认识神经生物学

认识神经生物学-化学感觉“味觉、

嗅觉”-物理感觉“触觉、

振动”-视觉-听觉-哪种感觉最先出现？-各动物门类主要有

哪些感觉？从感觉器官的进化说起感觉与动物门类什么时候出现？-软体动物、环节动物、节肢动物-有爪动物、刺胞动物、脊索动物哪些动物有眼睛？眼睛在什么时候产生？

-5.42亿年前动物只有三个门类-5.38亿年前有了38个门类-寒武纪生命大爆发-8-6亿前的雪球消退-地球板块移动、火山活动加剧-太阳活动，太阳在银河系的位置-光线增强对眼睛形成的驱动什么因素推动了眼睛的产生？-眼睛形成促进头部的形

成-眼睛形成促进身体分节-主动捕食、运动加快推

动神经系统的复杂化眼睛的产生对脑发育有什么影响？眼睛的产生促进脑发育第一次革命

语言的产生促进脑发育第二次革命-社会化、团体合作促进

语言产生-人工智能-第一次动物多样化-第二次高级智能ChatGPT

主要内容一．脑结构的概述二．脑和心脏：谁是“我”的主宰？三．现代神经生物学四．神经生物学研究的意义是什么以某种方式，通过物理化学的作

用，产生诸如意识、思维、想象、记忆、

意向、情感、性格等大量的无形效应？第一讲绪论一脑结构的概述重量：约

1400克脑是什么样子的？

脑回：隆起部分

脑沟：下去部分

裂：特别深的沟

重要区域标记：l中央前回：

运动l中央后回:感觉l颞上回：听觉部分脑回，脑沟和脑裂脑的内侧面

端脑

间脑：丘脑和下丘脑

中脑：顶盖和被盖

小脑

脑桥和延髓-白质大脑内部神经纤维聚集的地方。

脑白质中的中枢神经细胞的髓鞘

损害，会引起脑白质病。-灰质神经元细胞体密集的部位，色泽

灰暗。脑灰质主要分为：脊髓灰

质、脑干灰质、大脑皮层灰质三

个区域。大脑切片关于脑的一些事实-大概有8.6

x10

10

神经元（86

billion）-每个神经元大概跟104

神经元联系-假如每个神经元都与所有的神经元建立一个联系，人脑直径将达

到

12.5英里——人脑神经元只与周围的少量神经元有联系，长

距离投射属于特例。

重要的特例-我们只用了10%神经元（错！）

；神经胶质细胞是神经元的十倍

（也许也是错的！

）最新研究有可能是1:1，

而且分布不均关于脑的一些事实（续）-大脑重量：2%身体重量-神经元是可再生的！

（成体干细胞：海马齿状回等）-从20岁到90岁将死亡10%皮层神经元，

相当于每天85000个-同卵双胞胎的脑解剖结构并不相同，脑的大小有较强遗传性-人脑效率与脑的大小无关-男性脑比女性大，但女性脑的折叠程度比男性高，最终皮层

面积基本相等。皮层神经元数目与性别有关。二脑和心脏：谁是“我”的主宰

随着人类文明的产生，对人身体和精神的认识深入

后，将精神活动与身体器官开始联系。4000年前，

美索不达米亚文明：智力来源于心脏。古巴比伦、

古印度文明同样认为心脏是人体机能的主宰。

2700年前，

古埃及人意识到脑在控制身体方面的重

要性，还是认为心脏是智慧的中心、意识的来源。

公元前五世纪，古希腊阿尔克迈翁（前460-前371）

进行人体解剖第一人，脑处理知觉、组织思维的中

心。希波克拉底（医学之父）：前425年，脑不仅参

与环境的感知，而且是智慧的发源地。柏拉图（前

428-前347）：脑主宰人体的一切活动。-亚历山大帝国（前336年-前323年）

前后，

亚里士

多德（前384-前322）

认为心脏是人体的指挥中心，

掌管一切，

脑只是冷却室。

希罗菲洛斯（前335-前

280）

，

埃拉西斯特拉图斯(前304-前250)，

伟大的

解剖学家，

最早开始解剖和研究人体器官，

区分神

经、血管和肌腱的第一人。脑是智慧中心并认为是

第四脑室。-埃拉西斯特拉图斯：

进行几

种动物脑的比较，

人脑表层

弯曲多，

高级智能生物需要

更复杂的脑-由于亚里士多德的地位，“心脏说”

占据主导地位

盖伦

（公元129-200）：罗马帝国

时代，角斗士医生，脑是控制人

体的最重要器官，区分感觉与运

动神经。

猪的实验：切断喉神经，猪还在

挣扎但不再叫了。第一次脑控制

行为的实验。

脑室中心论

步入岐路的脑三巢理论-韦萨留斯（1514-1564）

：动物都有

脑室，但我们不认为其有灵魂，人类灵

魂不在脑室。-在人体标本上进行了细致的解剖，并

请画家画下来。于1543年发表了有名的

解剖著作《人体构造》和《节录》，改

变了脑研究的视角，注重解剖，而不是

哲学推断，

促进了脑解剖研究。-促进了十七世纪和十八世纪的一些学

者们从脑实体中其他部位寻找思维意识

的部位，

如笛卡尔（Descrates）就选

择松果体作为精神（心理）能力或心理

灵魂居住的部位。达芬奇（1452–1519）：

脑室的

蜡模技术、神经走向解剖追踪。

发现感觉传入的脑巢与传统的三

巢理论不符合。脱离脑室论有关问题的思考-伽利略:“两个铁球同时落地”-有没有做这个实验？思考与观察孟德尔达尔文-博学、审问、慎思、

明辨、笃行-批判精神观察力-时与势神经科学是研究人

与动物神经系统〈主要是脑〉

的结

构与功能，

在分子

水平、细胞水平、系统〈复杂的神经

回路或神经网络〉水平、行为水平以

至认知水平〈自我

感识、想象、思维〉

阐明神经系统特别

是脑的活动规律的

学科群。三

现代神经生物学神经生物学分支-(一)分子神经生物学是在分子水平研究与神经细胞或神经活动有关的

化学物质，如突触传递过程中的多级信使物质的分子结构及功能，受

体蛋白和离子通道蛋白，神经营养物质等的结构与功能。广义地讲还

包括神经遗传工程学，研究神经系统各组分的基因表达和分子遗传学。-(二)细胞神经生物学是在细胞或亚细胞水平上研究神经元和神经胶质

细胞等。递质/调质；神经-内分泌-免疫网络上的生长因子、细胞因子

以及营养因子等化学信号分子及其受体；一氧化氮；神经元细胞骨架

的结构与功能，轴浆运输与神经元营养和再生的关系；神经组织移植；

坏死与凋亡(apoptosis)-(三)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、各种感觉系统、各种内脏的神经调控、心血管系统的神经调控、

以及神经内分泌学和神经免疫学等等-(四)行为神经生物学是在生活着的完整动物上，应用行为学或心理学

方法，研究神经系统与学习记忆、情感、睡眠与觉醒等生物钟现象，各

种内外环境改变对动物行为的影响等。转基因动物及基因敲除(knockout)动物行为研究的进展使分子“还原”’与整体“综合”得到较好的

结合。-(五)发育神经生物学是研究神经系统的发育过程，

包括细胞间的识别

与基因表达，神经通路的寻找与建立，神经细胞的衰老和防衰老，以及

发育的可塑性等。在个体发育过程中，繁殖因子与分化因子的种类和数

量处于动态变化中，这两大类因子关系的失衡又关系到畸形、肿瘤发生

以及其它神经发育异常。-(六)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。值得注意的是，某些低等动物如海兔、乌贼、水蛭

等，其神经元总数很少，个体又很大，是研究突触形成、学习与记忆、

各种神经化学物质对神经活动影响的良好实验动物。

例如，细胞死亡基

因和存活基因、以及细胞程序死亡的发现，即始于线虫的研究。人类脑计划两个脑计划：第一代：

1990-2000年代

神经细胞，

回路乃至系统水平上发生大量并行，

动态的相互作用的过

程，

这些过程的总和才是行为的某些片段——很难直观地从各种实验观

察推断出真正的结果。

新技术，新方法增强了人们从宏观和微观研究神经系统的能力，产生

庞大的数据。例如：

fMRI，

PET；

DNA

芯片和表达阵列等等怎样灵活有效地管理与整合所有数据？如何最大限度地了解脑的各组分协调工作的原理？怎样建立模型，模拟神经系统功能？第二代人类脑计划-美国政府2013年开始脑计划-我国2021年开始 大大加速人类对自身大脑的认识 为预防和控制脑部疾病提供准确的资料 创造性地运用脑知识带动相关领域发展脑联网：人工智能的未来当今神经生物学的特点 (一)以研究神经系统为目的的综合科学分子生物学

细胞生物学

解剖学组织胚胎学

生理学生物化学病理学药理学免疫学…………………………神经科学认知科学心理学信息学物理学数学化学…………………………当今神经生物学的特点(二)生命科学中一门基础实验科学：神经生物学的

大量研究是在动物上做实验。1.研究步骤：观察，重复，解释，验证2.动物的使用《广东省实验动物管理条例》2010.9l转基因动物：

Cre转基因小鼠（特定部位表达；特

定时间诱导）；

Casp－9法当今神经生物学的特点(三)一门新兴的交叉科学：出现神经生物学仅有60多年的历史。生命科学飞速发展的自然结果。20世纪60年代后期“神经科学”概念的出现是

人类认识脑的历程中的一个里程碑。未来20年与信息科学、计算数学、物质科学等的交叉将会产生重要成果四神经科学对社会和科学发展的意义(一)神经科学对社会健康的意义(二)神经科学对社会发展的意义(三)神经科学发展的科学意义(一)神经科学对社会健康的意义o对于社会的发展和人类的健康,人脑所起的

作用是世间任何事物不可替代的o神经科学研究对每个年龄层次的人都有意义

出生前的胎儿儿童脑的可塑性发育成年人脑的有效工作老年人健康生活-各种脑疾患占的比例越来越高。这些疾病极大地影响人的健康，造成巨大家庭和社会负担。(二)神经科学对社会发展的意义 传统药物工业的主要基础-

神经药物应用：神经疾患，心脑血管系统；呼吸消化系统

……-

神经系统或神经疾患的药物，如各种麻醉药物、控制帕金森综合症的药物、控制精神病的药物、影响睡眠的药物等；-

大部分心血管药物，治疗呼吸系统和消化系统的药物，也依赖和借鉴神经药理的研究结果，比如一些控制鼻塞、哮喘的药和控制胃酸

的药是调节神经信号而产生作用。 现代高科技产业生物工程的重要支柱之一-

以分子生物学为基础-

神经科学有关的生物工程药物受到重视(三)神经科学发展的科学意义-神经科学得益于多门学科，又推动这些学科；加速神经科学的发展

可以带动一批相关学科的发展。-以前,神经科学的各亚学科侧重单一的研究策略-现代神经科学的发展使其各亚学科有活跃的相互作用，这既表现在

多学科的技术交叉上，也体现于学术思想和概念的交融上。-神经科学来源于生理学、生物化学、生物物理学、药理学、解剖学、

胚胎学、神经病学和精神病学。在70年代初神经科学形成单独的学

科，到80年代定型，分子生物学、遗传学、影像学、计算网络(神

经网络)和认知科学等对神经科学的促进在近十到二十年很为明显。-现代影象学：物理科学与生命科学相互作用，正电子扫描（PET）和功能性核磁共振（fMRI）等无创性成象技术使人们观察活体脑功能的梦想成为可能-社会认知科学和神经营销学-读脑时代－－大脑扫描和大脑复制案例：神经营销学-用神经生物学方法（脑成像方法）来确定消费者背后的购买推动力-起源：可乐之争-百事挑战：

去掉品牌标志，请受试者品尝，认为百事可乐更好喝的

人占多数，

电视直播取得了一定的广告效果。但实际购买选择时还

是选择可口可乐。-问题在哪？脑成像揭示，不知道品牌品尝，大脑中豆状核兴奋，知

道品牌时前额叶皮层激活。广告效应要刺激脑前额叶皮层。

生产商：更加精确的分析定位，广告推广更有效

消费者：选择出更符合需要产品人工智能是研究开发能够模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、

技术及应用系统的一门新的技术科学，研究目的是促使智能机器会

听（语音识别、机器翻译等）、会看（图像识别、文字识别等）、会说（语音合成、人机对话等）、会思考（人机对弈、定理证明等）、会学习（机器学习、知识表示等）、会行动（机器人、自动

驾驶汽车等）。1956年夏，麦卡锡、明斯基等首次提出“人工智能（Artificial

Intelligence，简

称AI）”概念，标志着人工智能学科的诞生。什么是人工智能？一是起步发展期：1956年—20世纪60年代初。人工智能概念提出后，相

继取得了一批令人瞩目的研究成果，如机器定理证明、跳棋程序等。二是反思发展期：

20世纪60年代—70年代初。人们开始尝试更具挑战性

的任务，并提出了一些不切实际的研发目标。然而，接二连三的失败和

预期目标的落空（例如，无法用机器证明两个连续函数之和还是连续函

数、机器翻译闹出笑话等），

使人工智能的发展走入低谷。三是应用发展期：

20世纪70年代初—80年代中。

20世纪70年代出现的专

家系统模拟人类专家的知识和经验解决特定领域的问题，实现了人工智

能从理论研究走向实际应用、从一般推理策略探讨转向运用专门知识的

重大突破。专家系统在医疗、化学、地质等领域取得成功，推动人工智

能走入应用发展的新高潮。四是低迷发展期：

20世纪80年代中—90年代中。随着人工智能的应用规

模不断扩大，专家系统存在的应用领域狭窄、缺乏常识性知识、知识获取

困难、推理方法单一、缺乏分