神经生物学绪论ppt件

1、神经生物学神经生物学绪论绪论neurobiologyneurobiologyintroductionintroduction刘刘 宁宁51.1 1.1 概念与任务概念与任务 在在分子、细胞、组织器官分子、细胞、组织器官和和整体整体等多个水平上研究等多个水平上研究神经系神经系统统的的形态形态和和功能功能的学科。的学科。 6任务任务：研究神经系统内：研究神经系统内分子水平分子水平、细胞水平细胞水平和和系统系统水平水平的变化过程，以及这些过程的整合作用，直至的变化过程，以及这些过程的整合作用，直至最复杂的高级功能，如学习、记忆等最复杂的高级功能，如学习、记忆等 v目的目的：了解人类神经系统的结构和功

2、能，：了解人类神经系统的结构和功能，以及行为与心理活动的物质基础，阐明行以及行为与心理活动的物质基础，阐明行为和心理活动的神经机制，为改善人类感为和心理活动的神经机制，为改善人类感觉与运动效率，提高对神经系统疾病的防觉与运动效率，提高对神经系统疾病的防治水平以及增进健康服务治水平以及增进健康服务 7内容内容: : 神经解剖、生理、药理、病理、生物化学和细神经解剖、生理、药理、病理、生物化学和细胞生物学及分子生物学等胞生物学及分子生物学等跨学科的基本理论研究跨学科的基本理论研究 v特点：特点：1、包罗包罗了基础神经科学的诸多学科了基础神经科学的诸多学科2、并非若干传统学科简单和机械地组合、并非若

3、干传统学科简单和机械地组合3、在传统神经科学的基础之上成长和发展起、在传统神经科学的基础之上成长和发展起来的一门来的一门新兴新兴的的综合性综合性的的边缘学科边缘学科8主要研究领域主要研究领域 v神经生物化学（神经生物化学（neurobiochemistry） v神经生理学（神经生理学（neurophysiology） v细胞神经生物学（细胞神经生物学（cellular neurobiology）v分子神经生物学（分子神经生物学（molecular neurobiology） v发育神经生物学（发育神经生物学（developmental neurobiology） v比较神经生物学（比较神经生物

4、学（comparative neurobiology）v系统神经生物学（系统神经生物学（systematic neurobiology）9人类对自身学习记忆思维等能力的探索人类对自身学习记忆思维等能力的探索了解脑是怎样工作对整个生物科学的激励作用了解脑是怎样工作对整个生物科学的激励作用对唯心主义哲学的挑战对唯心主义哲学的挑战更清楚的了解人类自身，提高人的素质，缓解人类更清楚的了解人类自身，提高人的素质，缓解人类矛盾矛盾 为什么要重视神经生物学？为什么要重视神经生物学？101.2 1.2 神经生物学发展和展望神经生物学发展和展望 221. 神经系统结构研究神经系统结构研究 19世纪世纪80年代年

5、代cajal建立起神经元理论建立起神经元理论 19世纪末和世纪末和20世纪初，世纪初，sherrington关于关于 “反反射射”“”“突触突触” 、“神经传递神经传递”的概念的概念 20世纪世纪20到到50年代通过高倍电镜对突触结构细年代通过高倍电镜对突触结构细节的观察节的观察pictures of spanish anatomist ramon y cajal 26first page of sherringtons famous book, the integrative action of the nervous system (1906); this is the 5th editi

6、on of 1947 282. 神经兴奋的电传导神经兴奋的电传导 17911791年年galvanigalvani就发现了生物电现象就发现了生物电现象 1919世纪电生理方法测定神经电传导的速度，发现世纪电生理方法测定神经电传导的速度，发现“全或无全或无”定律等定律等 2020世纪世纪3030年代年代youngyoung以乌贼大神经纤维作为研究以乌贼大神经纤维作为研究材料，定量的测量神经电传导的电阻、电位及其材料，定量的测量神经电传导的电阻、电位及其在刺激前后的变化等在刺激前后的变化等 4040年代年代hodgkinhodgkin、huxleyhuxley和和katzkatz等研究等研究nan

7、a+ +、k k+ +与与神经传导的关系，测定静息电位、动作电位等神经传导的关系，测定静息电位、动作电位等29意大利科学家伽伐尼（意大利科学家伽伐尼（luigi galvani, 17371798) diagram of galvani s frog legs (1770s) 1937young 推测可以使用巨大乌贼的轴突来了解神经细胞推测可以使用巨大乌贼的轴突来了解神经细胞 john zachary young (1907-1997)31a.l hodgkin a.f. huxley they shared the 1963 nobel prize in physiology or medi

8、cine for work on the transmission of signals from nerve cells. john carew eccles 323. 神经化学递质研究神经化学递质研究 19051905年年elioteliot发现电脉冲到达肌肉连结点时释放了肾上腺素发现电脉冲到达肌肉连结点时释放了肾上腺素 19211921年年loewiloewi的蛙心实验，直接证明在心肌上的交感和副的蛙心实验，直接证明在心肌上的交感和副交感神经末梢分别释放出两种不同的化学物质交感神经末梢分别释放出两种不同的化学物质 19321932年前后，年前后，daledale的系列的实验，取得了乙酰胆

9、碱存在于的系列的实验，取得了乙酰胆碱存在于内脏器官神经末梢的直接证据内脏器官神经末梢的直接证据 1934193419351935年年cannoncannon等提取交感神经末梢递质，等提取交感神经末梢递质，19461946年年euleeule阐明其为去甲肾上腺素阐明其为去甲肾上腺素 19601960年以来，对脑内递质开展了不少研究，发现了约年以来，对脑内递质开展了不少研究，发现了约3030种种不同的递质不同的递质 2020世纪世纪7070年代发现脑啡肽等年代发现脑啡肽等334. 脑功能研究脑功能研究 1893年年起起sherrington研究反射弧，提出抑制的概研究反射弧，提出抑制的概念，并认为

10、抑制过程同兴奋过程同等重要念，并认为抑制过程同兴奋过程同等重要 pavlov在在20世纪初建立起世纪初建立起“条件反射条件反射”的概念，的概念，证明条件反射是大脑活动的结果证明条件反射是大脑活动的结果19世纪有学者提出关于脑功能区的定位，部分切世纪有学者提出关于脑功能区的定位，部分切除狗脑皮层手术成功，并通过对尸体解剖的观察开除狗脑皮层手术成功，并通过对尸体解剖的观察开始研究人大脑皮层功能区始研究人大脑皮层功能区34 20世纪世纪30年代年代foerster和和penfield在利用外科手术在利用外科手术在清醒的病人身上，用电刺激大脑的不同部位引在清醒的病人身上，用电刺激大脑的不同部位引起不同

11、反应起不同反应 20世纪世纪40年代年代sperry开始用猫和猴子做实验，切开始用猫和猴子做实验，切断大脑两半球间的连接，进行观察。断大脑两半球间的连接，进行观察。 60年代，对癫痫病人作两半球割裂治疗的观察年代，对癫痫病人作两半球割裂治疗的观察3680年代，sperry阐明人脑的左半球除具有抽象思维、数学运算及逻辑语言等各项重要机能外，还可以在关系很远的资料间建立想象联系，在控制神经系统方面人脑的左半球也很积极，起着主要作用。还发现人脑右半球也同样具有许多高级功能，如对复杂关系的理解能力、整体的综合能力、直觉能力、想象能力等；此外，它还被证实是音乐、美术及空间知觉的辨识系统，因此人的右脑蕴藏

12、着很大的潜力。38 19世纪世纪70年代年代caton对兔、猫以及猴的实验表明大对兔、猫以及猴的实验表明大脑普遍存在着电的变化脑普遍存在着电的变化 20世纪开始作脑电记录，世纪开始作脑电记录，berger发现有心理活动发现有心理活动时（如注意等）脑电波发生变化时（如注意等）脑电波发生变化 20世纪世纪50年代开始，脑电的研究向探索与特定知年代开始，脑电的研究向探索与特定知觉有关的信号方向发展，开始了诱发电位的研究觉有关的信号方向发展，开始了诱发电位的研究工作工作 60年代，引入傅里叶分析仪年代，引入傅里叶分析仪 70年代对人的视觉、听觉、甚至婴儿的感觉，都年代对人的视觉、听觉、甚至婴儿的感觉，

13、都有了灵敏的检查指标有了灵敏的检查指标395. 5. 神经系统感知研究神经系统感知研究 2020世纪发展最快的是中枢神经系统对外界感觉的加工世纪发展最快的是中枢神经系统对外界感觉的加工、识别识别信号、形成感知信号、形成感知测谎仪测谎仪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”定名“反射”概念“交互”抑制反射学说反射学说生生理理电电生生

14、理理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 (英英)电生理电生理o.loewi (德德 英英)196118731936（乙酰胆碱）（乙酰胆碱）神经化学神经化学蛙心灌流实验“迷走物质”19681875h.dale (英英)神经末梢分泌乙酰胆碱ach神经化学神经化学18741965194419631888j.erlanger (美美)h.s.gasser (美美)阴极射线示波器神经纤维的分类abc19731881w.r.hess (瑞士瑞士)脑立体定位仪 hypothalamus方法学创新方法学创新1949电生理电生理oxfcambridg

15、e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)细胞内微电极突触后电位抑制性递质突触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动作电位机制动作电位机制19051983u.von euler (瑞典瑞典)交感神经递质去甲肾上腺

16、素1970儿茶酚胺代谢影响cas的药物电生理电生理1912j.axelrod (美美)（儿茶酚胺）（儿茶酚胺）神经化学神经化学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单个离子通道电流记录1999英，澳cambridgecambridgelevi montalcini 1986 nerve growth

17、 factor (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 (美美)1930e.kandel (美美)a.carlsson (瑞典瑞典)神经系统中的信号转导蛋白磷酸化蛋白磷酸化慢突触传递慢突触传递多巴胺多巴胺中中 国国 神神 经经 科科 学学 的的 发发 展展 开开 创创 者者: 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”研究方向研究方向:

18、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，）杂杂 志志: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

19、字)1.3 特点：特点：（1 1）神经生物学具有清晰的发展脉络）神经生物学具有清晰的发展脉络起初是对脑和神经系统的形态形态和总体功能总体功能的描述和分析；之后有更多的学科从不同侧面介入其中，日益迅速地把研究推向了细胞细胞和分子水平分子水平。人们已经不再停留在现象的描述，而是更着眼于在不同层次上的机制的分析，从现象深入到机制是现代自然科学发展的共同特点，神经生物学可以说是其缩影。 （2 2）作为一门实验科学，神经生物学研究）作为一门实验科学，神经生物学研究的进展在很大程度上有赖于研究技术和手的进展在很大程度上有赖于研究技术和手段的发展和完善段的发展和完善在20世纪初，cajal对神经元形态的清晰

20、描述，几乎完全仰仗于golgi银染法的应用。40年代末，微电极记录和染色技术的发展使人们对神经活动的认识出现了革命性的变化。免疫组织化学方法的应用，使对神经递质的研究与形态学研究有机地结合起来。膜片钳位技术在20世纪70年代末的发明和发展，大大促进了对离子通道的研究，从而使人们对神经活动基本过程信号发生、信号转导、突触传递等的了解奠定在更坚实的基础上。分子遗传学方法的不断更新，不仅使不少遗传性神经、精神疾患的缺损基因的定位得以成功，对了解特定基因在神经系统中的功能也起了重要的推动作用。无创伤脑成象技术的建立和完善，为认识活体脑的活动及分析其机制，提供了前所未有的有力工具。（3 3）从神经生物学

21、的发展史中，找到合适）从神经生物学的发展史中，找到合适的实验标本很重要的实验标本很重要早期对神经兴奋和动作电位传导规律的阐明，枪乌贼大神经标本功不可没；对突触传递过程的了解，神经-肌肉接头标本所提供的信息，则甚于其他任何标本。近年来，对脑的高级功能学习和记忆的基本机制的了解，在许多方面，依赖对一种低等的无脊椎动物海兔的简单的神经系统的研究。(一一) 形态学方法形态学方法辣根过氧化物酶法（辣根过氧化物酶法（horseradish peroxdase, hrp）：）： hrp注射于神经末梢所在部位，通过非特异性胞注射于神经末梢所在部位，通过非特异性胞饮方式摄入，逆向运至胞体，然后用组织化学方饮方式

22、摄入，逆向运至胞体，然后用组织化学方法显示。或经胞体摄入，顺向运送至末梢部位。法显示。或经胞体摄入，顺向运送至末梢部位。1.1.束路追踪法束路追踪法1.4 研究方法：研究方法：荧光染料法：荧光染料法： 主要用作逆向追踪，其优点是可作双标或多标。如核主要用作逆向追踪，其优点是可作双标或多标。如核黄标记胞核，固蓝或荧光金标记胞质黄标记胞核，固蓝或荧光金标记胞质。生物素追踪法：生物素追踪法： 一般使用生物素的衍生物作追踪剂，如生物胞素（一般使用生物素的衍生物作追踪剂，如生物胞素（biocytinbiocytin）电泳导入脑内被神经元摄取，主要用于顺向）电泳导入脑内被神经元摄取，主要用于顺向追踪。该法

23、有效范围明确，无过路纤维吸收问题。神追踪。该法有效范围明确，无过路纤维吸收问题。神经生物素（经生物素（neurobiotinneurobiotin）用于顺行、逆行追踪，运送）用于顺行、逆行追踪，运送速度较快，灵敏度高。速度较快，灵敏度高。2. 2. 免疫组化法免疫组化法(immunohistochemistry)(immunohistochemistry) 用特异性抗体显示组织化学成分的一种用特异性抗体显示组织化学成分的一种方法。免疫组化法的基本步骤有固定、制片方法。免疫组化法的基本步骤有固定、制片、反应三步。常用于显示各种神经肽。、反应三步。常用于显示各种神经肽。3. 3. 原位杂交法原位杂

24、交法 ( in situ hybridization) ( in situ hybridization) 用于显示细胞内的用于显示细胞内的mrnamrna，标记物分为同，标记物分为同位素和非同位素，同位素有位素和非同位素，同位素有3232p p，3535s s，3 3hh。非。非同位素有生物素同位素有生物素(biotin)(biotin)，地高辛等。，地高辛等。4. 4. 激光共聚焦显微镜激光共聚焦显微镜 (laser scanning confocal (laser scanning confocal microscopy )microscopy ) 用用0.2 0.2 mm的光束可透射厚的

25、光束可透射厚0.51mm0.51mm的细的细胞组织，用于神经递质、受体和转运体的定位胞组织，用于神经递质、受体和转运体的定位；神经元结构的三维重建；活的神经细胞的动；神经元结构的三维重建；活的神经细胞的动态变化；也可对活细胞进行连续扫描，显示细态变化；也可对活细胞进行连续扫描，显示细胞内某种成分（如胞内某种成分（如ca ca 2+2+ ）的变化过程，线粒体）的变化过程，线粒体、内质网、高尔基体、染色体等的探测和分析、内质网、高尔基体、染色体等的探测和分析，dnadna、rnarna、酶的含量测定。、酶的含量测定。 1. 行为学方法行为学方法 行为学方法是建立在条件反射基础之上。行为学方法是建立

26、在条件反射基础之上。条件反射是著名的俄国生理学家巴甫洛夫于条件反射是著名的俄国生理学家巴甫洛夫于20世纪初提出的。条件反射是动物个体生活世纪初提出的。条件反射是动物个体生活过程中适应环境的变化，在非条件反射基础过程中适应环境的变化，在非条件反射基础上逐渐形成的。上逐渐形成的。 2. 2. 神经递质释放量的测定神经递质释放量的测定脑透析法：脑透析法： 可测定不同脑区的多巴胺及其代谢产物，可测定不同脑区的多巴胺及其代谢产物，氨基酸，乙酰胆碱，去甲肾上腺素，氨基酸，乙酰胆碱，去甲肾上腺素，5ht等。神经肽的测定较难，主要由于探头半透等。神经肽的测定较难，主要由于探头半透膜要求较高。膜要求较高。1.

27、电压钳电压钳 ( (voltagevoltage clampclamp) )hodgkinhodgkin等，等，2020世纪世纪5050年代年代电压电极、电流电极电压电极、电流电极反馈放大器反馈放大器 (feedback amplifer)(feedback amplifer)结合药理学方法结合药理学方法 2. 2. 膜片钳膜片钳 ( (patchpatch clampclamp) )neherneher和和sakmannsakmann，19761976（nachrnachr单离子通单离子通道电流，道电流，19911991，noble noble ）可测量单通道离子电流可测量单通道离子电流现在

28、发现：通道的开放和关闭都是突然发生并现在发现：通道的开放和关闭都是突然发生并似乎是全或无式的，开放的持续时间长短不一似乎是全或无式的，开放的持续时间长短不一，但都有恒定的电导值。，但都有恒定的电导值。( (四四) )生物化学方法生物化学方法1. 1. 放射免疫法放射免疫法(radioimmunoassay, ria) 用抗原抗体反应原理，将抗原标记用抗原抗体反应原理，将抗原标记上放射性同位素，用来测定与此抗原性质相上放射性同位素，用来测定与此抗原性质相同的物质。同的物质。riaria包括以下基本步骤：样品采包括以下基本步骤：样品采集、加样、反应、分离、测定抗原抗体复集、加样、反应、分离、测定抗

29、原抗体复合物的放射性（合物的放射性（cpmcpm）, , 与标准曲线对照计与标准曲线对照计算待测物质含量。算待测物质含量。 2.2.高效液相层析高效液相层析 ( high performance liquid chromatography, ( high performance liquid chromatography, hplc) hplc) 利用分子间特异性及可逆性的结合，将其一利用分子间特异性及可逆性的结合，将其一方固定于层析的固定相中，使流动相中能特异性结方固定于层析的固定相中，使流动相中能特异性结合于该分子的物质与其结合，然后再改变条件，使合于该分子的物质与其结合，然后再改变条件，

30、使被分离物质洗脱，用一定波长紫外光检测。被分离物质洗脱，用一定波长紫外光检测。 hplchplc是分离分析生物活性物质和受体的重要手段是分离分析生物活性物质和受体的重要手段。( (五五) )分子生物学方法分子生物学方法1. 基因分子克隆及表达基因分子克隆及表达 人类染色体大约有人类染色体大约有3109碱基和碱基和5-10万个基因。基因克隆万个基因。基因克隆是特定基因从基因组中分离出来在细菌中扩增的过程。克隆是特定基因从基因组中分离出来在细菌中扩增的过程。克隆基因目的是获得大量的纯基因目的是获得大量的纯dna分子。分子。 2. pcr pcr是一种酶促化学反应是一种酶促化学反应,可在含有多种核酸

31、分子的混合液可在含有多种核酸分子的混合液中选择性地大量扩增某一种核酸分子的特定序列。该方法具中选择性地大量扩增某一种核酸分子的特定序列。该方法具有极高的灵敏度和特异性，在含有多种杂质的条件下，可选有极高的灵敏度和特异性，在含有多种杂质的条件下，可选择性扩增细胞基因组中一个特定的择性扩增细胞基因组中一个特定的dna片段达数百万至数千片段达数百万至数千万倍。万倍。3. 转基因转基因(transfers gene) 根据遗传学原理根据遗传学原理,在体外合成含有突变序列的在体外合成含有突变序列的dna片段片段,植入细胞染色体，通过制造定位定向转基因改变哺乳动物植入细胞染色体，通过制造定位定向转基因改变

32、哺乳动物的基因型以产生转基因的动物。的基因型以产生转基因的动物。4. 基因敲除基因敲除(gene knockout) 基因敲除是基因敲除是80年代初出现的一项新的基因工程技术。年代初出现的一项新的基因工程技术。 采用同源重组的方法采用同源重组的方法,用体外合成的无效基因或突变基因取用体外合成的无效基因或突变基因取代相应正常基因代相应正常基因,再应用转基因方法孵育出转基因动物再应用转基因方法孵育出转基因动物,即即为基因敲除动物。通过分析基因敲除动物单基因缺陷来研为基因敲除动物。通过分析基因敲除动物单基因缺陷来研究基因调控、基因功能、建立疾病模型、药物作用及基因究基因调控、基因功能、建立疾病模型、

33、药物作用及基因治疗。治疗。 5. 生物芯片技术（生物芯片技术（biochip） 生物芯片技术是在生物芯片技术是在1个平方厘米大小的薄型载体上，个平方厘米大小的薄型载体上，通过微加工技术获得微米级结构，并与生物化学处理通过微加工技术获得微米级结构，并与生物化学处理等技术相结合而发展起来的一种新型技术。它可以把等技术相结合而发展起来的一种新型技术。它可以把多至几十万个的生命信息集成在一块芯片上，进行各多至几十万个的生命信息集成在一块芯片上，进行各种与生命科学和医学相关的生物化学反应，对基因、种与生命科学和医学相关的生物化学反应，对基因、蛋白、活体细胞及组织等进行分析和检测。蛋白、活体细胞及组织等进行分析