《神经生物学导论》课件

神经生物学导论探索神经系统的结构与功能了解神经元活动与行为之间的关系课程概述1课程目标掌握神经系统基本原理2学习内容从分子到系统层面理解脑功能3考核方式期中论文与期末考试相结合神经生物学的定义与研究范围结构研究神经元和神经回路的形态学研究功能研究神经系统如何处理信息和调控行为分子机制神经元通讯的生化和遗传基础神经系统的进化1原始神经网络水母和水螅的神经网格2神经节系统扁形动物和环节动物的集中化3脑的形成脊椎动物的脑和脊髓发展4大脑皮层哺乳动物高级认知功能中心神经系统的基本结构中枢神经系统大脑和脊髓周围神经系统脑神经和脊神经神经元的基本结构细胞体含细胞核和细胞器树突接收信号输入轴突传导神经冲动神经胶质细胞的类型与功能星形胶质细胞提供营养支持与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和突触修剪神经元的电生理特性静息电位-70mV膜电位1去极化Na+内流2动作电位全或无放电3复极化K+外流4离子通道与膜电位各类离子通道控制特定离子流动，形成电信号基础突触的结构与功能突触前终末储存和释放神经递质囊泡突触间隙神经递质扩散区域突触后膜含受体蛋白接收信号神经递质及其受体1兴奋性神经递质谷氨酸、乙酰胆碱2抑制性神经递质GABA、甘氨酸3调节性神经递质多巴胺、5-羟色胺、内啡肽突触可塑性1认知与学习功能性神经网络形成2长时程增强(LTP)突触传递效率增强3长时程抑制(LTD)突触传递效率减弱4分子机制NMDA受体和钙信号神经系统的发育1神经管形成胚胎早期神经外胚层内陷2神经元迁移从室区到皮层的定向运动3轴突生长生长锥探索目标区域4突触形成建立功能性连接轴突导向与突触形成轴突生长锥探测环境信号导向分子识别吸引或排斥信号靶向识别特异性分子标记突触组装突触前后结构配对神经营养因子的作用NGF神经生长因子促进感觉和交感神经元生存1BDNF脑源性神经营养因子支持突触可塑性2NT-3神经营养素3影响神经元分化和迁移3神经系统的再生与修复1结构完整性神经元细胞体必须存活2生长环境需去除抑制因子如髓鞘抑制蛋白3生长支持提供神经营养因子和足架4功能连接形成新突触并整合入回路感觉系统概述视觉感知光刺激听觉检测声波振动嗅觉识别化学分子触觉机械力感知视觉系统视网膜结构感光细胞和神经节细胞视觉通路视神经→外侧膝状体→初级视觉皮层听觉系统外耳收集声波中耳放大声波振动内耳耳蜗将声波转换为电信号听觉通路蜗神经→脑干→听觉皮层嗅觉与味觉系统嗅觉系统嗅觉感受器→嗅球→嗅皮层味觉系统味蕾→味神经→孤束核→味觉皮层体感系统不同类型感受器分别感知触压、温度和痛觉刺激运动系统概述1高级皮层控制计划和启动随意运动2运动调控回路基底神经节和小脑3脊髓运动控制反射和运动模式发生器4运动单位运动神经元+肌肉纤维脊髓反射感受器激活肌肉纺锤体或腱器官1传入信号感觉神经传导至脊髓2脊髓整合中间神经元与运动神经元连接3效应反应运动神经元激活肌肉收缩4运动皮层与锥体系统初级运动皮层直接控制随意运动的神经元皮质脊髓束从大脑皮层到脊髓的纤维交叉通路延髓锥体交叉至对侧α运动神经元直接支配骨骼肌基底神经节的功能尾状核认知和前额叶相关运动1壳核运动程序执行2苍白球运动抑制和释放3黑质多巴胺调节和强化学习4小脑的结构与功能结构特点皮层、髓质和深部核团运动协调精细调整动作的时间和力量运动学习保存和修改运动程序认知功能参与语言和注意力调控自主神经系统交感神经系统"战或逃"反应瞳孔扩大心率加快消化减慢副交感神经系统"休息与消化"状态瞳孔缩小心率减慢消化增强神经内分泌系统下丘脑整合神经和内分泌信号垂体门脉递送释放因子垂体产生激素靶腺体甲状腺、肾上腺、性腺昼夜节律调节视交叉上核生物钟中枢1光照感知视网膜感光神经节细胞2褪黑素分泌松果体在黑暗时释放3生理节律体温、激素和睡眠调控4睡眠与觉醒的神经机制1脑干网状结构调控觉醒状态2丘脑感觉信息门控3前脑基底区释放乙酰胆碱激活皮层4下丘脑含调节睡眠的神经元群情绪的神经基础杏仁核处理恐惧和威胁1前额叶皮层情绪认知评估和调节2伏隔核奖赏处理和快乐感3岛叶皮层内感受和情绪意识4应激反应的神经机制感知威胁杏仁核激活下丘脑释放CRH激活垂体ACTH进入血液刺激肾上腺糖皮质激素释放调节代谢应对压力记忆的类型工作记忆短暂信息暂存与处理陈述性记忆事实和事件知识程序性记忆技能和习惯记忆海马与空间记忆位置细胞编码特定空间位置网格细胞形成空间坐标系统方向细胞提供空间朝向信息边界细胞识别环境边界学习与记忆的分子机制神经活动引发钙离子内流信号传导激活蛋白激酶基因表达合成新蛋白质突触重塑形成持久连接变化语言的神经基础布洛卡区语言产生和语法处理韦尼克区语言理解和语义处理注意力的神经机制前额叶皮层自上而下的注意控制1顶叶皮层空间注意和刺激定向2丘脑感觉信息过滤和选择3脑干网状结构唤醒和警觉状态维持4意识的神经相关物丘脑-皮层回路感觉信息整合与意识获取前额叶皮层自我意识与元认知功能默认模式网络休息状态下的自我参照思维全局神经工作空间信息的广泛可获取性神经可塑性与脑功能重塑经验依赖可塑性环境刺激塑造神经连接代偿重组损伤后功能区域扩大交叉模态可塑性感觉剥夺后其他感觉增强神经干细胞与再生医学1神经干细胞来源胚胎干细胞和成体神经干细胞2分化潜能可生成神经元和胶质细胞3再生策略细胞移植、内源性干细胞激活4临床应用前景神经退行性疾病和脊髓损伤治疗神经退行性疾病概述蛋白质错误折叠多数神经退行性疾病共有特征神经元死亡渐进性功能损失炎症反应进一步加剧损伤阿尔茨海默病的病理与机制β-淀粉样蛋白沉积形成老年斑1tau蛋白过度磷酸化形成神经纤维缠结2突触功能障碍神经传递受损3神经元死亡大脑皮层和海马萎缩4帕金森病的病理与机制黑质变性多巴胺能神经元死亡路易体形成α-突触核蛋白聚集多巴胺缺乏纹状体神经传递障碍中风的病理生理学血流中断缺血性或出血性能量衰竭ATP耗竭导致离子泵失效兴奋性毒性谷氨酸释放和钙超载损伤扩展级联反应导致细胞死亡癫痫的发病机制1临床发作运动、感觉或意识改变2突触传播异常放电的扩散3神经元超同步大量神经元异常同步放电4兴奋/抑制失衡抑制减弱或兴奋增强精神分裂症的神经生物学基础神经递质失调多巴胺、谷氨酸系统异常脑结构改变前额叶皮层体积减少、脑室扩大抑郁症的神经生物学基础单胺假说5-羟色胺、去甲肾上腺素减少1应激轴异常糖皮质激素水平升高2神经营养因子减少BDNF表达下降3神经可塑性降低海马体积减小4焦虑障碍的神经机制杏仁核过度活化威胁检测系统敏感前额叶控制减弱情绪调节能力下降GABA系统功能异常抑制性神经传递减弱条件恐惧记忆增强对中性刺激形成恐惧联结成瘾的神经生物学基础奖赏回路激活多巴胺在伏隔核释放1敏感化反复暴露导致敏感性增加2渴求与寻求前额叶皮层和杏仁核参与3抑制控制减弱前额叶功能障碍4神经科学研究方法：电生理学膜片钳技术单细胞电流记录场电位记录神经元群体活动脑电图(EEG)头皮记录大脑电活动神经科学研究方法：神经影像学MRI、fMRI、PET和DTI等技术揭示脑结构、功能和连接神经科学研究方法：光遗传学基因导入光敏蛋白基因转入特定神经元光刺激特定波长光激活或抑制神经元神经元响应精确控制时间和位置行为观察记录动物反应与神经活动关系神经科学研究方法：单细胞测序组织分离获取脑区样本细胞分选分离单个神经元RNA测序分析基因表达谱计算分析鉴定细胞类型和状态脑机接口技术信号获取植入电极或非侵入性传感器信号处理解码神经活动模式输出控制机械假肢或计算机操作人工智能与神经网络1生物启发模拟神经元连接结构2信息处理分层特征提取3学习算法通过调整连接权重优化4应用领域视觉、语言理解和决策计算神经科学简介神经元建模数学模型模拟单个神经元活动网络仿真研究大规模神经回路动力学编码理论神经系统如何表示信息脑功能原理理解感知、学习和决策机制神经伦理学1神经增强技术认知提升的伦理问题2脑读取与隐私思想和神经数据保护3自主性问题脑干预对个人决策的影响4公平获取问题神经技术的分配正义神经生物学前沿研究热点人类连接组计划绘制全脑连接图谱类脑器官实验室培养的微型脑