神经解剖学研究方法课件

周丽华,教授,Ph.DM.D中山大学中山医学院人体解剖教研室WhatisNeuroscience?Thestudyofthenervoussystemincludingthebrain,thespinalcord,andnetworksofneurons,advancestheunderstandingofhumanthought,emotion,andbehavior.Humanscontainroughly100billionneurons,whichcommunicatewitheachotherbysendingelectricalsignalslongdistancesandthenreleasingneurotransmitterswhichcrosssynapses.Neuroscience—arecognizeddisciplinecharacterizedby:Aunifiedfieldthatintegratesbiology,chemistry,andphysicswithstudiesofstructure,physiology,andbehavior,includinghumanemotionalandcognitivefunctions.Neuroscientistscomefrommanydifferentdisciplinesincludingpsychology,zoology,physics,anthropology,biology,chemistry,physiology,andphilosophy.Adiverseeducationalbackgroundwillprovidethemostimportantskillofall:howtoaskquestions.NeuroscienceResearchers?Molecularbiologistsisolateanddescribethegenesthatproducetheproteinsimportanttoneuronfunction.Neuroanatomistsstudythestructureandorganizationofthenervoussystem.Developmentalneuroscientistsstudyhowthebraingrowsandchanges.Theydefinechemicalsandprocessesneuronsusetoseekoutandconnectwithotherneuronsandmaintainconnections.Cognitiveneuroscientistsstudyfunctionssuchasperceptionandmemoryinanimalsbyusingbehavioralmethodsandotherneurosciencetechniques.Inhumans,theyusenon-invasivebrainscans--suchaspositronemissiontomographyandmagneticresonanceimaging--touncoverroutesofneuralprocessingthatoccurduringlanguage,problemsolvingandothertasks.NeuroscienceResearch?Behavioralneuroscientistsstudytheprocessesunderlyingbehaviorinhumansandinanimals.Theirtoolsincludemicroelectrodesandbrainscans.Advancedcomputersystemsareenablingneuroscientiststodevisemodelsofneuronsandtheirconnectionsinthebrain--howhumansperformcomplextasks.Clinicalneuroscientists—psychiatrists,neurologistsandothermedicalspecialists—usebasicresearchfindingstodevelopdiagnosticmethodsandwaystopreventandtreatneurologicaldisordersthataffectmillionsofpeople.Neuroscientistsworkto:Describethehumanbrainandhowitfunctionsnormally.(现象)Determinehowthenervoussystemdevelops,maturesandmaintainsitselfthroughlife〔本质〕.Findwaystopreventorcuremanydevastatingneurologicalandpsychiatricdisorders〔干预〕.ChallengesfortheFuture〔in2005〕

WhatarethemethodsforearlydetectionofneurologicaldisorderssuchasParkinson'sdiseaseandAlzheimer'sdiseaseandformentaldisorderssuchasschizophreniaanddepression?Whatarethecausesoftheseillnesses?Whatarethecures?

Howcanwehelpnervesregenerate?Canwecurespinalcordinjuries?Canwetransplantorreplacepartsofthebrain?

Whatcauseschronicpain?Whatisthebestwaytotreatpain?Howcanwetapintoourendogenouspaininhibitorysystem?

Whatarethemechanismsofaddiction?Aretherebetterwaystotreataddictions?

Howarememoriesformed,storedandlost?

Whatarebetterwaystoimagethelivingbrain?ChallengesfortheFutureWhatistheneurologicalbasisofemotionssuchasanger,happinessandsadness?

Whatarethedifferencesinthebrainsofmenandwomenandwhatdothesedifferencesmean?

Howdoesexperienceandlearningaffectthebrainandhowcanweusethisinformationtoimproveourdailylives?

Whataretheneurologicalmechanismsof"alternativemedicine"treatmentssuchasacupuncture,herbaltherapyandhypnosisandhowcanthesemethodsbeusedtotreatnervoussystemdisorders?

Whydowesleepandhowcanweshiftourinternalbodyclocks?

Whatisconsciousness?

21世纪神经生物学可望取得突破性进展的5个新领域脑动态神经元功能成像研究已经知道，胞外钙离子浓度为10-4mo1/L而胞内钙离子浓度为10-2mol／L，二者相差100倍，当神经元兴奋时，钙离子通道开放，胞内钙在短暂的数百微秒之内可增高达1000倍左右，但由于钙泵前作用．胞内钙离子浓度很快即恢复至正常水平。所以用动态的(ms/帧)和显微(微米)CT，再结台双能x线束来检测胞内钙离子浓度的瞬态上升．就可以观测脑在不同功能状态下单个神经元的兴奋过程这样即可以研究在不同外界输入状态下脑内神经元活动的内在模式，以及在思考、记忆、学习时神经元活动的动态时空编码．由此提供的大量数据．再用电子计算机进行分析处理．将对脑功能的研究更加深人。

神经系统多基因病的定位及老年性痴呆发病机理的说明随着人口的老龄化．老年性痴呆的发病率逐年上升，老年性痴呆已成为21世纪的社会问题。已经知道，老年痴呆是一个多基因的疾病．其发病机理至今尚未彻底明了一预期在21世纪．这一问题将最终得到解决。神经系统信息的编码研究20世纪Adrian研究各种刺激对感受器及单根神经纤维放电的影响，发现脉冲放电频率的对数与刺激量成正比．Freeman在嗅球研究嗅觉的混沌吸引子编码，Singh在视觉皮层发现40赫兹的同步放电等。神经系统信息编码可分为快速的神经元状态编码和缓慢的突触联系强度编码两大类。神经元的兴奋与静息两种根本状态。可分别以1和0加以编码，具有N个神经元的神经网络共有N种不同状态，组成N维编码空间。不同的外界输人．组成在N维状态空间中的一组编码链。神经元状态编码方式决定外界输人在脑内的内部映象。与脑内信息的传输与加工关系密切。而突触联系强度编码是可塑的。包括新的突触形成与原有突触联结消失，以及原有突触联系强度的增强与消退等两个过程。突触联系强度编码是连续的、分域的，它和脑的学习与信息存储功能密切相关。后基因组时代的神经生物学后基因组时代有两个主要的研究方向：

一是从基因结构与定位转向对基因的功能及其调控机理的研究；

二是研究各种生物活性蛋白分子的空间构象与其生物学功能的关系。

分子神经生物学将从后基因组分子生物学中得到启发和促进．进一步对神经系统的生长、发育再生、凋亡、学习、记忆、思维、注意等脑功能基因的调控规律及相关的蛋白质活性分子的空间构象及功能进行系列的研究意识、思维、情绪本质的探讨意识、思维和情绪的功能活动固然是建立在脑区、神经元和分子活动水平的根底之上，但更主要的是用系统论的方法，把脑的各个层次的功能活动整合起来加以研究，才能最终解决意识，思维与情绪活动之谜。在21世纪，这方面可能继续取得更大的进展。2021年Science杂志评选“人类突破了十大前沿科技〞5.DARPA首次成功在动物受试者上测试了一种通过血管进入脑部，记录神经活动的微型传感器。6.美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室和IBM公司联合公布了以“真北〞仿脑处理器芯片为根底的具有认知能力的深度学习超级计算机，标志着人类进入认知计算的新时代，深度学习超级计算机对于网络平安、核武器模拟等具有重大意义。7.韩国科学家在一块10厘米的晶圆上，构建了144个突触晶体管，研制出迄今为止能耗最低的人造突触，这一突破有望使研制大型类脑计算机成为现实。8.美国科学家研制出了一种新型“扩散式忆阻器〞，能逼真地模拟人脑突触内钙离子的行为，新设备有助于开发类脑〔神经形态〕计算机。2021年Science杂志评选“人类突破了十大前沿科技〞相关网络信息神经科学研究的国内外组织神经科学相关的科学期刊神经科学相关的著名的国际研究机构神经解剖学和神经生物学的研究方法一、

神经结构的经典研究方法1.大体解剖的研究方法

固定和非固定脑和脊髓的移取和保存——观察外部形态一、

神经结构的经典研究方法1.大体解剖的研究方法脑膜和脑血管标本的制作，脑血管的显示：固定——颈内动脉灌注红色充填剂——浸泡——70%甘油透明显示一、

神经结构的经典研究方法1.大体解剖的研究方法脑的解剖剥离标本：显示脑白质和基底核24一、

神经结构的经典研究方法253.脑和脊髓的常用切面——正中矢状切面，水平切面一、

神经结构的经典研究方法3.脑和脊髓的常用切面——冠状切面大白鼠实验头位按照不同的定位图进行大白鼠脑实验时,必须采取和定位图相应的头位。大白鼠的实验头位有多种〔在定位仪上〕：用耳杆固定大白鼠的外耳道后,调节切牙棒的高度使前囟高于人字缝尖1毫米。调节切牙棒使其上缘高于耳间线5毫米·调节切牙棒使耳间线中点至切牙棒前上缘的垂线与仪器水平面成5度的交角确定大白鼠的实验头位是依据脑的冠状平面应与神经轴相垂直。中脑与间脑的分界面通过后连合后缘和脚间窝前缘,大体上垂直于神经轴,把它作为鼠脑的冠状基平面图,当此平面与水平面垂直时,鼠头的位置即是规定的实验头位。对体重为150克雌鼠的实验头一位进行了测定,测出耳间线比切牙棒上缘高2.4毫米,耳间线中点到切牙棒前上缘的垂线与水平面成5度的交角。脑立体定位仪CaudatenucleusPutamenGlobuspallidus3.组织学的研究方法组织学的研究方法固定组织的标本制作方法固定和固定液：甲醛、戊二醛，等涂片和切片：石蜡〔5-10μm〕冰冻〔15-40μm〕恒冷箱〔5-25μm〕,冷冻枯燥真空包埋振动〔30-100μm〕超薄〔nm〕染色、显色和拍照：细胞成分与酸性或者碱性染料的理化反响。Hematoxylin-Eosin〔HE〕stain苏木精〔H〕：阳离子染料，将细胞核内的是碱性物质染成蓝色伊红〔E〕：阴离子染料，将细胞质和胶原原纤维染成粉红色4.神经解剖学的传统染色方法〔2〕Golgi〔银浸染〕法(Golgistain)能在大量神经细胞中镀染出少数神经元的全貌。十九、二十世纪神经系统构造的网状学说

〔3〕Cajalstain显示神经元内的神经原纤维neurofibrillary及轴突末梢神经元学说神经细胞是一个独立的生物学单位〔神经元〕，神经元间的联系不是通过细胞的连续，而是通过彼此的接触来完成的。并描述了神经元的树突及轴突，提出树突是接受区，神经元极性的概念。Electronmicroscope(1950s)：TEM，SEM证实神经元学说的证据〔4〕Nisslstain尼氏染色(1892)染神经组织内的核酸RNAandDNA，神经元核仁含丰富的RNA和一层DNA外壳，核中染色质少。胞浆内含大量的RNA，以尼氏体的型式存在，胶质细胞核质深染但胞浆内无尼氏体。〔5〕Weigert法(1884)：染髓鞘，而不能用于研究薄髓和无髓纤维

〔6〕Luxol坚牢蓝：属于铜-酞菁染料，在酒精溶液内具有与髓鞘磷脂结合的染色特性。〔7〕Marchi(1890):用四氧化锇染变性的髓鞘〔8〕Nauta法:将变性神经原纤维染成黑色，抑制正常神经元纤维的着色〔顺行追踪法〕年龄及病理变化二、近代追踪神经通路的研究方法辣根过氧化物酶法〔HorseradishperosidaseHRPmethod〕运输速度：逆行50-80mm/d，顺行50-500mm/d神经元的胞浆转运axonaltransplant神经元胞体中合成的结构和功能物质以及有形成分在胞体和外周突起之间，或神经元与周围微环境之间的往返转运。维持神经元的正常结构，为神经的生长发育、新陈代谢提供物质根底；作为神经系统中分子信息传递的重要局部，与神经冲动的电信息相互整和，实现对神经元的调控.分类：顺行轴浆快转运：小泡、线粒体、SER顺行轴浆慢转运：骨架蛋白0.2~8mm/d逆行轴浆转运：内质网、溶酶体、线粒体、内质体、大致密芯泡二、近代追踪神经通路的研究方法荧光追踪剂及其追踪法逆行或双向追踪法HRP植物凝集素〔PHA〕毒素(CT,HSCPrV)生物素或生物素化的葡聚糖〔BDA〕荧光色素单标，双标，等2-DG法PatchandFITCConfocalelectronmicroscope(1993)neuronstructuresalive三、化学神经解剖学的研究方法针对神经递质或调质、受体和离子通道、信号蛋白的研究方法1.所有分子生物学用于检测基因的研究方法2.基于抗原抗体的反响的功能蛋白定位检测方法流式细胞仪配体标记法W