神经生物学基础

神经生物学基础什么是神经科学？神经科学研究的目标：理解精神、智力活动的生物学基础；神经科学家试图理解问题之一是：发育过程中形成的神经回路是如何使生物体可以感受外部的环境？又怎样形成记忆？以及相关经验如何来指导行为？另一个神经科学家试图理解的是，情绪的生物学基础。他们想了解情绪是怎样丰富我们的日常生活的，以及在忧郁症、狂燥症、精神分裂和老年痴呆等病理条件下情绪是如何失控的。神经科学神经生物学基础神经科学计算神经科学临床神经科学神经生物学六个研究分支：1分子神经生物学2细胞神经生物学3系统神经生物学4行为神经生物学5发育神经生物学6比较神经生物学胶质细胞10-20倍神经元神经元（细胞）1011-1012神经系统神经元内容神经元概念神经元结构特点微环路神经递质共存神经元的显示19世纪末期，德国神经科学家Nissl创立了神经元的染色方法，发现神经元胞浆中核蛋白体可以着色，显示神经元Nissl染色的作用区别神经元和胶质细胞探讨神经元的组织结构、神经元在脑区的分布但是，Nissl染色只能显示神经元胞体绕核部分TheGolgistain1873年,他发现了将神经组织浸泡在银溶液中，神经元完全被染色，包括神经元胞体和突起。神经元的显示A多极神经元（Golgi

I型细胞）

B多极神经元（Golgi

I型细胞）

C多极神经元（Golgi

II型细胞）

D小脑皮质蒲氏细胞

E小脑皮质颗粒细胞

F嗅感受器细胞（两

个轴突）

G初级感觉神经元

（无脊椎动物）

H假单极神经元

I视网膜无长突细胞

（缺乏轴突突起）

J嗅球颗粒细胞（无

轴突突起）

K运动神经元（无脊

椎动物）神经元一个神经细胞的胞体（核周质）及其所有的突起（树突和轴突）是神经系统的功能单位是高度分化的细胞可以接受刺激，产生和扩布神经冲动并将神经冲动传递给其他效应细胞神

经

元

结

构一、神经细胞体

细胞核（nucleus）神经元具有一个细胞核，也有两个（自主神经节）圆形或卵圆形（3-18μm），居中；核膜由两层膜组成，膜厚7nm，膜间有腔隙，与内质网相连；核小孔：核膜上的小孔，直径0·1μm，

核仁：细丝+颗粒，富含核糖核酸；主要成分是rRNA，少量DNA，蛋白质及酶类核内染色质：含遗传物质DNA

特点之一：神经元的有丝分裂活动一般在出生或出生后不久便停止，这是因为神经元的定向分化一旦开始，有丝分裂的潜力就丧失，而且细胞就不在回复到可引发有丝分裂的状态。细胞周期相关蛋白？细胞分化相关蛋白？一、神经细胞体

核糖核蛋白体(ribosome）合成蛋白质，在神经元内非常丰富大亚基+小亚基一个大核周体每天可更新其蛋白质的1/3游离核糖体（合成结构蛋白）核糖体（rRNA）附膜核糖体（合成分泌蛋白）ribosomesthatfloatfreelyinthecytoplasmareresponsibleforproducingproteinsthatwillstaywithinthecell

Ribosomesattachedtoendoplasmicreticulumareresponsibleforproducingproteinsthatwillbedeliveredtositesoutsidethecell

一、神经细胞体

内质网（endoplasmicreticulum）粗面内质网：蛋白质合成的场所扁平的片状、管状结构内质网+核糖体滑面内质网：不同的部位行使不同的功能（异质）；不规则分枝和融合的管或池组成无多聚核糖体尼氏小体

（Nisslbody)性质：粗面内质网+核糖核蛋白体定位：神经元胞体，大树突干，不存在于轴突特点之二：

当神经元受损时，尼氏小体逐渐分散以至消散，这种现象成为染色质溶解（chromatolysis)一、神经细胞体

线粒体（mitochondrion）形状不一，有圆形、长条形、棒形或分枝形；几乎分布于整个神经元内膜上有电子传递系统、氧化磷酸化系统基质内有三羧酸循环系统酶、氧化酶、蛋白酶除核以外的唯一含有DNA的细胞器，还含有蛋白质合成系统（mRNA、rRNA、tRNA）功能：提供能量（氧化功能中心）、储钙（调节细胞内钙浓度）脑重仅为体重为2％左右，而脑血流量约占心输出量之15％，脑耗氧量约为总耗氧量的23％，所以脑对缺氧十分敏感。脑灰质比白质的耗氧量多5倍，对缺氧的耐受性更差。急性缺氧可引起头痛、情绪激动、思维力、记忆力、判断力降低或丧失以及运动不协调等。线粒体特点之三：高代谢、高耗氧细胞，因此线粒体含量丰富。线粒体形态结构和功能的变化是许多神经退行性疾病发病早期共识的病理现象

二、神经细胞膜

作为屏障，紧密包围神经元内的细胞质厚约5nm，含有蛋白质和酯质，磷脂的比例大有葡萄糖通透蛋白，只允许葡萄糖通过

Propertiesofneuronalmembrane:

Theneuron’smembraneformsaseparationbetweentheextracellularspacearoundtheneuronanditsintracellularfluidThemembraneismostlyimpermeable,formingabarriertomanyproteins,molecules,andotherionsdissolvedintheintracellularandextracellularfluidsItis

selectivelypermeable

toonlyafewions,notablysodium(Na+),potassium(K+),andchlorine(Cl-)However,themembraneisnotequallypermeabletoall:K+>Cl->>>Na+,i.e.,itismostpermeabletoK+,lesstoCl-,andalotlesstoNa+.Themembraneisresponsibleformaintainingtheneuron’s

membranerestingpotential.Thisisdefinedasthevoltagedifferencebetweentheextracellularandintracellularspaces.Thisvoltagedifferenceisbetween–60and–80millivolts,butonaverage–70mVThistransformsaneuronintotheequivalentofabattery,allowingthemtogenerateelectricalsignals

癫痫发作是大脑神经胞体细胞膜的离子通透性及膜内外电位差发生改变，出现异常放电导致的

细胞膜发生脂质过氧化反应

三、细胞骨架

体外培养神经元

去垢剂膜蛋白脂质溶解，可溶蛋白溢出细胞骨架几乎维持神经元原形三、细胞骨架

以一种坚韧、高度凝胶状的形式充满整个细胞神经元的多样性复杂性依赖于骨架骨架是动态的为细胞运输提供了结构基础细胞骨架包括：微管、微丝、神经丝

微管：

1）不分支。外径：25-30nm，内径：15nm,长度不一。

2）管壁6nm。包括α、β微管蛋白

微管相关蛋白：

MAP2（树突）

taoprotein(轴突）

3）与轴浆运输有关

MAP2andTauproteins

areproteinsthat

stabilize

microtubules.Theyareabundantin

neurons

inthe

centralnervoussystem

andarelesscommonelsewhere.Whentauproteinsaredefective,andnolongerstabilizemicrotubulesproperly,theycanresultin

dementias

suchas

Alzheimer'sdisease.

微丝：肌动蛋白、肌球蛋白、原肌球蛋白组成。在神经元高度活动部分，微丝占优势，如：轴突生长锥和树突棘。含肌动蛋白丝的丝状网格是树突棘头部的主要特征。神经细丝：神经细丝在近端树突及轴丘最多，在轴突的生长端和树突棘中尚未发现起支撑作用，也参与运输四、突起

树突（dendrite）神经元细胞体的延伸部分含有胞体的细胞器：粗面内质网、Golgi器和游离核蛋白体，随树突分枝细胞器逐渐减少微管是树突中最明显的细胞器树突无髓鞘树突表面有许多细的隆起—树突侧棘，可能是一些特殊纤维发生突触联系细长型或鼓棰型

牙型

蘑菇型

特点：电镜下可见小棘含有数个扁平囊状平行并置结构，囊内含有电子致密物质，呈板状，称棘器；树突棘大小差别大；不是固定的结构；具有可塑性；四、突起

轴突（axon）是神经元特有的、在神经系统中将信息传递一定距离的高度特化的结构；结构：轴丘、轴突起始段、中间段、末段轴丘：几乎没有游离核蛋白体、粗面内质网的三角区或扇形区，有大量的微丝微管；轴突起始段：分布高密度电压依赖性Na+通道,一般去极化10mv(胞体需去极化30mv)左右达到阈电位,因而动作电位最先发生在此处是神经冲动的发起部;膜兴奋阈最低；末段：神经末梢，含有突触囊泡；无核蛋白体（电镜下作为轴突的标志）

轴突树突发生次序先轴突出现之后形起始段特异化无特异化态数量一条/神经元多发性且可变结长度长分枝少短分枝多构末端不逐渐变细逐渐变细棘刺无树突棘细胞器无有突触小泡优势存在选择存在细胞骨架神经丝比树突多微管比轴突多微管相关蛋白tau蛋白MAP2蛋白合成基本无可局部合成信息传递传出传入四、突起

轴突转运（axonplsmictrsport）神经元胞体与突起之间存在着双向物质流动，这种现象称轴突转运或轴浆转运；形式：顺向转运：胞体末梢逆向转运：末梢胞体速度：快速转运：300-400mm/天慢速转运：0.2-1mm/天顺向转运有快速转运、慢速转运两种方式逆向转运只有快速转运方式顺向转运:蛋白质,代谢产物,神经递质

逆向转运:神经营养因子,细胞内吞物,药物

顺向转运：驱动蛋白（Kinesin）提供腿（leg），囊泡沿微管下行，ATP提供能量

逆向转运：动力蛋白（dynein）提供腿（leg），囊泡沿微管上行，ATP提供能量四、突起

轴突转运（axonplsmictrsport）意义：顺向转运：胞体合成的各种蛋白质、代谢物、神经递质运输到末梢神经营养因子神经发育逆向转运：胞吞大量物质胞体清除重新利用提供信息：引起胞体对轴突变化的反应神经元环路人类行为几乎都在大环路、局部环路和微环路共同组成的复杂网络联系中实现CNS内没有单纯的运动传导通路、感觉传导通路；神经活动绝大多数不是在反射弧内一次循环的结果；环路强调各环路间的交互作用。大环路局部神经环路或局部环路

(localcircuits)是指由局部神经元构成的独立联系的局部环路，在这个环路中，可包含投射神经元的胞体和树突；神经冲动可在这种环路中独立传导，这种局部环路在信息的局部整合过程中起重要作用。神经元环路

局部神经元环路从种系发生看，动物越高级，局部环路神经元的数目越多，越复杂：如小脑浦肯耶细胞和颗粒细胞的比例在蛙类是1：2，鼠是1：140，猫是1：600，猴是1：950，而人则高达1：1600。神经系统的整合、可塑性以及学习记忆等很多功能都与局部环路神经元和局部神经元环路活动有关。一般主要起局部反馈抑制作用局部环路神经元(localcircuitneuron)或局部神经元(localorintrinsicneurons)或中间神经元(interneurons)是指那些仅与同一核团或脑区内邻近神经元相接触，而不与远距离的脑结构或器官内的细胞相接触的神经元。局部神经元在局部神经元环路中作用非常复杂，一般主要起局部反馈抑制作用。神经元环路

局部神经元局部环路神经元广泛分布于CNS中，它与长投射神经元的比例大于3：1，尾核中局部环路神经元占全部神经元的95%，且都是抑制性神经元；大脑皮质内的星状细胞，小脑皮质内的篮状细胞和星状细胞，视网膜内的水平细胞和无足细胞，嗅球内的颗粒细胞，脊髓内的闰绍细胞等都是局部环路神经元。产生节律性兴奋的局部环路

输出神经元b1通过轴突侧支兴奋一个抑制性神经元i，后者再作用于输出神经元使之抑制，于是就在神经元a1连续输入的情况下，使b1的输出呈现时断时续的放电。增强空间对比的局部环路

输入神经元a1和a2分别接受强弱不同的刺激，由于局部抑制性神经元i1受到强刺激后，使b2的反应受到强的抑制，同时又使i2对b1的抑制更弱，最终导致b1、b2输出之间的差别比a1、、a2输入间的差别变得更大更明显。具有方向选择性的局部环路b1接受a1的刺激，兴奋通过侧支兴奋抑制性神经元i，进而抑制b2，若此时a2将兴奋传给b2，则b2就不能被兴奋，c2就无输出，此时a2的输入无效；无效方向有效方向具有方向选择性的局部环路

若a2较a1先兴奋，b2在接受兴奋后b1才被兴奋，此时c2和c1可先后接受传入被兴奋，a1和a2均呈有效输入；重要的是b1和b2之间只有一个单向的抑制性神经元i.无效方向有效方向突触微环路整合微环路：是由局部环路神经元的胞体、树突、轴突的一个或几个突触形成的微小局部调制环路，虽然它涉及的范围可小到mm计，其传导速度以ms计，但它是一个独立的整合单位，是执行信息处理的初级阶段。以轴突为突触前成分的突触微环路调节突触前抑制突触性聚合突触前抑制突触前抑制轴突(a)和传导神经元(c)的兴奋，可被轴突终末(b)减弱或消失。这一作用是通过b-a轴-轴突触完成的突触性聚合两个或多个轴突终末(a)和(b),(c)与树突(d)形成轴-树突触，a，b,c都是兴奋性的，a终末冲动产生的EPSP1被后来的b,c终末产生的EPSP总和，称为时间总和(temporalsummation)。也可因其组合关系不同，组成不同的总和形式。信息整合方式：空间总和：发生在细胞不同部位的局部（突触）电流进行总和。时间总和：单一突触上连续发生的局部电流相加。突触性分散一个轴突终末(a)作为突触前成分，把兴奋传递到多个树突(b-f)，这样一个动作电位(AP)，就可同时引起多个树突的兴奋性突触后电位(EPSP)，使信息在传递过程中得到扩增。牵拉一块肌肉如股四头肌，可激活几百个感觉神经元；每个感觉神经元可通过辐射方式直接与100-150个运动神经元和中间神经元接触，以便把感觉输入分布到许多靶细胞，以发挥广泛而多样性的作用；一个运动神经元又可通过聚合方式接受多个感觉细胞的传入冲动，以便接受大量神经传导，最后经整合后输出。

以树突为突触前的突触微环路调节前馈抑制返回抑制

传入神经轴突终末(a)与接替神经元(b)和中间神经元(c)的树突形成轴-树突触，可直接兴奋b、c，产生EPSP。c和b形成的树-树抑制性突触，则抑制了a对b神经元所引起的兴奋。从而导致接替神经元b的抑制前馈抑制返回抑制当细胞a被来自树突(1)的EPSP激活时，冲动到达细胞体(2)，(2)产生的冲动由轴突(3)输出，同时输向另一树突(6)，由(6)进而激活树突棘(5)，在棘内产生的EPSP，又通过(5)返回到树突(6)，产生抑制性突触后电位(IPSP)，扩布到整个细胞，并抑制它的兴奋性冲动传出。递质共存

(neurotransmittercoexistence)一个神经末梢往往储存和释放两种或更多的化学信息物质，即多种神经信息物质共存于同一神经元中，此现象称为递质共存(neurotransmittercoexistence)。递质共存现象可归