区域，术后他的癫痫痊愈，语言、智商也无明显改变，但是他的记忆出了问题，手术四年后回访，问他的年龄，回答仍是27岁，术后他搬了新家，但是只要他自己回家，一定会回到老房子，说明他的记忆还停留在4年前。 你能推测出切除部分可能影响了患者记忆的哪些方面吗？ 由材料可知，患者对术前的记忆良好，因此推测大脑颞叶尤其是海马可能不是记忆的最终储存部分，但却与新记忆的形成有关。 21 2000年诺贝尔生理与医学奖获得者 Kandel 加利福尼亚海蜗牛 学习和记忆涉及脑内神经递质的作用以及某种蛋白质的合成。 2.学习和记忆 学习和记忆的过程中，我们的大脑发生了什么变化呢？ 神经生物学家 Kandel自20世纪60年代就利用海蜗牛进行系列实验，解释学习和记忆的形成机制，并与同时代的另外两名科学家共同获得了2000年诺贝尔生理与医学奖。他发现短时记忆和长时记忆都与突触和神经递质有关，神经递质释放的越多，海蜗牛的学习和记忆能力就越强。从神经生物化学角度来看，学习和记忆和脑内的物质合成及代谢有关，尤其是和脑内的蛋白质的合成有关。 22 短时记忆可能与神经元之间即时的信息交流有关; 长时记忆可能与突触形态及功能的改变以及新突触的建立有关。 新突触建立 突触后膜受体数量增加 树突末端 2.学习和记忆 他还发现：短时记忆可能与神经元之间即时的信息交流有关;长时记忆则可能与突触形态及功能的改变以及新突触的建立有关，如突触后膜受体数量增加、建立新突触等。相关实验过程及分析也作为练习题放置在资源包中，感兴趣的同学可以完成。目前类似结论在脊椎动物实验中也得到证实。 此外，强烈持久的情绪往往也会造成相关的经历难以忘却，如一见钟情，难以忘怀，这与情绪相关激素在大脑中作用于相应受体，使突触发生形态、功能改变，导致记忆增强有关。 23 3.1情绪的脑功能定位 颞叶活动与情绪反应关系最为密切。 杏仁核 海马 下丘脑 丘脑 3.情绪 研究表明不同的情绪可以依赖不同的脑环路，大多数情况下，这些环路集中在相同的脑区，如颞叶区的海马、杏仁核，以及下丘脑等区域。颞叶活动与情绪反应关系最为密切。而阿尔兹海默病患者的颞叶明显萎缩，这也就解释了为什么患者出现情绪不稳定、甚至性格改变等症状。 那么，对于正常人而言，我们的情绪一般会如何变化呢？ 24 压力、挫折、疾病、死亡等 消极情绪 抑郁 抑郁症 好转 好转 自我调适， 身边人的支持，心理咨询 好转 影响工作、学习、生活 专业治疗 3.2 情绪与抑郁症 问题：你有哪些缓解消极和抑郁情绪的小妙招？我们在日常生活中该如何管理情绪呢？ 3.情绪 25 3.3 抗抑郁药作用机理 5-羟色胺（5-HT）再摄取抑制剂类抗抑郁药 5-HT 再摄取 抑制剂 5-HT再摄取抑制剂选择性地抑制突触前膜对5-HT的回收，使突触间隙中5-HT浓度维持在一定水平，有利于神经系统活动的进行。 问题：你能表述5-羟色胺再摄取抑制剂的作用原理吗？ 3.情绪 那么，目前主流抗抑郁药有哪些？作用机理是什么呢？ 抗抑郁症药有很多种，这些药物一般通过作用于突触来影响神经系统的功能。 如研究发现：细胞外液中神经递质5-羟色胺有助于大脑调节情绪，它的缺乏可能导致了抑郁症的发生。因此盐酸帕罗西汀等5-羟色胺再摄取抑制剂被研发并广泛应用于抑郁症的临床治疗。 观察右图，你能表述5-羟色胺再摄取抑制剂的作用原理吗？ 如图所示，这种药物不能直接作用于5-HT受体，而是选择性地抑制突触前膜对5-HT的回收，使突触间隙中5-HT浓度维持在一定水平，有利于神经系统活动的进行。 目前，抗抑郁药都是处方药，由专业医生根据疾病特点，程度及患者表现来选用，因此抑郁症患者不能随意用药，停药或减药。 26 $$