神经生物学第一章.ppt

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1、神经生物学第一章 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望 人类应当知道，因为有了脑，我们才有了乐趣、欣喜、欢笑和运动，才有了悲痛、哀伤、绝望和无尽的忧思。因为有了脑，我们才以一种独特的方式拥有了智慧、获得了知识；我们才看得见、听得到；我们才懂得了美与丑、善与恶；我们才感受到甜美与无味同样，因为有了脑，我们才会发狂和神志昏迷，才会被畏惧和恐怖所侵扰我们之所以会经受这些折磨，是因为脑有了病恙由于这样一些原因，我认为，脑在一个人的机体中行使了至高无上的权利。希波

2、克拉底2百年来与神经科学有关的诺贝尔奖获得者选介(I)C.S.Sherrington(英英)18571850190019502000C.Golgi(意意)19261934神经元染色方法神经元染色方法18431852R.Cajal(西班牙西班牙)“神经元学说神经元学说”形形态态190619521932“突触突触”定名定名“反射反射”概念概念“交互交互”抑制抑制反射学说反射学说生生理理电电生生理理18891977感觉神经纤维电活动感觉神经纤维电活动传入冲动大脑诱发电位传入冲动大脑诱发电位神经控制骨骼肌运动机制神经控制骨骼肌运动机制E.D.Adrian(英英)电生理电生理O.Loewi(德德 英英)

3、196118731936（乙乙酰酰胆胆碱碱）神神经经化化学学蛙心灌流实验蛙心灌流实验“迷走物质迷走物质”19681875H.Dale(英英)神经末梢分泌神经末梢分泌乙酰胆碱乙酰胆碱ACh神经化学神经化学18741965194419631888J.Erlanger(美美)H.S.Gasser(美美)阴极射线示波器阴极射线示波器神经纤维的分类神经纤维的分类ABC19731881W.R.Hess(瑞士瑞士)脑立体定位仪脑立体定位仪 hypothalamus方方法法学学创创新新1949电生理电生理OxfCambridge徒手切脑片徒手切脑片银染神经元银染神经元染出神经末梢，发现神染出神经末梢，发现神经

4、元之间无原生质联系经元之间无原生质联系生理科学进展2001，32：187神经药理学神经药理学分子药理学分子药理学百年来与神经科学有关的诺贝尔奖获得者选介(II)1850190019502000J.C.Eccles(澳大利亚澳大利亚)191419031963A.L.Hodgkin(英英)B.Katz(德德 英英)1917A.F.Huxley(英英)细胞内微电极细胞内微电极突触后电位突触后电位抑制性递质抑制性递质突触突触电压钳技术电压钳技术动作电位的离子学说动作电位的离子学说数学方程表述数学方程表述 NM终板电位终板电位递质递质“量子释放量子释放”1911动动作作电电位位机机制制19051983U

5、.Von Euler(瑞典瑞典)交感神经递质交感神经递质去甲肾上腺素去甲肾上腺素1970儿茶酚胺代谢儿茶酚胺代谢影响影响CAs的药物的药物电生理电生理1912J.Axelrod(美美)（儿儿茶茶酚酚胺胺）神神经经化化学学1913(左右脑左右脑)R.W.Sperry(美美)1981“脑功能侧化脑功能侧化”D.Hubel(加加 美美)19261924T.Wiesel(瑞典瑞典 美美)信信息息加加工工视视皮皮层层E.Neher(德德)1991B.Sakmann(德德)大脑视觉信息加工大脑视觉信息加工视觉系统发育的可塑性视觉系统发育的可塑性膜膜片片钳钳单单通通道道方方法法学学膜片钳技术膜片钳技术单个离

6、子通道电流记录单个离子通道电流记录1999英，澳CambridgeCambridgeLevi Montalcini(意意)1986 Nerve growth Factor(NGF)百年来与神经科学有关的诺贝尔奖获得者选介(3)1850190019502000192619232000P.Greengard(美美)1930E.Kandel(美美)A.Carlsson(瑞典瑞典)神经系统中神经系统中的信号转导的信号转导蛋蛋白白磷磷酸酸化化慢慢突突触触传传递递多多巴巴胺胺神经科学 基础神经科学(脑科学)临床神经科学1.临床神经科学-研究神经系统疾病为主 神经病学 神经外科学 精神病学2.神经生物学-基

7、础理论研究为主 是生命科学中的一门基础实验科学，以研究神经系统为目的的综合科学（实验科学）包括多种传统学科：神经解剖学、神经组织学、神经生理学、神经化学、神经药理学、神经病理学、分子神经生物学和神经心理学。6一、神经生物学发展简史一、神经生物学发展简史 1.发育神经生物学 DevelopmentNeurobiology2.比较神经生物学ComparativeNeurobiology3.分子神经生物学MolecularNeurobiology4.细胞神经生物学CellularNeurobiology5.系统神经生物学SystemicNeurobiology6.行为神经生物学BehavioralN

8、eurobiology从研究的内容和角度可分6个学科，但就一个课题，多是多学科多种研究方法结合。二、二、神经生物学的分科神经生物学的分科三、神三、神经经生物学地位生物学地位从上个世纪90年代以来，分子生物学快速发展。人类有33.5万多结构基因，60%以上在神经系统有表达。美国于1990年推出了“脑的十年计划”，接着欧洲和日本也相继开展了神经生物学相关的大型研究计划，21世纪为“脑的世纪”。研究队伍的学科范围不断壮大。从神经生物学的几个主要杂志的影响因子上可以看出：自然神经科学的影响因子是15,神经元的影响因子是14,神经科学杂志的影响因子是8，此外，科学期刊上还有专门的神经生物学专题，其中的文

9、章数量在生物学领域几乎是最多的。8掌握要点1.尼式体的存在部位及尼式体的存在部位及组组成成2.神神经纤维经纤维的定的定义义及分及分类类3.突触和化学性突触的定突触和化学性突触的定义义、突触分、突触分类类。4.神神经经胶胶质细质细胞的主要功能胞的主要功能5.星形胶星形胶质细质细胞的主要功能和特异性胞的主要功能和特异性标标志志物物9第二章第二章 神经组织的结构和功能神经组织的结构和功能神经组织细胞组成：神经组织细胞组成：神经元：1011 神经胶质：为神经元数量的10-50倍。神经元接受、加工并传递信息，是神经系统的遗传、解剖、功能和营养单位。神经胶质细胞主要起隔离、支持及营养周围神经元的作用。10

10、结构特点：树突(dendrite)输入信号神经元 胞体(核周体，perikaryon)整合信号 轴突(axon)传导输出信号11第一节第一节 神经元神经元 神经元的分类：p按神经突起数目分类：假单极、双极、多极p按树突分类：分布：锥体细胞、星形细胞 树突棘的有无：棘状神经元、无棘神经元p按功能分类：初级感觉神经元、运动神经元、中间神经元p按轴突长度分类：高尔基型神经元或投射神经元 高尔基型神经元或局部环路神经元p按神经递质分类：胆碱能、单胺能、氨基酸能、肽能神经元12按神经突起数目分类按神经突起数目分类按树突分类按树突分类1314一、胞体一、胞体细胞膜(神经元膜):脂质双层、膜蛋白细胞质、细胞

11、器：线粒体、高尔基体、溶酶体、尼氏体等尼氏体(nissl body)，又称嗜染质：p存在部位：胞体、树突p组成及功能：粗面内质网膜蛋白、分泌蛋白 游离核糖体结构蛋白细胞骨架：参与神经元形态维持、运动、物质转运 微管：轴浆运输 微丝：收缩功能 神经丝：支持作用15细胞骨架细胞骨架16细胞核直径：5-10 m核膜：0.1 m核孔核内：染色体17树突：胞体向外发出的树状突起，为胞体的延伸部分。在延伸过程中逐渐变细，不断发出分支，与其他细胞的轴突终末构成突触。树突树（dendritic tree）:单个神经元的树突。内容物：与胞体大致相同，但逐渐减少。细胞骨架（微管）、线粒体、尼氏体功能：是神经元信息

12、传入的功能区。与其它神经元的轴突终末形成突触，接受信息，将信息传向胞体，经整合后由轴突或树突传出。18二、二、树树突（突（dendritedendrite）树突树树突树19结构特点树树突棘突棘(dendritic spine):树突表面多种形状的突起，是树突的重要结构标志。树突与轴突的区别：含有尼氏体20树突棘树突棘三、轴突和轴突终末三、轴突和轴突终末轴突(axon)：轴丘始段主干轴突终末轴丘(axon hillock)：发起自胞体的一个几乎没有游离蛋白质和粗面内质网的三角形或扇形区，但有大量的微丝和微管。轴突始段(axon initial segment)：从轴丘顶端到开始出现髓鞘的轴突部分

13、。始段的兴奋阈值最低，是神经冲动的触发区。轴膜（axolemma）：轴突的质膜。轴浆或轴质（axoplasm）:内含细胞骨架、线粒体、光面内质网等，但没有核糖体和粗面内质网，不能合成蛋白质，所需蛋白质完全依靠轴浆运输。2122轴丘轴丘 轴浆运输：物质沿着轴突双向流动。p顺向转运：胞体轴突末梢 （注射放射性氨基酸）p逆向转运：轴突末梢胞体 （辣根过氧化物酶法）快速运输：有膜的细胞器（递质囊泡、分泌颗粒等）200-400 mm/d慢速运输：细胞骨架(微管、微丝)，0.1-1 mm/d 轴浆运输的作用:参与物质运输，与神经纤维的信息传递 以及轴突的生长、再生有密切关系。2324放射性示踪法放射性示踪

14、法25辣根过氧化物酶示踪法辣根过氧化物酶示踪法Preganglionicneuronsintheembryonicratspinalcord(E14)retrogradelylabeledafterHRPinjectionintothestellateganglion(T1-T3indicatethoracicsegments)26轴浆运输轴浆运输轴轴突突终终末（末（axon terminal）或）或终终末扣（末扣（terminal bouton）：）：轴突在末端处失去髓鞘，并发出一些细小终末样分支，逐渐变细并在末端膨大成球状或者扣状。轴突终末的细胞质与轴浆相比：没有微管突触囊泡：直径约40

15、nm大量线粒体膜受体：接受外界信息，加以整合，以修正和调整递质的合成和分泌。轴突作用：神经冲动的传送区，主要是传出信息，现在认为有的轴突也可以接受信息。27 终末扣就像一个膨胀的圆盘。末梢是轴突和其他神经元（或其他细胞）的连接点，并在此将信息传递给它们，这个连接点又称为突触。28神经纤维是指神经细胞发出的长轴突或长树突，其主要功能是传导兴奋或冲动。分类：有髓纤维、无髓纤维有髓有髓纤维纤维：轴突除起始段起始段和终终末末外均包有髓鞘。髓鞘不连续，相邻两段髓鞘间的轴突部分称为郎郎飞结飞结(Ranviernode)。髓鞘主要由髓磷脂髓磷脂(myelin)组成，对兴奋传导起绝缘作用。p中枢神经系统的髓鞘

16、：少突胶质细胞p周围神经系统的髓鞘：施万细胞29四、神经纤维四、神经纤维3031人有髓神经纤维髓鞘少突胶质细胞与中枢有髓神经纤维关系模式图无髓无髓纤维纤维：p周围神经系统的无髓神经纤维：施万细胞沿着轴突一个接一个地连接成连续的鞘，但不形成髓鞘，故无郎飞节。一个施万细胞可包裹许多条轴突。p中枢神经系统的无髓神经纤维：轴突外面没有任何鞘膜，因此是裸露的轴突。323334神经纤维的分类（根据直径大小）纤维类别来源直径(m)传导速度(m/s)电生理学上的分类 肌梭及腱器官的传入纤维122270120A 皮肤的机械感受器传入纤维（触、压、振动感受器传入纤维）5122570A 皮肤痛温觉传入纤维，肌肉的深

17、部压觉传入纤维251025A无髓的痛觉纤维，温度、机械感受器传入纤维0.11.31C35神经纤维的分类（根据传导速度和动作电位的特点）纤维分类A 类（有髓纤维）B类（有髓纤维）C类（无髓纤维）AAAAsCdrC来源初级肌梭传入纤维和支配梭外肌的传出纤维皮肤的触压觉传入纤维支配梭内肌的传出纤维皮肤痛温觉传入纤维自主神经节前纤维自主神经节后纤维后根中传导痛觉的传入纤维纤维直径(m)13228134814130.31.3 0.41.2传导速度(m/s)701203070153012303150.72.3 0.62.0锋电位持续时间(ms)0.40.51.22.0负后电位%锋电位高度35无35无持续时

18、间(ms)1220-5080-正后电位%锋电位高度0.21.54.01.51030持续时间(ms)40601003003004007510036 不同种不同种类类的神的神经纤维经纤维，其，其兴奋传导兴奋传导速度速度取决于：取决于：p神神经纤维经纤维的直径的直径 传导传导速度速度(m/s)=6 直径直径(m)p有无髓鞘有无髓鞘p髓鞘的厚度髓鞘的厚度p温度高低：皮温（温度高低：皮温（25-35），每上升），每上升1 ，传导传导速度加快速度加快2-3 m/s37 神经纤维根据信号传导的方向，分为传入神经纤维(afferent fibers)和传出神经纤维(efferent fibers)传入神经纤维

19、（将信号由周围传至中枢）1.躯体反射传入纤维（类或A类）支配肌肉，向中枢传递牵张感受器引起的神经冲动，参与反射性调节活动，不到达丘脑和皮质。2.躯体感觉传入纤维（、类）在脑干、丘脑换元，投射到皮质，形成意识。38393.内脏反射传入纤维（直径1-6 m）控制重要内脏活动（主动脉反射、肺迷走反射、排尿反射等）。位于副交感纤维内，多在脊髓和延髓形成反射联系，而不投射到高级中枢，不负责有意识的感觉。4.内脏感觉传入纤维（A 和A类）传导有意识的内脏感觉，投射到大脑皮质。腹部内脏痛-交感性内脏传入 胸部气管、食管和盆腔等内脏痛-副交感性内脏传入40 传出神经纤维（将信号由中枢传向周围）1.躯体传出纤维

20、（A类）A、A梭外肌纤维 A 梭内肌纤维2.内脏传出纤维 B类纤维：自主神经的节前纤维 s.C：自主神经的节后纤维 自主性传出纤维，将自主神经冲动传输给心肌、平滑肌和腺体。41突触(synapse)：是两个神经元之间或神经元与效应器细胞之间特异的功能性接触点。构成：突触前神经元突触间隙突触后神经元神经元学说(neuron theory)神经元借助突触相互联系构成了神经系统。42第二节第二节 突触和突触回路突触和突触回路 按功能分类：p化学性突触(chemical synapse)：通过神经递质等化学物质在神经元之间传递信息的突触。p电突触(electrical synapse)：通过电流在神经

21、元之间传递信息的突触。43一、化学性突触(一)结构：突触前部、突触间隙、突触后部1.突触前部（anteriorpartofsynapse）是突触前的轴突终末，也称终扣(terminalbouton)。结结构：构：p突触囊泡p突触前膜：突出前致密突起p线粒体、滑面内质网、微管、神经丝44突触囊泡(synaptic vesicle)：由膜包被，含有神经递质的囊泡结构，是递质合成、贮存和释放的基本单位。分类(按大小和内含物电子密度不同)p小清亮突触囊泡(31-60 nm)-经典递质 圆形：乙酰胆碱、谷氨酸等 扁平形：-氨基丁酸、甘氨酸等p小致密核心囊泡(40-70 nm)-单胺递质p大致密核心囊泡(

22、70-120nm)-多肽类45小清亮突触囊泡小清亮突触囊泡大致密核心囊泡大致密核心囊泡46突触活性区(synaptic active zone)：突触囊泡突触前致密突起：突触前膜胞浆面附着的致密物质。4748突触小泡融合过程中突触小泡融合过程中的的SNARE蛋白假说蛋白假说2.突触后部(posteriorpartofsynapse)结构：突触后膜、突触下网、线粒体、滑面和粗面内质网、微丝、微管等突触后膜致密区突触后膜致密区(postsynaptic density,PSD):突触后膜的胞浆面有一层电子密度很强的致密物质聚集。组成：颗粒物质和细丝，有的细丝伸至胞浆形成突触下网，并可与突触下致密小

23、体相联系。作用：信息传递的重要结构，内含70多种化学成分。l细胞骨架蛋白l神经递质的受体蛋白l通道蛋白l使神经递质失活的酶类：胆碱酯酶49突触后膜致密区突触后膜致密区503.突触间隙(intersynapticspace)突触前膜和突触后膜之间的空隙，宽度约为20-40nm。结构：粘多糖、糖蛋白和唾液酸、突触间丝。突触间丝(intersynapticfilament)：平行附着于突触前后膜上，固定突触前后膜。51(二)化学性突触的分类1.按生理功能分类：52兴奋性突触兴奋性突触(Gray型型)抑制型突触抑制型突触(Gray型型)突触囊泡 圆形为主 扁平形为主 突触前膜致密突起之间距离约80 n

24、m约60 nm突触间隙 约30 nm 约20 nm 突触后致密物质 2050nm（不对称型突触）（不对称型突触）1020nm（对称型突触）（对称型突触）2.按突触联系方式：p轴树突触/轴棘突触p轴体突触p轴轴突触p树树突触533.特殊形态的突触A.平行性突触(parallel synapse)B.连续性突触/串联性突触(serial synapse)C.交互性突触(reciprocal synapse)D.突触小球(synaptic glomerulus)E.自突触(autapse)54二、二、电电突触突触(electric synapse)最大特征是两个神经元膜相距非常近(2-3nm)，为缝

25、隙连接。结构：缝缝隙隙连连接接通通道道(gap junction channel)：由6个相同的蛋白质亚基围成的连连接接子子(connexon)，中心是一个亲水性孔道，直径约2nm。两侧的连接子相互准确对接，形成贯穿两侧细胞膜的通道。与化学突触比较：信号双向传递;传导速度快，几乎没有突触延搁;孔径较大，可以通过1.2kD的分子;55缝缝隙隙连连接接56三、突触回路(一一)局部神局部神经经元回路元回路投投射射神神经经元元：长轴突的，起远距离联系作用，与终止的胞体不在同一核团内的神经元。局局部部回回路路神神经经元元(local circuit neuron,LCN)：短轴突或无轴突的神经元，与其相

26、连接的神经元在同一核团之内或附近，起局部联系和整合作用。由LCN构成的功能活动环路，为局局部部神神经经元元回回路路(local neuronal circuit,LNC)。三种类型：一种LCN组成：Renshawcell（润绍细胞）二个LCN组成：交互性突触多个LCN组成57(二)微回路：由局部回路神经元的胞体、树突、轴突的一个或几个突触形成的微小局部环路，是一个独立的整合单位。58LNC的作用：p种系发生：功能复杂化p个体发生：脑沟回的发育(三)神经网络 神经网络的基础在于神经元。把神经元数学化，产生了神经元数学模型。神经网络模型是以神经元的数学模型为基础的，由网络拓扑、节点特点和学习规则来

27、表示，可以表达实际物理世界的各种现象。59 是神经系统的间质细胞或支持细胞。由于缺少Na+通道，各种神经胶质细胞均不能产生动作电位，不具有传导神经冲动的功能。p中枢：星形胶质细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞 和室管膜细胞p周围：施万细胞 功能：支持作用；绝缘作用；屏障作用；营养性作用，参与修复和再生；参与神经递质摄取与分泌；维持神经元周围的离子平衡。60第三节第三节 神经胶质细胞神经胶质细胞一、星形胶质细胞(astrocyte)星形胶质细胞胞核含异染色质，胞浆内无尼氏体，有糖原、溶酶体和胶质原纤维(glial filament)，细胞突起无树突和轴突之分。根据胶质原纤维的含量和突起的形状分类：p

28、原浆性原浆性:有很多分支的粗短突起，胞浆内胶原纤维 较少核较大，染色略浅，主要存在于灰质。p纤维性纤维性:有较少分支的细长突起，胞浆内胶原纤维 多，核染色较深，主要分布在白质。血管周足：星形胶质细胞突起的末端膨大，以终足形式包裹在脑毛细血管表面，参与构成血脑屏障。616263特异性标志物：胶质原纤维酸性蛋白(GFAP),非神经元烯醇化酶(NNE)功能：参与谷氨酸和-氨基丁酸的重吸收代谢；对K+有空间缓冲作用，参与神经冲动消失过程；参与某些跨突触的信号传递过程；诱导和维持血脑屏障的组成；胚胎发育过程中神经细胞迁移的脚手架；分泌多种神经营养物质，维持神经元存活和神经突起生长，参与损伤早期修复。64

29、65K+空间缓冲空间缓冲递质代谢递质代谢室管膜细胞(ependymalcell)：分布：脑室和脊髓中央管内壁上。作用：p支持作用p分泌脑脊液p向脑脊液中分泌或摄取 某些激素66二、少突胶质细胞(oligodendrocyte)胞体小突起少，核小而圆，胞质致密，主要含有核糖体、线粒体和微管。根据细胞的分布分类：束间少突胶质细胞：分布在白质神经纤维束之间，成行排列神经周少突胶质细胞：分布在灰质神经细胞周围作用：参与中枢神经系统中髓鞘的形成；抑制神经元轴突生长鉴定：半乳糖脑苷脂(galactocere-broside,GC)髓鞘碱性蛋白(myelinbasicprotein,MBP)髓鞘相关糖蛋白(myelinassociatedglucoprotein,MAG)67三、小胶质细胞(microglial cell)胞体小，呈细长或三角形，染色深，突起少且较粗短，有分支，其上有大量小棘突。在灰质中的分布多于白质。作用：中枢神经系统的巨噬细胞。6869少突胶质细胞少突胶质细胞小胶质细胞小胶质细胞70