姿势的神经机制综述
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神经系统对姿势和躯体运动的调节(一)脊髓的运动功能:1. 脊休克实验。
2.牵张反射骨骼肌受外力牵拉而伸长时,能反射性地引起受牵拉的同一肌肉收缩,称为牵张反射。
牵张反射有以下两种类型:(1)腱反射:腱反射是指快速牵拉肌腱时发生的牵张反射。
如膝反射、跟腱反射等。
腱反射为单突触反射,传人神经纤维经背根进入脊髓后,直达前角与运动神经元发生突触联系。
(2)肌紧张:肌紧张是指缓慢持续牵拉肌腱时发生的牵张反射。
肌紧张表现为受牵拉的肌肉能发生紧张性收缩,阻止被拉长。
它是维持躯体姿势最基本的反射活动。
2.机制牵张反射属于肌肉的本体感受性反射。
腱反射和肌紧张的感受器都是肌梭。
(1)肌梭:肌梭是一种受肌肉长度变化或感受牵拉刺激的特殊的梭形感受装置,肌梭外层为一结缔组织囊,囊内所含肌纤维称为梭内肌纤维,囊外一般肌纤维则称为梭外肌纤维。
肌梭与梭外肌纤维呈并联关系。
梭内肌纤维的收缩成分位于纤维两端,而感受装置位于中间部,两者呈串联关系。
梭内肌纤维分核袋纤维和核链纤维两类。
肌梭的传人神经纤维也有Ia和Ⅱ类纤维两类,前者之末梢呈螺旋形环绕于核袋纤维和核链纤维的感受装置部位;后者之末梢呈花枝状分布于核链纤维的感受装置部位。
两类纤维都终止于脊髓前角的α运动神经元。
α运动神经元发出α传出纤维支配梭外肌纤维。
γ运动神经元是脊髓前角的另一类运动神经元,它发出的γ传出纤维支配梭内肌纤维,其末梢有两种:一种为板状末梢,支配核袋纤维;另一种为蔓状末梢,支配核链纤维。
(2)反射过程:当肌肉受外力牵拉时,梭内肌感受装置被动拉长,使螺旋形末梢发生变形而导致Ia类纤维的神经冲动增加,在一定范围内,神经冲动频率与肌梭被牵拉程度成正比,肌梭的传人冲动引起支配同一肌肉的α运动神经元活动和梭外肌收缩,从而形成一次牵张反射反应。
刺激γ传出纤维并不能直接引起肌肉收缩,因为梭内肌收缩的强度不足以使整块肌肉缩短,但γ传出纤维的活动可使梭内肌收缩,从而牵拉核袋感受装置部分,并引起Ia类传人纤维放电,再导致肌肉收缩。
神经系统对姿势和躯体运动的调节 ⼀、牵张反射 有神经⽀配的⾻骼肌,在受到外⼒牵拉使其伸长时,能引起受牵拉的同⼀肌⾁收缩,此称为牵张反射。
牵张反射有两种类型,⼀种为腱反射,也称位相性牵张反射;另⼀种为肌紧张,也称紧张性牵张反射。
(⼀)腱反射 腱反射是指快速牵拉肌腱时发⽣的牵张反射,腱反射为单突触反射。
例如,叩击膝关节下的股四头肌腱使之受到牵扯,则股四头肌发⽣⼀次收缩,称为膝反射。
腱反射的感受器为肌梭,传⼊神经纤维经背根进⼊脊髓灰质后,直达前⾓与运动神经元发⽣突触联系。
效应器为同⼀肌⾁的肌纤维。
当叩击肌腱时,肌⾁内的肌梭同时受到牵张,同时发动牵张反射。
因此。
肌⾁的收缩⼏乎是⼀次同步性收缩。
腱反射主要发⽣于肌⾁内收缩较快的快肌纤维成分。
(⼆)肌紧张 肌紧张是指缓慢持续牵拉腱时发⽣的牵张反射,其表现为受牵拉肌⾁能发⽣紧张性收缩。
肌紧张是维持躯体姿势最基本的多突触反射,是姿势反射的基础。
肌紧张与腱反射的反射弧基本相似,感受器也是肌梭,但中枢的突触接替可能不⽌⼀个,即可能其效应器主要是肌⾁内收缩较慢的慢肌纤维成分。
肌紧张是在同肌⾁内的不同运动单位进⾏交替性收缩,抵抗肌⾁被牵拉,所以,肌紧张能持久维持⽽不易疲劳。
牵张反射的基本反射弧⽐较简单,但在整体情况下,牵张反射是受⾼位中枢调节的。
腱反射的减弱或消失,常提⽰反射弧的传⼊、传出通路受脊髓反射中枢的损害或中断;⽽腱反射的亢进,则常提⽰⾼位中枢的病变。
因此,临床上常⽤检查腱反射的⽅法来了解神经系统的功能状态。
⼆、低位脑⼲对肌紧张的调节 (⼀)去⼤脑僵直 在中脑上、下叠体(上、下丘)之间切断脑⼲的动物,称为去⼤脑动物。
动物四肢伸直,头尾昂起,脊柱挺硬,称为去⼤脑僵直。
去⼤脑僵直主要是伸肌(抗重⼒肌)紧张性亢进,四肢坚硬如柱。
⽤电刺激动物脑⼲状结构的不同区域,观察到在状结构中具有抑制肌紧张及肌运动的区域,称为抑制区;还有加强肌紧张及肌运动的区域,称为易化区。
Advances in Psychology 心理学进展, 2019, 9(2), 274-280Published Online February 2019 in Hans. /journal/aphttps:///10.12677/ap.2019.92035A Review of the Neural Mechanismsof PostureXiaoyong WanFaculty of Psychology, Southwest University, ChongqingReceived: Jan. 24th, 2019; accepted: Feb. 4th, 2019; published: Feb. 11th, 2019AbstractCurrent brain imaging studies generally use different postures with the daily life, but posture may influence the human neural activity and cognitive performance. People are usually sitting or standing in an upright posture when they work, while requiring most of the subjects keep still and non-ecology posture in a confined-space laboratory room when they participate in neuroimaging experiments. This inconsistency between the ecological posture and imaging posture results in the limitation of generalization of neuroimaging findings. This paper reviewed posture impact on cognition, physiology, and sleep, then the underlying mechanisms that posture affects brain im-aging data was discussed and the corresponding solution was provided.KeywordsPosture, Brain Imaging, fMRI, EEG姿势的神经机制综述万晓勇西南大学心理学部,重庆收稿日期:2019年1月24日;录用日期:2019年2月4日;发布日期:2019年2月11日摘要当今的脑成像研究一般采取与日常生活不同的姿势(posture),而姿势会影响人们的神经活动和认知表现。
姿势反射和他的神经机制人类具备众多反射机制,其中之一便是姿势反射。
姿势反射是一种自主神经系统的快速、无意识而又自动化的反应,能够帮助我们维持身体平衡和稳定。
本文将探讨姿势反射的定义、分类以及其背后的神经机制。
1. 姿势反射的定义与分类姿势反射是人体对于外部刺激作出的迅速、不加思考且不受意识控制的肌肉收缩或疼痛感觉等动作。
根据不同的刺激形式,姿势反射可以分为伸直和弯曲两种类型。
伸直型姿势反射是指刺激到达身体某一部位时,与该部位相对应的身体其他部分会做出向外展开、伸展或者立起来的动作。
例如,当我们被意外地碰到眼睛附近时,往往会忍不住眨眨眼或揉揉眼睛。
弯曲型姿势反射则是指刺激引起被潜意识地屈曲或弯曲相关的肌肉。
一个常见的例子是我们把手放在热的物体上时,我们会迅速地将受到刺激的那只手缩回来,以避免伤害。
姿势反射可以视为一种保护性机制,帮助我们保持身体平衡、避免受伤,并起到适应环境和增加生存能力的作用。
2. 姿势反射的神经机制姿势反射与神经系统密不可分。
下面,我们将探讨其背后的主要神经机制。
首先,在姿势反射中,外部刺激通过感觉神经传递至脊髓。
脊髓是中枢神经系统与周围运动系统交流的关键媒介。
当感觉神经接收到刺激信号后,会将这些信息传达至脊髓。
然后,在脊髓内部,这些感觉信息被传递至相应的中枢细胞。
中枢细胞位于脊髓内部并与外周运动系统相连。
在接收到来自感觉神经元传来的刺激信号后,中枢细胞会启动脊髓运动神经元的活动,进而发送命令到相关肌肉。
最后,在收到命令后,运动神经元激活相关的肌肉,从而引发相应的反射动作。
这些神经冲动沿着周围神经纤维传导,并通过内部信号实现刺激引起的自发姿势反应。
然而,姿势反射不仅受脊髓控制,大脑在其中也扮演了重要角色。
大脑皮层通过与脊髓之间的连接增加了对于姿势反射的调节能力。
这种中枢控制允许个体在特殊情况下抑制或改变其姿势反射,以适应复杂和多变的环境。
综上所述,姿势反射是一种快速、无意识且自动化的反应机制,有利于人体保持平衡和稳定。
姿势反射名词解释生理学
姿势反射是一种自主神经反射机制,通过调节肌肉的收缩和放松来维持身体的姿势和平衡。
它在生理学中具有重要的作用,保证了人体在不同位置和活动中保持稳定的姿势,并帮助人体适应外界环境。
姿势反射是通过神经系统中的感觉器官、传达通路和执行器官一起协调工作实现的。
首先,感觉器官如肌腱感受器和关节感受器会检测到肌肉和关节的位置、张力和运动状态。
然后,这些感受器会将信息传递给中枢神经系统,中枢神经系统在脑干和脊髓中对这些感觉信息进行处理和整合。
最后,中枢神经系统会发出指令,通过下行神经传导到达肌肉,使其产生相应的调节性收缩或放松,从而调整姿势和平衡。
姿势反射对于人体的运动控制和维持平衡至关重要。
例如,当人体处于不平衡的状态时,姿势反射可以迅速调整相关肌肉的收缩,使人体恢复到平衡状态。
此外,姿势反射还可以调节姿势和肌肉的紧张度,保持身体的稳定性和姿势的正确性。
总而言之,姿势反射是一种通过感觉器官、中枢神经系统和执行器官协调工作的生理学机制,维持人体姿势和平衡的稳定性。
它在运动控制和适应环境中起着重要的作用。
姿势不当的人都有神经病很久很久以前,我们就讨论过上交叉、下交叉、颈交叉,这些交叉是我们生活中都非常常见的,原因嘛就是由于人们长期的生活习惯,姿势等等。
其实从更深一层的角度上去考虑,我们这些姿势不当都是由于神经出现损伤才出现的。
这就牵涉了神经系统在姿势控制中的作用。
人体的神经系统可以让身体接受感觉,对环境的改变做出反应并且能安排与协调许多器官与四肢的活动。
(这就意味着神经控制精确动作)随着人体正常发育,神经系统也随之成熟,成熟的中枢系统可以精确地控制肌肉系统并执行工作,使特定的动作由特定的肌肉来执行其功能并阻止其他肌肉出现不相关的活动(活动抑制)。
这种机制有助于掌握各种复杂的动作,但这种机制是在协调能力正常的情况下,才能看到。
如果这样的机制出现问题,我们的复杂动作就会出现各种关联动作。
关联动作是指伴随在主要的指令动作中出现,但是和我们想要的动作目标无关。
这类动作可在动态情况下发散,可以称为力量调节不当且无法区分动作所导致的浪费能量的现象。
这类现象在人静态时也能发生,即在各种位置时,肌肉张力过高。
静态时肌肉张力过高是导致各种姿势异常的主要原因之一(这只是受害者而不是原发损伤),这样的话可以使身体不断地养成不良的姿势习惯。
我们在评估中枢系统是否成熟时,可以观察有多少神经纤维是被鞘膜所包覆。
神经纤维外侧覆盖着髓磷脂,可以让动作电位传达更快也更精确,因此,髓鞘化的程度一般被视为检测神经系统成熟度的方法。
通常髓鞘的形成在出生后两年到三年之间完成,但某些系统的髓鞘形成过程也会延续至出生后的前十年至二十年,其中包括着连接大脑两半球知觉的胼胝体。
当这些系统成熟延迟则会出现协调障碍,并发展至姿势异常。
当系统延迟成熟后,位于中枢控制的脊髓和大脑会出现异常,引起动作发生刺激的过程超过抑制动作的过程也就是我们所说的动作指令溢流,会出现多余的动作。
若假定脑皮质的抑制是负责控制动作指令溢流,那么我们便可以通过学习来减少这种多余动作。
招手神经的生理机制招手,是我们日常生活中最常见的动作之一。
它是一种按照一定节奏,以手掌来回摆动的动作。
而在这个动作中,控制招手的正是招手神经。
那么,招手神经的生理机制是如何实现这一动作的呢?招手神经的基本概念招手神经,又称正中神经,是十分重要的一个神经。
它负责控制手掌与手指的运动。
当我们想要进行招手动作时,大脑就会向招手神经发出指令,招手神经则会传递指令到手部,让手部的肌肉产生收缩与放松的变化,从而实现平稳的摆动。
招手神经的起源招手神经是由腕管内的正中神经及尺神经和桡神经的分支组成。
正中神经主要负责手掌的肌肉动作。
而一些肌肉控制则由尺神经和桡神经的分支来掌握。
招手神经的解剖结构招手神经的起源于肩部,经过颈部向下延伸,一直到手掌。
再进一步分析,招手神经可以分为三个部分:上臂部分、前臂部分和手掌部分。
上臂部分:招手神经的上臂部分位于上臂的后面,主要负责控制拇指的肌肉运动。
前臂部分:招手神经的前臂部分位于前臂的正面,它会向上游,直到手掌。
手掌部分:招手神经的手掌部分是最细小的一段,但是也是最重要的一段。
它主要负责控制手掌的肌肉运动,从而产生平稳的招手动作。
招手神经的功能原理招手神经的负责人就是神经元。
当大脑发出招手指令时,信息会经过神经元在神经纤维中传导到各个肌肉上。
此时,神经纤维会释放神经递质,进而诱发肌肉的收缩,从而产生招手动作。
需要注意的是,神经元与神经纤维之间的链接是非常重要的。
因为神经纤维在传递信号过程中需要获得神经元的信号输入,否则就会出现肌肉收缩的不协调,从而导致动作失常。
招手神经的常见病症招手神经的常见病症主要包括:封闭性雷贝尔综合征、尺神经病、桡神经病、颈椎病及创伤等。
其中比较常见的是尺神经和桡神经病,这些疾病会导致手部出现感觉异常、肌肉无力、甚至不能进行招手动作等症状。
尽管患有这些疾病,但是招手神经依旧是一个十分重要的神经。
因为它不仅能够控制我们进行招手动作,还能反映出我们生理健康的状况,同时,它也是神经功能疾病的一个重要指标。
Advances in Psychology 心理学进展, 2019, 9(2), 274-280Published Online February 2019 in Hans. /journal/aphttps:///10.12677/ap.2019.92035A Review of the Neural Mechanismsof PostureXiaoyong WanFaculty of Psychology, Southwest University, ChongqingReceived: Jan. 24th, 2019; accepted: Feb. 4th, 2019; published: Feb. 11th, 2019AbstractCurrent brain imaging studies generally use different postures with the daily life, but posture may influence the human neural activity and cognitive performance. People are usually sitting or standing in an upright posture when they work, while requiring most of the subjects keep still and non-ecology posture in a confined-space laboratory room when they participate in neuroimaging experiments. This inconsistency between the ecological posture and imaging posture results in the limitation of generalization of neuroimaging findings. This paper reviewed posture impact on cognition, physiology, and sleep, then the underlying mechanisms that posture affects brain im-aging data was discussed and the corresponding solution was provided.KeywordsPosture, Brain Imaging, fMRI, EEG姿势的神经机制综述万晓勇西南大学心理学部,重庆收稿日期:2019年1月24日;录用日期:2019年2月4日;发布日期:2019年2月11日摘要当今的脑成像研究一般采取与日常生活不同的姿势(posture),而姿势会影响人们的神经活动和认知表现。
人们工作时通常采用坐立或站立的直立姿势,而在神经成像实验中,大多要求被试保持一个静止非生态的姿势,并且待在密闭空间的实验室中。
生态姿势和成像姿势之间存在不一致,导致许多神经成像结论万晓勇的推广性受到了限制。
本综述回顾了姿势对认知、生理和睡眠造成的影响,探讨了姿势对脑成像数据造成影响的潜在机制,并展望了相应的解决思路。
关键词姿势,脑成像,功能磁共振,脑电图Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/1. 引言在日常生活中,人们进行工作或学习都伴随着各种身体姿势(body posture),如工作与学习中的坐立,睡眠及休息时的平躺,这与神经影像学中所限制的姿势都略有不同。
即便如此,许多神经影像学的发现都被应用于引导实践工作,包括从精神病学和认知科学的发现应用在教育学和市场营销上。
然而,对于这些神经影像发现的使用者而言,他们很少考虑到环境变化对这些发现推广性的影响。
例如,在一个典型的功能磁共振成像实验中,被试静止的躺在一个仅容许身体进入大小的舱内,并且机器运行时舱内声音嘈杂,轰隆阵阵,大多数实验需要被试在这样的环境下坚持约一个小时。
在传统的脑电实验中,被试在实验期间,独自坐立在安静的房间内,盯着电脑屏幕做出反应。
这些成像环境与日常生活有诸多差异。
本文着重讨论成像姿势对认知和生理产生的影响,并探讨了姿势影响大脑活动的潜在机制,对克服姿势效应的方法进行了展望。
神经影像学研究很少探讨环境变量对人类认知的影响。
但在心理学领域,有一个叫做“具身认知”的研究方向,强调认知能力、持续感觉状态和周围环境间的复杂关系(Shapiro, 2017; Thompson, 2005; Thompson & Varela, 2001; Wilson, 2002)。
这个领域的相关发现表明:懒散的姿势会增加无助感和压力(Riskind & Gotay, 1982),豪爽的姿势可以增加睾酮素分泌,减少皮质醇分泌,并会放大权力感和风险承受感。
静态成像环境减少了平衡、移动视野和社会交互的认知负荷(Riitta & Kujala, 2009)。
因此,我们需要一个新的神经科学模型——具身大脑——以更好的解释大脑、身体和环境的持续交互(Kiverstein & Miller, 2015)。
2. 神经影像技术和姿势现在使用广泛的功能神经成像技术主要有脑电图(electroencephalography, EEG)和功能磁共振(functional magnetic imaging, fMRI)。
EEG在头表记录电信号;fMRI测量血氧依赖水平(blood oxygenation level-dependent, BOLD)信号。
EEG只有1 cm的空间精确度,但具有毫秒级别的时间分辨率;fMRI具有毫秒级别的空间分辨率,但时间精确度只有约1 s。
通常情况下,EEG和fMRI只允许某些身体姿势。
EEG 具有便携穿戴的优点,适用于任何身体姿势,并且可以配合一些设备进行移动,与环境交互;fMRI则局限于水平姿势,相比于便携式设备,fMRI是大号静态成像设备,允许更少的姿势,提供更高质量的数据。
这些差异使得EEG在许多具体应用和研究问题上具有更多优势,而fMRI则由于姿势限制,更适合于探究睡眠的大脑。
两种典型的成像姿势(坐直和平躺)主宰着脑成像研究。
在心理学和认知神经实验中,一般EEG实验要求被试坐直,fMRI实验要求被试平躺。
然而,在现实生活中,人们在站立或移动时也会执行许多认知万晓勇任务,很少躺下执行,成像实验的姿势显然偏离了日常生活。
也有特殊情况研究者会借助非成像实验标准身体姿势进行探讨。
例如,研究者要求被试站着或行走以更好理解平衡,步法,和运动障碍(如帕金森疾病) (Bakker, Verstappen, Bloem, & Toni, 2007; Kiverstein & Miller, 2015; Mahoney et al., 2016);平躺头部倾斜低于水平6~12度以模拟微重力环境(Spironelli & Angrilli, 2011);前倾躺下以研究重力对脑脊液的影响(Rice, Rorden, Little, & Parra, 2013)。
然而,这些研究都是依赖于特殊实验目的,不足以引起大多数研究者的注意。
这种情况导致神经成像学研究继续使用标准成像姿势(坐直和平躺),即使存在生态姿势可以更好的揭示日常认知的神经机制。
3. 姿势效应3.1. 姿势影响认知姿势会改变感知觉和行为。
例如,直立相比于平躺:嗅觉阈限增加,疼痛等级放大,视觉意识改善,期望焦虑提高,接近动机增加,以及冲突思想减少(Fardo, Spironelli, & Angrilli, 2013)。
姿势可以进一步影响认知表现。
相比于平躺,坐直改善非言语智力,并且有助于构成心理意象,但是会损害检查心理意向的能力。
站立可以改善精神运动表现。
此外,当假设的姿势和回忆事情相关时,记忆更容易恢复(Thibault & Raz, 2016)。
fMRI环境可能改变研究者想要研究的特有现象。
考虑到这种情况,许多研究团队都致力于测试姿势和认知的交互作用。
然而,相关的重复试验很少,可能是因为姿势像程序警告一样受到了更多注意,而非姿势的研究领域本身受到了关注。
除了姿势,神经影像研究者在获得有意义的结果前,也必须讨论许多其他的程序性和统计性相关的东西。
总之,这些研究突出了在认知和成像研究中考虑姿势的重要性。
3.2. 姿势影响生理心率,呼吸量,耗氧量,核心体温,皮质醇分泌,及其他生理唤醒指标,在直立时都稳定高于平躺。
这些生理差异可能影响fMRI测量到的BOLD信号,而不论大脑加工是否真的改变(Spironelli & Angrilli, 2017)。
fMRI间接地测量神经元活动;BOLD信号源于神经元群的血液动力学属性,并且保留了对心肺变量的高敏感性。
因此,表明姿势影响BOLD信号还不足以确证神经活动的改变;心肺变量仍然和身体姿势绑定,也对BOLD活动有重大影响。
除了BOLD,姿势还影响大脑周围的血流(Gisolf et al., 2010)。
少数实验使用可调整姿势的正电子发射断层摄影术(positron emission tomography, PET),这些实验报告,站直相比于平躺有更多的血流向视觉和小脑皮层。
还有使用功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy, fNIRS)的研究表明,当被试从平躺移至坐直时,皮层的氧合和脱氧血红蛋白量减少(Ozgoren, Tetik, Izzetoglu, Oniz, & Onaral, 2012)。
由于缺少直立功能序列的MRI扫描仪器,研究者未能使用fMRI重复fNIRS的姿势实验。
因为fNIRS 和fMRI测量相似的信号,我们只能假设姿势差异可能也影响fMRI数据。
除了心脑血管的测量,有研究使用EEG量化姿势对神经活动的直接影响。
少数EEG实验表明,相比于水平躺,头部倾斜向上30~35度增加了与警觉和感觉加工有关的高频神经活动,并且抑制了与放松和入睡状态有关的低频振荡(Thibault, Lifshitz, Jones, & Raz, 2014)。