大脑皮层是由什么组成

参考资料：

大脑皮层 （谈宝珍）
包被大脑半球沟和回外层的灰质，是调节机体机能的最高部位。哺乳动物出现了高度发达的大脑皮层，并随着神经系统的进化而进化。新发展起来的大脑皮层在调节机能上起着主要作用；而皮层下各级脑部及脊髓虽也有发展，但在机能上已从属于大脑皮层。高等动物一旦失去大脑皮层，就不能维持其正常的生命活动。人类的大脑皮层更产生了新的飞跃，有了抽象思维的能力，成为意识活动的物质基础。人类大脑皮层的神经细胞约有140亿个，面积约2200平方厘米，主要含有锥体形细胞、梭形细胞和星形细胞（颗粒细胞）及神经纤维。按细胞与纤维排列情况可分为多层，自皮层表面到髓质大致分为六层。皮层的神经元之间联系十分广泛和复杂，在皮层的不同部位，各层的厚薄、各种神经细胞的分布和纤维的疏密都有差异。根据皮层的不同特点和功能，可将皮层分为若干区。机体的各种功能在皮层具有定位关系，如运动区、感觉区等。但这仅是相对的，这些中枢也分散有类似的功能。如中央前回（四区）主要管理全身骨胳肌运动，称运动区，但中央前回也接受部分的感觉冲动。中央后回主管全身体躯感觉，但刺激该区也可产生少量运动。皮层除一些特定功能的中枢外，人类皮层大部分区域称联合区。临床实验证明，某一中枢的损伤，并不使人永久性完全丧失该中枢所管理的功能，经过适当的治疗和功能锻炼，常可由其他区域的代偿而使该功能得到一定程度的恢复。（杨纫姝）

揭示大脑皮层的感知机理 2003-10-31 11:10:43 科技日报
当动物萎靡不振，昏昏欲睡时，它们的大脑是否也处于混沌状态？以色列研究人员在研究了猫的大脑活动后提出，动物即使是闭着眼睛打盹，其大脑也许仍会下意识地产生视觉图像。研究人员称，如果人类也是如此的话，那么，人们喜欢看自己期望看到的东西的这种倾向，也许出自大脑中不断产生的虚幻感觉。
通常，眼睛在察觉到一个细小的斑点时，动物大脑皮层大约几毫米大的区域会兴奋起来，该区域中成千上万的神经细胞立即开始详细了解斑点的性质。垂直的斑点会导致某些神经细胞十分兴奋，而水平或斜向斑点会让另一些神经细胞十分兴奋。于是，不同的斑点在大脑皮层的兴奋区域产生了不同的高度兴奋图案，神经学家称这些大脑皮层图案为“定位图”。人们一直认为，动物合上双眼后，大脑皮层中将不会出现“定位图”，取而代之的是神经细胞的随机活动。
据10月30日英国《自然》杂志网络版报道，以色列魏茨曼科学院塔尔·肯奈特和他的同事通过一项高水平的实验惊奇地发现，猫在昏迷时，其大脑却似乎在系统地扫描内在的图像。实验中，研究人员将电压敏感染料涂在昏迷猫的大脑皮层，利用显微镜，研究人员观察到，染料颜色随着大脑皮层神经细胞电刺激的状态变化而改变，并记录下了猫在昏迷时大脑皮层中自然发生的神经活动。通过比较他们发现，猫昏迷时的神经活动同它在清醒时观察实际景色引起的大脑皮层神经活动类似。
研究人员强调，他们记录的神经活动不是梦，因为该现象发生在大脑初级视觉皮层，这里被认为是被动记录视觉刺激的区域，也就是说，记录的神经活动发生在大脑进行信息处理链的低级阶段，它正好是动物大脑对眼前情景的反映。美国加州大学研究人员达理奥·瑞格奇表示，目前占主导地位的是“自下而上”观点，该观点认为信息只能从眼睛流向大脑中更高的处理中心。肯奈特他们的发现对“自上而下”的感知机制理论是强有力的支持。
然而，研究人员表示，他们还不清楚大脑皮层内在图像的含义，它们也许是最值得注意的记忆、期望或物体的反映。但对人类而言，这种内在的图像甚至可能代表着我们大脑中对周围环境最理想的猜测，但睁开眼后，我们获得的感官刺激也许会随之更新大脑中的猜测。

大脑皮层与心理活动
大脑皮层的结构与功能
大脑皮层是物种进化的高级产物，在人类身上发展到最高阶段。随着种系的发展，皮层所占大脑组织的总量比例相应增大。人类大脑皮层有140亿神经细胞，主要由神经细胞胞体密集而成。扩展了的皮层面积远远超过颅骨所能容纳的程度，它于是变得在颅内皱折和卷绕起来，好像把一块海绵拥塞在一个头盔里。
大脑皮层面积的增大，无疑是与它的结构的严密化和功能的精细分化联系着的。皮层上神经细胞胞体的密集排列，承担着寻找外界信息的极其复杂的加工。在此，以记忆为例，人类记忆的机制之一，是在同类外界输入信息的重复作用下，众多的、不同的神经细胞群交替地和重复地参与到整合活动中。记忆的保持或遗忘取决于这些神经细胞群参与工作的数量和质量。如果一次输入所激活神经细胞群在下次被抑制或破坏，还有另外的细胞群参与来取代前者。这说明庞大的神经细胞群参与记忆活动，能保证记忆痕迹在长时记忆中保存。
那么，记忆或思维如何成为有意识的呢？对于意识来说，在脑的中央核心部分，有众多的、短而细的多支神经纤维的神经元，它们之间可进行相互之间往复的平行传导。这种工作方式在脑各级组织中的广泛传导，给脑内留下一种持续的状态，这种状态在进化中逐渐成为一种感觉，它以主观体验的方式进行着自我监督，这就是意识的前身或起源。当这种脑的状态与言语机制相结合，就形成了人类的语词意识。
在人类，言语活动是信息加工的独特载体。语词代表着被极大概括化了的外界事物的涵义。因此，言语刺激和言语思维能激活所涉及的最大神经细胞，在广泛的大脑皮层中进行整合。它涉及思维的分类与归类，记忆的存贮与提取，情绪与动机，皮上与皮下的相互交错联系，这一切导致人的思维加工可在语词意识的水平上进行，并在情绪中产生满意与否的意识体验。
以上描述作为举例说明，无论是记忆的形成，思维的加工或意识的产生，尽管其物质基础和形成机制还不能确切地予以解释，但无疑是与脑这一体积虽小但却是极其庞大和复杂的神经结构的发展联系着的。
大脑皮层的结构与功能
1大脑皮层的外观形态分布与功能分工
大脑皮层有严密的形态结构和机能定位。从外观上看，大脑由左、右两个大致对称的半球构成。两个半球的外层就是大脑皮层。皮层由神经细胞胞体密集排列，其下部是由髓鞘化了的神经纤维所构成。人类大脑皮层的皱折形成了许多沟回和裂。按照这些沟和裂，可把大脑皮层分为额叶、顶叶、枕叶和颞叶。额叶与顶叶由中央沟分开，颞叶在外侧裂下面，与枕叶和顶叶相连接，但没有明确分开的沟。
大脑两半球内侧环绕着的额上回、颞下回、枕颞回、楔回以及颞下沟、顶枕沟等部位，是从两半球的外侧卷折过来的。靠近这些回沟更接近于中心位置的扣带回、海马回等，则属于旧皮层，即皮层内边界的边缘叶部分；围绕着它们以外的部分均为新皮层。大脑两半球是分开的结构，唯有中间的胼胝体是两半球联结的部分。
大脑皮层不同的区域有不同的机能。按照上述的结构分布，大致相应地分为3类机能区：皮层感觉区、皮层运动区和皮层联合区。皮层感觉区又可分为躯体感觉区、视觉区、听觉区。
视觉区。皮层视觉区位于枕叶，是视觉的最高中枢。视觉神经从视网膜上行进入脑，通向低级中枢——外侧膝状体。在上行途中，双眼视神经的一部分投射于同侧外侧膝状体，另一部分交叉到对边外侧膝状体，最后投射到皮层枕叶。由于视交叉是不完全的交叉，因此视觉信息向脑内传递带有双侧性。
听觉区。皮层听觉区位于颞上回，是听觉的最高中枢听觉神经从听觉感受器——内耳柯蒂氏器上行进入听觉低级中枢——内侧膝状体，最后投射到皮层颞叶。由于听觉神经进入脑内后也呈不完全交叉，故而听觉信息向脑内传递也带有双侧性。
躯体感觉区。躯体感觉区位于顶叶中央沟后面的中央后回。这里主管着热、冷、触、痛、本体觉等所有来自躯体的感觉。躯体特定部位的感觉在躯体感觉区有一定的机能定位，其定位有如下特点：颈部以下躯体感觉有对侧性，即左（右）侧躯体信息投射在右（左）侧皮层；整个躯体感觉的机能定位呈倒立分布，即来自躯体上部的信息投射到躯体感觉区下部，来自躯体下部的信息投射到感觉区上部；皮层投射区域的大小，不以躯体器官的大小而定，而是以器官感觉的精细和复杂程度而定。如手和口部感觉精细，内涵丰富，在皮层上占有极大的投射区。
皮层运动区。皮层运动区位于中央沟前面的中央前回。这部位含有大量的锥体细胞，故又称锥体区。皮层运动区的机能定位与躯体感觉区相似，即头面部运动由本侧皮层支配，头部以下躯体运动由对侧皮层支配；皮层运动区的机构定位呈倒立分布，运动区上部支配躯体下部运动，运动区下部支配身体上部运动；同时，动作越精细，越复杂，在皮层的投射区越大。
皮层联合区。大脑皮层中具有起着联络、综合作用的结构和机能系统，称为皮层联合区。它是大脑皮层执行高级心理功能的部位。在种系进化的水平上越高，联合区在皮层上占的比例越大。在人类，除上述感觉区和运动区以外的区域，均为联合区，它占据整个皮层的一半位置。
联合区不直接同感觉过程和运动过程相联系，它的主要功能是整合来自各感觉通道的信息，对输入的信息进行分析、加工和储存。它支配、组织人的言语和思维，规划人的目的行为，调整意志活动，确保人的主动而有条理的行动。因此，它是整合、支配人的高级心理活动，进行复杂信息加工的神经结构。
2大脑皮层的三级区结构与功能
大脑皮层是由6层神经细胞组成的。在进化中，它由下层到上层依次生成，从而这些不同层次结构的功能也不尽相同。在功能上，它们被分为3个级区：初级区、次级区和联络区。
初级区。初级区主要指皮层第4层（感觉性内导层）和第5层（运动性外导层）大锥体细胞密集的部位。它直接接受皮层下中枢的传入纤维和向皮层下部发出的纤维，与感觉器和效应器之间有着直接的功能定位关系。这些部位的神经细胞具有高度的特异性，分别从视、听、肌肉等外周感受器与枕叶、颞叶、中央后回和中央前回联系起来。这种联系是由定位和功能相同的神经细胞聚集在一起，形成垂直于皮层表面的柱状结构，从而区分出投射性的皮层视觉区、听觉区、躯体感觉区和运动区，实现着初级的感觉性和运动性信息传递。整个初级区属于较简单的“投射”皮层结构。
次级区。次级区主要占据着皮层结构比较复杂的第2、3层组织。这些部位由短纤维神经细胞所组成。它们大部分同外周感官没有直接联系。次级区的主要功能是对外周输入的信息进行初步加工，它们还接受来自脑深部传导的冲动。次级区是在种系演化晚期阶段和人类中发展的，其功能是对所接受信息进行分析与整合，在复杂的心理活动中起作用。次级区属于“投射—联络”皮层结构。
联络区。联络区是指位于皮层各感觉区之间和重叠部位。它所包含的皮层区域完全是由皮层的上层细胞所组成，与外周感官无直接联系。联络区在皮层上构成两大区域。其一分布于脑后部两侧枕叶、顶叶和颞叶之间的结合部位，是各感觉区的皮层重叠部分，下顶区是它的基本组成部位。人类下顶区十分发达，占据联络区的四分之一，实际上联络区是人类所特有的组织。其二位于皮层运动区前上方，它在人的行为的复杂程序序列中起作用。它同皮层所有其余部分均有联系。联络区对心理的高级功能，诸如词义、语法、逻辑、抽象数量系统，综合空间标志的整合，以及经验的保存起作用；它协调各感觉区之间的活动，进行皮层最复杂的整合功能，被称为“保存信息、接受加工”的联络区。
大脑皮质分层结构是长期进化的产物。三级区结构的发展在不同类动物中有不同的发展等级。例如，老鼠的大脑皮层只有初级区和次级区的初步分化，没有联络区；猿猴的皮层有了联络区。只有到了人类，大脑皮质的分层次结构才分化得十分清楚。人的大脑皮层初级区受到发达的次级区的排挤，已占据不大的部位，而顶—枕—颞重叠区和额叶皮层的联络区两部分，是最发达的系统。人脑的功能作用，不是由相对分开的区域所完成，整个皮层结构是协同整合的机能系统。
3脑的3个基本机能联合系统
人的心理活动是复杂的机能系统，它们不由脑的局部部位所决定。正像从上述皮层三级区所看到的，每个区域和不同层次起着不同的作用。皮层下结构的功能也是如此。按照脑的功能分工，可划分为3个基本的机能联合系统，任何心理活动都必须有它们的参与：调节觉醒和紧张状态的联合系统；接受加工和保存信息的联合系统；调节和控制复杂活动的联合系统。通过这3个机能系统的工作，可看到人的心理从信息输入、整合到反应的大致图景。
调节觉醒、紧张状态机能系统。为了心理活动的正常进行，保持大脑皮层一定的觉醒状态和适宜的紧张度，具有决定性的意义。保证和调节皮层觉醒状态和紧张度的器官，不是位于皮层本身，而是位于皮层下部位和脑干的网状结构。这些部位与皮层有上、下行的调节联系通路。网状结构上行激活系统激活皮层紧张度。同时通过网状结构下行激活系统受到皮层的调节与控制。借助于这种机制，皮层所需用以进行信息加工的兴奋与抑制的整合能量，从皮层下网状组织得到补充。
激活网状结构下行纤维的皮层部位，首先从额叶开始，并通向丘脑和脑干。这一额叶—网状结构通路，不但输送外导信息，引起有机体的适应行为，更重要的是，额叶的高级功能——意图形成、计划制订、监督计划的执行等有意识活动，是靠额叶—网状结构通路的机能活动实现的。事实上，即将从以下阐述所能看到的，上额叶受损伤，人的能动的心理活动的整个系统，也就是人的高级智能活动，将受到严重的破坏。
接受加工、保存信息机能系统。接受加工和保存信息的机能系统是心理整合的最主要的系统。它涉及大脑皮层的枕—颞—顶叶3个感觉区的3个级区的整合功能。初级投射区的特异性感觉输入——分别为视觉、听觉和躯体感觉的，在次级区即已被整合加工，但仍具有投射性；最重要的是在第三级联络区的广大皮层进行的多方面整合。例如，认识周围地理环境的综合标志，不是由专门化的某一感觉系统所能完成，而是由顶—枕部联络区所整合的反应。因此，顶—枕部受损伤时，空间认知即发生障碍。从直观知觉向以内部图式和广泛概括为前提的抽象思维的过渡，也必须在联络区参与下才有可能。在顶—枕—颞部受损伤时，不能把输入的个别信息整合到统一的结构中去，从而对信息意义的理解发生困难。
颞叶是听觉的中枢。颞叶次级区受损伤导致语音不识症，即“感觉性失语症。”这是左侧颞叶次级区受损伤的基本特征。它影响到听觉记忆和思维，产生“听觉记忆性失语症”。但是在顶—枕—颞叶三级联络区受损时，失去的则是对语法结构的理解。例如对“鸟巢在树枝上”的句子，患者弄不懂“树、鸟、巢、枝”的关系。这时，言语失去工具效应，发生命名障碍，语义不能纳入一定意义的范畴，语义图式完全遭到破坏。左半球额下因或额—颞区（Broca区）受损伤，则失去言语表达动机，构思不能主动发生，导致表达思想成为不可能的“运动性失语症。”
额叶受损伤时，患者在任务面前表现茫然不解。意识不到任务提出的条件，从而不能形成任何意图与计划。病人冲动式地得出答案，不能把答案与任务条件作比较，意识不到自己的答案毫无意义。实际上，额叶与整个皮层，特别是在三级联络区，有广泛的联系，额叶损伤所破坏的是人的能动的心理活动的整个结构。
调节复杂活动机能系统。调节复杂活动的机能系统位于大脑皮层前部中央前回的额叶。中央前回额叶是大脑的执行器官。它由皮层初级区第5层大椎体细胞纤维外导，通向达到肌肉运动器官，引起活动反应。这条通路称为椎体通路（活动的实现还要经过另一条椎体外路来保证）。
人对外来信息不仅简单地予以反应，在加工和保存信息中，产生意图，制订计划、执行程序、监督和控制活动，这就是人类高级的有意识的活动。这些复杂的信息加工是在上述“接受加工、保存信息”的机能系统中进行的，是在额叶次级区和联络区借助言语机制形成的，这就不仅涉及额叶本身，而且在联络区通向整个皮层。由此可见，活动调节机能系统有两个方向的联系，一个是下行通过间脑调节网状激活系统，以形成行为的动力图式；另一个是额叶与皮层所有其他部位的广泛联系，以实现对由意识所支配的行为的调节。因此，额叶不仅对调节皮层紧张度与激活水平起着重要的作用，而且对人的高级思维和决策，对问题解决、实现意志行为等意识活动的调节和控制，在整个皮层联络区的整合加工参与下，起着决定的作用。
综上所述，人的心理是在大脑皮质的3个级区和脑的3个机能系统的协同活动中实现的。外界信息在皮层初级区向次级区、联络区传递，特别是在其中的高级区进行加工。信息的传递过程，第一机能系统保证皮层紧张度，第二机能系统进行分析与整合，第三机能系统保证有意识的、有目的的探索活动。这就是大脑皮层的概略的信息加工图景。
大脑两半球功能差异
看起来似乎是完全对称的大脑两半球，实际上在大小和重量上，尤其在功能上是差异的。这种大脑两半球功能不对称性称为“单侧化”。主要表现在左、右两半球在实现语言、逻辑、数学和空间认知、雕刻、音乐等方面功能的差异。单侧化的研究为人们认识脑的功能提供了新的知识和开辟了新的途径。
1单侧化的证据和实验研究
早在上个世纪，布罗卡发现大脑左半球额叶受损伤导致运动性失语症以来，大量研究已向人们揭示了左半球的语言功能。因此，对右利手者来说，左半球为言语优势半球。然而对有半球的功能，长期以来一直不很清楚。近年来研究发现，右半球也有着单侧优势的重要功能。右利手者在右半球受损伤时，他们的空间和形象认知方面产生障碍，尤其在空间定向和对复杂图形的知觉中，只能知觉局部细节而不能把握整体。有的患者不能识别人的面孔，有的患者不能确定地图坐标。这些不正常现象在右半球受损伤中常见。
但是，这种现象在左利手患者中有时并不十分清楚。有的左利手者，与右利手者正相反，他们的右半球为语言优势，左半球为空间知觉优势。但是，有许多左利手者的两半球功能全然没有单侧化现象。他们的两半球的功能是均衡的，任何一侧受损伤均可导致失语症，而且，未受损伤的半球能较好地补偿受损伤半球的语言功能。这种现象使人迷惑不解，增加了认识两半球功能差异性的难度。
单侧化的进一步研究是在本世纪60年代从“割裂脑”技术中进行的（R Spery，1960）。正常人的脑是作为一个整合的整体起作用的。两个半球各自获得的外界信息，均可立即通过脑中心的胼胝体内连接两半球的神经互相传送到对边半球。但是在患某癫痫发作的病人中，由于胼胝体连接桥的作用，使一边半球的神经发作引起对边半球放电，从而导致两个半球的普遍放电，加剧了癫痫发作。通过割裂脑手术——割断胼胝体在两个半球之间的连接侨，可有效地制止癫痫发作的严重情况。
2大脑两半球功能差异性
割裂脑的研究为证明大脑两半球功能之差异提供了许多证据，但仍不能认为已经十分清楚。已经明确知道的是，左半球支配着言语表达能力，数学运算以及连续的分析综合思维活动，并符合逻辑；右半球能理解简单的语言，如摸出一个螺母表明对“螺母”词作出了反应。但是右半球不能理解抽象的语言形式和进行抽象思维。从语言功能上说，对右利手者，左半球为优势半球，右半球为非优势半球。
许多研究也证明了右半球有着它的特殊功能。右半球支配着空间方位定向和图形认知。它比左半球更好地完成三度空间辨认和绘画立体图形，在按照图案构造立体模型上，比左半球显示更有效的形象构思和形象透视能力。由此推论右半球有着方位知觉、触摸觉、绘画、雕刻等艺术活动方面的优势。还有些研究者认为右半球比左半球更多地支配情绪和梦，从而把与情绪活动密切联系的艺术才能归结为右半球优势。这需要作更多的研究才能予以确定。
两个半球的专门化在个体发展中有一个明显的发展过程，而且它是随着个体掌握语言和言语能力完善化而显示。在儿童时期，左半球受损伤，右半球代偿语言功能将没有多大困难。然而，成年人左半球受损伤，随其受损程度，语言缺陷将是不可避免的和无可取代的。
本节阐述了大量的有关大脑皮层结构的机能定位问题。但必须具有这样一种认识，即有关机能定位的知识大多数来自脑损伤引起的功能缺陷。但确切的损伤定位在病人活着的时候很难十分确切地予以鉴定，同时一处损伤，有时与不同的功能缺陷联系着，而许多种心理功能又完全由某一脑区所掌管。因此模糊不清和模棱两可的情况时常出现，这些困难只能靠大量的神经外科手术资料的积累来加以分析。这个问题即使得到克服，也还有另外一个问题需要对之具有明确的认识，即脑是心理的器官，了解心理活动要依靠脑科学知识；但这只是真理的一半。对脑这一物质基础的依赖，首先需要对心理本身的一定认识。换句话说，不了解情绪的性质，就无从解释脑皮质、皮下多部位与情绪的关系；不了解思维和知觉的区别，也难以分辨皮层不同级区与它们之间的定位关系；刺激额叶一定部位可引起某些回忆，但在对记忆知道更多之前，对此不能作出任何解释。神经生理学和心理学的知识是互相作用和互相促进其研究进展的。

1 不同的 *** 作系统所面向的应用不同，其 *** 作系统本身的大小、占用资源也千差万别。精悍的 *** 作系统内核只需10~20kB程序空间以及数kB的RAM空间，在配置稍高的M3上跑起来绰绰有余。
2 *** 作系统的程序可以储存在片内，也可以储存在片外。这个是根据具体应用确定的。
3 基于相同内核的ARM微控制器/微处理器，不同厂家的实现目的、技术工艺水平不一，因此性能差别较大。即使同一厂家的同一内核，也会分级分类推出配置从低到高的若干个型号。
4 “arm各个系列一定有上下之分吗”ARM进入到Cortex时代后，有一个大体的分类，其中M系列主要用于实现微控制器类功能，主频较低，内核较简单，面向控制领域；R系列强调高实时性，面向实时性要求较高的应用场合；A系列则是面向应用处理器，主频高，内核复杂，具备多内核通信特性，主要面向通讯/消费等高运算强度应用领域。因此不能说凡是Cortex就一定优于ARM11。

目前A9四核是主流，再高就得上A15架构了，A15架构功耗太高，暂时还是不要考虑四核，而且双核A15已经可以干掉几乎所有A9四核了。不过因为功耗问题，A15暂时不能用于手机，平板里也只有Nexus 10这种高端货在用。国产便宜货都有很多A7四核的，架构老的不行啊，跟不上国际潮流。
例外是苹果的A6和A6X，使用了自家设计的swift架构，实际效率和A15差不多，不过更省电一些。A6用在手机里，是降频了，单线程能力暂时是所有手机中最强，多线程不如那些四核八核的高频A9，不过也不弱。A6X里面那个没降频，双核A6X和双核A15差不多。
所以核数不是最重要的，还是要看架构嘛。

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暴露疗法是创伤后应激障碍（ PTSD ）的有效治疗方法，但心理治疗究竟如何影响仍缺乏综合的、以情绪为重点理解。来自斯坦福大学精神病和行为科学部的 Gregory AFonzo 等人在 The American Journal of Psychiatry 杂志上发表了一片文章，通过三种情绪反应和调节范式对长期治疗后的脑功能的变化进行了研究。

创伤后应激障碍（PTSD）对患者的损害是长期的，但可以通过心理治疗进而治愈。一种有效的治疗方法是暴露疗法，有助于患者面对可能引起病发的创伤记忆或现实情境。使患者将安全的适应性信息与威胁结合在一起，重复的暴露会削弱患者的恐惧反应并促进矫正学习，从而减少对刺激的恐惧反应的可能性和强度。

该种疗法通过控制情绪反应（情绪调节）来改变情绪行为的范围，从初始检测和定向到情绪线索（情绪反应性）。虽然暴露疗法已经应用了几十年，但这种疗法究竟如何改变脑功能仍未可知。大部分研究的主要是利用小样本脑影像评估治疗前后某项任务中脑功能的变化（表S1），通常缺乏健康对照的比较。尽管这些研究都为特定过程中的脑部变化提供了重要结果，但这些脑部变化并没有反应出暴露疗法潜在机制。并且由于这些研究缺乏患者控制因素，所以这些变化反映了治疗干预本身还是其他因素（如时间或反复评估效应）也不确定。
本文通过评估情绪反应和调节的三个实验范例，对PTSD进行长时间暴露治疗后，对功能性大脑变化进行综合评估。将随机患者等待列表条件作为对照条件，借助符合意向治疗原则的体素线性混合效应建模分析结果。为了确定治疗相关的变化是否反映出一个脑区对另一个脑区的直接影响，在健康被试组结合单脉冲经颅磁刺激（TMS）和功能性MRI（fMRI）。通过评估对一个脑区的单脉冲经颅磁刺激是否影响另一个脑区域的激活，从而证明直接的下游影响。 TMS是一种非侵入性脑刺激技术，通过磁场刺激皮层区域以及下游靶点中增强激活，从而模拟目标区域的内源性激活，并对神经电路进行实验 *** 作。通过静息状态功能磁共振成像，跟踪暴露治疗如何改变任务相关的神经激活。

以前的PTSD心理治疗成像研究已经观察到患者在治疗后恢复创伤记忆时前额叶激活增加，但是也有研究表明当患者回忆创伤记忆，处理负面或创伤相关的以及处理冲突时前额叶激活也有降低。类似地，在处理冲突画面时前扣带激活增强，而边缘结构如杏仁体和前脑岛在治疗后呈现激活降低。因此，实验结果的主要模式与提出的心理治疗机制相一致：增强前额叶激活，控制用于威胁检测和情绪诱导的边缘结构。在这些发现的基础上，预期长期接受治疗的个体在处理和检测情绪刺激期间杏仁体和前脑岛会观测到更大程度的激活衰减，而在情绪处理的所有阶段（从最初的检测和处理刺激到自动监管情绪）前额叶激活会显著增强。
1 被试，评估和筛选标准

招募18-60岁的被试参与PTSD的心理治疗研究。被试在收到完整的研究报告后提供书面知情同意书。进行基线结构临床测试以评估PTSD症状和其他诊断。
2  行为范式

所有通过筛选标准的被试，在扫描fMRI期间进行3个任务以获取情绪反应，情绪调节和一个对照任务对应的脑区激活，此外还要扫描T1像。

情绪反应性任务： 这个任务通过有意识和无意识地呈现着色后的恐惧或中性面孔来探索目标 - 不相关的情感反应。要求被试识别面部刺激的颜色（Etkin A, Klemenhagen KC,Dudman JT, et al: Individual differences in trait anxiety predict the responseof the basolateral amygdala to unconsciously processed fearful faces Neuron2004）。

情绪冲突任务： 这个任务通过配对恐惧与喜悦的面孔与与之一致或不一致的情感词来形成被试的情绪冲突和冲突适应。要求被试忽略情感词以识别中的面部情感（Etkin A, Schatzberg AF: Commonabnormalities and disorderspecific compensation during implicit regulation ofemotional processing in generalized anxiety and major depressive disorders AmJ Psychiatry 2011;）。

重新评估任务： 被试在两种情况下观看了国际情感画面系统的负面情绪和中性情绪：“look”（负面和中性情绪）和“decrease”（仅负面情绪）。在“look”试验中，要求被试体验自己的真实情绪反应；在“decrease”试验中，要求被试通过对的不同理解来降低对情绪困扰的水平（Minkel JD, McNealy K, GianarosPJ, et al: Sleep quality and neural circuit function supporting emotionregulation Biol Mood Anxiety Disord 2012）。

静息态： 被试完成8分钟的睁眼休息状态的扫描，要求被试保持身体静止，头脑清醒，眼睛专注于屏幕中的固定，放松思维。
3 健康被试的的并行 TMS-fMRI 映射

为了研究神经回路中对下游影响的规范模式，并展示治疗相关变化，对14个健康被试并发扫描TMS-fMRI。
4 随机化分组

在完成基线临床评估和功能磁共振扫描后，66名被试被随机分为两组：1）即时治疗组（36人） 2）等候治疗组（30人）。即时治疗组的被试随实验开始接受临床心理学家的长期暴露治疗；等候治疗组的被试要等待10周，在等待期结束后进行第二次临床评估和fMRI扫描，然后开始接受长期暴露治疗。
5 长期暴露疗法

治疗每周一次或两次，共9至12个90分钟的疗程。在第8次疗程之后患者参与DSM-IV(PCL-C)和Beck Depression Inventory-II(BDI-II)测试，若得分显示症状减轻70%以上，则患者在第9次治疗后可以选择结束治疗，或者继续完成全部的12次治疗，并在第10和第12次治疗结束后再次进行PCL-C和BDI-II测试。暴露疗法的详细内容参见附件材料的Treatment Structure部分。
6 疗效评估

在最后一次治疗后大约4周为被试进行CAPS和SCID测试，完成测试后的第二天再次扫描被试的功能和结构影像，并进行与基线扫描时相同的任务。选择这个持续时间是为了保证疗效评估之前治疗变化的巩固和症状水平的平衡。
7 任务相关的脑区激活

为了研究基线处（即与心理治疗无关）任务相关的脑区激活模式，使用FSL中的阈值化的自由聚类增强和5000次sign-flippermutation检验来分析被试不同任务的图像，显着性阈值设为FWE校正p <005（双尾）。然后分别在全脑和基于PTSD心理治疗相关的脑区ROI（图S1）的结构像中评估任务的影响，全脑分析仅限于来自健康被试组的概率灰质mask（>40％）；ROI包括双侧杏仁核，双侧前脑岛，前前侧中侧扣带皮层以及双侧外侧前额叶皮层（双侧下额叶，中额叶和上侧额叶）。
8 静息态大脑熵的个体分析

研究静息态功能磁共振成像中的区域脑熵，以及随治疗表现出任务相关的变化的脑区的熵也发生变化。熵是时间序列信号中各种变化模式的量度（Shannon CE: A mathematicaltheory of communication Bell System Technical Journal 1948），可以显示潜在脑状态随时间变化范围的移位。熵也与灵活性密切相关，即在不同状态之间变换的能力。

首先对静态态功能影像进行预处理：时间切片校正，运动校正，由于心率，呼吸和白质/ 脑脊液信号造成的运动和生理混乱的强度校正，带通滤波（0009
9 疗效评估

我们通过使用嵌入在纵向线性混合效应模型中的MacArthur方法（Kraemer HC, Wilson GT, Fairburn CG, etal: Mediators and moderators of treatment effects in randomized clinicaltrials Arch Gen Psychiatry 2002）来分析体素级的脑激活和功能连接，以确定治疗组随时间的特异性变化。首先在预先指定的结构mask中使用体素级FDR校正来控制I型误差（图S1）。除了体素分析之外，还提取了左右脑的杏仁核和前脑岛对应每个任务和感兴趣比较分析的平均激活β权值我们还对每个任务和感兴趣的对比进行了来自左右杏仁核和前岛的提取的平均活化重量进行ROI分析。通过促进检测边缘效应完善了主要体素分析，因为这些边缘效应在空间范围上可能很大但幅度较小，无法通过体素级FDR校正。

1 治疗结果

与等待治疗组相比，即时治疗组显示出显著更大的PTSD症状缓解和抑郁症状评分的降低，某些生活质量领域也有显著改善（表S3）
2Baseline Task Effects

基线任务行为变量组差异不显著（所有p> 009）。

基线任务的脑区激活有不同结果：对于情绪反应任务，大脑对fearful vs neutral的意识处理，ROI分析结果显示右侧中额叶回/下额叶回，右前脑岛和中扣带皮层都有显著激活，负激活不显著。全脑探索性分析的结果显示右侧楔前叶/顶叶，脑干和右中眶回也有显著激活，负激活不显著。大脑对fearfulvs neutral的无意识处理，ROI分析结果显示左上额叶回，右下额叶回和右杏仁体显著激活，负激活不显著。全脑分析显示脑干激活，在右侧海马，右中颞回和右侧豆状核有显著负激活。

对于情感冲突任务，incongruent vs congruent：ROI分析显示双侧前额叶，左下额叶回和左额上回显著激活，没有显著负激活。在全脑探索分析显示两半脑均检测到大量活化区域，从颞极延伸穿过脑岛，豆状，下额叶回，中额叶回，上额叶回和中央回，左半球继续延伸到内侧额回和中扣带，全脑分析负激活不显著。congruent fear vs congruenthappy：ROI分析显示左下额叶显著激活，无负激活。全脑分析显示右侧颞回显著激活，左侧海马显著负激活。post-incongruent incongruent vspost-congruent incongruent：ROI分析显示前扣带显著激活，双侧下额叶/中额叶/上额叶和中扣带显著负激活。全脑分析显示没有显著激活区域，但在背内侧前额叶皮层以及外侧和内侧顶叶显示显著负激活。

对于重新评估任务，Look Negative vs Look Neutral：ROI分析显示右侧中额叶回，左前脑岛，左前扣带和左侧杏仁核显著激活，无负激活。全脑分析显示双侧楔舌，左中枕骨回和右下枕后回/梭状回中显著激活，左侧舌回和左后中回显著负激活。Reappraise Negative vs Look Negative：ROI分析显示右下额叶和中额叶，左上中额叶和右前额叶显著激活，无负激活。 全脑分析显示全脑后部大部分，包括视皮层，下外侧颞叶皮层，楔前叶，以及双侧辅助运动区和运动皮层显著激活。详细内容参见附件材料表S4。
3 治疗对任务行为的影响

在“重新评估任务"期间，无论是怎样的实验条件或图像性质，立即治疗组患者对反应的抑郁评分都比等待治疗组都有显著更多的降低。在任务行为上没有发现其他显着的治疗效果。
4 治疗对边缘 ROI 任务相关的脑功能的影响

在任务对比中，治疗没有对左，右杏仁核和前脑岛中的激活产生显著影响（表S5）。
5 治疗对任务相关脑功能的影响的 ROI 体素级分析

情绪反应任务：治疗前后没有显著差异。

情绪冲突任务：治疗前后患者的情绪冲突，冲突调节或情绪反应没有显著差异。

重新评估任务：患者在重新评估范式（“decrease”与“look”）的调节对比中，左侧额叶皮层激活有显著差异（中额叶回，Brodmann区[BA] 10，表S6）。后验分析结果显示立即治疗组（t = 332，p = 0002，图1）随着时间增加有显著激活增加，等待列表组没有变化。ROI没有观察到其他显着差异。但是“look”任务中消极情绪与中性情绪的对比没有发现治疗带来的显著性差异。任务的后续分析表明，左前额叶激活的变化对再评估任务是有选择性的（参见数据补充中的补充结果部分）。
6 治疗对任务相关脑功能影响的全脑体素分析

所有任务和对比都没有发现治疗的显著影响。
7 探索性分析：大脑缓解状态相关功能对应大脑变化的差异

还研究治疗结束时是否有额外的大脑变化作为缓解状态的功能（参见数据补充中的补充结果部分），但没有观察到缓解状态对脑激活差异变化的其他影响。
8 重新评估任务期间的前额连接

为了加深对重新评估任务的理解，使用广义心理生理相互作用分析计算了治疗前后左侧前额叶皮层与全脑的相关功能连接的变化（McLaren DG, Ries ML, Xu G, etal: A generalized form of context dependent psychophysiological interactions(gPPI): a comparison to standard approaches Neuroimage 2012）。此外在腹内侧前额叶皮层（嗅皮层/前扣带/中轨道回;BA 25和32）及其延伸到相邻腹侧纹状体（核伏核/尾状核）的区域发现有显着治疗-时间相互作用（表S7）。后验分析显示立即治疗组该区域与外侧前额叶皮层间的功能连接在治疗后连接增强（t = 309，p = 0003，图2A），等待列表组没有显著降低（t = 2173，p值=0087）。在全脑分析中没有检测到治疗的其他影响。
9 脑  -  行为关系：额极激活的变化

通过分析左侧前额叶激活的变化与PTSD症状和生活质量变化的关系来评估脑区激活是否具有临床意义。选择以下指标：疾病特异性，症状集中程度，近位治疗目标以及转诊，生命功能重点和治疗成功的远端指标。在广义线性模型中控制基线症状和激活（针对DSM-IV的临床医生管理的PTSD量表的分数模型，其三个子量表，以及世界卫生组织生命质量量表的三个子量表，分别构建这些量表得分的独立模型），并使用Bonferroni校正多重比较（p<0007），结果表明发现脑区激活的增加与立即治疗组中CAPS超听症状的改善相关（Wald x2 = 771， p = 0005），而这一相关与等待列表组中这两项之间的相关有显着差异（Wald x2 = 828，p = 0004，图3A），等待列表组两项间显著不相关。此外，即时治疗组左前额叶激活的增加与心理健康（WHO-QLL-BREF的心理健康子量表）的改善显著相关（Wald x2 = 9507，p<0001），同样的这一相关与等待列表组中这两项之间的相关有显著差异（Wald x2 = 793，p = 0005，图3B），而等待列表组两项间显著不相关。
10 前额叶静息态熵和功能连接的治疗相关变化

由于前人研究发现侧向前额叶皮层可以在刺激依赖性和不依赖刺激不依赖性的精神状态之间灵活切换（Daw ND, O’Doherty JP, Dayan P,et al: Cortical substrates for exploratory decisions in humans Nature 2006Burgess PW, Dumontheil I, Gilbert SJ: The gateway hypothesis of rostralprefrontal cortex (area 10) function Trends Cogn Sci 2007），因此前额叶皮层的变化可能不仅仅与大脑的情感反应和情感调节相关。在研究中计算了在外侧额叶皮层及其腹内功能连接在静息态时血氧依赖水平（BOLD）信号是否在心理治疗后显示出更大的灵活性，这可能是大脑精神状态变化多样性的一个潜在脑部标记。被试BOLD熵提供了大脑状态变化模式的多样性随时间的定量测量（图4A）。从前面研究中确定的脑区中提取熵值，在结果表明治疗-时间对外侧前额叶皮层的熵变有显著相互作用（F = 2657，p<0001），但是腹内侧前额叶皮层/纹状体中不显著。在前额叶皮层中，具体表现为即时治疗组熵增（t = 3968，p<0001），而等待列表组熵减（t = 23080，p = 0003）（图4B）。此外还分析了两区域间的静息态功能连接，发现治疗-时间的相互作用对其并不显著。患者治疗前后外侧前额叶皮层静息态内部功能连接有显著变化，但内侧前额叶皮层/腹侧纹状体的内部功能连接没有显著变化，仅在静息态表现出时间序列的熵增，这说明治疗后比治疗前大脑精神状态有了更多的变化方式。
11 健康被试的随访实验：使用单脉冲 TMS 结合 fMRI 研究额极对腹中前额叶皮层 / 腹部纹状体的影响

由于额极与腹中前额叶皮层在功能和结构都相关，因此本文假设它们的相互作用是由额极皮层对腹内侧前额叶皮层/腹侧纹状体的直接下游影响引起的。在与主实验同时进行的TMS-fMRI（N = 14）的健康被试中，将单个TMS脉冲应用于左外侧额极皮层，并将主运动皮层的单个TMS脉冲作为对照刺激控制部位。然后提取两组刺激部位在再评估任务期间与腹中前额叶/腹侧纹状体功能连接发生变化的区域中的被试平均BOLD信号进行比较（表S7）。左额极TMS的被试组腹中侧前额叶皮层/腹侧纹状体区域的激活被显著抑制（t = 2389，p = 0002），且这一激活抑制与对照组右侧运动皮层TMS刺激对该区域激活的作用有显著差异（t = 2280，p = 0016），对照组对该区域的激活没有影响（图2B）。体素分析发现了同样结果，并且在全脑分析中观察到额外的效果（表S8）。
PTSD适应性心理治疗变化的关键机制之一，是患者对负面情绪的调节体现在额极的功能变化上。本文研究在心理治疗期间发现通过心理治疗增强了腹内侧区域和额极的功能连接，且在健康被试中发现额极对腹内侧区域产生了下游影响，这些结论对心理治疗如何影像大脑功能提出了新的概念，并且对基于刺激的治疗找到了有希望的目标区域，当然还需要进一步研究额极皮层对PTSD的功能意义及其在暴露治疗后的变化。
参考文献：Fonzo G A, Goodkind M S, Oathes D J, et al Selective effectsof psychotherapy on frontopolar cortical function in PTSD[J] American Journalof Psychiatry, 2017: appi ajp 201716091073

植物人（vegetative being）是与植物生存状态相似的特殊的人体状态。除保留一些本能性的神经反射和进行物质及能量的代谢能力外，认知能力（包括对自己存在的认知力）已完全丧失，无任何主动活动。又称植质状态、不可逆昏迷。植物人的脑干仍具有功能，向其体内输送营养时，还能消化与吸收，并可利用这些能量维持身体的代谢，包括呼吸、心跳、血压等。对外界刺激也能产生一些本能的反射，如咳嗽、喷嚏、打哈欠等。但机体已没有意识、知觉、思维等人类特有的高级神经活动。脑电图呈杂散的波形。植物状态与脑死亡不同，脑死亡指包括脑干在内的全脑死亡。脑死亡者，无自主呼吸，脑电图呈一条直线。

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