神经生物学_02 [兼容模式]_370507923

当今神经科学现代神科学历史仍在续撰写而•现代神经科学的历史仍在继续撰写之中，而神经科学发展至今的研究成果构成了本课程的基础。

•贯穿本课程，我们将会介绍神经科学的最新研究进展。

研究进展先让我们看看当代的脑研究工作是如何开•先让我们看一看当代的脑研究工作是如何开展的，脑研究的延续发展对社会又有哪些重要性。

要性分析的层次•历史已经清楚地表明，了解脑的工作原理对人类来说是项巨大的挑战。

说是一项巨大的挑战。

•为了获取系统化的实验分析，神经科学家们采用了化整为零的方法，使复杂的问题简单化。

这被称作化整为零的方法使复杂的问题简单化这被称作“还原法”（或简化法，reductionist approach）。

这种研究对象的尺度通常被定义为研究的层次这种研究对象的尺度通常被定义为“研究的层次”(level of analysis）。

还原法•按照复杂性的递增排序，这些层次依次为：分子、细胞、系统、行为和认知。

当今分子神经科学把脑被视为宇宙间最复杂的物质结构。

分子神经科学•脑的物质组成中包含着许多奇特的分子，而且它们中的许多只存在于神经系统之中。

这些不同的分子对于脑功能的多只存在于神经系统之中这些不同的分子对于脑功能的行使，扮演着不同却又非常关键的角色：“信使”使得神经元彼此之间可以相互通讯联系；卫兵控制着不同的经元彼此之间可以相互通讯联系；“”控制着不同的物质进出神经元；“向导”协调神经元的生长；“档案保管员”负责保管过去的经验。

对脑的这些最基本成分的研究被称为分子神经科学。

细胞神经科学细胞神经科学致力于研究这些分子是如何协同工作，从而使神经元具有一些特殊性质的。

这个层次需要解决的问题包括：•有多少不同种类的神经元，它们的功能差异在哪里？•不同神经元是如何相互影响的？•在胚胎发育过程中，神经元是如何相互联系形成网络的？•神经元是如何行使计算功能的？系统神经科学•执行某一共同的功能―如视觉和随意运动―的许多神经元构成了复杂的环路。

•我们所谈论的“视觉系统”和“运动系统”，在脑内都拥有它们各自独特的环路。

这一层次的研究被内都拥有它们各自独特的环路这层次的研究被称之为系统神经科学。

•神经科学家们在这一层次上的研究内容是：不同的神经环路是怎样分析感觉信息并形成对外部环境的感知？怎样做出决定和执行运动的？行为神经科学•神经系统是怎样一起工作，从而产生协调的行为？神系统怎样起作产协行为例如，不同形式的记忆是不是对应于不同的系统？•脑的哪些部位是致幻药的作用位点，而这些部位在正常情况下对情绪和行为的调节起了什么作用？•哪些神经环路支配了性别特异性行为？•梦起源于脑的哪一个部分？这些问题都是行为神经科学研究的对象。

这些问题都是行为神经科学研究的对象认知神经科学•或许神经科学面临的最大挑战，在于弄清人类高级精神活动―如自我意识、思维想像和类高级精神活动―如自我意识思维想像和语言―的神经机制。

这一层次的研究即认知神经科学，它研究脑是如何创造精神的神经科学它研究脑是如何创造精神的•精神是从什么动物开始具有的？•这是一个科学哲学的基本问题：人究竟能知道多少？神经科学家“神经科学家”这一名称听起来就像“航天科学家”那样给人以深刻的印象。

但是，大家都一样，曾经是那样给人以深刻的印象但是大家都样曾经是学生。

不知是何种原因―或许是因为我们视力的缺陷，或许是因为我们的家庭成员承受了因中风而失语的或许是因为我们的家庭成员承受了因中风而失语的痛楚，而我们希望知道为什么会这样―因此，我们前来分享了解脑是如何工作的渴望。

也许你们也会这样来分享了解脑是如何工作的渴望也许你们也会这样做！从事神经科学工作的价值•广义而言，神经科学研究和神经科学家可以分为两大类：临床类和实验类。

临床研究主要由医生（医学博士）来进行。

与人类神经系统相关的医学领域主要包括：神经内科学、精神病学、神经外科学和神经病理学（表1.1）。

许多临床研究人员继承了的传统，试图从脑•许多临床研究人员继承了Broca 的传统，试图从脑损伤引起的行为缺陷来推测脑不同部分的功能。

其他些人则对些新型治疗方法的利弊进行评估他一些人则对一些新型治疗方法的利弊进行评估。

•尽管临床研究的价值显而易见，但是对所有神经系统疾患的治疗方法现在都是、今后将依然是基于实验神经科学家的基础研究。

这些实验神经科学家可以是哲学博士（Ph.D.)，也可以是医学博士（M.D.）。

哲学博学博•用以研究脑的实验方法是如此广泛，以至于每一种想得到的方法都可能被采用。

因此，尽管神经科学的本质在于其学科的交叉性，但我们仍然可以通过神经科学家在某一方法学上的专长来区分他们。

•神经解剖学家―他们运用高级的显微镜追踪脑内神经细胞间的相互联系；•神经生理学家―使用电极、放大器和示波器观测脑的电活动；神经生学家使电极放大和波测脑的电活动•神经药理学家―运用“设计的药物”研究脑功能的化学性质；•分子神经生物学家―他们检测神经元的遗传物质以探寻脑内分子的结构分子神经生物学家他们检测神经元的遗传物质，以探寻脑内分子的结构线索，等等。

表1.2 列出了一些实验神经科学家的类型。

问一下你的导师，他或她属于哪一类神经科学家。

哪类神经科学家表1.2 实验神经科学家的分类类型描述计算神经科学家使用数学和计算机手段构建脑功能的模型分析脑的发育和成熟发育神经生物学家分析脑的发育和成熟分子神经生物学家利用神经元的遗传物质来了解脑分子的结构和功能神经解剖学家研究神经系统的结构神经化学家研究神经系统的化学性质神经生态学家研究自然环境下，物种特异性动物行为的神经基础神经药理学家检测药物作用于神经系统的效应检测神经系统的电活动神经生理学家检测神经系统的电活动神经心理学家研究人类行为的神经基础心理生理学家(生物心理学家、心理生物学家)研究动物行为的生物学基础心理物理学家研究动感知能力的定量分析2000年来神经科学领域的重大成果2000年诺贝尔生理学和医学奖-神经系统的信号转导揭示大脑中神经细胞间信号传递的机制促进对脑揭示大脑中神经细胞间信号传递的机制，促进对脑功能、神经与精神疾病机理的了解Paul M. NurseLeland H. HartwellR. Timothy (Tim) Hunty ()Programeol cell death ，PCD, cell apoptosis2002 Nobel Prize in Physiology or Medicine2002年诺贝尔经济学奖-行为经济学和实验经济学的创立“把心理学的，特别是关于不确定条件下人的判断和决策的研究思想，结合到经济科学中”，开济科学中，开创了行为经济学研究新领域2003年诺贝尔化学奖－离子通道的研究离子通道是离子通道是大脑活动大脑活动和一切神经兴奋性的分子基础。

20032003年诺贝尔生理学和医学奖年诺贝尔生理学和医学奖－磁共振成像技术的建立和应用在科学史上第在科学史上第一次可以直接地、无创性地观察到人脑内部结构。

2004年诺贝尔生理学和医学奖年诺贝尔生理学和医学奖2004Linda B. BuckRichard AxelTh N b l P i i Ch i t 2004The Nobel Prize in Chemistry 2004···Ub Ub 1E1E1Ub23E2E2Ub E3E3UbUbUb4Ub UbUb E3Ub Ub Ub UbUb Ub619SUbUb 519S 20S 26S RecycledPeptides Ubiquitin人工中耳人工耳蜗人耳蜗脑用芯片神神经假体Brain chips微丝阵列神经芯片运动皮层肌肉控制芯片受伤点轮椅控制钮计算机IUBMB 开模式brain as computerThe two people say: Who are you?New research on brain-computerinterface technologies are exciting.神经科学研究中的动物使用问题•没有动物实验就没有神经科学。

•我们对神经系统的了解，绝大部分是来自于动物实验的我们对神经系统的解绝大部分是来自于动物实验的结果。

大多数情况下，都是将动物处死，然后对它们的脑进行神经解剖学、神经生理学、神经化学等方面的研脑进行神经解剖学神经生理学神经化学等方面的研究。

通过牺牲动物的生命而获取人类的知识这一事实，发了关动物研究中伦学问题的争论引发了关于动物研究中伦理学问题的争论。

动物是人类的伴侣•纵观历史，动物和动物产品一直被人类视为可再生的自然资源，它们被人类作为食品、服装、交通工具、娱乐消遣工具和运动工具来使用。

•动物也被人类视为伴侣。

用于研究、教育和实验的动物只占所有被人类使用动物的一小部分。

例如，在当代美国，用于各种生物医学研究的动物仅占那些被当作食物而宰杀的动物的1％以下（NIH，1991,) ，而考门用于神经科学研究方面的动物数量则更少。

神经科学实验动物种类广泛从线虫、蜗牛到猴子。

•从线虫蜗牛到猴子•选择何种动物来做实验，取决于要研究的问题、分析的层次，以及在该层次上获得的研究结果与人类相关的程度。

•作为一条规律，动物的等级越低，它与人类在进化上的亲缘关就实关关系也就越远。

因此，如果实验的目的仅仅是为了了解有关神经冲动传导的分子机制，实验就可以在与人类亲缘关系较远的物种，如枪乌贼上进行。

•另一方面，如果为了了解关于人类运动和感知疾病的神经机制，所选用的实验对象则应为与人类较为相近的物种，例如恒河猴。

恒河猴•用于神经科学研究的动物，有一半以上是啮齿类动物―小鼠和大鼠―它们被专门化地饲养，以用于研究目的。

和大鼠―它们被专门化地饲养以用于研究目的动物的安乐•大多数受过教育的人开始关注动物的安乐（animal welfare）大多数受过教育的人始关注动物的安乐问题。

神经科学家们也关注这一问题，并且努力保证善待动物。

但是，我们必须认识到科学社会并非一开始就重视动物物但是我们必须认识到科学社会并非一开始就重视动物的安乐问题，这反映在一些过去的科学实践中。

例如，19世纪早期g曾使用未经麻醉的小狗做实验后来他纪早期，Magendie曾使用未经麻醉的小狗做实验（后来，他因此受到他的科学竞争对手Bell的批评）。

•近些年来，人们对动物安乐问题的高度重视，已经导致生物医学研究方面的动物使用情况得到了极大的改善。

动物使用的道德规范•动物仅可被用于那些可以提高人类对神经系统的了解和那些有重大价值的实验。

•采取所有必要步骤最大限度地减少实验动物的紧张和疼痛（如使用麻醉剂、止痛剂等）。

醉剂止痛剂等）•考虑所有可能避免使用动物的替代方法。

方法•伦理规范的执行受到多方面的监控保障。

首先，研究计划必须通过公保障首先研究计划必须通过公共动物保护和利用委员会（Institutional Animal Care and UseCommittee, IACUC）的审查。