《神经科学导论》课件

神经科学导论探索神经系统奥秘的旅程课程概述课程目标掌握神经科学基本原理学习内容从分子到系统层面理解神经功能考核方式第一章：神经科学基础1神经科学的定义研究神经系统结构与功能的科学2研究对象和方法从分子到整个神经系统的多层次研究历史发展神经科学的跨学科性质生物学细胞和分子机制1心理学行为和认知过程2医学疾病诊断与治疗3物理学电信号传导和成像4计算机科学模型和数据分析5神经系统的基本结构中枢神经系统大脑和脊髓信息处理和整合中心周围神经系统脑神经和脊神经连接中枢与身体其他部位神经元的结构细胞体含有细胞核和细胞器树突接收信息的分支轴突传导信号至其他神经元神经元的类型感觉神经元将感觉信息传入中枢神经系统运动神经元将指令从中枢传至肌肉中间神经元在神经系统内部传递信息神经胶质细胞支持功能为神经元提供物理支持绝缘功能形成髓鞘加速信号传导保护功能清除有害物质和病原体营养功能为神经元提供营养物质突触的结构和功能化学突触通过神经递质传递信息有突触间隙电突触通过缝隙连接直接传导传递速度更快神经递质多巴胺奖励和运动控制血清素情绪和睡眠调节谷氨酸兴奋性传递GABA抑制性传递动作电位1静息期膜电位保持在-70mV2去极化钠离子内流导致电位升高3复极化钾离子外流使电位恢复4超极化暂时性电位低于静息水平离子通道电压门控通道响应膜电位变化参与动作电位的产生配体门控通道响应特定分子结合在突触传递中发挥作用突触可塑性长时程增强（LTP）突触强度增加记忆形成的基础长时程抑制（LTD）突触强度减弱避免突触饱和第二章：神经系统发育神经板形成胚胎早期特化神经管闭合形成中枢神经系统原基神经元的迁移细胞移动到目标位置神经连接形成建立功能性网络轴突导向1生长锥轴突末端的特化结构2吸引信号引导轴突向目标移动3排斥信号阻止轴突进入错误区域4导向分子如神经素和信号蛋白突触形成1轴突到达目标生长锥接触靶细胞2初步联系细胞黏附分子介导3突触前区组装递质释放机制形成4突触后区组装受体聚集和支架形成神经元凋亡过度产生初始神经元数量多于需要1竞争神经营养因子仅部分神经元获取足够支持2程序性死亡未获支持的细胞启动凋亡3系统优化形成精确连接的神经网络4大脑可塑性1关键期特定发育阶段敏感性高2经验依赖环境输入塑造神经连接3修剪机制不用的连接被消除4强化机制频繁使用的连接被巩固第三章：感觉系统1高级皮层处理整合和解释感觉信息2感觉皮层初级信息分析3丘脑中继信息过滤和转发4感觉受体刺激转换为神经信号视觉系统1视网膜光转化为神经信号2视神经和视交叉信息传递和部分交叉3外侧膝状体丘脑中继站4初级视觉皮层基本特征分析初级视觉皮层功能柱处理特定视觉特征的神经元垂直排列感受野神经元响应的视野区域边缘和方向检测高级视觉加工初级视觉皮层基本特征分析腹侧通路"什么"通路物体识别背侧通路"在哪里"通路空间定位听觉系统1外耳收集声波2中耳放大声波振动3内耳转换为神经信号4听觉通路蜗核→下丘→丘脑→听觉皮层听觉皮层音调图不同频率在皮层的有序排列语音处理特化区域识别人类语音空间定位分析声音来源位置体感系统触觉机械感受器检测压力和振动温度感热感受器和冷感受器痛觉伤害性感受器监测组织损伤味觉和嗅觉味觉舌头味蕾识别五种基本味道信息经丘脑到岛叶皮层嗅觉嗅上皮感受气味分子信息直接传至嗅球和边缘系统第四章：运动系统皮层计划启动和规划动作基底核和小脑调整和协调运动脊髓回路执行基本模式运动单位肌肉收缩实现动作脊髓反射感受器激活感受刺激如肌腱拉伸1感觉信息传入信号传至脊髓2脊髓整合简单反射不需大脑参与3运动反应信号传至肌肉产生反应4运动皮层初级运动皮层直接控制肌肉运动体征图排列前运动皮层计划复杂动作序列辅助运动区参与动作启动和协调基底神经节1结构组成尾状核、壳核、苍白球等2运动控制选择和抑制运动程序3多巴胺调节影响运动启动和流畅性4病理关联帕金森病和亨廷顿舞蹈病小脑平衡控制维持身体稳定动作协调精确控制运动时间和力度运动学习优化和记忆复杂动作第五章：自主神经系统交感神经系统"战斗或逃跑"激活机体应对威胁副交感神经系统"休息与消化"促进能量恢复和储存自主神经系统的功能心血管调节控制心率和血压1消化系统调节胃肠道活动2呼吸调节控制呼吸速率和深度3体温调节控制出汗和血管舒缩4内分泌控制影响激素释放5第六章：睡眠与觉醒1清醒大脑活跃，外部刺激敏感2非快速眼动睡眠N1→N2→N3阶段逐渐深入3快速眼动睡眠做梦，脑活动类似清醒睡眠的神经机制上行激活系统维持清醒状态下丘脑前区促进睡眠视交叉上核控制昼夜节律睡眠障碍失眠难以入睡或维持睡眠与压力和焦虑相关睡眠呼吸暂停睡眠中呼吸反复中断导致日间嗜睡发作性睡病突然入睡与下丘脑功能异常有关第七章：学习与记忆1感觉记忆毫秒级短暂存储2短期/工作记忆有限容量的暂时存储3长期记忆大容量持久存储短期记忆和工作记忆7±2容量限制同时保持的信息量20秒时间限制无复述情况下的保持时间46区前额叶皮层工作记忆的关键脑区长期记忆陈述性记忆事实和事件的记忆依赖海马体和皮层非陈述性记忆技能和习惯的记忆依赖基底核和小脑海马体和记忆1结构位于颞叶内侧2空间记忆位置细胞编码环境3记忆形成新经历的暂时存储4双侧损伤导致前向性遗忘记忆固化编码信息初次获取1巩固重复激活加强连接2存储长期保持3提取需要时访问信息4第八章：语言和大脑布罗卡区语言产生位于额叶韦尼克区语言理解位于颞叶弓状束连接语言区域整合语言加工语言障碍布罗卡失语语言产生困难语法简化，说话吃力韦尼克失语语言理解困难流畅但无意义的言语阅读障碍阅读和拼写困难与语音处理异常相关第九章：情绪和社会认知12345杏仁核情绪反应，尤其是恐惧前扣带皮层情绪调节和注意力眶额皮层奖赏评估和决策岛叶内部状态感知下丘脑身体情绪反应应激反应感知威胁杏仁核激活下丘脑释放因子CRF激活垂体肾上腺皮质激素促进肾上腺释放皮质醇身体反应能量调动和免疫抑制社会认知镜像神经元观察他人行为时激活帮助理解他人意图理论心智推测他人心理状态的能力依赖颞顶联合区面部识别特化脑区识别面孔梭状回面孔区第十章：意识和注意力1自我意识认识到自己存在2意识体验主观感受和体验质量3觉醒状态对环境的基本警觉第十一章：神经可塑性与康复突触可塑性连接强度变化皮层重塑神经体征图变化结构可塑性新连接形成功能重组新区域接管功能脑损伤后的重组1急性期初始损伤和细胞死亡2亚急性期代偿机制启动3恢复期新连接形成和功能代偿4稳定期最终功能状态确立第十二章：神经系统疾病神经退行性疾病渐进性神经元丢失如阿尔茨海默病和帕金森病精神疾病认知、情绪和行为异常如抑郁症和精神分裂症发育障碍早期脑发育异常如自闭症和多动症阿尔茨海默病1病理特征淀粉样蛋白斑块和神经纤维缠结2临床表现进行性记忆丧失和认知功能下降3危险因素年龄、基因、生活方式4治疗方法乙酰胆碱酯酶抑制剂和抗淀粉样蛋白抗体帕金森病黑质多巴胺神经元丢失多巴胺缺乏基底神经节功能失调运动信号传递异常运动症状震颤、僵硬、运动迟缓非运动症状嗅觉丧失、睡眠障碍、认知变化抑郁症神经递质失调血清素和去甲肾上腺素减少1神经可塑性降低神经营养因子水平下降2神经环路功能异常前额叶和边缘系统连接改变3情绪和认知变化负面思维和情绪调节困难4精神分裂症多巴胺假说边缘系统多巴胺过度活跃前额叶多巴胺活性不足临床症状阳性症状：幻觉和妄想阴性症状：情感平淡和社交退缩治疗方法抗精神病药物多巴胺受体拮抗剂第十三章：神经科学研究方法现代神经科学结合多种技术研究神经系统单细胞记录原理微电极记录单个神经元电活动可测量静息电位和动作电位优势时间分辨率高直接测量神经元活动局限性侵入性强同时记录的神经元数量有限功能磁共振成像（fMRI）血氧水平依赖信号反映神经活动引起的血流变化空间分辨率毫米级定位活跃脑区时间分辨率秒级响应，慢于实际神经活动分析方法统计参数映射和功能连接分析脑电图（EEG）和事件相关电位（ERP）脑电图（EEG）头皮记录大量神经元同步活动事件相关电位（ERP）特定刺激引起的时间锁定