《神经细胞生理》课件

《神经细胞生理》探索神经细胞的奥秘，了解神经系统的基础课程概述1课程目标掌握神经细胞结构功能2主要内容细胞结构、电信号、突触传递3学习方法理论联系实验，多角度思考神经细胞的基本结构细胞体含细胞核，代谢中心树突接收信号，向细胞体传导轴突传导动作电位，释放神经递质神经细胞的类型感觉神经元接收外界刺激，传导感觉信息运动神经元控制肌肉收缩，执行动作中间神经元连接其他神经元，整合信息神经胶质细胞星形胶质细胞提供营养支持，维持离子平衡少突胶质细胞形成髓鞘，加速信号传导小胶质细胞免疫防御，清除碎片神经细胞膜的结构1糖蛋白细胞识别和信号传导2膜蛋白通道、受体、酶和载体3脂质双层基本骨架，选择性屏障细胞膜的通透性选择性通透对不同物质透过能力不同被动运输无需能量，顺浓度梯度主动运输消耗ATP，逆浓度梯度离子通道电压门控通道膜电位变化激活1配体门控通道特定分子结合开放2机械门控通道机械力变形触发3漏电通道始终开放，维持静息电位4钠离子通道结构特点α亚基形成孔道，β亚基调节功能激活机制膜去极化引起构象变化失活过程自动关闭，需复极后重置钾离子通道多种类型钾通道共同维持细胞电活动平衡钙离子通道L型低电压激活，肌肉收缩关键N型神经元突触递质释放P/Q型中枢神经系统主要类型钙通道介导细胞内钙信号转导细胞膜静息电位1静息电位定义静止状态细胞内外电位差2形成原因离子不均分布和选择通透性3维持机制钾离子平衡和钠钾泵作用离子泵1Na⁺-K⁺ATP酶每周期泵出3Na⁺，泵入2K⁺2Ca²⁺ATP酶维持细胞内低钙浓度3H⁺ATP酶调节细胞内pH值动作电位阈值去极化达到-55mV触发钠通道开放快速去极化钠离子内流，电位急剧上升复极化钠通道失活，钾通道开放超极化短暂负超射，恢复静息电位动作电位的传导1有髓纤维跳跃式传导，速度快2无髓纤维连续传导，速度慢3传导影响因素轴突直径、髓鞘、温度突触的结构突触前膜含突触小泡和活性区突触间隙宽20-40纳米的狭窄空间突触后膜富含受体蛋白化学突触传递动作电位到达钙通道开放1钙离子内流触发突触小泡融合2递质释放扩散至突触间隙3受体激活产生突触后电位4递质清除重摄取或酶降解5兴奋性突触后电位（EPSP）特征去极化，促进动作电位产生机制Na⁺、Ca²⁺通道开放时间过程快速上升，缓慢下降抑制性突触后电位（IPSP）1特征超极化，抑制动作电位2机制Cl⁻内流或K⁺外流3生理意义精确调控神经元兴奋性神经递质氨基酸类胆碱类单胺类肽类其他神经递质多样性满足复杂信息传递需求乙酰胆碱合成胆碱+乙酰辅酶A作用神经肌接头传递、自主神经功能降解乙酰胆碱酯酶水解谷氨酸NMDA受体学习记忆关键AMPA受体快速兴奋传递代谢型受体调节神经元兴奋性γ-氨基丁酸（GABA）GABA-A受体氯离子通道，快速抑制GABA-B受体G蛋白偶联，慢速抑制中枢神经系统主要抑制性神经递质多巴胺1234合成途径酪氨酸→L-多巴→多巴胺奖赏系统伏隔核、腹侧被盖区通路运动控制黑质纹状体通路情绪调节中脑边缘系统通路去甲肾上腺素1合成多巴胺→去甲肾上腺素2起源蓝斑核，脑干核团3功能警觉性、注意力、应激反应5-羟色胺分布中缝核群，广泛投射睡眠调节睡眠-觉醒周期情绪抑郁症与5-HT水平相关食欲影响饱腹感和进食行为神经肽种类多样，协同经典递质发挥功能突触可塑性短期可塑性突触前易化、适应、增强、抑制长期可塑性LTP、LTD，结构变化长时程增强（LTP）1诱导高频刺激，NMDA受体激活2早期突触后磷酸化，受体数量增加3晚期基因表达，新突触形成长时程抑制（LTD）1特征突触效能长期降低2NMDA依赖性LTD低频刺激，低钙内流3mGluR依赖性LTD代谢型谷氨酸受体激活神经元的信息整合1功能输出产生或不产生动作电位2空间整合多个突触输入空间加和3时间整合短时间内输入信号时间加和树突棘结构头部和颈部，多样形态功能突触隔离，信号调控可塑性形态动态变化，学习记忆基础兴奋性突触主要接收部位轴突运输顺向运输胞体→轴突，动力蛋白推动快速运输100-400mm/天，膜组分慢速运输1-5mm/天，细胞骨架逆向运输轴突→胞体，返回信号神经营养因子1NGF交感神经元存活关键2BDNF促进突触可塑性3NT-3支持感觉神经元发育神经元的能量代谢葡萄糖摄取GLUT3转运蛋白1糖酵解ATP快速产生2线粒体呼吸主要ATP来源3ATP利用离子泵、递质合成与释放4神经元的钙稳态细胞内钙库内质网、线粒体钙缓冲蛋白钙联蛋白、帕白蛋白钙泵和交换体PMCA、NCX、SERCA神经元的氧化应激自由基来源线粒体电子传递链泄漏抗氧化防御SOD、谷胱甘肽过氧化物酶氧化应激与神经退行性疾病密切相关神经元凋亡1内源性途径线粒体细胞色素C释放2外源性途径死亡受体激活3凋亡体形成Caspase级联激活4细胞死亡DNA断裂，膜包裹碎片神经再生外周神经系统再生能力强，轴突可重新生长中枢神经系统再生有限，存在抑制因子再生策略干细胞移植，生长因子诱导了解再生机制对神经损伤修复至关重要神经元的电生理记录技术细胞内记录玻璃微电极，测膜电位变化膜片钳技术基于高阻封接，记录离子通道活动电生理技术是研究神经功能的基础手段膜片钳技术的应用全细胞记录测量整个细胞膜电流局部膜片记录研究单个或少数通道悬滴膜片保持细胞内环境完整穿刺膜片适用于小细胞研究钙离子成像技术钙离子荧光探针可视化细胞内信号传递神经示踪技术顺向示踪神经元体→轴突末梢逆向示踪轴突末梢→神经元体跨突触示踪跨越突触，标记连接神经元光遗传学技术原理光敏蛋白基因表达，光控神经活动工具通道视蛋白激活，视紫红质抑制应用特定回路功能解析，行为干预神经干细胞1234自我更新维持干细胞池多向分化产生神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞脑区分布侧脑室下区、海马齿状回治疗潜能神经修复、再生医学神经发育1神经板形成外胚层特化2神经管闭合初级脑泡形成3神经元产生神经前体细胞增殖分化4神经元迁移形成特定脑区结构轴突导向生长锥感知导向分子，引导轴突延伸吸引因子Netrin、Slit等排斥因子Ephrin、Semaphorin等突触形成10¹⁴人脑突触总数10⁴单个神经元突触数2关键形成期(周)30%成年修剪比例神经环路发育视觉系统体验依赖关键期塑造运动系统皮质脊髓通路精确连接语言系统左右半球特化形成神经环路发育受基因和环境共同影响神经退行性疾病阿尔茨海默病β-淀粉样蛋白沉积，tau蛋白过度磷酸化帕金森病黑质多巴胺神经元变性，路易体形成亨廷顿病纹状体萎缩，CAG三核苷酸重复扩增神经元变性死亡是共同特征癫痫神经元异常同步化放电导致临床症状疼痛生理学伤害感受器感知组织损伤信号外周传导Aδ和C纤维传递痛觉信息脊髓整合背角突触传递与调控上行通路脊髓丘脑束传入丘脑皮质加工体感皮层识别，边缘系统情绪反应睡眠的神经生理学1N1期浅睡眠，易被唤醒2N2期中度睡眠，睡眠纺锤波3N3期深睡眠，慢波活动4REM期快速眼动，脑活动活跃学习记忆的神经生理基础1长时记忆皮质存储，结构变化2短时记忆海马暂存，突触强化3感觉记忆感觉皮层短暂保留情绪的神经生理学杏仁核恐惧学习，情绪加工1前额叶情绪调控，决策2伏隔核奖赏反应，快感3下丘脑自主反应，应激调节4意识的神经生理学全局工作空间理论信息全脑广泛分布访问整合信息理论意识源于神经元信息整合高阶意识理论高阶表征产生主观体验神经系统的进化1哺乳动物大脑皮层高度发达2爬行动物基底核复杂化3两栖动物简单前脑4无脊椎动物神经节和神经束计算神经科学神经网络模型模拟神经元集群活