主題5:生物體的協調作用

單元壹:動物的神經系統

 

一、動物的神經構造
動物能夠感受外在環境的變化,做出適當的反應,都需要一套能夠傳遞訊息及判斷訊息的神經構造,而這樣的神經構造,在一些構造簡單的無脊椎動物身上,例如:水螅、蝗蟲等,是較為簡單而不發達的。而構造複雜的生物,如:青蛙、蛇、鳥類及哺乳類等脊椎動物,為了應付複雜多變的環境,形成具有大腦與脊髓的複雜神經系統,以作更精確且快速的反應。而腦部構造越複雜、腦容量越大的生物,其表現出來的學習行為就越複雜。

 

二、刺激與反應
生活環境中的任何變化,都會對生物體形成刺激,動物身上具有許多「受器」,可以感受環境的刺激,並形成神經訊號傳遞給神經系統,作出反應。以人為例:眼、耳、鼻、舌分別能接受光、聲、氣、味的刺激,皮膚內則有多種受器,分別接受溫度、接觸及壓力等刺激(請見下圖)。

圖片來源:國立編譯館
受器接受刺激後,能形成訊息並傳遞到神經系統,由神經系統判斷訊息並發出命令傳到「動器」,最後由動器(肌肉或腺體)產生反應。
從接受刺激到產生反應,所需要的時間,稱為「反應時間」。神經訊號傳遞的途徑越長,所需要的反應時間就越長,反之則越短。
而動物藉由「刺激-反應」的過程來對環境的變化產生反應,產生緊急應變、逃避敵害、覓食、求偶等行為,最終的目的就是使個體得以生存。

 

三、人體的神經系統
人體的神經系統,包括腦、脊髓和神經(請見下圖)。腦和脊髓是神經系統的主宰,負責判斷訊息並下達命令使動器做出反應,合稱為「中樞神經」,本質柔軟,位於腦殼和脊柱中,藉以獲得保護。而由腦和脊髓所發散出去的神經,負責將受器產生的訊息傳送至中樞神經,或將中樞神經下達的命令傳送給動器,這些神經稱為「周圍神經」,周圍神經中包括腦神經12對和脊神經31對,散佈於身體各處。

圖片來源:國立編譯館

1.中樞神經-腦的構造與功能:
腦是神經系統的總指揮,可控制全身的活動,分為大腦、小腦及腦幹三部分(請見下圖)。詳細介紹如下:

圖片來源:國立編譯館

1)大腦:

人類的大腦十分發達,分成左右兩半球,左半球控制右半身的活動,右半球控左半身的活動。大腦半球又分為許多區域,分別主管運動、感覺、語言、記憶和思考等屬於「意識的反應」,有「意識中樞」之稱。
例如:中風的病人若傷及右半球大腦負責控制運動的區域,就會影響病人左半身的運動能力,造成手腳無力及抖動的病徵。

2)小腦:
小腦位於大腦下方,也分為左右兩個半球。小腦的功用在協調全身肌肉的活動,以維持身體的平衡,有「平衡中樞」之稱。所以動作敏捷的動物如鳥類,平衡感很好的體操選手,其小腦都特別發達。另外,穿針引線、雕刻等精細動作的完成,也需要小腦的協助。

3)腦幹:
腦除大腦與小腦外,其它部分合稱腦幹。腦幹內有控制心搏、呼吸、體溫及飲食的中樞,並有控制如吞嚥、咳嗽、噴嚏、眨眼、嘔吐及唾腺分泌等反射作用的中樞。腦幹控制與人類生存息息相關的各種功能,是相當重要的構造,具有「生命中樞」之稱,而若腦幹受損,則容易導致生物體死亡。
例如:車禍受傷所造成的「植物人」,可能大腦及小腦受到損傷,所以無法產生意識反應,但其腦幹未受傷害,還能持續維持「植物人」的生命,需等待更先進的醫療,來恢復其大腦或小腦的功能,才能重新恢復意識。
腦的體積雖小,需氧量卻很大,即使短時間供應不足,也會使人暈倒,若供應斷絕較長時間,腦就會因缺氧而受到嚴重的損害,可使人癱瘓或死亡。

 

2、中樞神經-脊髓的構造與功能:
脊髓呈長管狀,能將身體軀幹及四肢中受器送來的訊息,向上傳達到腦部,並將腦部發出的指令傳達到軀幹及四肢的動器,以引發反應。
除此之外,當軀幹及四肢的受器傳來警急訊號時,脊髓也能在第一時間作出判斷,並下達指令給軀幹及四肢的動器,產生「反射動作」,以降低身體受到傷害的時間。

 

3、周圍神經-腦神經與脊神經的功能:
人體由腦發出的神經,共有12對,分別分布於眼、耳、鼻、舌和頭部肌肉、肩部肌肉及內臟等部位,以傳導訊息。脊髓發出的脊神經有31對,分布於軀幹、四肢及內臟,負責傳導訊息。依據各神經傳遞訊息方向的不同,可以將神經區分為「感覺神經」及「運動神經」兩種類型。
1)感覺神經:

感覺神經負責將受器接受刺激所產生的訊息,傳送到腦部或脊髓。
例如:右手碰到燙的東西,皮膚中的受器便將訊息經由感覺神經傳到脊髓。打羽球時,眼睛中的受器將視覺訊號透過感覺神經傳送到腦部。

2)運動神經:
運動神經負責將腦或脊髓發出的命令傳達給動器,使動器發生反應。
例如:脊髓接收到燙的訊息後,透過運動神經將命令傳達到手臂肌肉,產生縮手的動作。而羽球的視覺訊息經大腦判斷後,透過運動神經將指令傳達給手部肌肉,產生揮拍動作。
透過以上的介紹,已經知道神經系統的構造及功能,接下來將介紹人類各種反應的產生與其神經傳遞的途徑。

 

四、人體的反應與神經傳遞途徑
1
、意識反應及傳遞途徑:

需經由大腦判斷而後產生的反應,稱為「意識反應」。

有以下幾種反應的類型:

1)頭部接受刺激,頭部產生反應,例如:看見朋友而產生微笑。

此反應神經傳遞的途徑為:
眼睛(受器)->感覺神經(視神經)->大腦->運動神經->嘴巴肌肉(動器)->產生微笑

2)頭部接受刺激,四肢產生反應,例如:看見朋友舉手打招呼。
此反應神經傳遞的途徑為:
眼睛(受器)->感覺神經(視神經)->大腦->脊髓->運動神經->手部肌肉(動器)->舉手打招呼

3)四肢接受刺激,頭部產生反應,例如:腳踩到石頭而尖叫。
此反應神經傳遞的途徑為:
腳底(受器)->感覺神經->脊髓->大腦->運動神經->嘴巴肌肉(動器)->產生尖叫

4)四肢接受刺激,四肢產生反應,例如:腳踩到石頭後用手撫摸腳。
此反應神經傳遞的途徑為:
腳底(受器)->感覺神經->脊髓->大腦->脊髓->運動神經->手部肌肉(動器)->撫摸腳底

5)大腦思考後,產生反應,例如:想起好笑的事而大笑。
此反應神經傳遞的途徑為:
大腦->運動神經->嘴巴肌肉(動器)->大笑


2
、反射動作及傳遞途徑:

不須經由大腦判斷即可產生的反應,稱為「反射」。反射常發生在瞬息之間,所以十分快速,在日常生活中,是用來應付外界刺激的緊急措施,也是爭取時間和節省腦力的有效方法。
反射的控制中樞有「腦幹」及「脊髓」,分別產生不同的反射動作,詳細介紹如下:
1)腦幹所產生的反射動作:

腦幹負責頭部所發生的各種反射動作,例如:吞嚥、咳嗽、噴嚏、眨眼、嘔吐及唾腺分泌等動作。

2)脊髓所產生的反射動作:

脊髓負責軀幹及四肢所發生的各種反射動作,例如:手碰到熱燙的鍋子,手立刻縮回或腳踩到鐵釘,腳立刻縮回等動作。


由以下圖片中的案例,來探討所產生的動作及其神經傳遞途徑:

圖片來源:國立編譯館


在以上的案例中,小女孩因右手碰到熱燙的鍋子,立刻將手縮回,這種反應屬於反射動作(如左圖),而將右手縮回後,大腦感覺到痛而命令左手撫摸右手,這種反應屬於大腦所控制的意識反應。

「反射動作」神經傳遞的途徑為:
右手皮膚(受器)->感覺神經->脊髓(作出判斷)->運動神經->右手肌肉(動器)->縮回右手


而「意識動作」神經傳遞的途徑為:
右手皮膚(受器)->感覺神經->脊髓->大腦(作出判斷)->脊髓->運動神經->左手肌肉(動器)->撫摸右手

 

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