从肌肉讲起,而不是大脑
当你弯曲一根手指时,那感觉就像命令直接来自“你”——来自头顶某处。但大脑从不直接碰到肌肉。运动是一场接力,而这场接力的最后一棒,是一个一路延伸到肌肉、命令它收缩的神经细胞。我们就从这里讲起,从终点线讲起,因为它是整个故事中最具体的部分:一个细胞、一根“电线”、一次拉动。
这个“最后一棒”细胞是一个神经元——神经系统中最基本的信号细胞。它细长的输出纤维,也就是轴突,离开脊髓,穿过一条神经一路通向肌肉。本课要做的,就是去看看那根轴突最终抵达之处,究竟发生了什么。
运动单位:一个神经元和它的肌纤维
一根运动轴突并不是只连到一条肌纤维。在靠近肌肉处,它会分叉——就像一根花园水管分成许多喷头——每一根分支都抓住一条不同的肌纤维。一个神经元加上它所控制的全部肌纤维,合称为一个运动单位——这是你的神经系统能单独开启的最小一块肌肉。
运动单位的大小,告诉你控制有多精细。在眼部肌肉里,一个神经元可能只指挥寥寥几条肌纤维,所以眼睛能极其精准地瞄准。在粗大的大腿肌肉里,一个神经元可能一次指挥上千条肌纤维——笨拙,却有力。当你激活一个运动单位时,其中的每一条肌纤维都会一起抽动,要么全有,要么全无。
motor neuron
(cell body in
spinal cord)
|
| axon
v
__/|\__ <- axon branches
/ | \
[fiber][fiber][fiber] = ONE motor unit
\____ all twitch together ____/神经肌肉接头:脉冲变成抽动
在一根轴突分支与一条肌纤维相遇之处,存在一道极小的缝隙——神经和肌肉其实并不接触。这个特殊的相遇点就是神经肌肉接头,它不过是一种特定的突触:一个细胞把信息传给另一个细胞的地方。可以把它想象成一座码头,电信号在这里被装上化学渡船,渡过那片水域。
交接是这样进行的。一个神经信号——一个动作电位,一道快速的电脉冲——沿着轴突飞奔,抵达末端。它无法跳过缝隙,于是触发释放一种化学信使,即神经递质。信使飘过缝隙,落在肌肉表面,在肌肉里点燃一个崭新的电信号,让它收缩。电,再到化学,再回到电——一道脉冲就这样变成了一次抽动。
α运动神经元:最终公共通路
那个一路通向肌肉的细胞有个名字:α运动神经元。它的胞体位于脊髓中,它的轴突,正是我们一直追随的那根“电线”。它是唯一能真正让骨骼肌动起来的细胞——除了经过它,没有任何信号能抵达肌肉。
这正是它被称为最终公共通路的原因。你想挥手的意图、一个惊吓反射、走路的节奏——所有这些截然不同、源自不同地方的命令,都必须汇聚到同一个α运动神经元上,才能对外界产生任何影响。想象许多条道路并入同一个收费站:无论你想让肌肉做什么,命令都得穿过这一道关口。
这个神经元也是一对经典概念中的下半部分。神经科学家把运动系统分为上运动神经元和下运动神经元:*上*神经元住在大脑里,把命令往下发;而*下*神经元——也就是我们的α运动神经元——才是真正接触肌肉的那个细胞。我们现在有意停留在下端;大脑里的上神经元,是后面课程的内容。
把它串起来:一道命令,从头到尾
让我们把一次抽动从命令到动作完整走一遍,好让各个部分各就各位。
- 脊髓中的一个α运动神经元发放一个脉冲,沿着它的轴突向肌肉射去。
- 在每一个神经肌肉接头处,脉冲都把乙酰胆碱释放到那道微小的缝隙里。
- 乙酰胆碱落在肌纤维上,在它内部点燃一个新的电信号。
- 那个运动单位里的每一条肌纤维都一起收缩——一次干净利落的肌肉抽动。
平滑、可分级的运动——轻轻端起一只杯子,与一把抓住它——来自脊髓招募更多运动单位、并让它们发放得更快,而不是来自某一次抽动本身可以调节。记住这个想法:真实的运动,是许许多多这种“全有或全无”的单位,在时间里调和而成。我们之后要加入的一切——大脑的命令、各种反射、小脑的平滑修饰——不过是更聪明地决定该让哪些α运动神经元发放、以及何时发放。