神经生物学第一章.ppt

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 希波克拉底 1 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 1857 1850 1900 1950 2000 C Golgi 意 1926 1934 神经元染色方法 1843 1852 R Cajal 西班牙 神经元学说 形态 1906 1952 1932 突触 定名 反射 概念 交互 抑制 反射学说 1889 1977 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 1961 1873 1936 蛙心灌流实验 迷走物质 1968 1875 H Dale 英 神经末梢分泌 乙酰胆碱ACh 神经化学 1874 1965 1944 1963 1888 J Erlanger 美 H S Gasser 美 阴极射线示波器 神经纤维的分类ABC 1973 1881 W R Hess 瑞士 脑立体定位仪hypothalamus 方法学创新 1949 电生理 Oxf Cambridge 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 1850 1900 1950 2000 J C Eccles 澳大利亚 1914 1903 1963 A L Hodgkin 英 B Katz 德英 1917 A 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 1905 1983 U 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 1912 J 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 1926 1924 T Wiesel 瑞典美 信息加工 视皮层 E Neher 德 1991 B Sakmann 德 大脑视觉信息加工 视觉系统发育的可塑性 膜片钳技术 单个离子通道电流记录 1999 英 澳 Cambridge Cambridge LeviMontalcini 意 1986NervegrowthFactor NGF 百年来与神经科学有关的诺贝尔奖获得者选介 3 1850 1900 1950 2000 1926 1923 2000 P Greengard 美 1930 E 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 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 5 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BehavioralNeurobiology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 三 神经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3 3 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 其中的文章数量在生物学领域几乎是最多的 7 掌握要点尼式体的存在部位及组成神经纤维的定义及分类突触和化学性突触的定义 突触分类 神经胶质细胞的主要功能星形胶质细胞的主要功能和特异性标志物 8 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 9 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 10 第一节神经元 神经元的分类 按神经突起数目分类 假单极 双极 多极按树突分类 分布 锥体细胞 星形细胞树突棘的有无 棘状神经元 无棘神经元按功能分类 初级感觉神经元 运动神经元 中间神经元按轴突长度分类 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按神经递质分类 胆碱能 单胺能 氨基酸能 肽能神经元 11 按神经突起数目分类 按树突分类 12 13 一 胞体 细胞膜 神经元膜 脂质双层 膜蛋白细胞质 细胞器 线粒体 高尔基体 溶酶体 尼氏体等尼氏体 nisslbody 又称嗜染质 存在部位 胞体 树突组成及功能 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 14 细胞骨架 15 细胞核直径 5 10 m核膜 0 1 m核孔核内 染色体 16 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 dendritictree 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 17 二 树突 dendrite 树突树 18 结构特点树突棘 dendriticspine 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 19 树突棘 三 轴突和轴突终末 轴突 axon 轴丘 始段 主干 轴突终末轴丘 axonhillock 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 axoninitialsegment 从轴丘顶端到开始出现髓鞘的轴突部分 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 20 21 轴丘 轴浆运输 物质沿着轴突双向流动 顺向转运 胞体 轴突末梢 注射放射性氨基酸 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 400mm d慢速运输 细胞骨架 微管 微丝 0 1 1mm 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 22 23 放射性示踪法 24 辣根过氧化物酶示踪法 Preganglionicneuronsintheembryonicratspinalcord E14 retrogradelylabeledafterHRPinjectionintothestellateganglion T1 T3indicatethoracicsegments 25 轴浆运输 轴突终末 axonterminal 或终末扣 terminalbouton 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40nm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 26 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 27 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 无髓纤维有髓纤维 轴突除起始段和终末外均包有髓鞘 髓鞘不连续 相邻两段髓鞘间的轴突部分称为郎飞结 Ranviernode 髓鞘主要由髓磷脂 myelin 组成 对兴奋传导起绝缘作用 中枢神经系统的髓鞘 少突胶质细胞周围神经系统的髓鞘 施万细胞 28 29 30 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 无髓纤维 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 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 31 32 33 34 35 不同种类的神经纤维 其兴奋传导速度取决于 神经纤维的直径传导速度 m s 6 直径 m 有无髓鞘髓鞘的厚度温度高低 皮温 25 35 每上升1 传导速度加快2 3m s 36 神经纤维根据信号传导的方向 分为传入神经纤维 afferentfibers 和传出神经纤维 efferentfibers 传入神经纤维 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 37 38 3 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 39 传出神经纤维 将信号由中枢传向周围 1 躯体传出纤维 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 40 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 neurontheory 神经元借助突触相互联系构成了神经系统 41 按功能分类 化学性突触 chemicalsynapse 通过神经递质等化学物质在神经元之间传递信息的突触 电突触 electricalsynapse 通过电流在神经元之间传递信息的突触 42 一 化学性突触 一 结构 突触前部 突触间隙 突触后部突触前部 anteriorpartofsynapse 是突触前的轴突终末 也称终扣 terminalbouton 结构 突触囊泡突触前膜 突出前致密突起线粒体 滑面内质网 微管 神经丝 43 突触囊泡 synapticvesicle 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 小清亮突触囊泡 31 60nm 经典递质圆形 乙酰胆碱 谷氨酸等扁平形 氨基丁酸 甘氨酸等小致密核心囊泡 40 70nm 单胺递质大致密核心囊泡 70 120nm 多肽类 44 小清亮突触囊泡 大致密核心囊泡 45 突触活性区 synapticactivezone 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 46 47 突触小泡融合过程中的SNARE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 postsynapticdensity 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体相联系 作用 信息传递的重要结构 内含70多种化学成分 细胞骨架蛋白神经递质的受体蛋白通道蛋白使神经递质失活的酶类 胆碱酯酶 48 突触后膜致密区 49 3 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 50 二 化学性突触的分类1 按生理功能分类 51 2 按突触联系方式 轴树突触 轴棘突触轴体突触轴轴突触树树突触 52 3 特殊形态的突触A 平行性突触 parallelsynapse B 连续性突触 串联性突触 serialsynapse C 交互性突触 reciprocalsynapse D 突触小球 synapticglomerulus E 自突触 autapse 53 二 电突触 electricsynapse 最大特征是两个神经元膜相距非常近 2 3nm 为缝隙连接 结构 缝隙连接通道 gapjunctionchannel 由6个相同的蛋白质亚基围成的连接子 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 54 缝隙连接 55 三 突触回路 一 局部神经元回路投射神经元 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 局部回路神经元 localcircuitneuron LCN 短轴突或无轴突的神经元 与其相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 为局部神经元回路 localneuronalcircuit 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 56 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 57 LNC的作用 种系发生 功能复杂化个体发生 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表示 可以表达实际物理世界的各种现象 58 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 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 59 第三节神经胶质细胞 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 glialfilament 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 原浆性 有很多分支的粗