第二章-认知的神经PPT课件

.,1,AlbertEinstein的脑天地是一大宇宙，人身是一小天地,第二章认知的神经基础,.,2,第一节神经及神经系统,一、神经元的构造和功能脑（brain）是人类一切高级行为的物质基础。脑由100160亿神经细胞构成，神经细胞与人体其它组织器官的细胞不同，它具有特殊的构造和功能，具有极度的敏感性，可被输入刺激所激活，引起神经冲动，进行冲动传导。神经细胞是构成神经的基本单位，又称神经元。,.,3,神经元的大小、形状和它们所具有的功能各不相同。细胞体、树突和轴突三部分构成。树突是从细胞体周围发出的分支，多而短，呈树枝状，其功能是接收传入的信号。轴突是从细胞体发出的一根较长的分支，它的周围包以由髓磷脂组成的髓鞘，具有绝缘作用，以防止神经冲动向周围扩散。轴突末端有许多分支状的球形小突起，称为终球。终球的功能是将神经冲动传至另一个神经元。,.,4,.,5,神经元的各种类型脑神经网络,.,6,二、神经胶质细胞,在神经元和神经元之间，存在大量的神经胶质细胞总数大约在1000亿左右，是神经元数量的10倍。神经胶质细胞的作用：为神经元的生长发育提供了支架。清除神经元间过多的神经递质，为神经元输送营养。在神经元周围形成绝缘层。当髓鞘受到损害时，可引起复视、震颤、麻痹等鞘膜性疾病。,.,7,三、突触的传导功能,突触传递有两种基本机制：电传递和化学传递，分别通过电突触和化学突触来实现。神经递质存在于脑、脊髓、外周神经，甚至某些腺体中。目前已经发现脑中存在着50种以上的神经递质。,.,8,轴突突触,神经递质,突触间隙,线粒体,受体,突触前膜,突触后膜,突触,突触囊泡,.,9,几种重要的神经递质,乙酰胆碱与记忆活动有关。阿尔茨海默病患者记忆机能受损与乙酰胆碱的丧失有关。乙酰胆碱对睡眠和唤醒也起着重要作用。一个人醒着的时候，乙酰胆碱能使神经的活性增强（Rockland，2000）。多巴胺与学习和注意有关，也与奖励和强化等动机过程有关。精神病患者的多巴胺水平很高，治疗精神分裂症的药物通常采用抑制多巴胺的活性（Wurtman，1999）。帕金森病人多巴胺水平很低。,.,10,血清素在饮食行为、体重调节、攻击性和冲动性行为调节中起重要作（Rockland，2000）。谷氨酸影响学习和记忆的重要神经递质。,.,11,四、神经环路结构的可塑性,神经环路由神经元的轴突、树突以及突触所构成。神经环路可塑性涉及突触可塑性、树突可塑性、轴突可塑性以及神经细胞自身可塑性等方面，其中突触的可塑性是整个神经环路可塑性的核心。突触的可塑性：（1）突触功能可塑性：已经存在的突触连接强度的增加或减弱；（2）突触结构可塑性：突触的形成或消亡。,.,12,1树突的可塑性,.,13,树突的轴干上分布着许多微小的突起；树突突起：树突棘和丝状伪足；树突棘分为细的棘、短而粗的棘和蘑菇状的棘三种；树突结构可塑性主要是指树突棘的可塑性：形态和数量的改变。形态改变指树突棘头部几何形态的变大或变小;数量改变则指树突棘的形成或消亡,表现为棘的更新与密度变化。,.,14,树突棘形态和数量的改变具有重要的认知加工意义。突触活动的增加或减少可以引起细的棘发生改变,被认为是“学习棘”;蘑菇状的棘具有稳定性,被称为“记忆棘”;突触活动增强能导致细的棘转变成蘑菇状的棘。(Kasaietal,2010),.,15,长时程增强与长时程抑制分别与树突棘的长期增长和萎缩相关；棘的形态与突触强度相关,其形态变化反应突触强度的改变；树突棘数量的增加或减少伴随着突触的更新；新突触的形成预示着大脑记忆储存能力的提高和长时程增强。树突棘数量的变化则反应了神经连接的改变。,.,16,个体发育的树突可塑性,在动物出生后的早期发育过程中,大脑皮层的突触密度迅速增加,随后大量丢失,直至青春期结束。在成年阶段,突触数量则保持相对稳定直至生命终止。无论任何发育阶段,都有小部分树突棘长期维持稳定,这可能是哺乳动物皮层发育的普遍规律，为基本皮层功能和终生记忆储存提供了结构基础。,.,17,树突棘的长度与头部直径等形态特征在发育阶段和成年阶段均存在着可塑性，由于棘的形态反应突触强度的变化，这为短时间的信息储存提供了结构基础；这种可塑性也可能与伤害和经验等引起的皮层神经环路的暂时改变有关。,.,18,丰富环境下的树突可塑性,(1)空间限制、环境单调、笼子小以及无社会性交往等;(2)大笼子,有玩具、巢穴、障碍物、群养以及给予充分的解决问题的机会和复杂的社交环境等。丰富环境涵盖感觉刺激、学习、运动、社交以及兴趣等多种成分。,.,19,丰富环境可以提高海马的长时程增强,影响基因表达、细胞增殖和存活率,以及突触形成和神经元形态，从而提高认知表现和学习。丰富环境能增加皮层和海马某些区域的锥体神经元树突的分叉、树突棘的密度以及突触的数量和长度的增加。出生前的丰富环境也能提升大鼠的某些特异性行为。丰富环境可以让先前存在的树突棘变得不稳定，可以引起新的树突棘形成；丰富环境对树突棘可塑性的影响与学习训练的效果相同。,.,20,感觉剥夺后的树突可塑性,活动经验对神经连接模式以及行为的影响会贯穿动物一生,经验和神经活动对突触形成,尤其是神经环路的构建具有关键作用(Bhattetal,2009)；黑暗饲养、单眼剥夺和双眼剥夺是研究视觉皮层可塑性普遍采用的三种范式。发育早期，成年期感觉剥夺引起的可塑性与关键期的可塑性在某些方面具有相似性,关键期在某些方面并非骤然结束,而是以渐进的形式逐渐关闭的。,.,21,认知功能障碍与树突可塑性,树突棘的形态和数量与神经功能密切相关,改变树突棘的形态结构，干扰树突棘的形成或消亡都可能对神经环路产生影响,甚至导致认知功能障碍。树突棘形态或密度的改变会导致许多神经和精神疾病，例如,脆性X综合症(FXS),(Panetal,2010)；树突棘形态和数量的异常也会导致其它的大脑神经紊乱或疾病,如成瘾、恐惧、抑郁、蛋白粒子病、癫痫、缺血症和中风等(Bhattetal,2009)。,.,22,与年龄有关的神经退行性疾病的发病机理可能与树突棘的结构变化有关,如阿尔兹海默症，患者表现出某种程度上的树突棘丢失和树突轴直径下降。认知功能康复训练可以有效改善细的树突棘数量；在衰老的大脑中需要细的树突棘以重建或恢复突触可塑性与学习潜力。,.,23,高级认知加工的树突可塑性,学习和记忆等高级认知加工过程伴随树突可塑性。无论是在青春期还是成年期,学习均可引起新树突棘的快速形成,并导致先前存在的旧树突棘快速消亡；不同的运动技能学习，引起不同棘的形成和消亡，证实不同的记忆编码在不同的突触群中(Xuetal,2009;ZivTask3:说出名词，让被试说出看到或听到的名词，该过程包括单词感知和言语运动；Task4:产生动词，如看到“锤子”，则可说出“敲打”;控制任务:要求被试注视一个十字符号，作为基线水平。,.,79,采用减法设计以言语感知（看和听）状态下的区域脑血流减去基线水平的区域脑血流得到的是纯粹的感知状态下的区域脑血流；以言语运动任务时的区域脑血流减去相应的言语感知状态下的区域脑血流得到的是纯粹的“说出名词”的区域脑血流；以完成联想任务时的区域脑血流减去言语运动任务的区域脑血流得到的是纯粹的“产生动词”的区域脑血流。,.,80,.,81,功能性磁共振成像,1936年，氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的磁化率不同；1982年，论证了脱氧血红蛋白的磁共振信号衰减速度比氧合血红蛋白快；1986年，脑活动时神经元活动、能量代谢和血流动力学变化(脑血流、脑血流容积、以及血氧变化)三者之间存在密切联系。,.,82,功能性磁共振成像与PET的基本思想是一致的，功能性磁共振成像不需要放射性物质，而是要求被试在磁共振机器中完成一个认知任务。该机器生成一个磁场诱使氧分子内的微粒发生变化，越活跃的区域需要越多的有氧血液，所消耗氧气的差异成为功能性磁共振成像测量的基础，通过计算机分析，形成脑活动生理机能最准确的信息。,.,83,五、近红外功能成像(fNIRS),动态检测脑功能的方法。可以测量脑活动时氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和细胞色素氧化酶等的变化，同时得到与刺激相关的细胞内和细胞外活动的改变；可以同时检测神经元活动、能量代谢以及血液动力学的变化；时间分辨率较高，简便易行、价格低廉和无损伤性等特点。发现了不同脑区间存在自发神经活动整合的新证据(Lu,Zhu,JNM,2010)。,.,84,.,85,六、MEG技术,MEG（magnetoencephalography）脑磁图也叫脑磁图仪，是一种应用脑功能图像检测技术对人体实施无侵袭、无损伤的大脑研究和临床应用设备。MEG有助于解答以下问题：脑部正在进行什么活动？它来自脑的什么区域？脑的不同部位承担何种职能？在目前所有的脑部扫描方法中，MEG对神经细胞的解析度最高。,.,86,七、穿颅磁刺激技术（TMS）,TMS（transcranialmagneticstimulation），“TMS”是根据电磁感应的原理，大脑是一个“电力器官”，利用脉冲磁场激活大脑神经线路，可缓解压力、增进认知、克服疲劳。,.,87,脑是由众多神经细胞相互连接所构成的器官，神经细胞间通过脉冲放电和神经递质相互传递信息。根据电磁感应原理，当戴在头上的头部磁刺激线圈在头皮附近启动时，一个迅速变化的强磁场就会不受阻碍地穿过头部皮肤和头骨，在大脑神经系统引起感应电场，感应电场引起神经细胞膜两侧的离子浓度变化和膜的穿透性变化，从而使神经细胞膜极化而产生神经电脉冲，激活大脑中控制疲劳和清醒的特殊区域,.,88,应用,基础研究上，使健康者的脑部产生暂时性的“功能关闭”，了解人类语言和空间感等基本神经机制；提高人的认知能力，如学习和记忆能力；改变人的生物节律以适应特殊情况的需要,如战争；,.,89,临床应用方面，用于诊断和治疗由神经系统功能损伤引