电生理学发展简史

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电学发展史简述

电学发展史简述

电学发展史简述一、电学的起源电学的起源可以追溯到古希腊时期。

古希腊的一位哲学家、数学家和科学家泰勒斯(Thales)是电学的奠基人之一。

公元前600年左右,他发现琥珀经过摩擦后能够吸引小物体,这就是最早的静电现象的发现。

二、电学的发展1. 电磁发现电学的发展进一步推动是在18世纪。

英国科学家弗兰克林(Benjamin Franklin)在1752年进行了闪电的实验,从而发现了正负电荷的概念。

他通过风筝实验证明了闪电就是一种大气放电现象。

2. 电学理论形成19世纪初,电学理论开始逐渐形成。

法国物理学家库仑(Charles-Augustin de Coulomb)提出了库仑定律,描述了电荷之间的相互作用力。

意大利科学家伽利略·伽利莱(Galileo Galilei)和安德雷亚·沃尔塔(Andrea Volta)分别在18世纪末和19世纪初发现了电池,为电流的产生提供了基础。

3. 电磁感应19世纪初,英国科学家法拉第(Michael Faraday)发现了电磁感应现象。

他通过实验发现,当磁场变化时,会在导体中产生电流。

这一发现为电动机和发电机的发明奠定了基础。

4. 电报的发明19世纪中叶,美国发明家莫尔斯(Samuel Morse)发明了莫尔斯电码,并成功应用于电报通信。

电报的发明和应用极大地推动了电学的发展,使得电信技术得到了广泛的应用。

5. 电磁波的发现19世纪末,德国物理学家赫兹(Heinrich Hertz)通过实验首次成功地产生了电磁波,并证明了电磁波的存在。

这一发现奠定了电磁波理论的基础,为无线电通信的发展奠定了基础。

6. 电子的发现20世纪初,英国物理学家汤姆逊(J.J. Thomson)通过实验发现了电子,揭示了原子的内部结构。

这一发现为电子学的发展提供了重要的基础。

7. 电子管和晶体管的发明20世纪初,美国科学家李·德福里斯特·帕克斯顿(Lee De Forest)发明了三极电子管,使得电子的放大和控制成为可能。

第二章电生理基础

第二章电生理基础

二. 神经元的细胞膜结构特点
(1)通道运输
在膜上的通道蛋白质帮助下完成。 如钠离子通道、钾离子通道、钙离子通道等。
离子扩散通量的多少,与膜两侧离子的浓度差及 电场力有关。 通道的开放(激活)或关闭(失活) 由“闸门”调控,闸门开关迅速。
化学门控通道::由化学物质引起闸门开关 电压门控通道:由膜电位变化引起闸门开关
复极化 (repolarizing phase )
超极化 Hyperpolazing phase
动作电位由峰电位 和后电位构成。
(二) AP的产生机制
用离子流学说来解释:
1. 去极化时相 细胞受刺激
少量钠通道开放
静息电位减小到阈电位水平 大量钠通道开放
细胞外Na+快速、大量内流
细胞内电位急剧
上升
锋电位的上升支。 (Na+内流)
2. 复极化时相 膜电位达到Na+平衡电位水平
钠通道失活关闭,钾通道激活开放
Na+停止
内流、K+快速外流
细胞内电位下降,恢复
到负电位水平
锋电位的下降支。 (K+外流)
3. 后电位 钠泵活动,使膜两侧离子分布恢复兴 奋前不均衡状态。 (钠泵活动)
(三) 动作电位的产生条件与阈电位 ★ 阈电位:使细胞膜对Na+通透性突然增大的临界
★静息电位实质:是K+外流形成的电—化学 平衡电位。
静息电位主要受细胞内外K+浓度的影响: 如细胞外K+浓度增高,K+浓度差减小,向外扩散的 动力减弱,K+外流减少,静息电位减小 (即膜内外的 电位差变小)。
如细胞外的K+浓度降低,将引起静息电位增大(即 膜内外的电位差变大)。

电学发展简史

电学发展简史
电学发展历史源远流长,早在公元前1100年至前771年研究在16世纪取得了极大进步,英国人吉尔伯特主张用实验方法研究物理,他的著作《论磁石、磁体、大磁石——地球》讨论了摩擦起电现象。此后,多位科学家如盖里克、格雷、杜非等分别发明了摩擦起点机、研究了电的传导现象,并区分了两种电。荷兰人慕欣勃罗克发明了储存电荷的莱顿瓶。富兰克林通过风筝实验证明了天电和地电的统一,并发明了避雷针,命名了正负电,发现了电荷守恒。而法国物理学家查尔斯·库仑在1785年发现的库仑定律,是电学史上的第一个定量规律,将电学研究从定性推向定量阶段,成为电学史中的重要里程碑。该定律经过多次验证,精度不断提高,成为当今物理学中最精确的实验定律之一。

电生理学发展简史

电生理学发展简史

电生理学发展简史(一)生物电活动是机体一种基本的生命现象,它产生的基础是细胞膜上离子通道活动的总和效应。

从生物电现象的发现到如今对离子通道功能与结构如此深入的了解,电生理学走过了200 多年的历程。

一、生物电现象的发现最初的实验研究是从18 世纪后叶开始的。

当时没有任何测量电流的仪器,只是发现利用电容器(如雷顿瓶)的放电,或雷电发生时竖起一根长导线,引导大气中的电,都可以刺激蛙的神经肌肉标本,引起肌肉收缩,所以当时就用蛙的神经肌肉标本作为电流存在的标志。

1791 年意大利解剖学教授Galvani L 发现,如果将蛙腿的肌肉置于铁板上,再用铜钩钩住蛙的脊髓,当铜钩与铁板接触时肌肉就会发生收缩。

他把这个现象的发生归因于机体的“动物电”(animal electricity )。

他认为神经与肌肉带有相反的电荷,肌肉带正电,神经带负电,金属导体的作用是把神经与肌肉之间的电路接通。

同时代的意大利物理学家Volta A 不同意Galvani 的见解,他认为实验中发现的电现象,不是动物机体产生的动物电,而是由于实验中连接肌肉和神经的金属不同所致,是不同金属接触时产生的电流刺激了肌肉标本,如果用同一种金属作导体,收缩就不会发生。

事实上,Volta 和Galvani 的观点都有其正确的一面。

Volta 后来因此而发明了伏特电池;Galvani 则继续进行了一个出色的实验。

在无金属参与的情况下,他将一个肌肉标本横断,又将另一个神经肌肉标本的神经干搭在横断肌肉上,并使之跨越肌肉的完好面和损伤面,结果该神经支配的肌肉产生收缩,证实了动物电的存在。

这成为第一次观察到生物电存在的电生理实验。

但是直接测量到生物电的实验是在电流计发明之后。

1825 年意大利物理学家Nobili 发明电流计。

1837 年意大利物理学教授Matteucci C 用电流计在肌肉的横断面与未损伤部位之间,测量到电流流动,电流是从未损伤部位流向横断面的,所以横断面呈负电位。

电学的发展

电学的发展

法国
1826年 德国 德国
安培
欧姆
提出安培定律 提出欧姆定律
清宣宗道光
法拉第
基尔霍夫 发现电路网络定律,开创电工学 发明了电报
1831年 俄罗斯 斯林格奥斯特 法国
发现了电磁感应,开创电磁学
法拉第发现电磁感应, 俄罗斯的雅可比试 法国人毕克西发明了 电磁学由此发展。 手摇式直流发电机。 制了直流电动机。
模拟集成电路(大哥大)
数字集 成电路
新型电子技术的发展
电子设计自动化
你所浪费的今天,是昨天死去 的人奢望的明天。 你所厌恶的现在,是未来的你 回不去的曾经。
1831年 1832年 1834年
1896年
1897年 1882年
发现电磁感应 发明直流发电机 发明直流电动机 发明两相交流发电机 发明感应电动机 发明变压器
美国人特斯拉发明两 英国人吉布斯发 西屋公司研制了感应电动机 相交流发电机。 ,使电动机得到普及。 明了变压器。
电子元件的历史
美国人弗雷斯特发明三极 爱迪生发现灯丝点热 英国人弗莱明发明二 管,拉开了电子学的帷幕 后会飞溅出电子 极管用来检波
1747年清朝乾隆 (十二年)
照明的历史
意大利——伏打
清嘉庆五年
以含食盐水的湿抹布,夹 在银和锌的圆形板中间, 堆积成圆柱状,制造出最 早的电池-伏打电池。
英国 ——戴维
把2000个伏打电池连在一起,进行 了电弧放电实验 在电池正负极上安装上木炭,通过 调整电极间距离使之产生放电而发出强光
清仁宗嘉庆二十年
第一课
电学的发展
希腊 ——泰勒斯
用摩擦过的琥珀吸引羽毛 用磁铁矿石吸引铁片
中国处于战国时期
Elektron 电

电学发展史简述范文

电学发展史简述范文

电学发展史简述范文1.古代:早在古代,人们就对静电现象有所认识。

在公元前600年左右,古希腊的一些哲学家和科学家,如色诺芬、修玻士等,开始研究静电现象,例如琥珀石吸引轻物体。

此后,人们对于静电现象的了解逐渐增加。

2.光电效应的发现:19世纪末至20世纪初,研究人员进行了深入的物理实验,其中最重要的是德国科学家阿尔伯特·爱因斯坦在1905年提出光电效应的定量理论解释,这一理论对于现代光电工业的发展产生了重要影响。

3.电磁现象的发现:18世纪末至19世纪初,一系列重大的发现改变了人们对电和磁的认识。

法国物理学家奥丝丁·貝庫爾在1820年发现电流通过导线时会产生磁场,这是电与磁相互关联的第一个重大发现。

英国物理学家迈克尔·法拉第在1831年发现了电磁感应现象,即通过磁场变化可以引发电场的变化。

这一发现后来成为电磁感应定律。

4.麦克斯韦方程组的建立:19世纪中叶,苏格兰物理学家詹姆斯·麦克斯韦基于以上电磁实验的结果,提出了电磁波的存在,并通过数学公式将电磁现象整合起来,形成麦克斯韦方程组。

这一方程组揭示了电磁波的传播规律,为电磁理论的发展奠定了基础。

它对于后来无线电通信、无线电技术的研究和应用有着重大影响。

5.直流电的应用:19世纪末至20世纪初,随着电学理论的发展,人们开始将电能应用于实际生产和生活中。

直流电的应用得到了迅速推广。

1882年,美国企业家托马斯·爱迪生建立了第一个商业化的发电厂,在纽约市提供直流电供应,标志着电力行业的起步。

6.交流电的引入和应用:19世纪末至20世纪初,交流电的引入和应用推动了电学的发展。

1886年,意大利工程师尼古拉·特斯拉发明了交流电发电机,使得交流电的传输和利用成为可能。

交流电的使用范围逐渐扩大,在电力传输和工业领域带来了巨大的改变。

7.电子科学的发展:20世纪初,电子科学开始发展。

英国科学家约瑟夫·汤姆逊发现了电子,这是构成原子的基本粒子,对于理解原子结构和电子运动规律具有重要意义。

医学电生理学

医学电生理学

他们应用的方法日后得到广泛证实。1968年Scherlag、
Helfand及Damato三氏将血管切开改为经皮穿刺,使心导管法
记录HBE的技术更加规范化,更易实施。此后心内电图的记录
迅速推广应用。可以这样说,Scher1ag等人的1968年之举是
心2电020/生11/1理4 学发展史上的一个重要的里程碑。
序右房刺激测定SACT(窦房传导时间)的方法,同年
Josephson在研究室速记录心内心电图时,记录和发现了心室
晚电位,在1973年Cranefield提出触发激动,触发性心律失
常的概念。1978年,Narula提出应用连续右房刺激的方法测
定SACT,同年Cramer应用杰出的方法证实了他记录到P前电位
生了浓厚兴趣。1901年他发明了心电电流计,更真实地记
录了心脏电活动的电流,开始了人体心电图的记录。此后
Einthoven提出了导联选择规律,记录了运动后的心电图,
1905年其正式将心电图用于临床,引起了巨大的反响。鉴
于他的工作重要性及价值,1924年Einthoven获得了诺贝尔
医学奖-生理学奖。
1921年10月W.Alvarez用弦线电流计在一位患癌症的妇女
体外第一次记录到胃电图,因为当时患者羸瘦,以致于用肉 眼就能观察到3cpm的胃收缩波与其相对应的胃电图慢正弦波。 但是,受到当时的电流记录装置等技术上的限制,该研究没 有继续下去。1926年Tumpeer用心电图机,以标准肢体导联的 左臂和右腿部位从一位幽门梗阻的老年妇女体表再一次记录 到了胃电图。随后他又用同样的方法在患幽门麻痹的儿童体 表也描记到了胃电图。根据记载,当时描记的胃电图与现在 临床所记录的图形差异很大,因为心电图机刚使用不久,仅 在基线上的慢波变化负载有心电信号,这种基线上的慢变化 为3cpm,他认为这3cpm就是胃运动的频率变化。

学习中的趣味历史追溯电的发现和发展

学习中的趣味历史追溯电的发现和发展

学习中的趣味历史追溯电的发现和发展电,作为我们日常生活中不可或缺的一部分,早已深入到了我们的衣食住行中。

然而,你是否曾好奇过电的发现和发展的历史呢?让我们一起来探寻电的奇妙之旅吧。

一、电的发现电的早期研究可以追溯到古希腊时期。

公元前600年左右,希腊的一位哲学家称为“图利叶斯”的人发现了琥珀摩擦产生静电现象。

这个重大的发现为后来电的研究奠定了基础。

二、电的发展1. 静电的研究静电的研究是电学发展的起点。

随着时间的推移,科学家们开始研究电的性质和现象。

17世纪,著名科学家本杰明·富兰克林通过风筝实验,发现了正负电荷和导电性的存在,为静电学的研究做出了突破。

2. 电流的发现18世纪末,意大利科学家路易吉·加尔瓦尼通过一系列实验发现了电流现象。

他将铜线与蛙腿接触时,发现在受到电击的情况下蛙腿会抽动。

这一发现为后来的电流研究提供了线索。

3. 电的发展和应用19世纪初,英国科学家迈克尔·法拉第发现了电和磁的相互作用关系,进一步推动了电学的发展。

在随后的几十年里,发电机、电池和电线等设备的发明相继出现,电的应用领域逐渐扩大。

三、电的重要应用1. 交流电的应用交流电是目前最常用的一种电流形式。

通过电动机、发电机和变压器等装置,交流电被广泛应用于家庭、工业和交通等领域。

它不仅为我们的生活提供了方便,也是现代社会运转的基础。

2. 电磁感应的应用电与磁的相互关系被运用到电磁感应技术中。

这种技术被应用在电动设备、变压器和电磁炉等各个方面。

电磁感应还广泛应用于通信技术中,手机等无线设备的发展离不开电磁感应的应用。

3. 电子技术的发展电子技术是电学发展的重要组成部分。

通过集成电路、半导体和微处理器等技术的发展,电子设备的功能和性能得以极大提升。

如今,我们已经离不开电子设备,包括计算机、智能手机和电视等,这些设备的出现极大地改变了我们的生活方式。

四、电的未来展望随着科技的不断进步,电的应用将进一步拓展。

生物电的发展史

生物电的发展史

生物电的发展史生物电的研究始于19世纪初,发展至今已经历了多个重要阶段。

本文将简要介绍生物电的发展史,主要分为以下八个部分:1.19世纪初在19世纪初,科学家们开始对生物电产生兴趣并进行初步研究。

这一时期的研究主要集中在动物电生理现象方面,如肌肉收缩、神经传导等。

科学家们开始尝试探究生物电的奥秘,为后续的研究奠定了基础。

2.19世纪50年代进入19世纪50年代,生物电研究开始进入初级阶段。

一些科学家发现生物电在神经和肌肉组织中扮演着重要的角色。

例如,意大利科学家Galvani发现,当肌肉受到刺激时,肌肉细胞膜两侧的电位会发生变化,形成动作电位,进而引起肌肉收缩。

这一发现为后续神经传导和肌肉收缩机制的研究提供了重要线索。

3.1890年在1890年,德国科学家Meynert提出了“神经元”的概念,并做了相关的研究工作。

他发现神经元之间的连接部位存在电位差,这种电位差是神经信号传导的基础。

Meynert的这一发现为神经科学研究提供了重要的理论基础。

4.1900年进入20世纪,一位名叫Dembert的科学家发现生物电的变化会对人的情绪产生影响。

他发现当人们处于不同的情绪状态时,大脑的电位活动会发生变化。

这一发现为后续情感神经科学和认知神经科学的研究提供了新的思路。

5.1950年代在20世纪50年代,科学家们开始尝试探究生物电在大脑研究中的应用。

他们发现大脑在不同认知任务中会产生不同的电位活动,如alpha波、beta波等。

这些发现为后续脑电研究和应用打下了基础,如脑机接口、脑控技术等。

6.1960年代20世纪60年代是生物电研究的重要阶段,科学家们开始对生物电进行更深入的探究,并发现了更多的应用领域。

例如,研究者们发现了心电图(ECG)可以用来评估心脏功能和诊断心脏疾病。

此外,脑电图(EEG)技术的应用也得到迅速发展,成为神经科学、心理学和临床诊断的重要工具。

7.1970年代进入70年代,生物电研究得到了更多的关注和支持,并取得了一些突破和进展。

电的发展史

电的发展史

电的发展史
电的发展史是人们认知自然和探索自然的过程,也是一部充满曲折的史诗。

科学家们对电探索性的研究奠定了今天关于电学的理论知识和实践应用,开创了今天我们便捷的生活方式。

以下是部分大事记:
1600年英国人Gilbert发现磨擦琥珀可以生电
1752年美国人Franklin在放风筝时发现雷就是电
1785年法国人Coulomb 发现库仑定律
1799年意大利人Volta 发明电池
1820年法国人Ampere 建立安培定律
1827年德国人Ohm 订立欧姆定律
1830年美国人Henry 研究电磁效应
1831年英国人Faraday 发现电磁感应现象
1832年法国人Orsted 制成第一部发电机
1834年德国人Heinrich 发现楞次定律
1864年德国人Maxwell 发表电磁波理论
1866年德国人Gramme 发明自激式直流发电机
1876年美国人Bell 发明磁铁式电话
1879年美国人Edison 发明电灯
1882年纽约出现第一座直流配电系统(爱迪生建立)
1885年美国人Stanley 研制成功变压器
1886年美国开始发展交流电力系统(西屋公司)1887年德国人Hertz 实验证明电波存在
1888年美国人Tesla 发表感应电动机理论1896年意大利人Popov 发明无线电
1897年英国人Thomson 证实电子存在。

8 patch clamp

8 patch clamp

邓建新电生理学研究简史:•二千年前,观察到电鳐鱼放电现象。

•1825年,Nobili发明了电流计,用其证实了肌肉有电流存在。

•1912年,Bridge确定了AP的“全或无”现象。

同年,Oxford提出了突触的概念及反射弧的生理学研究,获1932年Nobel 奖。

•1937年,Hodgkin和Huxley在枪乌贼巨大神经轴突细胞内实现细胞内电记录,获1963年Nobel奖。

•1946年,凌宁和Gerard创造拉制出尖端直径小于1μm的玻璃微电极,并记录了骨骼肌的电活动。

玻璃微电极的应用使的电生理研究进行了革命性的变化。

•1948年,Katz利用细胞内微电极技术记录到了终板电位;1969年,又证实N-M接触后的Ach以“量子式”释放,获1976年Nobel奖。

•1955年,Hodgkin和Keens应用电压钳(Voltage clamp)在研究神经轴突膜对钾离子通透性时发现,放射性钾跨轴突膜的运动很像是通过许多狭窄空洞的运动,并提出了“通道”的概念。

•1963年,描述电压门控动力学的Hodgkin-Huxley模型(简称H-H模型),荣获诺贝尔医学/生理学奖。

•1976年,德国的Neher和Sakmann在蛙横纹肌终板部位记录到乙酰胆碱引起的通道电流,从而初步建立了Patch Clamp(膜片钳)。

•1980年,Neher、Sigworth、Hamill等在记录电极内施加负压吸引,得到了10~100GΩ的高阻封接(giga seal),大大降低记录噪声,实现了单根电极既钳制膜电位又记录单通道电流。

•1983年10月,《Single-Channel Recording》一书问世,奠定了膜片钳技术的里程碑。

•1991年,Neher和Sakmann的膜片钳技术荣获诺贝尔医学/生理学奖。

The Nobel Prize in Physiology or Medicine(1991)Erwin Neher Bert Sakmann1/2 of the prize 1/2 of the prizeFederal Republic of Germany Federal Republic of GermanyMax-Planck-Institut für Biophysikalische Chemie, Goettingen, Federal Republic of Germany Max-Planck-Institut für medizinische Forschung, Heidelberg, Federal Republic of Germany1991 Nobel基金会的颁奖评语:膜片钳技术点燃了细胞和分子水平的生理学研究的革命之火,为细胞生理学的研究带来了一场革命性的变化,它和基因克隆技术并驾齐驱,给生命科学研究带来了巨大的前进动力。

神经电生理的发展简史

神经电生理的发展简史

神经电生理的发展电生理学主要研究组织和细胞的电学特性。

通过它们在不同条件下的变化来探讨它们与各种生理功能之间的关系,以及不同功能单元之间电活动的相互关系等。

电生理学的产生和发展从一开始就同电学和电化学研究的进步紧密相关。

对生物电的研究可追溯到公元前三百多年亚里士多德观察到电鳐在捕食时先对水中动物施加震击,使之麻痹。

古希腊古罗马人曾用黑电鳐的震击来治疗风痛、头痛。

而神经电生理的研究可追溯到1786年,意大利的科学家Luigi Gawani无意中发现,用金属导体连接蛙腿肌肉与神经,肌肉会发生颤抖。

他根据这一现象认为,蛙体内存在神经电流体,肌肉内外带有不同性质的电荷。

1794年他和他的侄子Aldini又把一条蛙肌直接与相连的神经接触,引起肌肉收缩。

Gawani的工作开创了电生理学的新时代。

1848年,德国人Du Bois Reyonond 用电流计测量神经传导时的电变化,电表的偏动表明了这种电流方向是正常部位向损伤部位传导。

这种现象被称为“负电变化”,证明了神经本原与电的同一性。

1850年Helmholtz测定了神经传导速度,他用很简单的实验就测出了蛙的神经传导速度仅为20~30m/s。

1902年,德国bernstein采用细胞外记录法对蛙的从骨神经腓肠肌标本作实验,提出的膜学说指出细胞膜两侧带电离子的分布和运动是产生生物电现象的致因,这一学说在1939年以前一直是电生理学的主要理论基础。

伴随着电学和电化学的发展,电生理学的研究也更加精确,1922年Ehanger 与Gasser 将阴极射线示波器应用于生理学研究,这标志着现代电生理学的开始。

1939年Hodgkin和Huxley等应用微电极技术进行实验,提出了离子学说,证实了膜学说是关于静息电位产生机制的假说,并对动作电位的产生提出解释和论证。

同时,这种细胞膜内记录技术的建立使电生理学研究进入了一个新的发展阶段。

20世纪50年代,电压钳技术得到发展。

生物电生理学的发展与展望

生物电生理学的发展与展望

生物电生理学的发展与展望生物电生理学(Electrophysiology)是研究生物体内生物电现象的一个分支学科,它主要研究微小的电信号对于生物体的影响和生理功能。

生物电生理学是一个思维难度较大的学科,它需要跨越物理、化学、生物等多个领域,因此也成为了生物医学研究中最为核心和前沿的学科之一。

本文将从历史、技术、前沿、展望几个方面探讨生物电生理学的发展及未来的发展方向。

一、历史虽然生物电学的发展历史已有百余年,但其真正完善的理论和技术始于上世纪中期。

那时,人们已经用玻璃电极、电荷耦合放大器等仪器,探测到了神经细胞、心肌细胞等生理细胞中的微弱电活动。

但是由于技术受限、分辨率不足,对于这些电信号的分析和研究有极大难度。

直到20世纪60年代,单通道记录技术、膜片钳技术等技术的出现使得生物电生理学得到了极大的发展。

二、技术单通道记录技术让生物电生理学研究的范围得到了极大的扩展,可以研究离子通道的开关、离子通道的物理学性质等问题。

而膜片钳技术更是让从单个离子通道、单个离子通道的电性质等等方面得到了进一步了解。

介绍下膜片钳技术,膜片钳技术是生物电生理科学研究领域的一个突破性技术。

通过将电极与细胞膜紧密贴合,可以记录到通道在细胞膜中开关的小区域,并能够准确的获取通道在开关过程中的电流变化。

膜片钳技术可以使得研究人员实时观察细胞内外离子浓度之间的变化,了解到各种离子通道的性质及其调控机制,有助于揭示各种疾病的发生机理。

随着数字化与计算机控制技术的发展,钳制技术有了关于成像显示、自动控制、研究数据安全处理等方面的制备改进。

三、前沿生物电生理学是一个高度前沿的领域,众多科学家在这个领域中取得了许多重要的研究成果。

最近的一个前沿研究成果是由美国马里兰大学神经科学家艾伦•约纳森等科学家研究发现,禽类小脑上脑的神经细胞通过外界光的变化控制鸣鸟的节奏。

这项科研成果于2020年6月发表于顶级学术期刊《自然-神经科学》。

另一项重要的前沿研究成果是,美国加州理工学院生物学家肖恩•N•戴维斯等人最近利用电子显微镜的技术,首次在海葵体内直接局部操控航班系统,从而控制海葵的行为,这项研究成果发稿于期刊《自然》的3月号。

电学发展简史

电学发展简史

电学的发展简史有关电的记载可追溯到公元前6世纪。

早在公元前585年,希腊哲学家泰勒斯已记载了用木块摩擦过的琥珀能够吸引碎草等轻小物体,后来又有人发现摩擦过的煤玉也具有吸引轻小物体的能力。

在以后的2000年中,这些现象被看成与磁石吸铁一样,属于物质具有的性质,此外没有什么其他重大的发现。

在中国,西汉末年已有“碡瑁(玳瑁)吸偌(细小物体之意)”的记载;晋朝时进一步还有关于摩擦起电引起放电现象的记载“今人梳头,解著衣时,有随梳解结有光者,亦有咤声”。

1600年,英国物理学家吉伯发现,不仅琥珀和煤玉摩擦后能吸引轻小物体,而且相当多的物质经摩擦后也都具有吸引轻小物体的性质,他注意到这些物质经摩擦后并不具备磁石那种指南北的性质。

为了表明与磁性的不同,他采用琥珀的希腊字母拼音把这种性质称为“电的”.吉伯在实验过程中制作了第一只验电器,这是一根中心固定可转动的金属细棒,当与摩擦过的琥珀靠近时,金属细棒可转动指向琥珀.大约在1660年,马德堡的盖利克发明了第一台摩擦起电机。

他用硫磺制成形如地球仪的可转动球体,用干燥的手掌摩擦转动球体,使之获得电。

盖利克的摩擦起电机经过不断改进,在静电实验研究中起着重要的作用,直到19世纪霍耳茨和推普勒分别发明感应起电机后才被取代。

18世纪电的研究迅速发展起来。

1729年,英国的格雷在研究琥珀的电效应是否可传递给其他物体时发现导体和绝缘体的区别:金属可导电,丝绸不导电,并且他第一次使人体带电。

格雷的实验引起法国迪费的注意。

1733年迪费发现绝缘起来的金属也可摩擦起电,因此他得出所有物体都可摩擦起电的结论.他把玻璃上产生的电叫做“玻璃的",琥珀上产生的电与树脂产生的相同,叫做“树脂的”。

他得到:带相同电的物体互相排斥;带不同电的物体彼此吸引。

1745年,荷兰莱顿的穆申布鲁克发明了能保存电的莱顿瓶.莱顿瓶的发明为电的进一步研究提供了条件,它对于电知识的传播起到了重要的作用。

差不多同时,美国的富兰克林做了许多有意义的工作,使得人们对电的认识更加丰富。

电学发展简史

电学发展简史

电学发展简史•电学的发展经历了漫长的时间,经过二百多年来无数科研工作者不懈的努力,从简单到复杂,从单一到多丰富,从零散到系统,从外在到本质....形成了如今一个非常重要的学科--电工学,包含有电场、直流电路、磁场、交流电路、电子电路等百十个分支体系,设计出了数以万计的电路图,研制出了成千上万的电子元件、产品,广泛渗透到工业、农业、军事、生物、医药.....,使其成为人类改造世界的重要武器,也在彻底改变着我们的生活方式,并且会进一步改变世界。

可以说一个国家电子技术的水平就是国家实力的水平,以色列能够在中东吊打阿拉伯国家,凭的就是先进的电子技术,日本的电子产品横扫世界,经济实力不能小觑...。

如今我们在享受电学成果的时候,不能忘记科研工作者对此做出的重要贡献,在那个物质匮乏、技术落后的年代里,能够发现、发明一些电学现象和产品,确实不易,他们的探索过程对我们今天进行科学研究乃至社会研究有较大的启迪意义。

值得一提的是还有许多无名英雄为此做出了贡献,同样值得我们敬仰。

•1.关于电磁现象,中国人在2500年左右就有了文字记载,比如摩擦起电、磁石;除过发明了指南针,其它仅仅是发现一种现象而已,没有任何实用价值,没有进行系统、深入的研究,这种情况一直持续到清朝末年,中国的封建统治者对这些科学研究鄙夷不屑,而是热衷于八股文,客观上没有进行科学研究的土壤。

这一点与英国、法国、俄国等的统治者大不同,他们鼓励发现、发明电气事物,并进行演示,因此在电学方面有许多重要贡献者来自于这几个国家,这是一个重要的启示:国家的兴旺与统治者的开化程度有极大关系;•2.1600年,英国吉尔伯特,他是伊丽莎白女王御医、英国皇家科学院物理学家,发现了点和磁有一些不同的性质,第一个将琥珀和毛皮摩擦后吸引小物体的性质叫电,他还认真研究了摩擦琥珀吸引羽毛的现象,指出这种现象不仅存在于琥珀上,而且存在于硫磺、毛皮、陶瓷、纸、丝绸、橡胶当中,他制作了第一只试验用验电器,为后来静电试验提供了重要的工具,对电学和磁学有较大贡献,他是将试验和研究结合的典范,是近代科学研究方法的开创者;也就是通过科学实验进行科学研究,而不是凭空想象。

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电生理学发展简史(一)
生物电活动是机体一种基本的生命现象,它产生的基础是细胞膜上离子通道活动的总和效应。

从生物电现象的发现到如今对离子通道功能与结构如此深入的了解,电生理学走过了200 多年的历程。

一、生物电现象的发现
最初的实验研究是从18 世纪后叶开始的。

当时没有任何测量电流的仪器,只是发现利用电容器(如雷顿瓶)的放电,或雷电发生时竖起一根长导线,引导大气中的电,都可以刺激蛙的神经肌肉标本,引起肌肉收缩,所以当时就用蛙的神经肌肉标本作为电流存在的标志。

1791 年意大利解剖学教授Galvani L 发现,如果将蛙腿的肌肉置于铁板上,再用铜钩钩住蛙的脊髓,当铜钩与铁板接触时肌肉就会发生收缩。

他把这个现象的发生归因于机体的“动物电”(animal electricity )。

他认为神经与肌肉带有相反的电荷,肌肉带正电,神经带负电,金属导体的作用是把神经与肌肉之间的电路接通。

同时代的意大利物理学家Volta A 不同意Galvani 的见解,他认为实验中发现的电现象,不是动物机体产生的动物电,而是由于实验中连接肌肉和神经的金属不同所致,是不同金属接触时产生的电流刺激了肌肉标本,如果用同一种金属作导体,收缩就不会发生。

事实上,Volta 和Galvani 的观点都有其正确的一面。

Volta 后来因此而发明了伏特电池;Galvani 则继续进行了一个出色的实验。

在无金属参与的情况下,他将一个肌肉标本横断,又将另一个神经肌肉标本的神经干搭在横断肌肉上,并使之跨越肌肉的完好面和损伤面,结果该神经支配的肌肉产生收缩,证实了动物电的存在。

这成为第一次观察到生物电存在的电生理实验。

但是直接测量到生物电的实验是在电流计发明之后。

1825 年意大利物理学家Nobili 发明电流计。

1837 年意大利物理学教授Matteucci C 用电流计在肌肉的横断面与未损伤部位之间,测量到电流流动,电流是从未损伤部位流向横断面的,所以横断面呈负电位。

这是第一次直接测量到生物体内存在生物电的实验。

1843 年瑞士生理学家Du Bios-Reymond 用电流计观察到神经的损伤电位,也是损伤部位呈负性。

1849 年,他又发现神经在活动期间出现负波动,即使用电流计从细胞外记录到的动作电位。

1850 年von Helmholtz H 测定了神经传导速度,证明蛙神经的传导速度仅20 ~ 30m/s 。

此前人们认为既然电的传导速度等于光速,因而神经的传导速度可能也是光速。

二、早期对生物电发生机制的认识
1. Bernstein 的膜学说对于这种生物电现象的解释,当时提出了不同的学说。

Du Bios-Reymond 认为,组织内带负电,外表带正电,是正常状态下存在的,即所谓“现存学说”(preexistence theory );而他的学生Hermann (Du Bios-Reymond )则认为,组织内的负电是被切割时组织损伤变质造成的,即所谓“变质学说”(alteration theory )。

1890 年,著名的化学家Ostwald W 提出了膜的通透性理论,即如果在电解质弥散的途径上有一层半透膜,它只允许一种离子通过,而带有相反电荷的另一种离子不能通过,就会通过静电作用限制透过膜的离子不能进一步弥散,如此,在膜两侧就会形成电位差,它的大小可按Nernst 公式计算。

1902 年Du Bios-Reymond 的另一名学生Bernstein J 接受了Ostwald 通透性理论,在现存学说的基础上提出了“膜学说”(membrane theory )。

他根据细胞内液比细胞外液含较多的K +,而细胞损伤处电位较完好处为低的事实,推测静息时细胞内电位低于细胞外,并假定静息时细胞膜只对K +有通透性,由于胞内带正电荷的K +顺浓度差扩散到膜外,相应的负电荷仍留在膜内,使细胞膜呈现外正内负的极化状态,形成静息电位。

按照Bernstein 的设想,细胞的静息电位就等于K +的平衡电位。

动作电位则是由于膜在一瞬间失去了对K +的选择性通透,变得对所有离子通透性一过性地升高,导致膜两侧电位差瞬间消失。

1904 年,他又设计了一个精巧的实验,证实肌肉切断后断面的负电位在0.3 s 后即出现,并持续缓慢地减小而不是
逐渐增大,从而用事实否定了变质学说。

因此膜学说在此后30 多年的时间内为多数人所接受,不过它却一直未能得到实验证实。

这是因为要想测量膜两侧的电位差,必须要将一个电极插入细胞内,这就要求插入的记录电极直径很细,不能损伤细胞;插入处也不能漏电。

显然,这种技术上的限制在当时是很难克服的。

2. 细胞跨膜电位的记录1936 年,生物学家Young JZ 发现了头足类软体动物枪乌鲗的巨大神经轴突,其直径可达1mm 。

这与最大直径不超过20μm 的脊椎动物神经纤维相比,无疑是研究跨膜电位的绝好材料。

1939 年,英国生理学家Hodgkin AL 和Huxley AF 将直径为0.1mm ,内部充满海水的毛细玻璃管纵向插入枪乌鲗大神经轴突(直径0.5mm )的断端,作为细胞内电极,而将另一电极置于浸泡细胞的海水中,于是在毛细管尖端和细胞外电极之间记录到约60mV 的电位差,胞质为负。

将轴浆内电极靠近膜内侧或向中心移动,电位差均不变,表明电位差存在于膜的两侧。

这样,他们便利用枪乌鲗巨大轴突首次记录到膜两侧的静息电位。

这一工作的意义在于实验测定的静息电位与根据细胞膜内、外钾浓度经Nernst 公式计算的钾平衡电位(- 75mV )非常接近,从而有力地支持了Bernstein 关于静息电位状态下细胞膜选择性对钾离子有通透性的膜学说。

但是,正如在图 1 中所看到的,实测的静息电位值总是略小于K +平衡电位,这说明细胞膜并不是像原来设想的那样只对K +有通透性,而可能对其他离子,特别是Na +亦有一定的通透性。

图1 细胞外K +浓度对蛙缝匠肌静息电位的影响
图中的圆点是不同K +浓度时静息电位的实测值;直线是根据Nernst 公式的计算值
膜学说关于动作电位产生机制的解释也得到膜阻抗测量实验的支持。

1939 年,Cole KS 和Curtis HJ 利用惠斯登电桥(Wheatstone bridge )观测枪乌鲗巨大轴突动作电位期间膜电阻和膜电容的变化,发现动作电位期间膜电容基本不变,而膜阻抗显著降低(膜电导增大)(图 2 ),由静息时的1000Ωcm 2下降到25Ωcm 2,支持动作电位期间膜对多种离子通透性的增大。

图2 Wheatstone 电桥对动作电位期间膜阻抗的测定
A :测量膜电容和阻抗的AC Wheatstone 电桥,电桥施加高频交变电流,输出端为振幅相同的175kHz 的交流信号。

R1 、R2 为已知电阻,Rv 、Cv 为可调电阻和电容(数值可读), 当R1 =R2,Rv =Rx ,Cv =Cx 时电桥平衡,由此可求出Rx 和Cx ;
B :冲动通过枪乌鲗巨大轴突时膜阻抗的变化:静息下电桥处于平衡状态,为振幅很小的细线;电桥失衡(由于膜阻抗降低)时为振幅增大的宽带。

(吴博威供稿)。

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