第一讲神经科学绪论.ppt
第一讲第一讲神经科学神经科学 Neuroscience绪论绪论引言引言3rd2nd中文版：王建军主译，高等教育出版社中文版：王建军主译，高等教育出版社 2ndMark F.Bear,Barry W.Connors,Michael A.ParadisoNeuroscience:Exploring the Brain,3rd Ed 2007,Higher Education Press,USA.神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience西方神经科学的起源 早在7000年前，人们就会在颅骨上钻孔，这一过程被称作“环钻术环钻术”(trepanation)5000年前，埃及人开始认识到一些脑损伤的症状。然而，他们将心脏（而非脑！）视为灵魂的居所和记忆的储存库。古希腊时代对脑的认识 古希腊哲学家Aristotle（亚里士多德，公元前384322），他坚信“心脏是智慧之源”。他认为，脑是一个“散热器”，被“火热的心”沸腾了的血液在脑中被降温。神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience古希腊哲学家Aristotle（亚里士多德，公元前384322）古希腊时代对脑的认识 被称作“西方医学之父”的Hippocrates（希波克拉底，公元前460一379年）认为：脑不仅参与对环境的脑不仅参与对环境的感知，而且是智慧的感知，而且是智慧的发祥地发祥地。神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience“西方医学之父”的Hippocrates（希波克拉底，公元前460一379年）罗马帝国时代对脑的认识 Galen（盖伦，公元130-200)接受了Hippocrates 关于脑功能的观点，认为脑是脑是智慧的发祥地智慧的发祥地。作为一名为角斗士治疗伤病的医生，他的这一观点除了因为职业上接触大量脑、脊髓外伤的角斗士外，更可能是来自于他本人对动物大量和细致的解剖。神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience角斗士医师Galen（盖伦，公元130-200)罗马帝国时代对脑的认识Galen使用实验动物羊，试图从大脑和小脑的不同结构来推断它们的功能。新鲜剥离的脑，小脑较为坚硬而大脑较为松软。依据这一观察结果，Galen 推测大脑可能是感觉的接收装置，而小脑支配肌肉运动。错误的推断，正确的结论！神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience羊脑侧面和顶面观罗马帝国时代对脑的认识Galen发现脑室中空并含有液体。脑室的发现很符合当时流行的“四体液论的平衡学说”：机体的功能有赖于4 种重要的液体或体液的平衡。感知被大脑所记录，运动被小脑所启动，都是由体液通过神经到达脑室和离开脑室的流动，而实现感知周围环境并支配躯体运动。神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscienceSheep brain从文艺复兴到19世纪对脑的认识 Galen 有关脑的观点延续了将近1500年。在文艺复兴时期，伟大的解剖学家 Andreas Vesalius(1514-1564)的人体构造一书补充了许多关于脑的解剖结构方面的细节。但是，脑功能的脑室定位观点却脑功能的脑室定位观点却没有受到挑战没有受到挑战。神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience解剖学之父 Andreas Vesalius（维萨留斯，15141564）从文艺复兴到19世纪对脑的认识 在17世纪早期，法国人发明了类似水车驱动动力的机械装置，这些装置支持了“脑以类似机械运行的方式行使其功能”这样一种观点：液体从脑室中被压出来，经过神经“管道”到达肌肉，促使肌肉运动。神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience文艺复兴时期对脑室的描绘从文艺复兴到19世纪对脑的认识神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience法国数学家和哲学家 Rene Descartes（笛卡儿，1596-1650）从文艺复兴到19世纪对脑的认识神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience从文艺复兴到19世纪对脑的认识 18世纪末，神经系统获得了更为细致的解剖描述，开始了皮层功能定位时代。神经系统被确认为具有中枢和外周两个部分，中枢部分包括脑和脊髓，外周部分则由遍布于躯体的外周神经网络所组成。神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience从文艺复兴到19世纪对脑的认识神经解剖学史上一个重大突破是在脑表面观察到广泛存在的一些隆起（称为脑回，gyri)，以及一些凹槽（称为沟和裂，Sulci 或fissure)。大脑以叶（lobe）的形式组装起来，成为不同脑功能定位于不同的脑回上这一理论的基础。现在看来，这一突破开创了脑功能定位研究的新时代。神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience18世纪末对脑的认识回顾神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience19世纪对脑的认识神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience 神经是一些“电缆”，将电信号传入和传出脑。1751 年，Benjamin Franklin 出版了一本题为电的实验和观察的书，宣告了对电现象一次全新的认识。意大利科学家Luigi Galvani 和德国生物学家Emil du Bois-Reymond 证明，神经受到电刺激时会引起肌肉的颤动，同时脑本身也能产生电流。这些发现最终取代了“神经通过液体的流动而与脑相联系”的观点。引起运动和感觉的神经是不是同一根神经？双向传导？神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscienceCharles Bell；Francois Magendie：解决了背根和腹根的不同作用。Bell 通过分别切断实验动物的背根和腹根，发现切断腹根才会引起肌肉的麻痹。Magendie 证实，背根将感觉信息传人到脊髓。Bell 和Magen推论：每根神经都是许多“电缆”的复合体，其中一些纤维将信息传入脑和脊髓，而另外一些则将信息传送到肌肉。对于每一根感觉和运动经纤维而言，信息传递表现出严格的单向性。这两类神经纤维全长的大部分都包裹在一起，只是当它们要进人或离开脊髓时才独开来。u特定功能在脑不同部位的定位 如果不同的功能定位于不同的脊神经根，那么不同功能也很有可能定位于脑的不同部位。1811年，Bell推测运动纤维起源于小脑，感觉纤维最终到达大脑。如何验证这种假设呢？a.实验性切除法，损毁脑的特定部位，并检查由此所引起的感觉和运动缺陷。Flourens证实小脑在运动的协调上起作用b.对受试者的观察 Gall的颅相学、Broca大脑功能定位c.电刺激 电刺激狗脑的某个区域，可以引起狗的一系列不连续的运动。神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscienceu特定功能在脑不同部位的定位神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience 脑表面的隆起意味着什么？是否也具有不同的功能呢？Gall 坚信颅骨上的隆起反映了脑表面的隆起，因而在1809 年提出，一个人的性格倾向与脑的大小相关。Gall等搜集并仔细测量了数百个具有不同性格的人的头颅，包括天才，或具犯罪倾向的精神病人。这种将一个人的性格特征与脑的结构相联系的新“科学”被称之为颅相学（phrenology）。u特定功能在脑不同部位的定位神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscienceBroca 遇到了这样一个病人，该病人能够理解别人的言语，自己却无法说话。1861 年，当这个病人死后，Broca 仔细研究了他的脑子，结果在其左额叶上发现了损伤。根据这一病例以及其他几个类似的病例，Broca 认为大脑的这一区域具体负责语言的形成。u神经系统的进化神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscienceDarwin 认为，作为可遗传性状之一的行行为为同样可以进化。许多种哺乳动物在受到惊吓时均表现出相似的反应：瞳孔放大、心跳加速、发根直立。这些反应，无论对于人还是狗来说都是一样的。Darwin认为，反应模式的相似性表明这些不同的物种起源于一个共同的祖先，这个共同的祖先具有相同的行为性状。行为反映了神经系统的活动，可以推测：即便是不同物种恐惧反应的脑机制不完全一致，但这些机制也应该是类似的。运用低等动物研究人类神经系统的功能 神经系统的研究目前多采用动物模型Rats or Mice,Zebrafish,Flies,Monkey 视觉、学习记忆、老年痴呆、中风、药物成瘾等u神经系统的进化神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience某一物种的许多行为性状与该物种的局部生活环境或小生境（niche）有高度的特异性。例如，在枝头灵活攀援的猴子具有敏锐的视觉，而习惯在地洞中穿梭的老鼠则没有良好的视觉，但是它们嘴边的那些触须却具有高度进化的触觉功能。每一物种脑的结构和功能均反映了它们对环境的适应。通过比较不同物种脑的异同点，神经科学家可以知道不同的脑区所具有的特定行为功能。u神经元：脑的基本功能单位神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience1839 年，Schwann 提出了细胞理论：一切组织均由称为细胞的显微单位所构成。那么细胞学说适用于神经系统么？尽管脑中的细胞已得到确认和描述，但单个”神经细胞”是否就是脑功能的基本单位呢？神经细胞通常有一些纤细的投射（或称突起），从中心的细胞体上伸出。这些突起是否会像循环系统的微血管那样融合在一起？由不同神经细胞相互连接形成的“神经网络”是否才是脑功能的基本单位？直到1900年Cajal提出了神经元学说，神经元才被确认为神经系统的基本功能单位。近百年神经科学诺贝尔奖神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience1.1906 Golgi，Ramn y Cajal 神经系统的结构神经系统的结构 2.1932 Sherrington,Adrian 神经细胞的功能神经细胞的功能 3.1936 Dale,Loewi 神经脉冲的化学传递过程神经脉冲的化学传递过程 4.1944 Erlanger,Gasser 神经纤维的高度分化神经纤维的高度分化 5.1949 Hess 中脑是调节内脏活动的器官中脑是调节内脏活动的器官 6.1957 Bovet 合成物质运用在血管和肌肉中合成物质运用在血管和肌肉中 7.1963 Eccles,Hodgkin,Huxley 神经细胞膜对兴奋传递的作用神经细胞膜对兴奋传递的作用8.1970 Katz,von Euler,Axelrod 神经信号的传递机制神经信号的传递机制9.1977 Guillemin,Schally,Yalow 肽类激素的产生肽类激素的产生,放射性免疫测定放射性免疫测定 10.1981 Sperry 大脑半球的分工大脑半球的分工11.1991 Neher,Sakmann 单离子通道的功能单离子通道的功能 12.2000 Carlsson,Greengard,Kandel 神经系统的信号传递神经系统的信号传递 神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience中国的神经科学 在中国文字中，凡是和思想相关的都从“心”旁黄帝内经经络学说和气 受“身体发肤受之父母，不可损伤”的制约 中国现代神经科学来源于生理学 鼻祖：生理学、神经科学林可胜（Rober K.S.Lim）(1897-1969)中国现代神经科学奠基人：冯德培(1907-1995)50年代研究大脑皮层中树突功能的先驱者：张香桐(1907-2007)中国科学院神经科学研究所，1999年成立当今的神经科学 分析的层次 分子神经科学 细胞神经科学 系统神经科学 行为神经科学 认知神经科学神经科学神经科学 NeuroscienceNeuroscience 科学研究的步骤 观察 重复 解释 验证神经科学的意义 对每一个年龄层次的人都具有
