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第5节　人脑的高级功能
【学习目标】
1.通过课本的资料分析大脑皮层的语言功能特点,认识大脑的重要高级功能,形成结构与功能观。(生命观念)
2.基于对学习和记忆规律的认识,运用这些规律提高学习效率。(科学思维)
3.基于对大脑皮层高级功能的学习,了解情绪的积极作用及危害,学会合理调节情绪并感染他人,积极、健康地享受美好生活。 (社会责任)
【自主预习】
一、语言功能
1.大脑皮层的地位及功能
(1)地位:调节人体生理活动的最高级中枢。
(2)功能
a.基本功能:　感知外部世界　以及控制机体的　反射　活动。
b.人脑特有的高级功能:语言功能。
2.大脑皮层的语言功能
(1)大脑皮层的言语区
人类的语言活动是与大脑皮层某些特定区域相关的,这些特定区域叫　言语区　。大脑皮层言语区的损伤会导致特有的各种言语活动功能障碍。
(2)人脑的言语区分布特点(连线)
Ⅰ.H区　　　　　 a.接近躯体的运动中枢
Ⅱ.S区 b.接近视觉中枢
Ⅲ.V区 c.接近听觉中枢
Ⅳ.W区
　　【提示】　Ⅰ—c　Ⅱ—a　 Ⅲ—b　Ⅳ—a
3.左右大脑的分工
大多数人主导语言功能的区域是在大脑的　左　半球,逻辑思维主要由　左　半球负责。大多数人的大脑　右　半球主要负责形象思维,如音乐、绘画、空间识别等。
二、学习与记忆
1.含义:学习和记忆是脑的高级功能,是指神经系统不断地接受刺激,获得新的　行为、习惯和积累经验　的过程。条件反射的建立也就是动物　学习　的过程。
2.特点:学习和记忆不是由　单一脑区　控制的,而是由　多个脑区　和神经通路参与的。
3.基础:学习和记忆涉及脑内　神经递质　的作用以及某些种类蛋白质的合成。
4.人类记忆
短时记忆可能与神经元之间即时的　信息交流　有关,尤其是与大脑皮层下一个形状像海马的脑区有关。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。
三、情绪
　　情绪是大脑的高级功能之一。判断下列关于情绪的说法的正误。
1.情绪的表现有多种,有相近的也有相反的。 (√)
2.心情抑郁是一种情绪,因此不需要任何治疗。 (×)
　　【提示】　心情抑郁通常是短期的,如果抑郁持续下去而得不到缓解,可能形成抑郁症,需要咨询精神心理科医生。
3.某同学天生乐观,因此他的情绪只有积极的表现。 (×)
　　【提示】　情绪的表现可能是积极的,也可能是消极的,只是该同学消极情绪较少且持续时间较短,积极情绪较多。
4.适量的运动和良好的人际关系有利于保持积极的情绪,促进学习。 (√)
【合作探究】
任务1　探究大脑皮层的语言功能
活动1　分析图形,探究大脑皮层的言语区
　　下图为大脑皮层(左半球侧面)言语区的分布示意图,思考并回答以下问题:
1.大量的临床病例发现,有的患者能听懂别人讲话,看懂文字,但不会书写,而其手部的其他运动并不受影响;有的患者其他语言功能没有问题,就是看不懂文字的含义,但其视觉是良好的。你知道这些患者受损的部位吗
　　【提示】　前者损伤的部位是大脑皮层(左半球)言语区的W区,后者损伤的是大脑皮层(左半球)言语区的V区。
2.聋哑人不能说话一定与大脑皮层的言语区有关吗 简要说出你的理由。
　　【提示】　不一定。聋哑人不能说话的原因也可能是发声器官受损,与言语区无关。
3.在进行英语听力考试时,参与的言语区有哪些
　　【提示】　H区、V区和W区。
4.大量临床病例观察发现,一般惯用右手的人的左侧大脑皮层受到损伤,则产生失语症,右侧大脑皮层受损,则不发生失语症。以上材料说明了什么
　　【提示】　言语功能受一侧大脑半球支配,一般惯用右手劳动的成年人主导语言功能的区域在大脑的左半球。
5.有人称左半球大脑为“理性脑”,右半球大脑为“感性脑”,你知道为什么吗
　　【提示】　说话、写字、数学计算、程序逻辑推理等逻辑思维,一般主要由左半球支配,所以左半球大脑被称为“理性脑”;音乐、绘画、空间识别、想象力等形象思维,一般主要由右半球支配,所以右半球大脑被称为“感性脑”。
认知生成
1.逻辑思维主要由大脑左半球负责,形象思维主要由大脑右半球负责。
2.大脑皮层言语区划分为W区、S区、H区、V区,W、S、H、V分别是英文write、speak、hear、vision的缩写。
3.考试答题时,参与的中枢有大脑皮层V区和W区(高级中枢); 聋哑人表演《千手观音》舞蹈时,参与的中枢有大脑皮层视觉中枢、言语区的V区、躯体运动中枢。
4.言语区的分区及损伤导致的疾病
功能区种类 损伤后功能 障碍症 障碍症特征
W区(书写性语言中枢) 失写症 不能写字
S区(运动性语言中枢) 运动性失语症 不能讲话
H区(听觉性语言中枢) 听觉性失语症 不能听懂话
V区(视觉性语言中枢) 失读症 不能看懂文字
例1　(2022·潍坊期中)下列关于人脑的高级功能的叙述,错误的是(　　)。
A.W区受损会引起运动性失语症
B.H区受损会出现听觉性失语症
C.大脑皮层是高级神经活动的结构基础,也是神经系统的最高级中枢
D.人脑的高级功能包括感知外部世界、语言、学习和记忆等
　　【答案】　A
【解析】　W 区是书写性语言中枢,受损会引起失写症,患者不能写字,A错误;H区是听觉性语言中枢,受损会出现听觉性失语症,患者不能听懂话,B正确。
对点练1　当盲人用手指“阅读”盲文时,参与此过程的高级中枢有(　　)。　　　　　　　　　　　　　　　　　　
A.语言中枢 B.躯体感觉中枢
C.躯体运动中枢 D.以上都是
　　【答案】　D
【解析】　盲人在用手指触摸盲文时,首先要接受盲文的刺激,产生感觉,这与躯体感觉中枢有关,手指的运动与躯体运动中枢有关,最后盲人通过语言中枢对盲文进行翻译,领会其表达的意思,D符合题意。
任务2　探究记忆的形成过程及情绪控制
活动2　阅读课本P38~39,探究记忆的形成过程及情绪控制
　　下图表示记忆形成的四个阶段,探究以下问题:
1.上课“心不在焉”一般只能形成哪种记忆 上课“专心听讲”至少能形成哪种记忆
　　【提示】　上课“心不在焉”一般只能形成感觉性记忆。“专心听讲”至少能形成第一级记忆。
2.你知道课后练习有什么作用吗
　　【提示】　第一级记忆中的小部分信息经过课后练习的反复运用、强化,就很容易转入第二级记忆。
3.对所学过的知识为什么要经常复习
　　【提示】　通过反复重复,并将新知识与已有的知识整合,可以长久地记住,将所学过的知识变成长时记忆。
4.面临紧张的学习,有时会出现精神压力大、情绪变化明显等,影响记忆和学习,进而产生消极情绪。如何减少和更好地应对情绪波动
　　【提示】　积极建立和维系良好的人际关系、适量运动和调节压力都可以帮助我们减少和更好地应对情绪波动。
认知生成
1.学习和记忆是脑的高级功能,是由多个脑区和神经通路参与的。
2.感觉性记忆是转瞬即逝的,所记的信息并不构成真正的记忆。
3.短时记忆可能与大脑皮层下一个形状像海马的脑区有关;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。
4.根据记忆保留的持续时间长短,划分记忆阶段:(1)转瞬即逝,不超过1秒,为感觉性记忆;(2)数秒到数分钟的,为第一级记忆;(3)数分钟到数年的,为第二级记忆;(4)可能永久保留的,为第三级记忆。
5.积极建立和维系良好的人际关系、适量运动和调节压力都可以帮助我们减少和更好地应对情绪波动。
例2　(2022·临沂期末)研究发现,日光照射动物皮肤后会使其血液里的物质UCA含量大幅度增加,且UCA可进入大脑神经细胞内并转化成谷氨酸。细胞内的谷氨酸在大脑皮层运动区及皮层下海马区的神经末梢释放,并激活相关的脑神经环路,从而增强运动学习能力以及物体识别记忆能力。下列推测不合理的是(　　)。
A.光照会使实验动物对环境的适应能力增强
B.谷氨酸可作为一种神经递质参与神经调节
C.日光照射后动物对物体的识别记忆属于长时记忆
D.学习和记忆涉及谷氨酸和某些种类蛋白质的合成
　　【答案】　C
【解析】　光照最终使动物增强运动学习能力以及物体识别记忆能力,所以光照会使实验动物对环境的适应能力增强,A不符合题意;题干中的谷氨酸在大脑皮层运动区及皮层下海马区的神经末梢释放,所以可作为一种神经递质参与神经调节,B不符合题意;日光照射后动物对物体的识别记忆不属于长时记忆,要形成长时记忆,需要反复重复,且将新信息和已有的信息整合,C符合题意;谷氨酸是合成蛋白质的原料,所以根据题干信息,可以推测学习和记忆涉及谷氨酸和某些种类蛋白质的合成,D不符合题意。
对点练2　(不定项)下列有关学习和记忆的叙述,正确的是(　　)。
A.学习和记忆是神经系统不断地接受刺激,获得新的行为、习惯和积累经验的过程
B.记忆是将获得的经验进行储存和再现的过程
C.经常应用所学知识解决实际问题,可加强对知识的记忆
D.记忆可分为短时记忆、长时记忆、永久记忆三种
　　【答案】　ABC
【解析】　记忆可以分为感觉性记忆、第一级记忆、第二级记忆和第三级记忆四种,前两种相当于短时记忆,后两种相当于长时记忆,D不正确。
素能提升　分析图形与数据信息,得出结论(科学解释能力)
　　阿尔茨海默病(Alzheimer s disease,AD)是一种多发于老年人群的神经系统退行性疾病。患者主要表现为渐进性的记忆力衰退、认知能力下降,出现情感及语言障碍,最终因运动、感觉等功能都逐渐丧失而导致死亡。经脑解剖发现,患者的大脑皮层弥漫性萎缩,沟回增宽,神经元大量减少,显微镜下可见神经元之间存在着淀粉样蛋白斑块。
(1)请结合下图推测患者出现记忆力衰退和语言障碍的原因: 　。
(2)随后的研究发现,淀粉样蛋白斑块是由β-淀粉样蛋白在细胞外聚集而成的。研究人员以小鼠为实验材料,探究β-淀粉样蛋白的聚集对突触后膜电位的影响。实验组处理如下:向成年小鼠的脑室中注射1.5 μL的β-淀粉样蛋白提取物,一段时间后,刺激小鼠的海马区域(与记忆相关)。结果如下图所示:
实线曲线为对照组的实验结果,你认为该实验中对照组应如何处理 分析数据可能得出什么结论 　。
　　【答案】　(1)大脑萎缩,语言中枢和记忆相关中枢异常,脑室增大　(2)对照组处理:向成年小鼠的脑室中注射1.5 μL的生理盐水。结论:β-淀粉样蛋白的聚集会导致突触后膜的兴奋性下降
【解析】　(1)结合图示可知,晚期的AD患者,大脑体积变小,脑沟明显加深,脑室增大,语言中枢和与记忆相关的中枢异常,导致患者出现记忆力衰退和语言障碍。(2)要探究β-淀粉样蛋白的聚集对突触后膜电位的影响,实验的自变量应该是有无β-淀粉样蛋白的聚集,故对照组的处理应该是向成年小鼠的脑室中注射1.5 μL的生理盐水,实验组的处理是向成年小鼠的脑室中注射1.5 μL的β-淀粉样蛋白提取物。根据实验结果可知,β-淀粉样蛋白的聚集会使突触后膜电位的相对幅度下降,说明β-淀粉样蛋白的聚集会导致突触后膜的兴奋性下降。
认知生成
1.进行“原因—解释”所需的信息来源有:①题干的文字叙述,如“患者的大脑皮层弥漫性萎缩,沟回增宽,神经元大量减少,显微镜下可见神经元之间存在着淀粉样蛋白斑块”;②题干中的图片,如健康人与晚期患者大脑图片;③反映实验结果的曲线图。
2.解题时,首先是读题,从中获取信息,然后利用获取的信息解释并回答问题。
例3　(2023·肇庆月考)2018年,浙江大学医学院胡海岚研究组在抑郁症的神经环路这一领域的研究取得了突破性的进展,该研究组发现大脑的“反奖赏中心”——外侧缰核中的神经元活动是抑郁情绪的来源。脑部外侧缰核(LHb)为前脑边缘系统向众多中脑单胺能中心传递信息的核心脑区,LHb神经元可以被厌恶性条件如压力、消极、恐惧等刺激,从而产生簇状放电(发放连续高频的动作电位),对下游奖赏脑区产生抑制,使机体出现抑郁,部分机制如图所示。据图回答下列问题:
(1)神经胶质细胞是组成神经系统的细胞类型之一,　　　　(填“属于”或“不属于”)神经元的组成部分。在厌恶性条件作用下,抑郁症模型小鼠LHb神经元的兴奋性会　　　　(填“增强”或“减弱”)。
(2)研究证明,位于LHb神经元的T型钙通道、NMDAR通道对引发神经元的簇状放电至关重要,已知NMDAR通道可以改变细胞膜对Ca2+的通透性。若长期处于压力的状态,则机体容易出现抑郁。从离子运输的角度,结合题图分析原因: 　。
(3)氯胺酮是一种抗抑郁的药物,其作用机制为 　。
若长期服用氯胺酮,其抗抑郁效果会下降,原因可能是 　。
　　【答案】　(1)不属于　增强　(2)若受到压力刺激,T型钙通道、NMDAR通道开放,促使Ca2+进入细胞,使LHb神经元的兴奋性增强,产生簇状放电,对下游奖赏脑区产生抑制　(3)氯胺酮可抑制NMDAR通道,降低了细胞膜对Ca2+的通透性　长期服用氯胺酮,会使NMDAR通道对氯胺酮的敏感性降低
【解析】　(1)神经胶质细胞是对神经元起辅助作用的细胞,具有支持、保护、营养和修复神经元等多种功能,神经胶质细胞不属于神经元的组成部分。在厌恶性条件作用下,NMDAR通道和T型钙通道被激活,Ca2+内流,抑郁症模型小鼠LHb神经元的兴奋性会增强。(2)据图可知,LHb神经元胞体表面存在NMDAR通道和T型钙通道,正常状态下二者均处于关闭状态,细胞表现为单个放电;当压力、消极等刺激后,NMDAR通道和T型钙通道被激活,Ca2+内流,细胞内Ca2+增多,细胞表现为簇状放电,对下游的奖赏脑区过度抑制而引起抑郁。(3)用氯胺酮处理,可抑制NMDAR通道,降低细胞膜对Ca2+的通透性,减少Ca2+内流,使LHb神经元的兴奋性减弱,细胞表现为正常单个放电,解除对下游奖赏脑区的过度抑制,恢复正常状态。若长期服用氯胺酮,会使NMDAR通道对氯胺酮的敏感性降低,导致Ca2+的通透性增大,使得抗抑郁效果下降。
对点练3　鸢尾素是运动时释放的一种小分子肽类激素,能促进大脑海马神经元的生长。
为研究鸢尾素与学习认知之间的关系,科学家构建了鸢尾素基因敲除小鼠,让它们和正常小鼠运动训练或静止,之后记录小鼠在水迷宫不同平台上停留的时间(在目标平台上停留的时间与学习记忆能力呈正相关),结果如图。相关叙述错误的是(　　)。
A.鸢尾素需与相应受体结合后才能发挥调节神经系统功能的作用
B.实验自变量是不同平台,因变量是小鼠在不同平台上停留的时间
C.运动能提高小鼠体内的鸢尾素含量,进而提高学习和记忆的能力
D.运动或许能够降低以突触衰竭和记忆障碍为特征的阿尔茨海默病风险
　　【答案】　B
【解析】　鸢尾素是一种激素,激素需要与相应受体结合后才能发挥调节作用,A正确。实验自变量是小鼠是否运动和是否敲除鸢尾素基因,因变量是小鼠在不同平台上停留的时间,B错误。分析题图可知,与野生型(静止)相比,野生型(运动)在目标平台上停留时间更长;与鸢尾素基因敲除型(静止)相比,鸢尾素基因敲除型(运动)在目标平台上停留时间更长,说明运动能提高小鼠在目标平台上的停留时间,这是因为运动能提高小鼠体内的鸢尾素含量,进而提高学习和记忆的能力,C正确。海马区与短时记忆的形成有关,运动能促进机体释放鸢尾素,进而促进大脑海马神经元的生长,或许能降低以突触衰竭和记忆障碍为特征的阿尔茨海默病风险,D正确。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
缺血性脑卒中引起的脑部损伤可发生在脑的不同区域。某缺血性脑卒中患者的脊髓、脊神经、四肢都没有损伤。据此判断下列叙述的正误。 (1)损伤发生在大脑海马区时,记忆力可能减退。 (√) (2)损伤发生在言语区H区时,不能听到声音。 (×) (3)若四肢不能随意运动,缩手反射仍可发生。 (√) (4)控制条件反射、语言功能、情绪等都属于人脑的高级功能。 (×)
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