脑科学进展PPT

1、脑科学进展脑科学进展u我眼中的脑科学与神经科学我眼中的脑科学与神经科学u脑科学主要研究手段脑科学主要研究手段u脑科学近期研究新进展脑科学近期研究新进展脑科学：脑科学：从广义上来说，是研究脑的结构与功能的一 门综合性科学,还包括认知神经学等。研究内容：研究内容：包括神经网络复杂构建中的单个元件神经元以及神经元通讯问题，脑结构的研究及其区域复杂功能的研究。神经科学：神经科学：是狭义上的脑科学，是对脑进行多方位、不同层次的研究从而解释脑活动的机制。美国神经科学会则定义其是为了了解神经系统内分子水平、细胞水平、细胞间的变化过程，以及这些过程在中枢功能控制系统内的整合作用而进行的研究。研究的内容：研究的

2、内容：发育神经生物学、计算神经学、神经解剖学、神经生理学、临床神经学等。两者的区别与联系：两者的区别与联系： 脑科学研究涉及的范围更加广泛，脑并不是孤立存在的,研究的对象不只局限于脑,而是包括与脑密不可分的整个神经系统,甚至包括感觉和效应器官。因此,脑科学也称为神经科学，狭义上的脑科学即神经科学。它们的共同目标就是认识脑的复杂结构和功能，为人类解决脑疾病提供可能。脑科学主要研究手段脑科学主要研究手段形态学方法：免疫组化（形态学方法：免疫组化（Immunohistochemistry，IHC） 苏木精苏木精 - 伊红染色伊红染色 ( hematoxylin-eosin staining，HE)

3、等等电生理方法：膜片钳技术（电生理方法：膜片钳技术（patch -clamp recording technique），长时程增强（），长时程增强（ long-term potentiation, LTP ）等）等生化与分子方法：生化与分子方法：PCR技术、免疫印迹（技术、免疫印迹（Western-blot） 原位杂交（原位杂交（in situ hybridization）等）等脑成像法：核磁共振成像技术（脑成像法：核磁共振成像技术（Nuclear Magnetic Resonance Imaging ，简称，简称NMRI ）等）等膜片钳技术膜片钳技术u19761976年德国科学家年德国科学家

4、NeherNeher和和SakmannSakmann在青蛙肌细胞上用双在青蛙肌细胞上用双电极钳制膜电位的同时，记录到电极钳制膜电位的同时，记录到AChACh激活的单通道离子激活的单通道离子电流，从而产生了膜片钳技术（电流，从而产生了膜片钳技术（patch clamp patch clamp recording techniquerecording technique）u19831983年他们主编的年他们主编的Single-Channel RecordingSingle-Channel Recording问世问世对当时的膜片钳技术做了全面系统的总结，对当时的膜片钳技术做了全面系统的总结，1991

5、1991年度的年度的诺贝尔生理学与医学奖诺贝尔生理学与医学奖膜片钳技术的概念膜片钳技术的概念u膜片钳技术是指采用尖端经过处理的微电极与膜片钳技术是指采用尖端经过处理的微电极与细胞膜发生紧密接触，使尖端下的这片细胞膜细胞膜发生紧密接触，使尖端下的这片细胞膜在电学上与其他细胞膜分离，大大降低背景噪在电学上与其他细胞膜分离，大大降低背景噪音，使单通道微弱的电流得以分辨。音，使单通道微弱的电流得以分辨。 有两大类：单通道记录，全细胞记录有两大类：单通道记录，全细胞记录 单通道单通道只能记录细胞膜单一的离子通道只能记录细胞膜单一的离子通道 全细胞记录全细胞记录反映的是整个细胞膜上所有离子通道电活动反映的

6、是整个细胞膜上所有离子通道电活动的总和，并且保持细胞及其反应性的完整性，这样可以的总和，并且保持细胞及其反应性的完整性，这样可以在细胞水平上观察受药物的作用后神经元电活动在细胞水平上观察受药物的作用后神经元电活动的总体的总体反应特点反应特点膜片钳技术的记录方式膜片钳技术的记录方式u四种基本记录模式四种基本记录模式 细胞贴附记录模式、内面向外记录模式、外面向外记录细胞贴附记录模式、内面向外记录模式、外面向外记录模式、全细胞记录模式模式、全细胞记录模式膜片钳技术研究成果及发展膜片钳技术研究成果及发展一、传统膜片钳技术每次只能记录一个细胞，而全自动膜片钳技术的一、传统膜片钳技术每次只能记录一个细胞，

7、而全自动膜片钳技术的出现在很大程度上解决了这些问题，它不仅通量高，一次能记录几出现在很大程度上解决了这些问题，它不仅通量高，一次能记录几个甚至几十个细胞。个甚至几十个细胞。uWang, W., et al., Wang, W., et al., Effect of sodium ferulate on delayed rectifier Effect of sodium ferulate on delayed rectifier K+ currents in PC12 cells.K+ currents in PC12 cells. Experimental and Therapeutic E

8、xperimental and Therapeutic Medicine, 2014. 8(3): p. 983-987Medicine, 2014. 8(3): p. 983-987二、研究对象已经不局限于离子通道。现在发展到对离子泵、交换体二、研究对象已经不局限于离子通道。现在发展到对离子泵、交换体以及可兴奋细胞的胞吞、胞吐机制的研究等。以及可兴奋细胞的胞吞、胞吐机制的研究等。uBotta, P., et al., Botta, P., et al., Alcohol Excites Cerebellar Golgi Cells by Alcohol Excites Cerebellar

9、Golgi Cells by Inhibiting the Na+/K+ ATPase.Inhibiting the Na+/K+ ATPase. Neuropsychopharmacology, 2010. Neuropsychopharmacology, 2010. 35(9): p. 1984-199635(9): p. 1984-1996膜片钳技术的发展膜片钳技术的发展三、在神经科学领域中，膜片钳技术与离体脑片技术结合三、在神经科学领域中，膜片钳技术与离体脑片技术结合可以进行神经元突触联系的研究，与使用培养的或急性可以进行神经元突触联系的研究，与使用培养的或急性分散的神经元相比具有不可

10、替代的优势。分散的神经元相比具有不可替代的优势。uWang, X., B.M. Hooks, and Q.-Q. Sun, Wang, X., B.M. Hooks, and Q.-Q. Sun, Thorough GABAergic Thorough GABAergic innervation of the entire axon initial segment revealed by innervation of the entire axon initial segment revealed by an optogenetic laserspritzer.an optogenetic l

11、aserspritzer. Journal of Physiology- Journal of Physiology-London, 2014. 592(19): p. 4257-4276London, 2014. 592(19): p. 4257-4276应用膜片钳技术取得的成果应用膜片钳技术取得的成果u成年豚鼠结肠平滑肌的内向电流主要通过高电压依赖型钙通道成年豚鼠结肠平滑肌的内向电流主要通过高电压依赖型钙通道(L(L型型),),利用全细胞膜片钳技术研究染料木黄酮可对豚鼠近端结肠电压依利用全细胞膜片钳技术研究染料木黄酮可对豚鼠近端结肠电压依赖性钙通道的影响及其作用途径赖性钙通道的影响及其作用

12、途径, ,研究结果显示染料木黄酮可通过研究结果显示染料木黄酮可通过酪氨酸途径阻断豚鼠近端结肠平滑肌细胞的酪氨酸途径阻断豚鼠近端结肠平滑肌细胞的L L钙通道的电流抑制结钙通道的电流抑制结肠平滑肌的运动肠平滑肌的运动uLI Shi-Ying,TANG Yi-Ping,OUYANG Shou1Effect of genistein on L-LI Shi-Ying,TANG Yi-Ping,OUYANG Shou1Effect of genistein on L-type calcium channel currents of proximal colon smooth muscle type ca

13、lcium channel currents of proximal colon smooth muscle cells of guinea-pigcells of guinea-pigJ J1Chin J Pharmacol 1Chin J Pharmacol Toxicol,2006,20(6):441-4471Toxicol,2006,20(6):441-4471uCrewsCrews等推断黄体酮可通过抑制细胞外钙离子内流等推断黄体酮可通过抑制细胞外钙离子内流, ,从而抑制血管平从而抑制血管平滑肌的收缩。并使用膜片钳技术可以对平滑肌膜电位进行监控和分滑肌的收缩。并使用膜片钳技术可以对平滑

14、肌膜电位进行监控和分析析, ,得到其活动的详细机制。得到其活动的详细机制。uCrews J K, Khalil RA1Gender-specific inhibition of Crews J K, Khalil RA1Gender-specific inhibition of Ca2+entry mechanismsof arterial vasoconstriction by sex Ca2+entry mechanismsof arterial vasoconstriction by sex hormoneshormonesJ J1Clin Exp Pharmacol Physiol,1

15、999,26(9):707 -1Clin Exp Pharmacol Physiol,1999,26(9):707 -151151神经科学研究前沿神经科学研究前沿杨晓勇博士解析大脑中的杨晓勇博士解析大脑中的“饥饿游戏饥饿游戏”u这项新发现表明大脑中控制饥饿和食欲的神经元能够调这项新发现表明大脑中控制饥饿和食欲的神经元能够调节白色脂肪节白色脂肪“棕色化棕色化”uHai-Bin Ruan, Marcelo O. Dietrich, Zhong-Wu Liu, Marcelo R. Hai-Bin Ruan, Marcelo O. Dietrich, Zhong-Wu Liu, Marcelo R.

16、 Zimmer, Min-Dian Li, Jay Prakash Singh, Kaisi Zhang, Ruonan Yin, Zimmer, Min-Dian Li, Jay Prakash Singh, Kaisi Zhang, Ruonan Yin, Jing Wu,Tamas L. Horvath, Xiaoyong Yang. O-GlcNAc Transferase Jing Wu,Tamas L. Horvath, Xiaoyong Yang. O-GlcNAc Transferase Enables AgRP Neurons to Suppress Browning of White Fat. Cell, 9