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1、 躯体感觉系统躯体感觉系统首都医科大学首都医科大学讲课内容讲课内容触觉、痛觉、温度觉皮肤的机械感受器皮肤的机械感受器 躯体感觉系统给我们带来生命中一些最愉快和最痛苦的感受。躯体感觉躯体感觉(somatic)能使我们的机体有感觉、痛觉、冷觉，并知道机体的各部分正在做什么。躯体感觉对许多种刺激敏感：物体对皮肤的压力、关节和肌肉的位置、膀胱的膨胀、集体和脑本身的温度。当刺激强度过大造成组织损伤时，躯体感觉就会出现最讨厌、但又及其重要的感觉疼痛。皮肤的机械感受器皮肤的机械感受器 躯体感觉系统有两个方面不同于其他感觉系统。第一，它的感受器分布于整个机体，而不是集中在小部分特殊的部位。第二，由于它对多种不
2、同的刺激做出反应，因此，我们认为它至少有4种感觉而不是单一的感觉，即：触觉、温度觉和躯体位置觉。事实上，这4种感觉可进一步细分为更多种的感觉。躯体感觉系统实际上是一个总称，它包含了除视、听、味嗅和前庭平衡以外的所有感觉。因此，这一普遍的概念我们仅有5种感觉显然是太简单了。皮肤的机械感受器皮肤的机械感受器 如果某物触压了你的手指，你能精确地说出其位置、压力、锐利程度、质地和触压了多久。如果那是根针，你不会误认为是锤子。如果触压的物体从你的手移动到你的手腕，再沿着你的手臂向上到达你的肩膀，你能到它移动的速度和移动的位置。假设你闭上眼睛不看，那么这些感觉完全是由你的肢体感觉神经的活动告诉你的。一个单
3、独的感受器就能编码刺激的特征，如强度、持续时间、位置，有时还能编码刺激的方向。但一个单独的刺激常常激活很多感受器。中枢神经系统的任务就是分析和综合大量感受器的活动，然后产生一直的感觉。触触 觉觉 触觉以皮肤开始（图12.1）。两种主要类型的皮肤称为有毛皮肤和无毛皮肤,你的手背和手掌就是最好的例子。皮肤由外层表皮和内层真皮组成。皮肤具有重要的保护功能，并能防止水分蒸发到我们生活的干燥环境中。皮肤也给我们提供了与外部世界最直接的接触，的确，皮肤是我们最大的感受器官。想象这样一种沙滩，你走上去你的脚趾间没有咯吱的沙子，或者想象看着别人接吻而不是自己去体验。皮肤是很敏感的，即使一个凸出表面的点只有0.
4、006mm高和0.04mm宽,也能被手指尖感觉到.盲人用点字法认字的点要比这些数字大167倍。 这一节，我们将了解皮肤的触压刺激怎样转换成神经信号，神经信号怎样被传导到脑，脑又怎样产生相应的感觉。皮肤的机械感受器皮肤的机械感受器 躯体感觉系统的大多数感受器为机械感受器，它们对弯曲或伸展等物理变形较为敏感。机械感受器分布全身各处，监视着皮肤的压力刺激、心脏和血管的压力刺激、消化道和膀胱的牵张刺激、牙齿的敲击刺激。机械感受器的核心是无髓神经纤维轴突的分支，这些轴突有机械敏感性离子通道，通道门的开放与否取决于它周围膜受到的牵拉或紧张性的改变。在已知的主要类型的离子通道中，对机械敏感性通道的了解最少。
5、皮肤的机械感受器皮肤的机械感受器 皮肤的机械感受器机械感受器(mechanoreceptor)如图12.1所示。它们中大多数是在19世纪后由发现它们的德国和意大利组织学家命名。最大的且研究最清楚的感受器是环层小体(Pacinian cor-puscle),它们位于真皮深处，长达2mm，直径几乎达1mm。Ruffini(鲁菲尼)末梢，存在于有毛和无毛皮肤内，比环层小体稍小一些。触觉小体，约环层小体的1/10 大小，位于位于无毛皮肤的凸起处（例如，你指印的凸起部分）。Merkrl(墨克尔)小体位于表皮内，每个小体由一神经末梢和一扁平上皮细胞组成，上皮细胞可能是机械刺激的敏感部分，因为它于神经末梢形
6、成突触样的连接。Krause(克劳泽)球状小体，位于皮肤和黏膜的交界处（如在嘴唇和生殖器的周围），其神经末梢看上去就像由一节节球串成的线。触触 觉觉图12.1皮肤内的躯体感受器。有毛和无毛皮肤的真皮和表皮层内有各种感受器。每一感受器都有一轴突，除了游离神经末梢外，其他感受器都有附属的非神经组织。环层小体鲁菲尼末梢墨克尔小体 皮肤能够被振动、被压、被敲，皮肤的毛能被弯或被拉。虽然有许多不同种类的机械刺激，但我们都能感觉到，并很容易地分辨出不同的感觉。因为我们有机械感受器，它们适宜刺激的频率、压力和感受野各不相同。瑞典神经科学家Ake Vallbo和他的同事们改进了记录人手臂单根感觉神经的方法，能
7、同时测试手机械感受器的敏感性和评价由各种机械刺激产生的感觉（图12.2a）当刺激电极接触皮肤表面并在表面移动时，耽单个机械感受器的感受野就能绘出。Meisser （麦斯纳）小体和Merkel小体的感受野较小，只有数毫米宽，而环层小体和Merkel小体和Ruffini小体的感受野较大，能覆盖整个手指或半个手（图12.2ab）。图图12.2测试人体感受器的感受野测试人体感受器的感受野.（a）将微电极接触受臂的正中神经，可记录到单根感觉轴突的动作电位，并可用一精细的电极在手上绘制出感受野图。(b)结果表明：有些感受器的感受野很小，如，meissner小体；而有些感受器的感受野较大，如环层小体。（改绘
8、自：Vallba Johansson,1984） 机械感受器对长久刺激产生反应的时间不同。如果刺激电极快速压迫感受野内的皮肤，一些机械感受器，如Meissnei小体和环层小体，开始迅速作出反应，然后即使刺激持续存在，神经放电也停止，这些感受器称为快适应感受器。而另外一些感受器，如Merkel小体和Ruffini末梢，是慢适应感受器，它们对长时间的刺激产生更持久的反应。图12.3概括了4种皮肤机械感受器的感受野大小和适应性快慢。图图12.3皮肤的躯体感觉感受器的感受野大小和适应性快慢的变化。皮肤的躯体感觉感受器的感受野大小和适应性快慢的变化。（改绘自：Vallba Johansson,1984）
9、 毛发不仅仅是起者装饰我们的头和在冬天里起保护狗的作用。很多毛发是敏感的感受器系统的一部分。为说明这一点，你可用铅笔尖刷一根手臂背面的汗毛，就会感到它像一只讨厌的蚊子。对某些动物来说，毛发是主要的感觉系统。想象一只老鼠溜过街道和小巷时，它摆动面部的触须来感觉周围的环境，获得附近物体的质地、距离和形状的信息。毛发从深埋在皮肤内的毛囊中长出，每个毛囊有丰富的神经末梢分布，这些神经末梢或缠绕在毛囊周围，或与毛囊平行行走。有几种类型的毛囊，包括含有竖毛肌的毛囊（竖毛肌对调节我们熟知的奇怪感觉，如鸡皮疙瘩是必须的），这些毛囊的神经分布也不同。不管在什么情况下，毛发弯曲就会毛囊和周围皮肤组织的变形，这种变
10、形再牵拉、弯曲或弄平附近的神经末梢，使它们的放电频率增加或减少。毛囊的机械感受器可以是慢适应感受器，也可以是快适应感受器。 机械感受器对各种机械刺激的不同敏感性介导了不同的感觉。环层小体对200-300Hz的振动最敏感，而Meissner小体对50Hz左右的振动最敏感。（图12.4）。在你高声播放你最喜欢的音乐时，你把手放在扬声器上，你的环层小体就会“感觉到”音乐。如果你用手指尖划过盖在扬声器上的粗糙表面，激活了Meiss-ner小体，你就会有一种粗糙的感觉。即使低频刺激也能激活Ruffni末梢和Meisser小体，产生一种“颤动”的感觉。图图12.4 皮肤的两种快适应机械感受器的频率敏感性。
11、环层小体对高频刺激最敏皮肤的两种快适应机械感受器的频率敏感性。环层小体对高频刺激最敏感，感，Meissner小体对低频刺激最敏感。在记录神经时，用压力探针以不同频率刺激皮肤使皮肤出现凹陷，不断加大刺激强度直至神经产生动作电位，其阈值用测微计上测得的皮肤凹陷深度（m）表示。（改绘自：Schmidt，1978） 振动觉和环层小体振动觉和环层小体 机械感受器轴突的选择性主要取决于它特殊末梢的结构。例如环层小体有一足球形状的囊，囊内有20-70层（同心层）的结缔组织，一层层地排列像洋葱一样，中间有一神经末梢（图12. 1）当囊受压时，能量传递到神经末梢，使神经末梢的膜变形，机械敏感性通道开放。流过通道
12、的电流产生感受器电位，这就是去极化（图12.5a）如果去极化足够大，就会爆发动作电位。但是囊内各层是平滑的，层于层之间有黏性液体。假如压力刺激持续存在，各层间相互滑动，传递刺激能量的方式就不再使轴突末梢变形，感受器电位也消失。当压力刺激撤消时，感受器发生相反的变化，轴突末梢再次去极化，可能爆发另一个动作电位。 振动觉和环层小体振动觉和环层小体 在20世纪60年代，哥伦比亚大学的Werner Loewenstein等，将环层小体的囊剥除，发现裸露的神经末梢对振动刺激很不敏感，但对持续的压力刺激更敏感（图12.5b）。很清楚，正是多层的囊而不是神经末梢本身的某个特性，使环层小体对振动和高频率刺激尤
13、为敏感，而对持续的压力刺激几乎无反应。图图12.5 环层小体的适应性。环层小体的适应性。分离出单个环层小体，用刺分离出单个环层小体，用刺激探针它使它凹陷。在感受激探针它使它凹陷。在感受器附近的轴突上记录感受器器附近的轴突上记录感受器电位。（电位。（a）完整的环层小体，在开始刺激和撤离刺激时，都能产生较大的感受器电位；在持续刺激环层小体保持环层小体凹陷时，感受器电位消失。（b）环层小体的洋葱样囊被切除，剩下裸露的神经末梢，此时压下探针，感受器电位仍能产生，所以，囊对机械感觉不是必须的。但是，正常的环层小体只对长时间凹陷刺激的开始和撤离发生反应，而裸露的轴突末梢可发生长时间的反应，它的适应性较慢。
14、显然，正是环层小体的囊使环层小体对低频刺激不敏感。两点辨别觉两点辨别觉 体表各部位辨别刺激的详细特征的能力有很大的差异。空间感觉能力的一个简单测试就是两点辨别觉测试。你能自己做这一测试，将回形针弯成一个U字，U字两端的距离开始约1英寸（2.54cm）,让它触及你的手指尖，你应该没有问题的说出有两个分开的点触及了你的手指，然后你重弯这回形针，使其两端更靠近，再让它触及你的指尖。重复以上过程，使回形针两端的距离一次比一次更接近，看看在你感觉这两点只是一点前，这两点的距离是多少（这个实验最好由两个人进行，一个人进行测试，另一个人在不看的情况下被测试）。现在将U字两端触及你的手背、你的嘴唇、你的大腿和
15、任何你感兴趣的地方。将你的结果与图12.6所示的结果进行比较。图图12.6 体表的两点辨别觉。这些成对的点表明了辨别体表的两点辨别觉。这些成对的点表明了辨别出同时触及你的两点之间的最小距离。注意手指尖的敏出同时触及你的两点之间的最小距离。注意手指尖的敏感性，请与躯体其他部位进行比较。感性，请与躯体其他部位进行比较。 全身体表两点辨别的能力至少相差20倍。指尖有最高的两点辨别能力。盲文的点是1mm高、2.5mm宽，6个点组成一个字。一个熟练的盲文读者能用食指浏览一页凸出的点，每分钟约能读600个字，这大概相当于某人大声朗读的速度。指尖比身体其他部位（如肘部）更适宜阅读盲文的原因有以下几点：指尖皮
16、肤内机械感受器的密度要比机体其他部位高得多；指尖的感受器类型很丰富，它们都有较小的感受野；参与调控每平方毫米指尖感觉信息的脑组织要比参与调控相同面积其他部位感觉信息的脑组织多；可能有特殊的神经机制参与高敏感的两点辨别觉。第一级传入纤维第一级传入纤维皮肤具有丰富的神经轴突分布，这些轴突在向中枢神经系统行走的过程中，进入外周神经的巨大网络中（图12.7）。将信息从躯体感觉感受器传导到脊髓或脑干的轴突是躯体感觉系统的第一级传入纤维（primary afferent axons，又称初级传入纤维译者注）。第一级传入纤维经背根进入脊髓，它们的细胞体则位于背根神经节中（图12.8）。图图12.7 外周神经
17、。外周神经。图图12.8 一个脊髓节段及其背、腹根的结构。一个脊髓节段及其背、腹根的结构。 第一级传入纤维的直径有很大的不同，纤维直径的大小与它附属的感受器的类型有关。不幸的是这里的术语有些荒谬，因为不同直径的轴突有两套名称表示，即用阿拉伯字母和希腊字母，以及用罗马数字表示。如图12.9所示，以轴突直径逐渐减小的顺序排列，将来自皮肤感受器的轴突通常依次命名为A、A、A和C纤维，直径与上述相对应。但支配肌肉和肌腱的轴突，分别称为、和类纤维。来自皮肤的感觉神经缺乏最粗（A）的轴突。C（或）类轴突被定义为无髓鞘轴突，而其他所有的轴突都是有髓鞘的。图图12.9 12.9 各种直径的第一级传入纤维。各种
18、直径的第一级传入纤维。这些轴突按比例画出，但它们是实际大小的2000倍。轴突的直径与它的传导速度有关，也与它所连接的感受器的类型有关。很多轴突的名称中隐藏着有趣和简单的道理。回想一根轴突的直径与它的髓鞘一起确定了这一轴突传导动作电位的速度。最细的轴突，所谓C纤维，它没有髓鞘，直径不到1m。C纤维传导痛觉和温度觉，是传导速度最慢的轴突，大约0.51m/s。为了解它的传导速度有多慢，你跨一大步，数到二，再跨一步，那就是动作电位沿C纤维传导的速度。另一方面，由皮肤机械感受器介导的触觉，是由较粗的A轴突传导，其传导速度能达到75m/s。为比较速度，我们考虑一个好的棒球队队员能扔出速度很快的球，约每小时
19、90英里（约145km），仅仅是40m/s。脊髓脊髓大多数外周神经通过脊髓与中枢神经系统联系，脊髓位于椎管内。脊髓的节段组成脊髓的节段组成 图图12.8显示了一个节段成对的背根和腹根，人的脊髓有30个这样的节段。每根脊神经由背根和腹根的轴突组成，它经脊柱椎骨（背骨）间的椎间孔穿出椎管。脊神经与椎间孔的数目相等。如图12.10所示，30个脊髓节段脊髓节段被分为4组，每一节段由与神经起源相邻的椎骨的名称命名：颈（C）18、胸（T）112、腰（L）15和骶（S）15。图图12.10 脊髓节段的组成。脊髓被分成颈、胸、腰和骶脊髓节段的组成。脊髓被分成颈、胸、腰和骶4部分（左图）。右图显示脊柱内的脊髓。
20、脊神经根据它穿出的脊髓节段命名，并按从头到尾的顺序编号。脊神经的节段组成与皮肤的感觉支配有关。由单个脊髓节段的左右侧背根支配的皮肤区域称为一个皮区皮区（dermatome），因此皮区与脊髓节段之间有一对一的关系。皮区图就像图12.11那样，绘制了体表的一条条带。人弯腰，手足同时着地时（图12.12），能最好的揭示皮区的组成，这大概反映了我们远代四足祖先的情况。图图12.11 皮区。图显示皮区大概的边界。皮区。图显示皮区大概的边界。一侧背根切断时，同侧相应皮区的感觉并不全部丧失，这种部分感觉仍然存在的原因是由于相邻背根支配的皮区有重叠，因此，要使一个皮区的感觉全部丧失必须切断3个相邻的背根。然而
21、，一个背根的轴突所支配的皮肤区域能被称为带状疱疹的表现清楚的说明，因为该病的单个背根神经节内的所有神经元都感染了病毒（图文框12.1）。图图12.12 显示人体的显示人体的4个皮区。个皮区。 我们大多数人在小时候感染过疱疹病毒，通常称为水痘。我们的皮肤上出现红而痒的斑点，大约一个星期后就痊愈了。然而，皮肤外观痊愈并不等于机体痊愈。病毒仍然在我们的第一级感觉神经元内，是静息的但是活着的。大多数人不会再患此病，但在某些情况下，病毒在几十年后又重新复活，严重损伤躯体感觉系统，结果就是带状疱疹，这种疾病能疼痛几个月甚至几年。重新复活的病毒增强感觉神经元的兴奋性，导致神经放电的阈值降低及产生自发放电。疼
22、痛是一种持续的烧灼痛，有时出现刺痛，皮肤对任何刺激都非常敏感。很多患有带状疱疹的病人因为这（图A）。图A 由带状疱疹引起的皮肤损害，局限于左侧L4皮区。（引自：Fitzpatrick T等，1997，815页）疱疹、带状疱疹和皮区疱疹、带状疱疹和皮区图文框图文框12.1趣味话题 幸运的是，这种疱疹病毒通常只在一个背根神经节的神经元内复活。这就意味着症状局限于病毒感染的背根神经节的轴突所支配的皮肤。事实上，我们通过这种病毒可清楚的标记一个皮区的皮肤范围从而进行解剖定位实验。该病虽然常侵犯胸部和面部，但几乎任何皮区都可受累。观察许多带状疱疹病人及他们的感染区域对绘制皮区图很有用（图12.11）。神
23、经科学家现在正如何有利地利用疱疹病毒和其他病毒。病毒是有用的研究工具，因为它们能被用来将新基因诱导入神经元。图12.10显示，成人脊髓大约在第三腰椎水平结束。在腰椎和骶椎内下行的脊神经束称为马尾。马尾在充满脑脊液的脊柱硬膜腔内下行。腰穿常被用来收集脑脊液进行医疗诊断检查，在腰穿时，穿刺针在中线插入充满脑脊液的池内（这个过程也称为腰椎穿刺）。然而，如果穿刺针稍微偏离中线一点，就会碰到神经。当然，这会引起那根神经所支配的皮区尖锐的疼痛。图图12.10 脊髓节段的组成。脊髓被分成颈、胸、腰和骶脊髓节段的组成。脊髓被分成颈、胸、腰和骶4部分（左图）。右图显示脊柱内的脊髓。脊神经根据它穿出的脊髓节段命名
24、，并按从头到尾的顺序编号。脊髓的感觉组成脊髓的感觉组成 脊髓的基本解剖已在第7章中介绍。脊髓由中心部分的灰质和周围部分的白质束组成，这些白质束常称为索（column）。脊髓灰质的每一半可分为背角、中间带和腹角（图12.13）。接受第一级传入纤维传入的神经元称为第二级感觉神经元（second-order sensory neurons，又称次级感觉神经元译者注）。脊髓的大多数第二级感觉神经元位于背角内。 传导皮肤触觉信息的粗而有髓鞘的A轴突进入背角并形成分支。一分支在背角深部与第二级感觉神经元形成突触。这些联系能发起或调整多种快速和无意识的反射。A第一级传入轴突的另一分支直接向上到达脑。这种上行
25、投射负责知觉，使我们能够对触压皮肤的刺激做出复杂的判断。图图12.13 脊髓内传导触觉的脊髓内传导触觉的A轴突的路径。轴突的路径。 将触压或振动皮肤的信息传导到脑的路径与传导疼痛和温度信息的路径完全不同。传导触觉的路径称为背索背索内侧丘内侧丘系通路（系通路（dorsal column-medial lemniscal pathway），这一路径的组成概括在图12.14。 A轴突的上行分支进入同侧脊髓的背索（背索（dorsal column），背索是位于背角内侧的白质束（图12.13），它将有关触觉和肢体位置觉的信息传向脑。背索由第一级感觉轴突和第二级感觉轴突（来自脊髓灰质的神经元）组成。背索的
26、轴突终止于背索核（背索核（dorsal column nucleus），背索核位于脊髓和延髓的交界处。考虑终止于你颅底背索核的一些轴突可能起源于你身体的很远部位，例如你的大拇指皮肤！这是一条快速直接的传导路径，它将来自皮肤的信息传递到脑，中间没有突触联系。背索背索内侧丘系通路内侧丘系通路 该路径中每一点的信息仍然代表同侧，即躯体右侧的触觉信息使右侧背索核活动。然而，背索核细胞的轴突投射至延髓腹内侧，并左右交叉。从这一部位向上，一侧脑的躯体感觉系统与来自对侧的躯体感觉有关。 脊索核的轴突在称为内内侧丘系侧丘系的白质束内上行。内侧丘系向上穿过延髓、脑桥和中脑，与丘脑的腹后腹后（VP）核（）核（ve
27、ntral posterior nucleus）神经元形成突触。记住任何感觉信息都首先在丘脑内形成突触，然后才进入新皮层。丘脑腹后核的神经元投射至第一躯第一躯体感觉皮层体感觉皮层;又称初级躯体感觉皮层译者注）的特定区域。图图12.14背索背索内侧丘系通路。这是触觉和本体内侧丘系通路。这是触觉和本体感觉信息上传到大脑皮层的主要路径。感觉信息上传到大脑皮层的主要路径。这样一种假设是诱人的，即感觉信息在向皮层传导的路径中，仅仅是通过脑干和丘脑的核团，而信息并不发生改变，只有到达皮层后才发生真正的信息处理。事实上，接替核这个术语证明了这一假设，接替核常被用来描述丘脑的特殊感觉核团如腹后核。然而，生理学
28、的研究提出了不同的观点，在背索核和丘脑核中，都发生了大量的信息转换。一般地说，信息每通过突触一次都会发生一次变化。尤其是在背索内侧丘系路径中，相邻输入信息间的相互抑制可增强对触觉刺激的反应（图文框12.2）。在这一章的后面内容中，我们会看到，这些核团内的一些突触也能根据它们最新的活动来改变突触传递的强度。丘脑和背索核的神经元也受大脑皮层的传入控制。因此，皮层的传出能够影响皮层的传入！图文框图文框12.2脑的食粮侧向抑制侧向抑制 在感觉传导路径中，当信息从一个神经元传递到另一个神经元时，信息通常被转换。一种常见的转换就是放大邻近神经元活动间的差异，也称为对比增强。我们已在视网膜神经节细胞感受野的
29、内容中了解了这些（见第9章）。如果所有光感受器（它将传入信息提供给神经节细胞）被均匀地照明，那么神经节细胞很难分辨出物体。然而，假如有一对比的边界照明的差异在细胞的感受野内，细胞的反应就受到很大的调整。对比增强是感觉传导路径（包括躯体感觉系统）中信息处理的一般特征。对比增强的一般机制就是侧向抑制，即邻近细胞间的相互抑制。我们用一简单的模型说明之。考虑图A的情况。背根神经节内的神经元a至i将信息传递给背索核神经元a至I。假设背索核细胞的传出只是突触增益指数为1的突触前传入，那么，如果细胞a 的传入活动是5，细胞a的传出活动也就是5。这个简单的突触传递也不会增加活动更强的神经元d和f的传出效果之间
30、的差异。现在考虑图B的情况，它增加了抑制性中间神经元，该神经元发出侧支抑制每个邻近细胞。假设兴奋性突触（白三角）的突触增益是4，而抑制性突触（黑三角）的突触增益是-1。将每个突触的传入乘以突触增益，从而计算出每个突触的活动，然后将这细胞上所有突触的活动相加。如果你进行了这一计算，你就会看到这种重要的对比增强：细胞d和f与它们邻近细胞间的活动差异在细胞d和f的传出中明显放大了。三叉神经触觉通路三叉神经触觉通路到现在为止，我们还只谈了进入脊髓的躯体感觉系统的一部分。如果我们的感觉就这些的话，我们的面部将是麻木的。面部的躯体感觉主要由三叉神经三叉神经（trigeminal nerve）（第脑神经）传
31、导（图12.15），该神经在脑桥进入脑。三叉神经有两根，每侧一根。每根三叉神经又分成3支外周神经，分布于面部、口、舌的外2/3和硬脑膜。耳、鼻和咽周围皮肤的感觉由其他颅神经传导：面神经（）、舌咽神经（）和迷走神经（）。图图12.15 三叉神经通路。三叉神经通路。三叉神经的感觉传导与背根相似。三叉神经中较粗的轴突传导来自皮肤机械感受器的触觉信息，然后与同侧三叉神经核内的第二级神经元形成突触联系，三叉神经核类似于背索核（图12.15）。三叉神经核的轴突交叉后投射到对侧丘脑腹后核的内侧部，然后投射到躯体感觉皮层。图图12.15 三叉神经通路。三叉神经通路。躯体感觉皮层躯体感觉皮层就像其他所有感觉系统
32、一样，躯体感觉最复杂的处理是在大脑皮层。与躯体感觉系统有关的皮层大部分是在顶叶（图12.16）。人的第一躯体感觉皮层（S1）很容易找到，因为它是暴露的皮层带，称为中央后回（就在中央沟的后方）。在结构上，第一躯体感觉皮层由4个不同的皮层区组成，从中央沟往后数依次为Brodmann 3a、3b、1和2区。在第一躯体感觉皮层的末端侧面，还有第二躯体感觉皮层（S2），该部位要在拨开颞叶，暴露顶叶下部的听觉皮层后才能看到。最后，由5和7区组成的后顶叶皮层（后顶叶皮层（posterior parietal cortex），它就在第一躯体感觉皮层的后方。第一躯体感觉皮层第一躯体感觉皮层 第一躯体感觉皮层是主
33、要的躯体感觉皮层，因为：它接受丘脑腹后核大量的感觉传入；它的神经元对躯体感觉刺激非常敏感（而不是对其他感觉刺激敏感）；损毁第一躯体感觉皮层削弱了躯体感觉；电刺激第一躯体感觉皮层引起躯体感觉。丘脑的大多数传入纤维终止于3a和3b区，3a和3b区的纤维再投射到1区、2区和第二躯体感觉皮层的轴突也回到3a和3b区。皮层内部相互联系的例子很多，如视觉系统中的17区与MT区的联系。图图12.16 皮层的躯体感觉区。图中要说明的皮层的躯体感觉区。图中要说明的部位都在顶叶。下图显示中央后回包含了第一部位都在顶叶。下图显示中央后回包含了第一躯体感觉皮层，它由躯体感觉皮层，它由4个皮层区组成。 第一躯体感觉皮层
34、的不同区域具有不同的功能。3b区主要与物体的质地、大小和形状有关，它主要将物体质地的信息输送到1区，而将物体大小和形状的信息输送到2区。1区或2区小部分的损害，就会产生可预言的辨别物体质地、大小和形状的缺陷。 躯体感觉皮层，就像新皮层的其他区域一样，是多层结构。正如视和听皮层那样，丘脑传入到第一躯体感觉皮层的纤维主要终止于层。层神经元的纤维又投射到其它层的细胞。躯体感觉皮层与皮层其他区域的另一相似之处就是相同传入和反应的神经元垂直堆叠成柱，跨越皮层的数个亚层（图12.17）。事实上，由Hubel和Wiesel精彩描述的视皮层中皮层柱的概念，是由Johns Hopkins大学的科学家Vernon
35、 Mountcastle首次在躯体感觉皮层中提出的。图图12.17 第一躯体感觉皮层第一躯体感觉皮层3b区的柱状结构。区的柱状结构。每一手指（每一手指（D1-D3）在皮层感觉区的位置相邻。在每一手指的代表区内快适应（绿色）和慢适应（红色）的细胞柱交替排列。（改绘自：Kass等，1981，图8）皮层的躯体感觉定位图皮层的躯体感觉定位图 电刺激第一躯体感觉皮层的表面，能引起机体特定部位的躯体感觉，移动刺激电极会引起躯体感觉部位的移动。加拿大的神经外科医生Wilder Penfield，20世纪30-50年代期间在McGill大学工作时，确实使用上述方法绘制了神经外科病人的皮层图（这些脑手术可在头皮
36、局部麻醉的清醒病人身上进行，因为脑组织本身缺乏躯体感觉的感受器）。绘制躯体感觉皮层图的另一方法就是记录单个神经元的活动，确定它的躯体感觉感受野的部位。很多第一躯体感觉皮层神经元的躯体感觉感受野在皮层上有规则的图谱。在脑组织上的体表感觉图称为躯体感觉定位图躯体感觉定位图。我们以前知道脑有其他感觉的定位图，如眼中对光敏感的视网膜（视网膜定位图）和内耳中对频率敏感的耳蜗（耳蜗定位图）。图图12.18 第一躯体感觉皮层上第一躯体感觉皮层上的躯体感觉定位图。该图是经的躯体感觉定位图。该图是经中央后回的一个横断面（上图）中央后回的一个横断面（上图）。每个部分的神经元对画在其。每个部分的神经元对画在其上面的
37、机体部分的反应最强。上面的机体部分的反应最强。（改绘自：（改绘自：Penfield Rasmussen，1952）用刺激和记录的方法得到的躯体感觉定位图是相似的，粗看就像一个倒吊着的荡秋千演员，他的腿钩在中央后回的顶端，并摇摆入两半球间的中央皮层，他的头在中央后回的底端（图12.18）。躯体感觉定位图有时被称为侏儒人（homunculus，来自拉丁语中对“人”的爱称，脑内小人）。图图12.19 侏儒人。侏儒人。躯体感觉定位图有两个明显的特征。第一，图不总是连续的而是中断的。从图12.18中我们可以看到，手的代表区与脸和头部的代表区是分开的，而外生殖器被画在第一躯体感觉皮层的最隐蔽部位，在脚趾的
38、下面。第二，图的比例不像真实的人体，而像一幅漫画（图12.19）：口、舌和手指大得荒谬；而躯干、手臂和腿却很小。机体每一部位在脑的代表区的大小与这一部位感觉传入量的多少有关，也与该部位感觉传入的重要性有关，来自你食指的信息要比来自你肘部的信息更为重要。我们手和手指的触觉信息的重要性是显而易见的，但为什么要投入那么多的大脑皮层以分析来自口的信息？两个可能的原因是：在讲话时触觉是重要的；在你判断口内食物是否美味、营养，是否会噎、会折断你牙齿或咬不动时，你的嘴唇和舌头（感觉和味觉）是最后的防线。下面我们还将看到，传入信息的重要性及其皮层代表区的大小也反映了信息传入的频率。机体各部位感觉的重要性在不同
39、的种系变化很大。例如，啮齿动物面部大的触须在第一躯体感觉皮层有很大的代表区，而爪趾的代表区较小（图12.20）。显然，每个触须小囊的感觉信号到达一簇明确定义的第一躯体感觉皮层神经元，这种神经元簇称为桶（barrel）。啮齿动物触须的感觉定位图在第一躯体感觉皮层很容易看到，5排皮层桶精确地对应于5排触须。图图12.20 小鼠面小鼠面部触须在大脑皮层部触须在大脑皮层上的感觉定位图。上的感觉定位图。（a）面部大触须的位置。（b）小鼠第一躯体感觉皮层上的躯体感觉定位图。（c）第一躯体感觉皮层内的桶。将皮层与表面平行切成薄片，进行尼氏染色。插图显示桶的形状，排列成5排，可与a图中的5排触须比较。（改绘自
40、：Woolsey 和Vander Loos，1970）大脑皮层的躯体感觉定位并不限于单独一张图。就像视觉系统具有多种视网膜定位图一样，躯体感觉系统也有几张定位图。图12.21显示了枭猴第一躯体感觉皮层上详细的躯体感觉定位。仔细比较3b区和1区的定位图，它们绘制了机体的同样部位，在相邻的皮层带平行排列。这两个躯体感觉定位图并不完全相同而是镜面图像，放大的手代表区可看的更清楚（图12.21b）。如前所述，3b区和1区也与不同类型的躯体感觉信息有关。图图12.21 第一躯体感觉皮层上多个感觉定位图。第一躯体感觉皮层上多个感觉定位图。记录枭猴的记录枭猴的3b区和1区。（a）结果显示每一区都有各自的躯体
41、感觉定位图。（b）手区的详细测试说明，两幅图是镜面图像。阴影区代表手和脚的背侧面；非阴影区代表腹侧面。（改绘自：Kaas等，1981）（原书未给出C.vib.和M.vib.的英文全称译者注）皮层躯体感觉定位图的可塑性皮层躯体感觉定位图的可塑性 当感觉传入部位如手指去除后，皮层的躯体感觉定位图会发生什么变化呢？仅仅是皮层的“手指区”没有用了呢？还是萎缩了呢？或者是接受其他部位的传入信息了呢？回答这些问题可能对外周神经损伤后功能的恢复有重要的意义。在20世纪80年代，旧金山加利福尼亚大学的神经科学家Michael Merzenich和他的同事们开始了一系列的实验以测试这些可能性（图文框12.3）。
42、图文框图文框12.3发现之路当时的发现是伴随这一认识而出现的：成年猴的皮层感觉定位图可在外周神经损伤后完全改组。但当时的定理是成年人的皮层感觉代表区不会发生改变。然而，通过研究外周神经损伤后皮层感觉定位图改组的时间过程，我们发现在外周神经损伤后，出现了显著地、进行性的、长期的代表区的变化。这是令人激动的，我们在不同时期记录了改组的和正常的皮层代表区的放电，发现皮层代表区有很大的差异。MICHAEL MERZENICH皮层感觉定位图的可塑性能力皮层感觉定位图的可塑性能力 在现代科学时代，大多数伟大的发现来自多科学家的信息积累。实际上，每个当代伟大的发现都被分享。当由于我自己实验室所取得的实验成果
43、使我眼前展示了一幅广阔而崭新的科学或医学前景时，我由此而产生的对神经科学的很大乐趣通常要延续几周或几个月。 过了一段时间后我们才认识到，这些后来的是我们以另一种方式重复了由Karl Lashley创始的实验而且它们已在1923年被报道！我们认为在外周传入改变后记录到的变化可能是由于可塑性过程引起的，这种可塑性过程通常形成皮层代表区和提高成年脑的分析处理能力。这一观点很快得到了直接的证明：成年灵长类动物的躯体感觉皮层代表区能以一种可预言的方式发生改变。我们发现用声音进行行为训练引出了类似听皮层内听代表区的改组。因此可证明皮层代表区是可塑性感觉的反映。 这一发现最终导致了另一极妙的发现，这是研究一
44、个6岁男孩而获得的。这小孩的语言能力相当于30个月的孩子，交谈很有限，容易分神。这个问题似乎是由于缺乏复杂的信号处理能力而产生的。我们用我和Bill Jenkins发明的工具给他进行强化听力训练，该工具是根据我们在皮层可塑性实验中的知识而制作的。4周后，当他在Rutgers大学Paula Tallal博士的实验室接受测试时，我们发现他的语言能力已经达到了与他年龄相符的水平，他的语言处理能力似乎足以进行正常的阅读，他注意力集中，能逐字快速地对别人说话！通过对这一小孩的研究，我和我的同事们认识到，基于神经科学的训练能够改变教育的结果，并对上百万语言和阅读能力受损儿童的恢复具有重大的贡献。 一个实验
45、科学家和他的同事们在他们那个时期，证明了脑最显著的特性：具有发展和特化自身组织、形成和改善自身功能的能力。关键的实验概括在图12.22。首先，用微电极仔细绘出成年枭猴的手在第一躯体感觉皮层上的代表区。然后，手术切除手的一个手指（第三指）。几个月后，重新绘制手的皮层感觉定位图。结果怎样呢？原先对切除的手指反应的皮层区现在对邻近手指的刺激产生了反应（图12.22c）。因此，清楚地说明：皮层的躯体感觉定位图发生了重新排布。图图12.22 躯体感觉定位图的可塑性。（躯体感觉定位图的可塑性。（a，b）枭猴的手指在第一躯体感觉皮层上的感觉定位图。（c）如果第三根手指被切除，一段时间后，皮层改组使第二和第四
46、根手指的代表区扩大。（d）如果选择性地刺激第二和第三根手指，它们的皮层代表区也扩大。 在这个切除试验中，躯体感觉定位图发生了重新排布，其原因是失去了缺失手指的传入信息。那么当一个手指的传入活动增强时，又会发生什么样的变化呢？为回答这一问题，我们训练枭猴选用规定的手指去完成任务，然后给予食物奖赏。训练几周后，微电极绘图实验表明：训练时选用的手指与邻近未选用的手指比较，在皮层的代表区扩大（图12.22d）。这些实验揭示了皮层的感觉定位图是动态的，可根据传入信息量的多少进行调整。后来在皮层其他区域（视、听、运动）的实验也说明这种定位图的可塑性在脑内广泛存在。 动物感觉定位图的可塑性的发现导致人们寻找
47、人脑类似的变化。一个有趣的例子来自对截肢者的研究。截肢者的一个普遍体验就是当机体的其他部位被碰触时，感知就像来自缺失肢体的。这些“幻影肢体”的感觉常由刺激某些皮肤引起的而这些皮肤在皮层的感觉代表区与缺失肢体的感觉代表区相邻。例如，刺激面部能够引起幻影手臂的感觉。功能性的脑成像显示：缺失肢体原来的皮层感觉代表区现在可被刺激面部而激活。虽然这种感觉定位图的可塑性适合于不再使用的皮层，但截肢者的刺激与感觉之间的不一致说明，这种可塑性会导致对来自第一躯体感觉皮层的信号的混乱解释。 虽然对于截肢者而言，更多的皮层感觉代表区可能不一定有用，但对于音乐家来说，更多的皮层感觉代表区是明显有益的。小提琴手和其他
48、弦乐器演奏者必须持续用左手手指拨弄琴弦，而另一只握住弦弓的右手，每个手指接受的刺激要少得多。第一躯体感觉皮层的功能影像表明，弦乐器音乐家左手手指在皮层的感觉代表区大大增加。这可能有些夸张，随着人们生活经历的改变，他们的脑不断地调整皮层感觉定位图。 这种皮层感觉定位图的可塑性的机制尚不清楚。然而，我们将在第24章中了解到，它们可能与学习和记忆的过程有关。后顶叶皮层后顶叶皮层 我们已知，不同类型信息的分离是感觉系统的一般规律，躯体感觉系统也不例外。然而，不同感觉类型的信息不可能是永远分离的。当我们在口袋里摸钥匙时，我们通常不会去感觉它的一系列特征：特殊的大小和形状、粗糙和光滑的边缘、坚硬和平滑的表
49、面、一定的重量。而是不加太多考虑，仅仅用手指确定它是钥匙，还是“硬币”或“口香糖”。刺激物分离的信息很容易凑合在一起成为具体的物体。但我们很少知道感觉系统内怎样发生这种生物学现象的，更不知道感觉系统之间的机制。毕竟很多物体有他们独特的外观、声音、感觉和气味，综合这些感觉对形成某物（如你的宠物猫）完整的图像是必需的。我们已知，神经元感受野的特征在信息通过皮层时和在感受野扩大时都会发生改变。例如，在皮层下的神经元和皮层3a、3b区的神经元对刺激物在皮肤上移动的方向不敏感，但是1区和2区的神经元是敏感的。某些皮层区域似乎是将简单、分离的感觉信息聚合成复杂感觉的部位。我们在讨论视觉系统时，已知这一部位
50、是在IT区复杂的感受野内。后顶叶皮层也是这样一个部位，它的神经元有较大的感受野。此外，后顶叶皮层不仅与躯体感觉有关，而且也与视觉刺激、运动计划、甚至一个人的注意力有关。 破坏后顶叶皮层能产生一些奇异的神经紊乱，其中有认认识不能（识不能（agnosia），虽然简单的感觉功能似乎正常，但不能识别物体。患有立体感觉丧失的人不能通过触摸物体（如一把钥匙）来识别它们，尽管他们的触觉是正常的，他们通过视或听来识别这些普通物体可能也没问题。立体感觉丧失常常限制在后顶叶皮层损伤的对侧。 顶叶皮层损伤也可引起一种忽视综合征（忽视综合征（neglect syndrome），该疾病的症状是机体的一部分或世界的一部分
51、（如左侧视野）被忽视了或被抑制了，真实存在的被否定了（图12.23）。神经科学家Oliver Sacks在他的文章中描述这样一个病人，“从床上掉下来的人”，这个人遭受了一次打击后（那次打击可能伤害了他的皮层），他就坚持认为有人和他开了个恐怖性的玩笑，把一个截肢藏在了他的毯子下面。当他设法把这个截肢从他的床上移开时，他和这条腿都直立在地板上。当然，这条腿是他自己的，仍然连着他的身体，只是他不能识别出这是他身体的一部分而已。患有忽视综合征的病人可能会对自己盘子里的一半食物视而不见，或者只给自己的半边身体穿衣服。忽视综合征最常见于右侧半球损伤后，但幸运的是，该综合征随着时间的推移会逐渐好转或消失。一
52、般说来，后顶叶皮层对感知和解释空间关系及精确的机体图像是必需的，也是机体在空间活动时动作的协调必不可少的。这牵涉到将躯体感觉信息与其他感觉系统、尤其是视觉系统信息进行复杂整合。图图12.23 忽视综合征的一个例子。要求一个忽视综合征的一个例子。要求一个后顶叶皮层受过损伤的病人复制模式图，他后顶叶皮层受过损伤的病人复制模式图，他画不出模式图左边的很多特征。（引自：画不出模式图左边的很多特征。（引自：Springer Deutsch，1989，193页）痛觉痛觉 除了机械感受器以外，躯体感觉还很多地依赖于痛觉感痛觉感受器（受器（nociceptor）游离的、具有分支的、无髓的神经末梢，它发出信号，
53、表示机体组织正受到伤害或在伤害的危险之中。（nociceptor这个词来自拉丁文“nocere”，“伤害”的意思。）痛觉感受器的信息传导到脑的路径与机械感受器的传导路径有很大的差异，因此，这两条路径活动时引起的主观感受不同。选择性刺激痛觉感受器能导致疼痛的感觉。痛觉和疼痛对生命至关重要（图文框12.4）。 疼痛告诫我们要避开有害场景，它引起我们对有害刺激的撤回反射，它劝诫我们让机体受伤部分休息。疼痛是至关重要的，关于这一点最令人信服的证据就是天生没有痛觉的人非常罕见。这些人一直在有可能伤害自己的危险中度日，因为他们不能意识到他们做的事情的可能危害。他们很多人在年轻时就死了。 一位加拿大妇女出生
54、时就对疼痛刺激没有反应，但她没有其他的感觉障碍、且很聪明。尽管在早期就训练她要避开有害场景，但她的关节和脊椎还是发生了进行性的退变，导致骨骼变形、退化、感染，最后28岁时就死了。显然，痛觉感受器低水平的活动在每天工作和生活中起重要作用，因为当某个特殊活动或长久姿势不变使我们的机体过度疲劳时，它就会让我们知道。甚至在睡觉时，痛觉感受器也在活动，它让我们尽量翻身防止褥疮生成或骨骼紧张疲劳。 图文框图文框12.4 趣味话题没有疼痛的痛苦生活没有疼痛的痛苦生活 这些先天缺乏疼痛的人，揭示了疼痛是一种独立分开的感觉，不仅仅是其他感觉的补充。这些人通常具有感受其他感觉刺激的正常能力。痛觉丧失的原因可能包括
55、外周痛觉感受器的发育障碍，和中枢神经系统的痛觉传导路径中突触传递的改变。不管怎样，没有疼痛的生活不是一种幸福的生活。 然而，痛觉和疼痛常常不是一回事。疼痛是对来自机体某部位的刺激、烧灼、针刺、颤动、痛苦的感觉或知觉。痛觉是感觉过程，它发出引起疼痛的信号。痛觉感受器可广泛和持续的活动，而疼痛可一会儿出现一会儿消失。与此相反的情况也可能会发生。即使痛觉感受器没有活动，疼痛也可以是痛苦难忍的。与其他感觉系统不同的是，痛觉的感知性质能从内部，即由脑本身控制。痛觉感受器和疼痛刺激的转导痛觉感受器和疼痛刺激的转导 痛觉感受器能被引起组织损伤的刺激所激活。强烈的机械刺激、温度过高、缺氧、某些化学物质等都能引
56、起组织损伤。痛觉感受器的细胞膜含有离子通道，它们能被这些刺激所激活。 考虑一下，如果你踩上了一个钉子，会发生什么呢（回忆第3章）？简单地牵拉或弯曲痛觉感受器的细胞膜，激活了机械性门控离子通道，引起细胞膜去极化和产生动作电位。此外，受伤处的损伤细胞能够释放大量物质，它们引起感受器细胞膜上的离子通道开放。这些物质包括蛋白酶（消化蛋白质的酶）、腺苷三磷酸（ATP）和钾离子等等。蛋白酶能够分解细胞外含量丰富的称为激肽原的肽，形成另一种称为缓激肽的肽。缓激肽结合到特异的受体分子上，激活了一些痛觉感受器的离子电导。同样，ATP通过直接结合到ATP门控离子通道，引起痛觉感受器的去极化。我们在第3章中已学到，
57、细胞外钾离子浓度的升高可直接引起神经元膜的去极化。现在考虑一下靠在火炉边的情况。45以上的热烧伤了组织，痛觉感受器膜上的热敏感离子通道开放。当然，当皮肤温度在3745时，我们也有非疼痛性的温暖感觉。这些感觉取决于非疼痛的温度感受器和中枢神经系统，有关内容我们将在后面讨论。但现在要注意温暖和烫伤的感觉是由不同的神经机制介导。想象你是一个中年长跑者，正处在马拉松比赛的最后1英里（约1.6km）。此时，你组织内氧的水平不能满足你对氧的需求，你的细胞利用无氧代谢产生ATP。无氧代谢的结果就是乳酸的释放。乳酸导致细胞外液H+ 增加，H+ 激活了痛觉感受器上的H+ 门控通道。这就是高强度运动后产生极痛苦的
58、钝痛的机制。一只蜜蜂叮了你。你的皮肤和结缔组织含有肥大细胞，它是你免疫系统的一个组成部分。肥大细胞能够被异物激活（例如，蜜蜂的毒液），引起组胺的释放。组胺结合到痛觉感受器上的特异性细胞表面受体，引起细胞膜去极化。组胺还能引起毛细血管的通透性增加，导致受伤处肿胀和发红。含有阻断组胺受体的药物（抗组胺药）霜剂有助于缓解疼痛和肿胀。痛觉感受器的类型痛觉感受器的类型 疼痛刺激的换能发生在无髓C纤维的游离神经末梢和细的有髓A纤维。大多数痛觉感受器对机械、温度和化学刺激发生反应，因此它们被称为多觉型痛觉感受器。然而，就像机械感受器一样，许多痛觉感受器对不同刺激的反应具有选择性。这样，就出现了以下情况：机械
59、性痛觉感受器，它对重压发生选择性的反应；温度痛觉感受器它对烫或冻发生选择性的反应；化学性痛觉感受器，它对组胺和其他化学物质发生选择性的反应。确实，研究者最近发现，最细的C纤维（传导速度0.5m/s）选择性对组胺发生反应，并引起痒的感觉。 痛觉感受器存在于大多数机体组织，包括皮肤、骨骼、肌肉、大多数内脏器官、血管和心脏。除了脑膜外，脑本身并没有痛觉感受器。痛觉过敏痛觉过敏 痛觉感受器一般在刺激强度大到足以伤害组织时才发痛觉感受器一般在刺激强度大到足以伤害组织时才发生反应。但是我们都知道，已经受伤或有炎症的皮肤、关生反应。但是我们都知道，已经受伤或有炎症的皮肤、关节或肌肉都特别敏感。母亲在她孩子烧
60、伤的皮肤上轻轻地、节或肌肉都特别敏感。母亲在她孩子烧伤的皮肤上轻轻地、爱怜地抚摸一下，可能会引起孩子极痛苦的嚎叫。这种现爱怜地抚摸一下，可能会引起孩子极痛苦的嚎叫。这种现象称为痛觉过敏（象称为痛觉过敏（hyperalgesia），它是我们机体控制疼痛的最熟悉的例子。感觉过敏可能是疼痛的阈值降低，疼痛的刺激强度增加，或甚至是自发疼痛。原发性痛觉过敏发生在损伤的组织内，但是损伤周围的组织也可能由于继发性痛觉过敏而变得超敏。 痛觉过敏似乎有许多不同的机制，一些机制可能发生在外周感受器的内部和感受器的周围；另一些机制可能发生于中枢神经系统内。如前所说，皮肤受损时释放多种化学物质。这些物质调节痛觉感受器
61、的兴奋性，使它们对温度或机械刺激更为敏感。这些化学物质有缓激肽、前列腺素和P物质等（图12.24）。图图12.24 引起疼痛和痛觉过敏的外周化学介导物质。引起疼痛和痛觉过敏的外周化学介导物质。 缓激肽作为直接使痛觉感受器去极化的化学物质之一，我们已在前面讨论过。除了这种作用外，缓激肽还可引起细胞内持久的变化，即使热激活的离子通道更加敏感。前列腺素是脂质细胞膜被酶分解后产生的化学物质。虽然前列腺素不会引起明显的疼痛，但它确实能大大增加痛觉感受器对其他刺激的敏感性。阿司匹林和其他非类固醇抗炎药可有效治疗痛觉过敏，因为这些药物能抑制前列腺素合成所需的酶。 P物质是由痛觉感受器本身合成的一种肽。痛觉感
62、受器轴突的一个分支的活动能导致该轴突的其他分支（支配临近皮肤）释放P物质。P物质引起血管扩张（毛细血管肿胀），使肥大细胞释放组胺。被P物质伤害的部位周围其他痛觉感受器的致敏是继发性痛觉过敏的一个原因。 中枢神经系统机制也参与了继发性痛觉过敏。组织损伤后，轻轻碰触损伤组织引起机械感受器A纤维活动就能激发疼痛。因此，痛觉过敏的另一个机制可能是脊髓内的触觉与痛觉传导路径发生了串线。第一级传入纤维和脊髓机制第一级传入纤维和脊髓机制 由于A与C纤维的动作电位传导速度的差异，所以它们以不同的速度将信息传递到中枢神经系统。因而，皮肤痛觉感受器的兴奋可导致两种不同的疼痛感觉：一是快速的、尖锐的第一痛，然后是迟
63、钝的、持久的第二痛。第一痛由A纤维的活动引起；第二痛由C纤维的活动引起（图12.25）。图图12.25 第一痛和第二痛。伤害性刺激产生的第一痛由传导速度快的第一痛和第二痛。伤害性刺激产生的第一痛由传导速度快的A纤维介导。第二痛即持久痛由传导速度慢的C纤维介导。传导痛觉的细纤维就像A机械感受纤维一样，它们的细胞体位于背根神经节内，纤维进入脊髓背角后立即分支，在脊髓的Lissauer（背外侧）区内向上和向下走短距离，然后与胶状质（胶状质（substantia gelatinosa）区的背角外侧细胞形成突触（图12.26）。图图12.26 痛觉纤维在脊髓内的联系。痛觉纤维在脊髓内的联系。 疼痛传入纤
64、维的神经递质为谷氨酸，然而，如前所说，这些神经元也含有P物质（图12.17）。P物质存在于轴突末梢的储存颗粒中（回忆第5章），一连串的高频动作电位能引起它的释放。最近的实验已表明：由P物质介导的突触传递可产生轻度到剧烈的的疼痛。假如你喜欢辛辣的食物，你应该知道其活性成分是辣椒素，它可引起口中某些痛觉感受器释放P物质，从而产生辛辣的感觉。图图12.27 脊髓内脊髓内P物质的免疫细物质的免疫细 胞化学定位。胞化学定位。（引自：（引自：Mantyh等 ，1997） 假如你烹调辛辣的食物，你应该防止用玷污上红辣椒（即辣椒素）的手指去擦眼睛，因为那样会引起烧灼痛。奇怪的是，辣椒素大量使用后，反而引起痛觉
65、丧失（痛觉丧失（analgesia），因为辣椒素耗竭了神经末梢的P物质，因而它可用来治疗带状疱疹引起的疼痛（图文框12.1）。内脏痛觉感受器的轴突进入脊髓的路径与皮肤痛觉感受器的相同。脊髓内有两种传入源的信息混合。这种内脏和皮肤信息的串线导致了牵涉痛牵涉痛（referred pain），即内脏痛觉感受器的活动被感知为皮肤痛。牵涉痛的典型例子就是心绞痛，它在缺氧时发生，病人常常感觉胸壁上方和左臂的疼痛。另一常见的例子就是阑尾炎的疼痛，在阑尾炎早期，脐周腹壁有牵涉痛（图12.28）。图图12.28 来自内脏和皮肤的痛觉感受器传入纤维的会聚。来自内脏和皮肤的痛觉感受器传入纤维的会聚。痛觉的上行通路痛
66、觉的上行通路我们首先介绍一下触觉和痛觉路径之间的的差异。第一，它们分布于皮肤的神经末梢是不同的。触觉路径的神经末梢具有特殊结构，而痛觉路径只有游离的神经末梢；第二，它们的轴突直径不同。触觉路径是传导速度快、髓鞘厚的A纤维，而痛觉路径是传导速度慢、髓鞘薄的A纤维和无髓C纤维；第三，它们在脊髓内的联系也不同。A纤维的分支终止于背角深部，而A和C纤维的分支在Lissauer（背外侧）区内行走，终止于胶状质。此外，它们将信息传导到脑的路径也完全不同。 脊髓丘脑痛觉通路脊髓丘脑痛觉通路 机体有关疼痛和温度机体有关疼痛和温度的信息经脊髓丘脑通的信息经脊髓丘脑通路（路（spinothalamic pathw
67、ay）从脊髓传导到脑。该路径与背索-内侧丘系不同，它的第二级神经元的轴突立即分叉，然后在脊髓的腹侧经脊髓丘脑束上行（比较图12.13和12.26。）正如其名，脊髓丘脑束的纤维向上投射，经延髓、脑桥、中脑到达丘脑（图12.29），该路径没有突触，直到丘脑后才有突触联系。脊髓丘脑束通过脑干时，它们紧靠内侧丘系上行，但这两组神经束仍然是分开的。图图12.29 脊髓丘脑通路。脊髓丘脑通路。 这是疼痛和温度信息上传到大脑皮层的主要通路。图12.30概括了触和痛信息不同的上传路径。触信息在同侧上行，而疼痛和温度信息在对侧上行。这种结构导致神经系统损伤后出现奇怪的但可预言的感觉障碍。例如，脊髓半侧损伤后，机
68、械感觉障碍发生在与脊髓损伤相同的一侧：轻触皮肤、音叉振动皮肤、肢体的位置都没有感觉。相反，疼痛和温度感觉障碍出现在脊髓损伤的对侧。其他症状，如运动障碍，它发生于脊髓损伤的同侧，以及感觉障碍的精确部位和范围，都能为脊髓损伤的部位提供更多的线索。脊髓一侧损伤后出现的感觉和运动症状群称为Brown-Squard综合征。综合征。图图12.30 躯体感觉的两个主要上行路径概观。躯体感觉的两个主要上行路径概观。三叉神经感觉通路三叉神经感觉通路 头面部的疼痛和温度信息传递到丘脑的路径与脊髓的路径相似。三叉神经中的细纤维首先与脑干中的三叉神经脊束核（第二级感觉神经元）形成突触，然后这些神经元的轴突交叉组成三叉
69、丘系上行至丘脑。除了脊髓丘脑和三叉丘脑的路径外，其他与疼痛和温度密切相关的路径在到达丘脑前都发出轴突投射到脑干各级水平的多种结构。这些路径中的一些通路对产生缓慢、烧灼、难忍的疼痛特别重要，而另一些通路与觉醒有关。丘脑和大脑皮层丘脑和大脑皮层 脊髓丘脑束和三叉丘系的轴突与丘脑广泛区域形成突触，要比内侧丘系与丘脑形成的突触多。脊髓丘脑束和三叉丘系中的一些轴突就像内侧丘系的轴突一样，终止于丘脑腹后核，但触与痛系统在丘脑腹后核仍然是分开的，因为它们占据丘脑腹后核的不同区域。脊髓丘脑束的另一些轴突终止于丘脑的一些小核团板内核群（图12.31）。疼痛和温度信息从丘脑传递到大脑皮层的不同区域，但它们都投射到
70、大脑皮层的广泛区域，要比背索-内侧丘系的投射广泛得多。图图12.31 丘脑的躯体感觉核。除了腹后核外，板内核群也将丘脑的躯体感觉核。除了腹后核外，板内核群也将 痛觉信息传递到大脑皮层的广泛区域。痛觉信息传递到大脑皮层的广泛区域。痛觉的调制痛觉的调制很多年以来，人们已经意识到疼痛的感觉是可以变化的。在非痛觉信息传入量和行为状况不同时，痛觉感受器即使同样水平的活动也能产生不同强度的疼痛。理解疼痛的这种调制是重要的，因为它可能为治疗慢性疼痛（它正折磨着20%以上的成年人）提供新的对策。传入调制传入调制 我们已经知道，轻触可通过痛觉过敏机制激起疼痛。然而，痛觉感受器兴奋产生的疼痛也能被低阈值的机械感受
71、器（A纤维）的同时兴奋所减弱。也许，这就是为什么在胫骨损伤时摩擦胫骨周围的皮肤会感到疼痛减轻的原因。这也可以解释电治疗某些慢性、难治的疼痛。将电线缚在皮肤表面，病人仅打开电刺激器以激活直径较粗的感觉轴突，疼痛即被抑制。20世纪60年代，Ronald Melzack和Patrick Wall在麻省理工学院工作时，他们提出了一种假设来解释这种现象。他们的痛觉门控学说认为，背角的某些神经元发出一轴突沿脊髓丘脑束上行，直径较粗的感觉轴突和无髓痛觉轴突都可兴奋这些神经元。这些神经元也被中间神经元抑制，而中间神经元既可被粗的感觉轴突所兴奋，又可被痛觉轴突所抑制（图12.32）。通过这种结构，痛觉轴突单独活
72、动可最大程度地兴奋背角神经元，使痛觉信号上传到脑。然而，假如机械感受器的粗轴突同时兴奋，那么它可通过激活中间神经元从而抑制痛觉信号的传入。图图12.32 Melzack和和Wall的痛觉门控的痛觉门控下行调制下行调制 常听说一些经受了严重创伤的战士、运动员和其他人没有感到明显的疼痛。强烈情感、应激或高度克制力能有效地抑制疼痛。一些脑区已被认为与疼痛的抑制有关（图12.33）。其中之一是位于中脑的神经元，称为导水管周围灰质导水管周围灰质（periaqueductal gray matter，PAG）。电刺激导水管周围灰质能引起严重的痛觉障碍，因而有时应用于临床。导水管周围灰质一般接受几处脑部位的
73、传入信息，其中许多是传递情感信息的。导水管周围灰质的神经元发出下行轴突进入延髓中线区，尤其是进入中缝核群（raphe nuclei），它们的神经递质是5-羟色胺。这些延髓神经元再发出轴突向下投射到脊髓的背角，在那里有效地抑制痛觉神经元的活动。图图12.33 下行的痛觉调制路径。受行为状态影下行的痛觉调制路径。受行为状态影响的许多脑结构能影响中脑导水管周围灰质的响的许多脑结构能影响中脑导水管周围灰质的活动。导水管周围灰质能影响延髓的中缝核，活动。导水管周围灰质能影响延髓的中缝核，中缝核再通过脊髓背角来调制痛觉信息流。中缝核再通过脊髓背角来调制痛觉信息流。内源性鸦片样物质内源性鸦片样物质 大约在公
74、元前4000年，古代苏美尔人（Sumerians）可能就知道鸦片（亦称阿片译者注）了。他们将罂粟的象形文字粗略地翻译为“快乐植物”。到了17世纪，鸦片的治疗价值已无可争议。鸦片，它的活性成分及其类似物吗啡、可待因、海洛因，今天在世界大多数地方被广泛使用和滥用。全身使用鸦片样物质可引起严重的痛觉障碍，也可引起情绪变化、困乏、神志恍惚、恶心、呕吐、和便秘。20世纪70年代带来了惊人的发现，鸦片样物质通过与脑内几种鸦片受鸦片受体（体（opioid receptor）紧密、特异地结合而发挥作用，并且脑本身可生成内源性的吗啡样物质，统称为内啡肽内啡肽（endorphin），内啡肽是小分子蛋白或肽。 内啡
75、肽及其受体广泛分布于中枢神经系统，但他们尤其集中在处理或调制痛觉信息的部位。在导水管周围灰质、中缝核或背角内少量注射吗啡或内啡肽，就能产生痛觉障碍。由于这一效应可被注射特异性鸦片受体阻断剂纳洛酮所阻断，因此，吗啡或内啡肽肯定是通过与鸦片受体结合而发挥作用。纳洛酮也能阻断电刺激这些部位引起的痛觉障碍。在细胞水平，内啡肽有多种效应，包括抑制突触前神经末梢释放谷氨酸、使突触后膜超极化从而抑制该神经元。一般来说，在脊髓和脑干中含有内啡肽的神经元系统能阻止痛觉信号经背角传递给产生痛觉的高位脑（图文框12.5） 检测某种新药疗效的实验常常需要一组受试者给予药物，而另一组受试者给予无作用的对照剂。两组受试者
76、都认为他们被给的是药物。奇怪的是，无作用的对照剂常常被报道有疗效，而这种疗效正是病人已知的那种药物疗效。术语安慰剂（placebo）就是用来描述上述那样无作用的对照剂（placebo这个词来源于拉丁语，意思是“我将很满足”），由安慰剂产生的现象称为安慰剂效应。 安慰剂可以是一种高效镇痛剂。据报道，大部分手术后疼痛的病人注射无菌生理盐水后疼痛减轻！这是否意味着这些病人只是想象他们的疼痛？并不是如此。鸦片受体阻断剂纳洛酮能够阻断安慰剂的镇痛效应，就像它阻断吗啡（一种真正的镇痛剂）的作用一样。显然，治疗有效的信念足以能够引起脑的内源性疼痛缓解系统的活动。安慰剂效应是一些其他方法（如针灸、催眠、母亲对
77、孩子的吻）成功治疗疼痛的一种可能解释。图文框图文框12.5 趣味话题疼痛与安慰剂效应疼痛与安慰剂效应温度觉温度觉 正如触觉和痛觉那样，非痛性的温度觉也起源于皮肤的感受器，并有赖于新皮层进行感觉处理。在此，我们简要地描述这一系统的组成。温度感受器温度感受器 由于化学反应的速度取决于温度，因此所有细胞的功能对温度都比较敏感。然而，温度感受器温度感受器（thermoreceptor）是对温度异常敏感的神经元，因为这些神经元具有特殊的膜机制。例如，我们能察觉到平均皮肤温度小至0.01的变化。虽然聚集于下丘脑和脊髓的温度敏感神经元对维持体温稳定的生理反应是重要的，但是皮肤的温度感受器对温度觉尤其重要。
78、尽管很少知道温度感受器神经末梢的结构，但我们确实知道各处皮肤的温度敏感性不一致。你可以拿一根小的冷或热的电极，绘制你皮肤对温度变化敏感性的图。一些宽约1mm的皮肤对热或对冷特别敏感，但不是对热和冷都敏感，热与冷敏感性的部位不一样，这些事实说明热和冷具有各自不同的感受器编码。而且，皮肤热点与冷点之间的小块区域对温度相对不敏感。温感受器在皮肤温度约高于30时开始发放神经冲动，在3045之间，随着温度升高放电频率增加（图12.34a）。当皮肤温度进一步升高时，放电频率迅速减少。回忆一下，45差不多是温度痛觉感受器开始放电的值，也是感觉从热变为烫、组织开始灼伤的值。冷感受器在皮肤温度约高于35时，相对
79、无反应。但是在3510之间较宽的温度范围内，它们的放电频率较快。10以下，放电停止，冷就成为一种非常有效的麻醉剂。假如你有过趟过冰冷的山涧小溪的快乐经历，你就知道这种感觉。奇怪的是，有些冷感受器在皮肤温度超过45时，也开始放电（图12.24a）。如果皮肤的广泛区域都达到这样的温度，就会感觉到疼痛，但如果这样高的温度仅局限于冷感受器分布的较小皮肤区域，就产生一种不能解释的冷的感觉。对于这一现象，我们强调重要的一点，中枢神经系统不知道什么样的刺激（在这个例子中是热）引起了感受器的放电，但它始终把冷感受器的所有活动解释为对冷的一种反应。图图12.34 温度感觉器的各种反应。温度感觉器的各种反应。（a
80、）不同皮肤温度时，冷和温感受器的动作电位发放频率。冷感受器不仅在温度较低时发放冲动而且在温度超过45时也发放冲动。（b）冷和温感受器对皮肤温度快速下降的反应。两种感受器对温度的突然变化最敏感，但几秒钟后就适应了。 温度感受器如同机械感受器，它的反应在长久刺激时也产生适应现象。图12.34b说明，皮肤温度急剧下降引起冷感受器快速放电，但温感受器放电静止。然而，32持续几秒钟后，冷感受器减慢了放电频率（但仍比38时的放电频率快）；而温感受器的放电频率略加快。注意，皮肤温度刚回到原来水平，引起相反的反应冷感受器短暂静止和温感受器活动爆发然后两者恢复到稳定的、合适的放电频率。因此，在温度变化期间，以及
81、在温度变化后的短时间，温与冷感受器反应频率的差异是最大的。这常常反映了我们对温度的感觉。 做一个简单的实验。两个桶中放入水，一个桶放冷水，另一桶放热水（但不是引起疼痛的热水）。然后你将右手轮流放入每个桶中1min。注意随着每次交换会产生明显的热和冷的感觉，但也注意这种感觉是多么的短暂。温度感受器，就像其他大多数感觉系统一样，在刺激性突然改变时产生最强的神经和感觉反应。温度觉通路温度觉通路在这一部分，你可以轻松地学习温度觉路径的组成，因为它与痛觉路径的组成相同。冷感受器与A和C纤维连接，而温感受器只与C纤维连接。正如我们前面学到的那样，直径较细的轴突在背角的胶状质内形成突触，第二级神经元的轴突立
82、即交叉，在对侧的脊髓丘脑束内上行。因此，如果脊髓一侧被横断，躯体对侧的温度觉（以及痛觉）丧失，尤其是断面以下的脊髓节段所支配的皮肤区域。结语结语尽管每一感觉系统已进化为脑与不同形式环境能量之间的接口，但所有感觉系统在结构和功能上非常相似。由于每个轴突只连接到一种类型的感受器，因而不同类型的躯体感觉信息在脊神经内必然保持分开。感觉类型的分离在脊髓内持续存在，在传导至大脑皮层的整个路径中也始终存在。以这种方式，躯体感觉系统重复着普遍存在于整个神经系统的主题：几种有关联的但又不同的信息流平行通过一系列的神经结构。这些信息流在传导路径中可发生混合，但仅仅是审慎地混合，直至到达大脑皮层后才进行高水平的处理。平行处理感觉信息的例子还有化学感觉、视觉和听觉。平行的感觉信息流怎样被正确地整合成感知、图像和观念仍然是神经科学梦寐以求解决的问题。任何物体的感觉形成都涉及到躯体感觉信息各个方面天衣无缝的协调。例如，手里的鸟是圆圆的、温暖的、柔软的、轻轻的，它的心跳击动着你的指尖，它的爪子在搔抓，它粗糙的翅膀在刷你的手掌。你的脑甚至无需看或听就知道这是一只鸟，而从不会将它错认为是一只蟾蜍。在后面章节，我们将讨论脑怎样开始用感觉信息来计划和协调运动。谢谢 谢！谢！
