脑内有多个弥散性调制系统，每个都与脑的其他部位有广泛的联系. 其神经元通常不传输具体的感觉信息，而是行使调节功能，调制大 第五篇 脑的高级功能 第十六章 弥散性调制系统与行为 脑内有多个弥散性调制系统，每个都与脑的其他部位有广泛的联系. 其神经元通常不传输具体的感觉信息，而是行使调节功能，调制大 量的突触后神经元的兴奋性和同步化活动。它们对运动控制、记忆, 情绪、动机和代谢状态等许多脑功能都是非常重要的。尽管它们的 结构和功能不同，但却有一些原则上的共性：每个系统核心包含一 小套神经元(数千个); 其神经元绝大多数起源于脑干；每个神经元 都有轴突，与遍布脑内的10万个以上的神经元发生突触联系并施加 影响；弥散性调制系统神经元突触终末释放的递质分子不仅作用于 突触缝隙附近，还弥散到许多神经元周围，广泛地产生效应。 在此我们将重点介绍去甲肾上腺素(NE)、5-羟色胺(5-HT)、多巴胺 (DA)和乙酰胆碱(ACh)系统的功能。所有这些递质都激活特异性的 促代谢型(metabotropic)受体, 这些受体与G蛋白偶联, 介导它们在 脑内的活动。例如，脑内促代谢型ACh受体是促离子型ACh受体功 效的10-100倍。科学家还没有完全阐明弥散性调制系统在行为上的 确切功能，这儿的某些解释还有待进一步实验依据。

第一节 去甲肾上腺素能系统 去甲肾上腺素除了在周围自主神经系统中作为神经递质外，也是脑 桥蓝斑区神经元的神经递质。人类蓝斑大约有12,000个神经元，其 轴突通过几条通道离开蓝斑，呈扇形投射到脑的几乎每一个部分： 所有大脑皮层、丘脑和下丘脑、嗅结节、小脑、中脑及脊髓(下图). 每个蓝斑神经元能轴突以不同分支支配大脑和小脑皮层并形成25万 个以上突触。蓝斑神经元在大脑中形成最弥散的纤维联系。 蓝斑神经元除了参与学习和记忆、焦虑和疼痛、情绪和脑代谢外， 还参与注意力的调节、唤醒和睡眠-觉醒循环等, 几乎无所不在。实 验证明，环境中新的、不能预知的、非疼痛的感觉刺激是激活蓝斑 神经元的最佳刺激。去甲肾上腺素使大脑皮层 神经元对来自环境的突出感觉刺激具有更大的 反应。因此，蓝斑神经元的活动通常可以增加 中枢神经元的反应性，加速点对点(point-to- point)的感觉和运动系统的信息处理过程，使 它们变得更有效。该系统在安静状态最不活动; 外部的突出刺激使其神经元活动。

第二节 5-羟色胺能系统 脑内5-羟色胺能神经元分布于 9 个中缝核内，它们位于脑干中线两 侧。每个核投射到脑内不同区域(左图)。靠近尾端(位于延髓)的中 缝核支配脊髓，调制与疼痛有关信号；靠近头端(位于脑桥和中脑) 的中缝核和蓝斑神经元一样，以弥散方式投射到脑内大部区域。 与蓝板神经元类似，中缝核神经元在动物觉醒活动期间放电活动最 多，而睡眠期间最安静。它们属上行网状激活系统一部分，负责唤 醒和维持前脑活动状态。中缝核神经元还参与情绪和感情行为调节. 第三节 多巴胺能系统 多巴胺能神经元在中枢系统分布广泛。但在脑内具有多巴胺能投射 系统只有两个(右图)：一个起源于基底神经节的黑质，其多巴胺能 神经元的轴突投射到纹状体(特别是尾核和壳核)，易化随意运动的 发动。神经元的退化导致帕金森 氏病，一种进行性的运动障碍。 另一个多巴胺调制系统起源于中 脑的腹侧被盖区，靠近黑质。其 神经元轴突投射到额叶皮层和部

分边缘系统，因此也称为中脑-皮层-边缘多巴胺系统。它具有许多 不同的功能。有证据表明，它参与调控精神活动，参与“奖赏”系统 以强化某些适应性行为(求偶), 还涉及药物成隐和精神疾患。 第四节 乙酰胆碱能系统 乙酰胆碱是神经-肌肉接头、自主神经突触及副交感神经节后突触 的神经递质。纹状体和大脑皮层含胆碱能中间神经元。脑内含有两 个主要的弥散型胆碱能调制系统，其中一个称为基底前脑复合体 (basal forebrain complex)。因为胆碱能神经元分散地分布在端脑的 核心部位、基底神经节内侧和腹侧几个相关神经核团中，最熟悉的 是内侧隔核和Meynert氏基底核。前者发出的神经纤维投射到海马; 后者的胆碱能神经纤维投射到新皮层。其功能还不清楚。已知老年 痴呆症最先死亡的是基底前脑复合体的胆碱能神 经元，但对二者间的直接关系还有待于进一步证 实。胆碱能系统也参与在唤醒和睡眠-觉醒周期期 间对中枢神经系统一般性兴奋性的调节。另外， 该系统在学习和记忆形成的过程中也发挥特殊的 作用(右图)。

另一个弥散型胆碱能调制系统称为脑桥-中脑被盖复合体, 位于其中 的胆碱能神经元投射到背侧丘脑, 在此与去甲肾上腺素能系统和5- 羟色胺能系统一起调节感觉中继核的兴奋性。它们还向上投射到端 脑，在脑干和基底前脑复合体之间提供胆碱能联系(上页图)。 第五节 弥散型调制系统和药物依赖 精神活性药物(psychoactive drug)是一类作用于神经系统, 能改变精 神状态的化合物, 大多数通过干扰化学性突触传递而发挥作用。许 多成隐性药物直接作用于弥散型调制系统。 一. 致幻剂 致幻剂(hallucinogen)是一类使人产生幻觉的化合物。其使用历史可 追溯到几千年前，那时主要来源于植物。1938年Hofmann首先合成 现代致幻剂麦角酰二乙胺(lysergic acid diethylamide, LSD)。其效力 非常大，只要25μg就足以产生飘飘然的致幻效果，常伴有感知觉的混杂；比650mg阿司匹林效力高出25,000倍。其化学结构与5-HT接近，表明其作用于5-HT系统，是中缝核神经元5-HT突触前受体的激动剂。LSD激活这些突触前5-HT受体，减少5-HT释放，从而显著地抑制中缝核神经元放电活动，这是梦境-睡眠时的特征.可见

LSD的作用可能就是降低脑内弥散性5-HT调控系统的输出。但这一 第二中缝核损坏动物仍对LSD作出预期反应。尽管LSD致幻作用和 5-HT系统之间的联系几乎是肯定的，但其确切本质还不清楚。 二. 兴奋剂 兴奋剂(stimulant)与致幻剂和5-HT间联系的不确定性形成对比的是, 中枢兴奋剂可卡因(cocaine)和安非他明(amphetamine)的作用机制 已非常清楚。它们在多巴胺能和去甲肾上腺素能系统的突触处发挥 作用，使用者警觉和自信都增加，以及有飘飘然和愉快的感觉及食 欲降低。这两种药物还是拟交感神经药(sympathomimetic drug), 即 引起类似交感神经活动的外周效果, 心率、 血压增加，瞳孔放大等。可卡因和安非他 明阻断儿茶酚胺的重摄取机制(右图)，从而 延长和加强多巴胺和去甲肾上腺素的作用。 可卡因选择地阻断多巴胺的重摄取；安非他 明阻断多巴胺和去甲肾上腺素的重摄取并刺 激多巴胺的释放。使用儿茶酚胺合成的抑制

剂，如α-甲基酪氨酸(α-methyltyrosine)实验性耗尽脑内的儿茶酚胺可消除可卡因和安非他明的兴奋作用。 除了上述作用外，可卡因和安非他明另一个行为效应是使用者心理 上产生对这些药物的强烈依赖，发展成对药物造成的持久愉快感的 强烈渴望。这种效应被认为是药物使中脑-皮层-边缘多巴胺系统功 能增强所致。在正常情况下这是增强适应性行为，而可卡因和安非 他明这类兴奋剂是增强药物寻找(drug-seeking)行为。 第六节 弥散性调制系统和精神疾病 虽然目前大多数精神疾病的发病机制尚不清楚，但对两种最严重的 精神疾病，情感性紊乱(affective disorder)和精神分裂症(schizoph- renia), 已有有效的治疗方法。其机制是通过药物作用于脑的弥散性 调制系统，通常可使患者恢复正常精神状态。 一. 抑郁症 情感(affect)是情绪状态(emotional state)或心境(mood)的医学用语。 情感紊乱就是情绪状态的紊乱。抑郁症(depression)是一种极为严重 的情感紊乱, 特征是情绪状态处于失控状态, 伴有失眠、食欲丧失,无价值感和犯罪感等等，可突然发作而没有明显外部原因。另一特

征是生活环境改善时，患者的情绪不能随之改善。不加治疗这种状 态可持续数月。抑郁是自杀的一个主要的可预知的原因。 抑郁症可能是由于中枢弥散性调控系统障碍造成的。利血平被用于 治疗高血压，但20%的使用者变得精神抑郁，因为它能耗竭中枢儿 茶鼢胺和5-HT，干扰这些递质输入突触小泡。一种治疗结核病的药 物可使患者情绪明显高涨，它是单胺氧化酶(monoaminne oxidase, MAO)的抑制剂, 而MAO破坏儿茶鼢胺和去甲肾上腺素的重摄取。 早年一直在使用丙咪嗪做抗抑郁症药物，它能抑制5-HT和去甲肾上 腺素的重摄取，促进这些递质在突触间隙的作用。可见情绪与大脑 去甲肾上腺素和/或5-HT水平相关，抑郁是这两个弥散性调控系统 中的某一个功能不足的结果(下图)。 目前对抑郁症的药物治疗非常成功, 其特点 是增强中枢5-HT能和/或去甲肾上腺素能突 触传递。治疗药物分三类：①三环类化合物， 如丙咪嗪等；②选择性的摄取抑制剂，如氟 苯氧丙胺(fluoxetine), 它抑制5-HT的重摄取; ③MAO抑制剂, 如苯乙肼, 降解递质酶。

尽管抗抑郁症药物对突触传递调控是即刻产生的，但临床研究发现, 这些药物要经过几星期才逐渐发挥效应。同时一些可提高突触间隙 去甲肾上腺素水平的药物，如可卡因，却没有抗抑郁的作用。因此 认为，只有那些能促进去甲肾上腺素或5-HT能系统产生长时程效应 性改变的药物才具有缓解抑郁症的效应。 通过物理治疗而不使用药物同样对缓解抑郁症非常有效，主要是电 痉挛疗法(electroconvulsive therapy, ECT), 但其机理不清。 二. 精神分裂症 精神分裂症是所有精神疾病中最具伤害性的, 在青春期或成年早期 发病, 通常持续终生。其特征是精神活动和现实失去联系，患者的 思维、感知、情绪和运动功能支离破碎。精神分裂症有许多不同的 表现，现在还不清楚它是单独的疾病还是多个疾病组成。根据症状 可分为两型：I 型精神分裂症特征是患者常有离奇的妄想、幻觉及 混乱的、类偏执狂似的思维； II型特征是病人丧失正常的情绪反应, 具有病态姿势和缺乏自发语言。有些患者具有以上两种类型的特征. 核磁共振成像技术(MRI)揭示, 患者脑的某些结构异常, 如脑室增大 等, 颞叶的一些结构变小尤其突出。

多巴胺和 I 型精神分裂症之间关系的确定来自安非他明的研究。安 非他明增强儿茶鼢胺能突触的传递，引起多巴胺的释放。这种兴奋 作用并不引起精神分裂症。然而因为它的成隐性，安非他明的使用 者经常冒险使用越来越多的安非他明来满足他们的渴求。超量使用 的结果导致实际上和I型精神分裂症症状相似的发作。这表明精神 性疾病或多或少地和脑释放太多的儿茶鼢胺有关。 精神分裂症和多巴胺系统相关的第二个证据来自精神病药物对中枢 神经系统作用的研究。抗组胺的氯丙嗪(chlorpromazine)能够预防I 型精神分裂症的发作。后来的研究发现, 氯丙嗪及相关的抗精神病 药物, 统称精神安定剂(neuroleptic), 是DA受体的强效阻断剂, 特别 是对D2受体; 精神安定剂控制精神分裂症发作的有效剂量与它们结 合D2受体能力呈正相关。这些药物在治疗由安非他明和可卡因引起 的精神症状中也有效果。 尽管从精神安定剂的作用中可以得出精神分裂症起因于多巴胺系统 过度活动的结论。但新开发的非典型精神安定剂，例如氯氮平(clo- zapine), 对其他神经递质系统(如5-HT)的作用比对多巴胺系统更有 效。因此精神分裂症与多巴胺系统之间的关系有待进一步研究。

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