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神经生物学绪论NEUROBIOLOGYINTRODUCTION一、神经科学的兴起人类的优势是有思想、文字和语言。所有这些又是人类特有的极为发达的大脑的产物。因此，揭示人脑的奥秘，是人类面临的最大挑战之一。对神经系统的科学研究，大部分是在20世纪进行的。神经科学这门综合学科在过去二十多年中有显著的进展，加深了我们对神经系统的奥妙的了解，改善了对神经系统疾病的预防、诊断和治疗，促进了相关学科的发展。•解剖学方面19世纪意大利解剖学家CGolgi发明了银染法选择性显示神经细胞1907年西班牙科学家SRCajal出版了《人和脊椎动物神经系统组织学》，确认神经系统由神经元构成，并进行了分类。于1906年共享诺贝尔生理学或医学奖。•神经生理学方面19世纪末英国生理学家CSSherrington1897年首次提出突触（synapse）EAdrain1925年首次在单根神经纤维上记录电脉冲Sherrington和Adrain获得1932年诺贝尔奖•生化药理学方面TRElliot1904年首先提出交感神经末梢释放肾上腺素作为传递物质JNLangley1905年提出神经支配骨骼肌引起的兴奋是由与尼古丁有关的化学物质所传递OLoewi用蛙心灌流实验显示迷走神经末捎释放“迷走物质”使心脏抑制。以这些为基础建立神经末梢化学传递的理论，同时也建立了配体和受体相互作用的理论。•心理学方面19世纪初维也纳医生FJGall首先提出脑是思想的器官，脑内至少有35个区域分别司理模仿、希望、理念、破坏性等各种心理活动，提出所谓“颅相学”。法国神经病学家PFlourens认为脑的任何一部分都管理所有功能，无真正分工。医学神经生物学关新民主编人民卫生出版社相关参考书、杂志:中文书目:神经生物学寿天德主编神经发育分子生物学陈宜张主编细胞和分子神经生物学左明雪主编神经元：细胞和分子神经生物学舒斯云主译神经科学纲要韩济生主编1.什麽是神经生物学？•神经生物学（Neurobiology）是一门对动物和人类的神经系统进行生物学研究的综合性科学。•它从分子水平、细胞水平到神经网络（细胞间的活动）乃至整体系统水平上研究神经系统；以了解各个水平上的结构与功能的相互关系；神经系统的生长、发育、衰老、调亡规律；为阐明行为和心理产生的机制；物质产生精神活动的机理提供依据。二.神经生物学的研究范畴及分支•1.分子神经生物学：•2.细胞神经生物学：•3.系统神经生物学：•4.行为神经生物学：•5.发育神经生物学：•6.比较神经生物学：1.分子神经生物学：•是在分子水平上研究与神经细胞或神经•活动有关的化学物质（神经递质、神经•肽、受体、离子通道、神经营养因子•等）的形态结构、分布位置、功能、合•成与代谢等。2.细胞神经生物学：•是在细胞或亚细胞水平上研究神经原和神经胶质细胞的形态结构、分布位置、功能（神经递质、激素、细胞因子是如何调节神经细胞的；神经原内的细胞骨架成分的结构和功能；轴浆的运输与神经营养和再生的关系；神经递质、神经肽的合成、储存、释放灭活；神经原的电生理特性；神经原的生存环境与神经胶质细胞等）。3.系统神经生物学：•是以功能系统为研究对象的分支，如躯体运动系统、各感觉系统、各内脏的神经调控、心血管的调控、神经内分泌学、神经免疫学等。4.行为神经生物学•是在正常生活着的完整动物上，应用行为学和心理学的方法，研究神经系统与学习、情感、睡眠与觉醒等生物节律现象、各种内外环境因素的变化对动物行为的影响等。•转基因动物、基因敲除（KNOCKOUT）动物的行为学研究。5.发育神经生物学：•是研究神经系统的发育过程，包括神经外胚层的发生、分化、神经细胞的发育、神经通路的建立、神经系统各器官的形成、神经细胞的衰老和调亡。6.比较神经生物学：•是从种系发生上研究神经系统从低级到高级的进化过程及进化规律。•低等动物的神经系统结构简单，神经原的数量少，个体大，便于研究。许多复杂的神经活动的研究，首先从低等动物开始找到规律的，如动作电位（枪乌贼的巨轴突上）、学习和记忆（海兔子上）、细胞的程序化死亡（线虫上）。三.神经生物学学科特点•1.综合性：•2.实验性：•3.新颖性学习方法•英语教科书：–是压力，有后劲–以学习名词为主，要敢于发音•综合学科：multidisciplinary–以功能为主，结合形态–以基础为主，结合临床教科书内容与讲课内容可能不完全一致，但鼓励看书（教科书），借机学习专业英语。神经科学(1990-2000脑的十年)(2001-2100脑的世纪)生命科学分子生物学细胞生物学…………………………认知科学开发脑开发人脑增强智能模拟人脑智能电脑保护脑寿命延长PD,AD,中风高速交通颅脑,脊髓外伤生活节奏焦虑,抑郁,精神病生活质量镇痛祛痛社会开放吸毒问题了解脑分子细胞网络全脑(离体研究)(无创在体研究)Patch（电）脑地形图RIA(化学）PET(化学）PCR(基因）fMRI(功能）ConfocalCT(形态）(形态）行为变化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)18571850190019502000C.Golgi(意)19261934神经元染色方法18431852R.Cajal(西班牙)“神经元学说”形态190619521932•“突触”定名•“反射”概念•“交互”抑制反射学说生理电生理18891977•感觉神经纤维电活动•传入冲动大脑诱发电位•神经控制骨骼肌运动机制E.D.Adrian(英)电生理O.Loewi(德英)196118731936（乙酰胆碱）神经化学•蛙心灌流实验•“迷走物质”19681875H.Dale(英)•神经末梢分泌•乙酰胆碱ACh神经化学18741965194419631888J.Erlanger(美)H.S.Gasser(美)•阴极射线示波器•神经纤维的分类ABC19731881W.R.Hess(瑞士)•脑立体定位仪hypothalamus方法学创新1949电生理OxfCambridge徒手切脑片银染神经元染出神经末梢，发现神经元之间无原生质联系生理科学进展2001，32：187神经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)191419031963A.L.Hodgkin(英)B.Katz(德英)1917A.F.Huxley(英)•细胞内微电极•突触后电位•抑制性递质突触•电压钳技术•动作电位的离子学说•数学方程表述•NM终板电位•递质“量子释放”1911动作电位机制19051983U.VonEuler(瑞典…)•交感神经递质•去甲肾上腺素1970•儿茶酚胺代谢•影响CAs的药物电生理1912J.Axelrod(美)（儿茶酚胺）神经化学1913(左右脑)R.W.Sperry(美)1981“脑功能侧化”D.Hubel(加美)19261924T.Wiesel(瑞典美)信息加工视皮层E.Neher(德)1991B.Sakmann(德)•大脑视觉信息加工•视觉系统发育的可塑性膜片钳单通道方法学•膜片钳技术•单个离子通道电流记录1999英，澳CambridgeCambridgeLeviMontalcini1986NervegrowthFactor(NGF)(Italy)百年来与神经科学有关的诺贝尔奖获得者选介(3)1850190019502000192619232000P.Greengard(美)1930E.Kandel(美)A.Carlsson(瑞典)神经系统中的信号转导蛋白磷酸化慢突触传递多巴胺二、现代神经科学的发展•1960年，国际脑研究组织（InternationalBrainResearchOrganization，IBRO）宣告成立。目前IBRO会员超过4.4万名，己成为生物科学界最庞大的学术组织之一。•1962年，美国麻省理工学院创建了“神经科学研究规划”（NeuroscienceResearchProgram，NRP）这样一个跨学科、跨校、跨国的组织，•1969年，美国成立了神经科学学会（SocietyforNeuroscience）。•1989年美国参众两院通过立法，把1990年1月1日开始的十年确定为“脑的十年”，•日本神经科学界更提议把21世纪定为脑的世纪，标志着脑的研究受到全社会更大的重视，脑的科学开始进入一个蓬勃发展的时期。中国神经科学的发展开创者:张锡钧(协和),冯德培(协和,上海生理所),张香桐(上海生理所,脑所).两大事件:·1950:巴甫洛夫“条件反射”学说·1966-1976:“文化革命”期间主要做“针刺麻醉”研究方向:·痛与镇痛:北京:北医,中医研究院上海:上医大,中科院生理所,脑所，神科所·视觉:上海:生理所北京:生物物理所·神经内分泌:西安:四军大(垂体前叶)上海:二军大(甾体受体),北医大(神经免疫)其它（发育，再生，…）杂志:《生理学报》70%论文属神经生理1927年创刊(上海生理所)《中国神经科学杂志》1998年创刊(上海二军大)《中国疼痛医学杂志》1995年创刊(北医大)《中国神经解剖杂志》1985年创刊(四军大解剖系）大型专著:《神经科学纲要》1993年北医大韩济生主编(156万字)《神经科学原理》1999年北医大韩济生主编(200万字)学会:中国科学神经学会(1994年成立),1995年会(上海),1997年会(西安),1999年会(北京),2001(香港）研究经费:“攀登计划”脑功能研究(1992-1997)400万国家自然科学基金重大课题2项(神经肽,视觉信息加工）200万国家自然科学基金委重点课题12项(每项50-90万)973项目两项（1999-）（2000万）(3400万)差距:分子神经生物学,发育神经生物学(美国2.5万)(IBRO3万会员,1999年以色列)医学神经生物学与行为主要任务：理解行为的物质基础大脑是如何控制行为的？脑内上亿个神经细胞是如何相互连接的？它们的活动与行为有何关系？遗传与发育是如何影响行为的？医学神经生物学与行为•行为是指有动机、有目的的行动。摄食行为、防御行为、攻击行为、逃避行为和性行为；人类所特有的社会心理性行为、情感性行为和意志性行为。•深刻认识行为的物质基础的核心是揭示脑活动的奥秘，探明我们是如何知觉、运动、思考和记忆。•行为是神经活动的外在表现，很多与神经活动相关的疾病都会由患者的行为表现出来，而医生又常常从对患者的行为表现中了解其神经损害的病理基础。医学神经生物学是一门主要介绍生理性和病理性行为神经机制研究成果的医学基础课程。脑与行为•对大脑功能的研究始于十九世纪初德国神经解剖学家Gall。Gall将大脑分为至少35个区域。•大脑皮质功能定位的第一个突破来自于法国神经科医师Broca。Broca在1861年报告了一例失语患者。该患者虽然可以理解别人说的话，他自己却既不能说也不能写，也没有任何运动功能障碍，可以说单个的字，但不能说完整的句子。•尸检发现大脑左侧额叶后部有一病灶，8个类似患者尸检发现大脑左侧额叶后部有同一病灶，1864年Broca发表极著名的论断：“我们用左半脑说话”。•德国神经医师CarlWernicke报告了另一类失语症。该患者可以说，但不能理解别人的话。该患者病灶的部位也不在Broca区，而是在左侧颞叶后部。•Broca和Wernicke的研究第一次表明了大脑皮质的特定区域与特定的行为密切相关。•20世纪初德国解剖学家KorbinianBrodmann等发现大脑皮质在形态上是不均一的。不同的皮质形态对应不同的皮质功能。1909年根据形态将大脑皮质分为52个功能区。•20世纪50年代加拿大神经外科医师WilderPanfield发现一旦刺激Broca或Wernicke皮质区，患者出现语言障碍。•现代科技让我们直接观察完全个体的皮质功能：神经行为定位可根据无创性显像方法：正电子发射断层扫描（PET）和功能性核磁共振显像（fMRI）。PET通过监测精神活动中大脑皮层局部血流及代谢的变化来研究皮层的功能。通过PET，Mic