神经生物学在线视频

今天

我们来讲一堂

神经医学的课

神经医学的目的

是要了解

神经

疾病的

生物学基础

探讨

神经系统疾病的

诊断

和治疗方法

今天我们的课

分成四个方面

第一方面

我们讲一讲

神经生物学的

神经医学的

基础

也就是神经生物学

第二方面

我们讲

神经退行性疾病

第三方面

讲

急性神经损伤

第四方面

讲一讲

精神疾病

第一节

神经生物学

那么在这一节里

我们要讲一讲神经生物学的

基本概念

讲一讲神经系统的发育

神经信号的传导原理

以及神经系统的功能

我们大家知道

我们

身体里面

最主要的一个

控制

中心

或者说

人的一个

司令部

就是

神经系统

神经系统

分为

中枢神经系统

与外周神经系统

中枢神经系统

包括我们的大脑

以及

脊髓这两部分

外周神经系统

包括

遍布我们全身的

很多分布广泛的

神经

以及

控制这些神经的

神经细胞体

在脊髓边上的

神经节

神经生物学当中

一个最重要的理论

或者说学说

叫做

神经元学说

Neuron doctrine

那是在

100多年前

有两位

科学家

争论

而最后形成的

一位

是意大利的解剖学家

叫Camillo Golgi

他呢

是发明了一种

染色神经细胞的

染色方式

后来

被人称之为叫做

高尔基染色方式

这种染色方式

可以使

神经细胞

也就是神经元

能够全面的

完整的展示出来

另外一位科学家

叫Ramón Cajal

那是一位西班牙的

神经科学家

他用了

高尔基染色方式

认真仔细的

研究了

神经系统的

各个部分的

神经细胞

他发现

在神经系统的各个部门

部分

神经元

的形态

可以有

多种多样

比如说

运动神经元

长得是这个样子

海马的

椎体神经细胞

长的是这个样子

而小脑的浦肯野细胞

长得是那个样子

尽管

神经元的形态

多种多样

但是

它们

不外乎

是由三个部分组成的

第一呢

是有一细胞体

大家看见这个细胞体

当中有细胞浆和细胞核

第二呢

它是由

形态

各种各样的突起

我们称之为树突

英文叫做Dendrites

不同的神经细胞

它的树突

形状是各种各样的

那么最后呢

神经元都有

一个

很长很长的突起

我们把它叫做

轴突

这三个部分

的分工是这样的

树突

是

接收

神经信号

把信号转到细胞体

经过整合以后

又由细胞体通过轴突

传到下一个神经元去

Cajal提出神经元学说

也就是神经元是神经系统

基本的

结构和功能单位

Cajal

与Golgi产生了

激烈的争论

Golgi没有看见

神经细胞与神经细胞之间的

连接

所以他认为

神经细胞是一个

网络状的组织

细胞浆之间是互相相通的

而Cajal

则认为

神经细胞

与神经细胞

之间是分开的

它们通过

突触

来互相连接

所以

他提出的神经元学说

最后

认为是正确的

这个就奠定了

整个神经

生物学的基础

所以大家认为

Cajal是

神经生物学的鼻祖

下面来谈一谈神经系统的发育

我们

现存的

神经系统

或者说是大脑

不是一开始就是这样

从一个

出生的婴儿

到一个

成年人

他的神经系统

经过了一系列的

发育生长的过程

这里面主要分成

6个部分

这张幻灯片里我们讲了三个部分

第一个部分是叫神经元的发生

Neurogenesis

第二部分是神经元的迁移

Neuronal Migration

第三部分是神经元的凋亡

叫

Programmed Neuronal Death

我们以大脑皮层神经元的发生

迁移和凋亡作为例子

大家看到下面蓝的这一部分

是叫做Ventricular zone

它是在大脑皮层的

基底一层

那么

所有的神经元

大脑皮层的神经元

都是从这个地方发生的

这个地方的神经元

通过分裂

增殖

变得越来越多

那么当

一个神经元分成两个神经元的时候

其中一个留在Ventricular zone

而另外一个

通过迁移

往上迁移

那么迁移

的过程是从

下到上的

或者是从内到外

这样一个迁移过程

大家可以看见

一开始的时候

有一部分的神经元

迁移

形成了

大脑皮层的第六层

然后

过了一段时间

又一部分的神经元

再迁移

越过第六层

形成了第五层

以此类推

就形成了

第四层第三层第一层
就形成了

第四层第三层第一层

所以大脑皮层有六层神经元

是一个

从里向外的这样一个迁移的过程

另外一个有趣的现象

是神经细胞

往往是

先产生很多

最后通过

组合

调整

形成了固定的一个数量

而最后

从多到少的过程是一个主动的

过程

神经细胞有一个死亡的过程

这个死亡的过程

叫做神经元的凋亡

或者叫Apoptosis

也叫做

Programmed Neuronal Death

通过神经元凋亡这样一种

方式

使得神经元

各个部位的

数量

达到了一定的

合适的程度

神经系统的发育

还要经过

三个很重要的过程

它们是

树突分支(Dendritic branching)

轴突的导向(Axonal guidance)

和最后突触的形成

大家看这张图

神经元

在形成以后

它跟其它细胞不一样

会长出很多很多的突起

这种突起越长越长

其中有一条

突起

这边用红的标记

长得特别长

这条突起

逐渐逐渐就形成了

我们所说的轴突

那么轴突可以长

非常非常长

长到一公尺这样的长度

它从一个神经细胞

所在的部位一直要长到

它的

所需要支配的

靶部位

这一个漫长的过程是一个非常

精确的过程

所以需要很多

精细的调控机制

这种过程

我们把它叫做轴突的导向

另外

神经细胞

有很多

突起

除了轴突之外还有很多很多突起

这种突起我们把它叫做树突

那么树突的

生长特点是它

越长越多

后来又进行分支

分支又形成分支

形成了一个树状的

形态

这个过程我们把它叫做树突分支

Dendritic branching

这个过程

也是通过一个精细的调控

那么树突的功能

刚才我已经讲了

是接受

别的细胞传来的神经信号

所以它就形成了一个

大的天线这样的大的一个网

用来接受

其它部位的神经细胞传来的信息

再来看我们的轴突

当它长到靶点的

区域以后

它要与另外的神经细胞

形成连接

这种连接叫做突触(Synapse)

这个形成的过程

叫做突触形成的过程

也就是(Synapse formation)

它也是通过一个非常复杂的

精细的调控过程

所实现的

所以神经系统的发育

经历了这样六个

非常复杂精细的

调控过程

才形成了我们这样一个

非常非常复杂

功能多样的

神经系统

神经细胞

与其它细胞

有一个非常显著的

不同点

也就是说

它的细胞

是所谓的

叫做

可兴奋细胞

神经细胞膜

内跟外有一个电位差

一般在

60到80

毫伏左右

当一个外界刺激

比如说前一级神经元送来的信号以后

这个膜电位的

大小

会发生改变

这种改变我们把它叫做去极化

当去极化达到了

一定的程度

比如说

从-70

变到了-50毫伏的时候

这个神经细胞的

膜电位可以发生一个

非常快速的翻转

这种翻转

我们把它叫做动作电位

那么动作电位一般来说是在

树突或者细胞体

的地方发生

然后

它用一个非常快的速度

来

通过轴突

转向下一个神经细胞

这个传递的速度

可以达到

每秒4

到

120米

这样的一个速度

我们再来看一看

这个

动作电位

的传导过程以及

突触传递这样一个过程

前面的细胞

通过它们的轴突作用在

这个神经细胞的树突

和细胞体上

当它的

作用

达到一定程度

使得这个细胞去极化

然后实行翻转

这个细胞就发生了动作电位

动作电位通过轴突

传导到下一个神经细胞

它的接触的地方

这个地方我们称之为突触

大家看一下

这个放大的图

神经细胞的

末梢

当动作电位

侵入到这个地方的时候

这个末梢发生

去极化

去极化导致了

钙

从细胞外

进入细胞内

进入神经末梢

而钙

又

触发了

含有神经递质的这些囊泡

与

突触前膜的融合

所以使得

囊泡里面的神经

递质

释放出来

这个是

在突触前

发生的变化

总结一下

神经的

动作电位

通过轴突

传达到

神经末梢

使神经末梢

的膜电位去极化

而这种去极化造成了

钙

的内流

钙内流又

促成了

神经

突触囊泡

与突触前膜的

融合

使得神经递质

实行释放

这就是突触传递的

突触前部分

下面我们讲一下

突触传递的突触后部分

当神经递质

释放到

突触的

膜的间隔的

地方的时候

神经递质

会与

突触后膜上的

一些受体

进行结合

这种受体可以分成两大类

一类受体是

离子通道型的受体

当神经递质与这些受体

结合以后

这些离子通道就会打开

打开的离子通道

使得

突触后的

膜

又进行去极化

就把信号

从突触前

传到了突触后

另一大类的

神经

递质的受体

是所谓的

G蛋白偶联的

受体

也叫做GPCR

当神经递质

与这些受体结合的时候

这些受体

发生

构象上面的变化

从而激活了

其下游的在膜上的

所谓的

G蛋白

而G蛋白

又

进一步激活下面的

所谓的

Effector

也就是说

起效应的蛋白

这种蛋白

可以是酶

也可以是离子通道

那么一个

非常

大家公认的一个过程

叫做

产生

第二信使的过程

也就是说

当

G蛋白偶联的受体

激活了

G蛋白以后

G蛋白

激活下游的酶

而这个下游的酶

会产生

一些在细胞内的

小分子的第二信使

一个

最著名的小分子

是腺苷酸环化酶

它就会产生

在细胞内

小分子的

第二信使

叫做cAMP

好我们来谈一谈

神经系统的功能

通过

100多年的研究

我们知道

大脑的

皮层

是有功能划区的

也就是说不同的大脑皮层部分

会参与到

不同的神经系统的功能

有一个输出的分工

那么从功能上面来看

神经系统的

功能

大概可以分成三个方面

一个是感觉

一个是运动

还有一个是

高级

我们把它统称为高级认知功能

从感觉这一方面来看

我们

粗粗的分

可以分成五种感觉

也就是说视觉

听觉

嗅觉

味觉

与触觉

这方面的研究

已经是非常非常的深入

举例来说

视觉

是通过我们的眼睛

把光吸收到

眼睛后面的

叫视网膜

视网膜上面有

光感受细胞

叫做锥体细胞

和

Cone跟

Rod

这两种细胞

这种细胞

通过

膜电位的变化

把视觉信号

变成

电信号

然后传到

我们中枢神经系统里面去

神经系统的

第二大类功能

就是运动

运动

是可以从

大脑皮层

发起的

大脑皮层有一个部分

叫做运动皮层

它发出指令

把这个指令

通过脑干

转到脊髓

而脊髓

又有运动神经元

发出指令

支配我们的肌肉细胞

而肌肉细胞的收缩

完成了一个我们运动的动作

这是一个简单的

运动

由大脑皮层控制

这样一个过程

这个过程我们

可以通过

电生理

以及

神经

脑神经组织损毁

的实验

来

证明

这一个

这一整套的运动过程

是从大脑皮层

运动皮层发起

举例来说

这边我们可以

插一个电极

到大脑皮层

当

动物

进行动作

发起的时候

大脑皮层

发出

信号

这里我们可以通过神经

记录到动作定位

然后这些神经信号

传到脑干

脑干再传到

脊髓

脊髓最后支配

肌肉细胞进行收缩

完成了一个

动作

神经系统的

第三个方面的功能

我把它

放在一起

称为

高级认知功能

这里面其实

包括了多种功能

比如说

我们有学习技艺的功能

人跟人之间的沟通

我们需要有语言的功能

在各种各样不同的

场景

情况下

我们会有不同的反应

那是情绪的功能

我们有

沮丧

有高兴

有

愤怒

这些都是情绪反应

另一方面

我们的大脑

我们的人

都是需要经过一个

白天黑夜的变化

而人是由一个非常

明显的

一个

高级脑功能

那就是睡眠

我们的脑子

其实还有很多很多

高级认知功能

举一个例子来说

我们的学生

都要经过一个高考的过程

才能进入大学

那么这一个过程里面就

包含了很多种

高级认知功能

我们要有

强烈的动机

我们要有

很努力的

认真的学习

也就是注意

然后

我们学习

得到的成就是对我们行为的一种奖赏

所有这些

都是脑的高级认知功能