神经系统

连贯的只有当肌肉接收到可感知的激活信号模式(例如,拮抗剂不能同时激活收缩)。动物使用特殊的细胞叫做神经元协调肌肉活动;神经是神经元束或其部分。神经元通过化学信使在细胞间交流,但在单个细胞内细胞(通常非常长)它们可以沿膜通过离子极化波(类似于电流)发送高速信号,这是一种特性固有的在所有的细胞中,只有神经细胞通过特殊的修饰来提高速度。

一个通信系统需要三个部分:外部信息的收集器,评估信息并决定其相关性的积分器,以及将决定传达给电机单元的发送器。在动物中,感觉神经和像眼睛这样的器官收集信息;联想神经通常集中在大脑中集成,评估,并决定其相关性;效应器或运动神经将决定传递给肌肉或其他部位。尽管神经系统的所有三个部分都随着动物体积和复杂性的增长而增长,但动物中发现的最简单的系统(副寄生虫和腔肠动物的系统)仍然具有复杂的协调能力。所有的末端腔肠动物双极神经元可以接收和传递脉冲,而单极神经元只在一端(树突)接收脉冲,在另一端(轴突)传递脉冲。一个神经元可以有多个树突和轴突。

最早的动物在设计上可能是放射状的,因此双极神经元以网状模式排列是有道理的。在这样的设计中,冲击身体任何一点的刺激可以传播到任何地方,提醒简单的肌丝阵列同时收缩。在双侧动物头部接受定向运动和相关感觉输入的情况下,神经冲动向肌肉的单向传输成为有效交流的唯一方式。大脑在头部的位置也能反映出来效率以及接收信息的速度,因为这个位置使感觉神经元和联想神经元之间的距离最小化,并将这两种功能集中在身体的一个受保护的小部位。在大多数动物中,神经细胞一旦丢失就无法重新获得,尽管轴突可以。神经细胞往往集中在神经节或神经索的中央,长轴突向周围延伸。虽然某些动物可能会因为捕食者或意外事故而失去尾巴或四肢,然后再长出来,但失去或损坏中枢神经系统意味着死亡或瘫痪

神经系统利用神经元的传递特性进行交流。在一个神经元内,传播一个冲动通过一个离子,波可以非常快,但波只能通过一个离子的长度细胞的膜。在轴突与树突相遇的突触处传递到下一个细胞化学传感器是必需的。这个分子扩散到连接神经元的树突,在那里它发起离子波传播沿着细胞膜的长度。虽然化学传播比离子波慢得多,但它更灵活。例如,学习在一定程度上包括增加特定神经通路对刺激的敏感性。突触的敏感性可以通过增加每次接收脉冲时轴突释放的递质量、增加树突中受体的数量或改变受体的敏感性来改变。通过形成膜结合直接连接突触缝隙连接,连接相邻细胞,使脉冲畅通无阻地传递到连接细胞。然而,由间隙结提供的传输速度的增加被灵活性的损失所抵消;间隙连接本质上是由几个神经元形成一个神经元。延长轴突或树突可以更有效地达到同样的效果,使一些神经细胞长到几米长。然而,在需要间隙连接的情况下出现。缝隙连接在脊椎动物心脏和平滑肌,两者都有传输通过细胞传递给其他细胞。这种能力使这些肌肉在某种程度上独立于神经系统的控制。因此,一个身体可以在没有大脑活动的情况下保持部分功能。

神经脉冲沿直径较大的轴突或沿对离子泄漏绝缘良好的轴突(充电所需的间隔节点除外)传播得更快。脊椎动物使用它们独特的有髓的轴突来增加神经冲动的传输速率,而无脊椎动物则仅限于使用更大直径的轴突。因此,脊椎动物可以将更多的小神经元集中到特定大小的身体中,并具有更大的潜力复杂性的行为。

内存对神经系统的了解仍然很少。就像在学习中一样,短期记忆和长期记忆似乎都涉及在使用某一特定路径后,后续冲动传递的容易程度的改变。通过直接摄入大脑的记忆转移还没有被实验证实。尽管人们对其潜在机制了解甚少,但已知的是两者之间存在相关性学习还有内存容量。两者的能力都随着联想神经元的数量和形成的分支或相互连接的数量而增加。因为学习是一个联想外来事物的过程提示随着适当的运动或内部反应,大脑的记忆容量越大,学习过程就越快。对一组传入线索的不适当反应的记忆可以在没有运动重复的情况下使用。

大脑神经元相互联系的程度与其周围环境的复杂程度有关。因此,神经元较少但相互连接较多的大脑可能比神经元较多的大脑更“聪明”。基本的重复行为是通过固定通路的发展来继承或学习的,通过这种通路,环境信号几乎没有变化地迅速到达运动神经(反射弧)。非反射行为需要在大脑中做出决定,由此导致的运动神经通路变得更加固定(习惯性),因为一个特定的决定似乎总是正确的。反应比决策快,但它们的相对适应性取决于上下文。动物在使用反射或做出决定的程度上各不相同,这些模式与大脑大小密切相关。习惯性行为可能是最普遍的反应,是反应速度和对环境的适当性之间的一种妥协。

感官

适当的行为依赖于接受足够的信息环境警示:提醒动物有食物、配偶或危险的存在虽然感觉神经将这些信息传递到大脑,但它们并不总是直接感知外部世界。其他修饰细胞干预转换光波进入视觉,压力波进入空气转化为声音,化学物质转化为气味或味道,简单的接触转化为触觉。有些动物还有其他感官,比如对电场或磁场的感觉。

愿景例如,一个光敏分子改变了形状,从而引发了一系列反应,最终使感觉神经的树突去极化。大脑中的联想神经元将传入的脉冲模式解释为一幅合成图像。“看到”的东西可能并不完全映射真实存在的东西:大脑进行了大量的过滤,删除了不那么重要的细节,只看到了最重要的细节。所见事物的准确性随着大脑的大小和视觉收集系统(即眼睛)的复杂性而增加。动物的眼睛从只能辨别光的存在或不存在到能够看到物体的鲜艳颜色和非常详细的细节。有些动物在没有帮助的情况下看得更远人类愿景。授粉昆虫辨别花朵颜色的能力尤其与人类不同;花朵的紫外线反射图案并不总是与它们的彩色图案一致。蜜蜂和鸟类能感知偏振光,并据此确定自己的方向。有些动物能感知与热(红外线)有关的长波,并能定位温血动物的存在猎物通过这样的机制。

化学感受器通常是很少修饰的感觉神经元,除了脊椎动物的味觉感受器,它们经常被替换为与永久感觉神经元接触的突触细胞。化学接受是基于在受体位点上分子的识别,脂蛋白复合物自由地分散在感觉神经元的树突上。当受体通过形状,有时是化学性质来识别一个特定的分子作文时,它会触发一个冲动。在特定分子的感受器中触发的放电模式提供了大脑解释为气味或味道的信息。人们对动物嗅觉和味觉的细节并不像对其他感官那样了解。在许多动物中,化学感受器不像在脊椎动物中那样集中在明显的器官中,甚至使它们的位置也难以辨别。大多数动物都具有某种化学感受力,在许多意义上,这种感受力是动物对化学感受力的主要部分环境这比人类的情况要严重得多。

听起来是分子扰动波,在空气、水或固体中移动,动物只是利用敏感的机械感受器感知它们。(大声听起来也可以被身体的一般触觉感受器感受到,从而影响其幸福感。)声音感受器很敏感毛细胞或者被声波弯曲时感觉神经元去极化的膜。树突膜的直接变形或毛细胞释放的递质会刺激感觉神经元。除了一些昆虫,只有脊椎动物有听觉器官。鱼类及水生生物两栖动物使用一个侧线,而其他脊椎动物则使用耳朵;这两个器官都使用毛细胞作为声音感受器。声波直接刺激侧线系统的毛细胞,而声波只是通过膜和骨骼的放大系统间接刺激耳朵的毛细胞,这在哺乳动物中达到了复杂的顶峰。有些动物(例如,大多数蝙蝠和鲸鱼,甚至是旋转甲虫)通过回声定位来“看”。声音是有听觉的动物之间首选的交流媒介。它可以在比视觉更远的距离上使用,也可以在视觉不可能的情况下使用。的信号衰变比气味的反应速度更快,因此信息可以更精确。

的机械也对触摸、压力、拉伸和重力有反应。它们遍布全身,使动物能够监控它在任何时刻的状态。这种监控在很大程度上是潜意识的,但对正常运作是必要的。机械感受器通常只是感觉神经,但其他细胞也可能参与其中。与其他感官不同,触觉在所有动物中都存在,甚至海绵也不例外,它反映的是一般的细胞特征真核生物。