神经回路

人类大脑负责意识、感知和行为的惊人壮举。它由数十亿个神经元组成，连接在一个复杂网络中。神经回路，支持大脑活动的基石，正是这场复杂舞蹈的中心。神经结构负责大脑的许多活动，并由神经回路表示，神经回路是信息传输、处理和执行动作的通道。

神经回路描述：神经回路由协同处理和传输信息的网络化神经元组成。神经系统最基本的组成部分是神经元，它们通过突触相互通信。突触是化学或电信号用于传输信息的特殊连接点。神经回路的例子包括像反射弧这样的简单神经回路，以及控制认知过程的复杂网络。

神经回路的组成部分包括

• 神经元：大脑网络的核心是称为神经元的特化细胞。每个神经元由三个组成部分构成：传递信号的轴突、接收信号的树突以及细胞体。神经回路的复杂性和高度特异性部分源于神经元类型的多样性。
• 突触：神经元之间的通信连接称为突触。它们促进了从一个神经元到另一个神经元的信号传输。化学突触使用神经递质来传递信号，而电突触则允许直接的电连接。
• 轴突通路：信号沿着轴突到达目标位置的路径称为轴突通路。这些连接了不同大脑区域并促进了信息交换的通路构成了神经回路的解剖基础。

神经回路的结构组织

简单反射弧是神经回路的基础，它们以分层的方式组织，更复杂的回路在此基础上叠加。

• 并行处理：神经回路的不同部分通过称为并行处理的过程同时处理不同的信息片段。这种并行性提高了大脑处理信息的效率和速度。
• 反馈循环：大脑回路中的递归连接允许通过反馈循环来调节和改进信息。这些循环增强了从经验中学习的能力和适应性行为。
• 突触可塑性：大脑回路的基本特征，也是记忆和学习的基础，是突触可塑性。突触连接的强度或弱化取决于经验。两种与突触可塑性相关的机制是长时程抑制（LTD）和长时程增强（LTP）。
• 神经发生：在整个生命过程中，某些大脑区域会发生神经发生，即新神经元的产生。该过程有助于回路的重塑和适应。在学习和记忆方面，它在海马体中最明显。

神经回路的例子

神经回路是大脑活动的基础，它们促进了控制我们感知、行为和思想的信息处理和传输。神经回路的例子无处不在，展示了这些互联通路惊人的多样性和特异性。它们从最简单的反射弧到支撑认知过程的复杂网络。

• 反射弧：反射弧是脑回路最简单的体现，展现了对刺激的快速、不自主反应。以众所周知的髌骨反射为例，也称为膝跳反射。敲击髌骨肌腱时，感觉神经元会感知到拉伸，并迅速将信号发送到脊髓。这些冲动随后被发送到运动神经元，导致股四头肌收缩，腿部伸展。这种快速本能的反应维持了稳定性和平衡。
• 感觉回路：通过处理来自不同感觉模式的数据，感觉回路帮助我们感知外部世界。例如，视觉系统中的神经回路协调处理来自眼睛的视觉信息。视网膜中的感光细胞识别光线，并将信号发送到视神经。随后，这些冲动由视觉皮层的神经网络解码，使我们能够看见和理解视觉刺激。这些回路的层级结构使得边缘、颜色和运动等特征的提取成为可能。
• 运动回路：运动的启动和控制在很大程度上依赖于运动回路。皮质脊髓束是说明运动回路复杂性的一个著名运动通路。该通路起源于运动皮层并向下延伸到脊髓，其中不同的区域控制不同的肌肉群。当你决定伸手去拿某样东西时，运动回路会精确地激活相关肌肉，协调一系列收缩来完成预期的运动。基底神经节和 cerebellum 为运动活动增加了额外的协调和微调层级。
• 联想回路：这些回路将来自多个来源的数据结合起来，以促进记忆和判断等复杂的认知过程。考虑一下大脑边缘系统的重要组成部分——海马体。海马体神经网络介导了记忆的形成和巩固。例如，当你探索一个新环境时，海马体的区域整合了空间信息，构建了一个认知地图，帮助你以后记住并导航该区域。此外，联想回路通过将情感与记忆联系起来，影响经历的情感相关性。
• 学习与记忆：突触可塑性是神经回路介导的学习和记忆过程的主要机制。如长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）所示，突触连接的强度会因经验而改变。信息在海马体（一个对陈述性记忆至关重要的区域）中被更容易地编码和保留，其中递归神经放电强化了突触连接。由可塑性引起的神经回路变化在记忆形成和基于经验的学习中起作用。
• 视觉处理：感觉信息的解释方式之复杂，通过视觉处理中的神经回路得到了体现。初级视觉皮层中的简单细胞和复杂细胞对不同的视觉刺激做出反应。而复杂细胞则对运动和更复杂的图案做出反应，简单细胞仅检测定向边缘。通过提取有助于我们感知视觉环境的元素，这些大脑回路以层级方式解释视觉数据。例如，当你阅读这些文字时，字母的形状和图案正在被视觉皮层中的神经网络识别和解释。
• 听觉处理：大脑的听觉回路是其解释声音数据方式的一个例子。听觉通路中耳蜗的神经元拾取声波并将信号发送到听觉神经。随后，这些冲动被发送到听觉皮层，神经回路在那里处理音调、强度和位置等复杂的声音特征。例如，听觉皮层中的神经网络会分析音乐中听到的复杂节奏和音调模式。
• 决策回路：在做出决策时，大脑的回路会遍历可用数据和可能行动方案的复杂网络。前额叶皮层是参与决策的回路中的一个关键组成部分，它整合了记忆、情感因素和感觉数据来指导决策。例如，当前额叶皮层中的神经回路面对一项决定时，例如在两份工作邀请之间做出选择，它们会评估多种因素，包括个人价值观、过往经历和未来结果。在决策过程中，多个大脑回路会相互作用，以产生一个合理且灵活的选项。

人脑神经回路概述

在我们有意识的体验中，我们的思想、情感和行为是由构成人脑的数十亿神经元和数万亿突触连接协调的。大脑回路的功能，即信息流、处理过程和行为产生的动态互联通路，正是这场复杂舞蹈的核心。通过理解神经网络的机制，我们可以了解到大脑功能的基本原理。

• 神经元：大脑回路的构成单位是神经元，它们是传递和处理信息的特化细胞。每个神经元都由轴突、树突和细胞体组成。轴突将冲动传递给下游神经元或效应细胞（如肌肉或腺体），而树突则接收来自其他神经元的信号。信息传输的主要方式是电化学的，涉及称为动作电位的电脉冲的产生和传播。
• 突触通信：在称为突触的特定连接处，神经元之间会交换信息。这些突触可以有电或化学成分。在化学突触中，神经递质从突触前神经元释放并附着在突触后神经元的受体上以传输信号。这种机制开始改变突触后神经元的兴奋性或抑制性，从而影响产生动作电位的可能性。相反，电突触则通过直接的电连接在神经元之间传输，从而加速了传输。
• 动作电位和信号传输：动作电位的产生是大脑传输中的一个重要步骤。它是神经元膜电位快速短暂的变化。当刺激超过阈值时，电压门控离子通道会打开，允许钠离子进入细胞，从而产生动作电位。在突触末梢，这个电脉冲在沿着轴突传播时会引起神经递质的释放。然后，神经递质与突触后神经元受体的结合会继续信号传输。
• 兴奋性和抑制性信号：神经回路维持着兴奋性和抑制性信号之间的微妙平衡。谷氨酸是一种兴奋性神经递质，会增加突触后神经元产生动作电位的概率。γ-氨基丁酸 (GABA) 和其他抑制性神经递质则会降低动作电位的概率。这些信号的相互作用方式决定了特定神经元或神经回路是否会被激活，以及神经回路的总体活动水平。
• 神经整合：神经整合是神经回路整合来自多个来源的数据的过程。兴奋性和抑制性脉冲的组合会影响是否会产生动作电位。如果总体效果是兴奋性的并且超过了阈值，就会产生动作电位。大脑通过这种整合过程处理来自多个感觉模式、记忆和正在进行的动作的信息，从而使神经回路能够执行复杂的计算。
• 层级组织：神经元以层级方式组织，更复杂的回路建立在更简单的回路之上。当感觉输入导致即时运动反应时，反射弧是最低的层级。随着我们向上移动层级，回路变得越来越复杂，整合了大脑的不同区域并支持更高级的认知过程。大脑因其层级结构能够以系统性和结构化的方式处理信息。
• 可塑性和学习：支持记忆和学习的关键特征是脑回路的可塑性。突触可塑性描述了突触如何根据经验改变其强度。称为长时程增强 (LTP) 和长时程抑制 (LTD) 的机制分别会加强或减弱突触连接。这些神经回路中的可塑性改变促进了信息的编码和保留，使大脑能够适应新事件。
• 前馈和反馈回路：在前馈和反馈连接在神经回路中都经常出现。前馈回路逐级处理输入，并依次传输数据。相反，反馈回路通过将信息返回到先前的处理步骤来实现调制和改进。当两者同时存在时，神经回路会更加灵活和适应性强。

神经系统疾病

早期大脑发育障碍，或神经发育障碍，是一类常见的神经回路障碍。像自闭症谱系障碍（ASD）这样的疾病，其基础是控制社交互动、语言和重复行为的大脑回路异常。神经发育障碍的特征是大脑连接和大脑区域之间通信的改变，凸显了神经回路功能障碍在这些表现中的重要性。

另一种影响大脑回路的疾病是癫痫，这是一种以反复发作为特征的神经系统疾病。大脑异常的电活动干扰了神经网络的正常运作，从而导致癫痫发作。癫痫发作的原因可能从广泛的回路失调到特定大脑区域的局部扰动不等。调节大脑回路活动和控制癫痫发作是抗癫痫药物和有时手术治疗的目标。

负责运动控制的大脑回路在帕金森病等运动障碍中受到干扰。在帕金森病中，基底神经节（运动回路的重要组成部分）的神经递质失衡，由于多巴胺生成神经元的损失而受到干扰。这种失衡导致了运动症状，如运动迟缓（运动缓慢）、僵硬和震颤。药物治疗或深部脑刺激是常见的治疗方法，旨在恢复这些回路中的神经递质平衡。

神经回路也受到精神疾病的影响，例如情绪障碍和精神分裂症。例如，精神分裂症与边缘系统和前额叶大脑连接的改变有关，这会影响认知过程和情绪控制。情绪障碍，包括双相情感障碍和抑郁症，其特征是大脑回路在情绪调节、奖励处理和情感反应方面的异常。为了减轻症状，精神药物和心理治疗方法通过改变大脑回路的活动来发挥作用。