脊髓与神经元

1.脊髓的结构：

脊髓是中枢神经的一部分，脊髓是中枢神经的一部分，位于脊椎骨组成的椎管内，呈长圆柱状，人的脊髓全长41－45厘米

人体脊神经有31对，所以脊髓也可分成31个节段：即颈髓8节、胸髓12节、腰髓5节、骶髓5节和尾髓1节

脊髓包有3层被膜，从外向内分别为硬膜(dura matter)、蛛网膜(arachnoid)和软脊膜(spinal pia)。

脊神经在脊髓与身体之间传递运动与感觉信息。每个脊神经都有两个神经根，见图1.6。前根传递来自大脑的运动脉冲，后根向大脑传递感觉信息。

脊髓由中央的灰质(gray matter)和外周的白质(whiter matter)组成。灰质呈H 型，被白质包围，灰质由体细胞组成，白质由轴突组成。

脊髓部分上、下行传导束。上行传导束又称感觉传导束，由躯干和四肢接受的各种感觉，都经脊神经后根传入脊髓，脊髓内的上行传导束则把后根传入的各种冲动直接或间接的经过中继，向上传到脑的不同部位。后根的主要输入轴突起始于外周的不同感受器如触觉、疼痛觉、温度觉、本体感觉(肌梭、高尔基腱等)。同时，后根也包含来自内脏的感觉输入轴突。脊髓下行传导束又叫运动传导束，它们起自脑的不同部分，直接或间接地止于脊髓前角或侧角。下行传导束起始于大脑不同部位，传递不同类型的信息。

人与外界环境接触通过的特殊结构称为感受器。感受器通常分为三类:(1)外感受器(exteroceptive receptors), 接受外界的刺激，包括视觉、听觉及触觉; (2)本体感受器(proprioceptive receptors)，接受身体相关位置及空间的信息；(3)内感受器(interoceptive receptors), 探测身体内在环境，如血压变化等。体感系统的信息主要来源于外感受器及本体感受器。

脊髓的每个节段接收相应的感觉信息传入，并且发送运动命令到具体的身体部位, 这种脊髓神经支配的身体区域，称之为皮区。

2.神经元的电缆模型：

Rall电缆模型

1959 年Rall 发展了树突电缆理论,提出Rall 电缆模型[40].

模型假设细胞外是等电位(可视为接地,电位为0),树突是由具有较好绝缘性能的膜包裹的均匀细管(截面恒定),膜电阻相对核心导体轴向电阻较大,对长度短的树突,核心导体内的电流可视为平行于圆柱的轴向(电缆方向)流动,假设它沿x 轴流动.

所以Rall 电缆模型只有一维的x 空间维度,其中膜电压V 是一个关于时间t 和沿核心导体距离x 的函数. 图3-2 Rall 电缆模型示意图.胞体为x 轴0 点, 树突生长方向为x 轴正方向. 在这些假设前提下,对任何点x 和时间t, 膜电位为V ( x , t), 电流可以沿x 轴方向或沿透膜方向流动。

神经元房室模型

电缆模型是在时间和空间上连续的偏微分方程,对特殊空间结构和边界条件,可求出解析解,但对一般情形则不易求解,从而对研究神经元的分枝结构造成不便. 1964 年Rall提出房室模型[41]弥补Rall电缆模型的不足.房室模型采用有限差分法对Rall电缆模型进行离散化.它把一段树突电缆分割为很短的区域,并假设在区域内是等电位的.每个树突区域的电位被认为是一个单独的被动或主动的R-C房室(图3-3 所示),房室用一系列对时间的常微分方程组描述.不同物理性质(例如不同的直径和膜性能等)的房室表现出不同的电位发放,房室间通过轴向的细胞质电阻相互连接.

所以一个神经元细胞可能会用数以千计的常微分方程组来模拟其发放过程,这虽然是一个复杂庞大的系统,但可借助数值解法研究其特性.可以证明当划分的房室足够小时房室模型的解收敛于连续电缆方程的解[41]。