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。70年代，膜片钳技术的研究和诱发电位技术也获得广泛的应用，使研究者们在电生理学领域获得了巨大的进步。1976年Neher和Sakman率先使用的膜片钳技术将传统的电生理学方法提高到了可以对单个蛋白质进行研究的分子水平。

根据实验对象的不同，不同的电生理技术都可用来进行离体研究和在体研究。离体研究根据实验材料不同，目前有对脑片的研究，也有对单个神经元的研究。离体脑片的电生理研究在20世纪50至60年代逐渐得到重视。神经细胞的分散培养是20世纪70年代发展起来的一项技术。离体研究适于研究离子通道、细胞膜特性、简单神经回路的信息传递等，但要知道神经元在整体情况下对外界刺激的真实反应，必须直接进行在体记录，因此在体记录的研究结果更具有科学意义。

信息的传递和整合是神经系统发挥功能的基础，因此，运用神经电生理技术探索神经元的反应特性和神经元对信息传递的调节对神经科学的发展起着重要作用。电生理学也有其局限性，要研究神经元接受信息后如何将信息向细胞内部传递，细胞又对信息发生哪些反应，必须将神经电生理技术与形态学、分子生物学等技术结合起来，才能获得更加全面的认识。