神经生物学

神经生物学：
一、神经元和胶质细胞
（1）神经细胞的基本结构：胞体轴突树突
神经元内部结构：细胞核；线粒体；高尔基体；内质网；细胞骨架等
（在高尔基发现高尔基染色法后才有了组织学方法上的突破）
（2）细胞骨架：微管；神经丝；微丝
（3）微管：组成→微管蛋白和微管相关蛋白，是中空的管状结构
微管蛋白：a-tubulin；b-tubulin；g-tubulin
微管相关蛋白：MAP1；MAP2；tau（与老年痴呆症相关）
→稳定微管，促进微管装配
微管是以异二聚体为单位，可自由组装和拆卸。

可被磷酸化、乙酰化、酪氨酸化、谷氨酸化（即使得酶失活或活化，影响细胞进程）微管具有极性，+极(plus end)生长速度快，-极(minus end)生长速度慢。

+极的最外端是β微管蛋白，-极的最外端是α微管蛋白。

功能：细胞器的定位和物质运输；在轴浆运输中为细胞器运输提供轨道；神经突起的延伸；维持神经突起的支架；维持细胞内局部区域的完整性
（4）微丝：成分→Actin肌动蛋白，组装需要A TP修饰蛋白
微丝是由球形-肌动蛋白形成的聚合体
功能：构成细胞骨架，维持胞浆膜蛋白的分布，分隔轴突和树突蛋白
介导神经元和外环境的相互作用
生长锥运动
（5）神经丝：星形胶质细胞标记物；（NFH NFM NFL），经前体细胞标记物（？）具有很强机械强度
功能：维持和稳定神经元形状，调节细胞和轴突的大小和直径
（6）神经元细胞骨架相关疾病：Alzheimer’s Disease 阿尔茨海默病（老年性痴呆）
ALS amyotrophic lateral sclerosis（肌萎缩侧索硬化症）（7）细胞骨架小结：
各种细胞骨架成分之间功能是互补的，协同受到调节
表达水平可变（外伤再生）
变化（神经疾病的病理性标志）
磷酸化（正常功能或神经病理改变）
受到胶质细胞影响
（8）树突和轴突：
树突的作用：突触传递、记忆储存、增大神经元间突触数量
（智障儿童的树突棘少而细，证明了树突棘的智力作用）
LTP促进树突棘和突触的增大，即学习能力的增强
（从细树突棘到蘑菇型树突棘的转变）
（9）轴浆运输：化学物质和某些细胞器在神经元胞体和神经突起之间的运输，是双向性的。

快速轴浆运输
顺向运输: 囊泡、线粒体等膜结构细胞器
逆向运输:神经营养因子
病毒如狂犬病毒、单纯疱疹病毒
慢速轴浆运输
顺向运输：胞浆中可溶性成分和细胞骨架成分（轴突生长和再生）
（10）轴突和树突的比较：
轴突树突
数量1个多个
信息输出接收
棘没有有
髓鞘可能有没有
（11）神经元分类：
神经突起数量：单极神经元；多极神经元；双极神经元
树突：星形细胞；锥体细胞
连接：初级感觉神经元；运动神经元；中间神经元
轴突长度：投射神经元，局部环路神经元
神经递质：胆碱能神经元；儿茶酚胺能神经元；氨基酸能神经元
（12）神经元特点：轴突和树突
特殊的结构(如突触)和化学信号(如神经递质)
通过电化学突触相互联系
不能复制
（13）神经胶质细胞：
星形胶质细胞（只掌握它）：
参与神经组织构筑的塑型
修复
参与血脑屏障的形成
物质转运
对谷氨酸和γ－氨基丁酸等代谢的调节
维持微环境的稳定
通过对细胞间液中K＋的缓冲作用影响神经活动
参与脑的免疫应答反应
Neurogenesis （神经元新生）
（14）神经元的生物电：即静息电位和动作电位
（15）神经元的化学特性：膜内外的盐溶液；磷脂膜；跨膜蛋白质
（16）静息电位：
离子基础：钠钾泵（K+,细胞内;Na+细胞外）
钾通道的选择性通透
钾顺浓度梯度的跨膜迁移
静息状态下细胞膜对离子的相对通透性（神经元膜对K+的通透性是Na+
的四十倍）
离子的不均衡跨膜分布
钾钠钙
内外比20:1 1:10 1:10000
（17）钾通道：钾通道有四个亚单位,每个亚单位有6个跨膜片段。

四个亚单位如木桶的狭板一样排列成一个孔，孔环区域(多肽链的一部分在膜平面内形成一个发夹回型结构)作为选
择性滤器，使得通道对钾离子有最高的选择性。

该区域内即使仅仅一个氨基酸的突变就能严重破坏神经元的功能（会画图）
（18）动作电位：动作电位是处于静息电位状态的细胞膜受到适当刺激而产生的，瞬间使胞内电位相对于胞外为正电位。

是一次可逆的、可传导的电位变化
（19）钠通道：钠通道由一条长链多肽构成,可分为4个结构域,每个结构域有6个跨膜的alpha螺旋片段(S1-S6).4个结构域聚合形成孔道.电压感受器在S4上,带正电荷的氨基酸残基在S4片段沿alpha螺旋规则排列,整个片段可随膜电位的变化而移动.（会画图）
（20）影响动作电位传导的因素：轴突粗细；轴突上钠通道的密度；髓鞘和跳跃传导
二、神经系统的发育：
（1）矢状面、水平面、冠状面的掌握和辨别
（2）中枢神经系统：大脑、小脑、脑干、脊髓
（3）外周神经系统：躯体外周神经系统、内脏外周神经系统、传入和传出神经轴突
（4）脑神经：十二对，掌握功能和传导路
（5）脑膜：硬脑膜、软网膜、蛛网膜（软网膜和蛛网膜之间的蛛网膜下隙存在脑脊液）（6）脑室系统：脑脊液循环
侧脑室脉络丛（产生）→室间孔→第三脑室→中脑水管→第四脑室→正中孔；外侧孔→蛛网膜下隙→蛛网膜粒→硬脑膜窦（主要是上矢状窦）
（7）神经系统的发育：
神经板→神经沟→神经管（整个神经系统的由来）
神经褶→神经嵴（所有外周神经元的细胞体和神经元由来）
怀孕后22天完成
（8）脑泡的发育：神经管→前脑；后脑；中脑（整个脑组织由来）
端脑泡大脑皮层，白质，嗅球
前脑→视泡→视神经，视网膜
间脑丘脑，下丘脑，脑室
顶盖→上丘，下丘
中脑→被盖→情绪，意识，痛苦
中脑水管
后脑→小脑，脑桥，延髓，第四脑室
（9）脊髓的发育：神经管尾端→脊髓中央管→脊髓
白质→传导束
背角，腹角，中间带→脊髓灰质
（10）神经管的闭合障碍：
神经管前部闭合障碍→无脑畸形
神经管后部闭合障碍→脊柱裂
（神经管前部形成端脑，后部形成脊髓）
（11）大脑皮层的发育：
形态：侧脑室，新皮层，嗅皮层，嗅裂，新皮层，海马
细胞结构：
A皮层神经元都是呈层状排列的，而且绝大部分神经元胞体与脑的表面平行。

B 分子层: 最靠近表面的神经细胞层, 由一层无神经元的组织将皮层与软脑膜分隔开。

C 各层至少都有一层细胞，伸出大量的称为顶树突的树突，这些顶树突会伸入到第一层，在那里形成众多的分叉。

发育过程中皮层会越来越厚，象征智力和学习能力的增强
（12）神经细胞的增殖：
①室层中的一个细胞的突起向上延伸至软脑膜
②该细胞的细胞核从脑室侧迁移至软膜侧，同时细胞DNA被复制
③含复制所得的双倍遗传物质的细胞核，重新回到脑室侧
④细胞突起从软脑膜缩回
⑤细胞分裂成两个子细胞
对称分裂（垂直分裂），早期发育数量的保证，仍有分裂能力
子细胞→
非对称分裂（水平分裂），后期发育分化的保证，无分裂能力
在胚胎期第五周至第五月高峰期间，每分钟约有250000个细胞完成繁殖
内因说：G1时期的时程是否超过阈限
分裂方式的决定→
外因说：蛋白不均匀分布（即转录因子的调控）
（13）神经细胞的迁移和分化：
观察基础：3H染色法→皮层细胞主要来源于侧脑室室管膜
结论：A神经元细胞会迁移
B 较早分化的较大神经元先迁移并形成最内层，依次顺序向外；而较晚分化的较小神经元则通过已形成的层次迁移并形成其外侧新的层次；不论皮质的什么区域，其最内层总是最早分化，而最外层则最后分化。

（放射胶质细胞是一切神经干细胞的来源）
（14）神经元迁移方式：放射性迁移，切线性迁移
神经元迁移模式：A细胞引导端先移动，再带动其他部分（放射性）
B 整个细胞一起移动（切线性）
（15）神经细胞迁移缺陷：
起始过程缺陷，迁移过程缺陷，分成缺陷，终止信号缺陷
（16）轴突生长：随着生长锥沿着底物表面延伸，轴突得以生长；同时底物中含有各种蛋白，其中适于底物生长的和不适于底物生长的接壤，为轴突生长提供道路；还得益于神经纤维成束化
生长锥：成神经细胞迁移至神经系统适当的位置，神经元就开始分化并延伸出最终将成为轴突和树突的一系列突起。

神经突起的生长顶端称为生长锥成束化：由一种细胞粘连分子的表达引起的，相邻轴突膜间的CAM紧密连接，导致轴突一起生长
（17）轴突的导向：主要是由化学吸引因子的“开关”控制的。

细胞表面分子与环境中的引导信号间的相互作用决定了轴突生长的方向和数量，引导信号可以是吸引或排斥作用，这取决于轴突所带受体。

（18）突触的形成：
1、靶选择期轴突生长减慢
突触形成不特异
不依赖于电活动
2、地址/位置选择期突触容量的变化和突触重排
形成特异性突触
依赖电活动
突触容量变化：随着神经元的成熟，突触容量不断较少，；尤其在青春期急剧下降，两年内下降50%
突触减少：多神经支配向单神经元的突触输入转变。

一旦受体激活不足，轴突立刻回收
突触重排：从其中一种突触方式向另一种突触方式转变
突触分离：一旦兴奋引起突触后产生动作电位，两者间突触就稳定了。

输入以“胜者为王”的原则进行竞争，直至一个被除去，而另一个被保留下来。

（19）发育过程中神经细胞的死亡：反映了对营养因子的竞争，这种有限的维持生命的物质是由靶细胞提供的，使得突触前和突触后神经元数量相匹配
神经营养因子：NGF, BDNF, NT3, NT4/5, NT6, NT7
神经性细胞因子：CNTF, LIF
生长因子：GDNF, FGF, EGF, PDGF, NRG
（20）神经元再生：指成年脑内持续产生有功能的新生神经元的现象。

成年脑神经元再生是一个过程，包括神经前体细胞的分裂、迁移、分化、成熟、存活以及与原有环路形成功能环路直至发育形成功能性神经元的过程。

神经发生区：脑内能够产生神经元的区域，神经发生区有两层含义，一是该区域存在神经前体细胞，二是该区域的微环境能够适应神经元再生。

（中枢神经系统恢复难于周围神经系统，髓鞘阻碍了神经的自我修复）
三、化学感受器：
（1）化学感受器：感受机体内、外环境化学刺激的感受器，多分布在鼻腔和口腔粘膜、舌部、眼结合膜、生殖器官粘膜、内脏壁、血管周围以及神经系统某些部位。

分类：化学感受器根据部位和刺激来源又可分为:味感受器、嗅感受器、颈动脉体和主动脉体化学感受器、胃肠道化学感受器、肾球旁器化学感受器、中枢神经系统内化学感受器。

（2）味觉：通过味觉感受器直接与环境中的化学物质作用而产生的神经信号味质：人类能辨别的基本味觉刺激物质(酸、甜、苦、咸，鲜美）
（3）味觉器官：
叶状乳头：舌侧缘两侧
舌乳头→覃状乳头：舌尖和舌体
轮廓状乳头：V字型在舌后部，含总味蕾数一半
味蕾：味感受器细胞，基底细胞，味觉传入神经纤维，突触
传导路：(顶部)微绒毛(伸入味孔→味感受器细胞→(基底)与神经突触相接,传递兴奋与舌表化学刺激接触)
味觉中枢通路：
面神经(VII):蕈状乳头,叶状乳头
孤束核(延髓) →舌咽神经(IX):轮廓状乳头,叶状乳头
迷走神经(X):会厌和软腭
味觉神经纤维→延髓内小的味觉核团→丘脑腹后内侧核VPM→初级味觉皮层
下丘脑，杏仁体损害导致味觉丧失影响食物的美味和进食动机，损毁导致摄食过多、厌食、饮食喜好改变唾液分泌：
（4）味觉传导机制：
味觉刺激物直接通过离子通道（酸、咸）
结合并且阻塞离子通道（酸、苦）
结合并且开放离子通道（甜、鲜）
结合于G蛋白结合的膜受体激活第二信使系统，导致离子通道开放或关闭（甜、苦）（5）咸味：□盐的味觉由钠离子引起
□咸味敏感味觉细胞具有一种氨氯吡咪敏感的钠离子通道
□不同于电压门控钠通道，对电压不敏感，处于开放状态
□通过膜两边Na+浓度差引起Na+内流，膜去极化。

□Ca2+进入细胞质，引发递质释放。

传递味觉信息
（6）酸味：□酸味的介质为H+
□两种传导途径相结合：A、H+穿过氨氯吡
咪敏感的钠离子通道，引起膜去极化B、H+
与K+敏感通道结合并将其阻断，膜上钾离
子通透性降低，同样导致膜去极化
□Ca2+进入细胞质，引发递质释放。

传递味觉信息
□不能完全解释酸味道传导机制，因为pH改变会影响所有细胞过程
（7）甜味：□可能存在两种转导机制：
（1）蔗糖结合甜味感受器上受体→受体激活G蛋白→G蛋白刺激腺苷酸环化酶引发胞体内cAMP形成→cAMP激活蛋白激酶A（PKA)→导致K+选择性通道磷酸化→阻断K+通道使感受器细胞去极化。

（2）蔗糖直接启动一系列阳离子通道的闸门开放，从而引起细胞去极化
□Ca2+进入细胞质，引发递质释放。

传递味觉信息
（8）苦味：□存在多种转导机制
□直接结合并阻断钾选择性通道（钙、奎宁）
□苦味物质结合苦味感受器受体→激活G蛋白→刺激磷脂酶C使胞体内信使三磷酸肌醇（IP3)增加→直接刺激胞内钙库Ca2+的释放，在不改变膜电位情况下对递质释放进行调节。

（9）鲜味：谷氨酸直接激活Na+和Ca2+通透的离子通道，膜去极化，Ca2+内流引起递质释放
（10）几种传导机制的异同：
咸和酸：
相同点：作用于氨氯吡咪敏感的钠离子通道，分别为Na+和H+穿过通道引起膜去极化。

不同点：酸味传导中，结合两种机制，H+与K+敏感通道结合并将其阻断，膜上钾离子通透性降低，同样导致膜去极化
甜和苦：
相同点：都存在一种传导机制，味觉刺激物结合在感受器受体上，激活味细胞内第二信使。

不同点：苦味传导过程中，通过直接引发胞内钙库Ca2+的释放，在不改变膜电位情况下对递质释放进行调节
（11）嗅觉：
嗅觉刺激物：与嗅觉器官发生作用的气体分子，具有挥发性
嗅质：根据嗅觉刺激物的性质和分子结构,可以区分为:刺鼻味、花香味、麝香味、樟脑味、薄荷味、醚味、腐臭味等几种基本类型。

我们把这些嗅觉刺激物称为嗅质
（12）信息素：是嗅觉器官识别的另一类化学物质,它通过对嗅觉器官的刺激引起同种动物产生两类反应:一是一系列神经内分泌的反应;二是一组行为反应。

感受器：嗅质受体分布在鼻腔上皮
信息素受体分布在梨鼻器官
梨鼻器官结构受到损伤,动物对信息素的反应消失,但不影响对各种嗅觉的感受。

（13）嗅觉器官→嗅上皮：产生嗅觉的主要组织,是动物嗅锐度的一个指标。

嗅质溶解于黏液→嗅纤毛感知，嗅细胞接受刺激，作出反应
黏液组分：水基团、黏多糖、蛋白质、抗体、酶、气味结合蛋白、盐。

（14）嗅觉产生：
A第一层次是鼻腔粘膜中的嗅觉受体,它们感受空气中的不同嗅分子即嗅质, 通过嗅觉感受器细胞进行嗅觉传导
B 信息由嗅神经传到第二层次—嗅球
C 信息到达嗅球中的不同丝球小体,在丝球小体交换神经元,再传递给僧帽细胞。

信
息在嗅球中经过加工和修饰后,形成空间和时间的编码（参考突触连接）
D 编码后的信息传递到第三层次—大脑皮层。

在大脑皮层中通过解码形成不同的气
味感觉。

A 嗅质→与膜上嗅质感受器蛋白结合→G蛋白(Golf)激活→激活腺苷酸环化酶→环磷酸腺苷cAMP的形成→cAMP与特定离子通道结合→通道打开,Na+和Ca2+内流→Ca2+激活Cl-通道打开→膜去极化
嗅觉的终止：嗅质的扩散，黏液层腐化酶使之降解
cAMP激活其它信号通路使传导终止
感受器细胞对嗅质的适应要求更高的阈值
（15）嗅觉编码：
群体编码：必要性：1000种感受器细胞辨识上万种气味
可能性：1）细胞对嗅质敏感程度不一样
2）细胞对嗅质的化学结构更具特异性
3）每个嗅质激活多种感受器细胞
时间编码：动作电位发放的时间可以形成特定气味的基本编码
放电的时间模式是嗅觉编码的基本特性。

以不同嗅质刺激鼻腔的嗅觉受
体,对嗅球中帽状细胞动作电位振荡的频率和幅度(电位)有不同的影响,呈
现出不同的振荡模式
空间编码：空间编码实际上是嗅觉信息的解剖学定位;也可以看成是嗅觉信息在一定解剖部位的镶嵌模式。

由于各种组织结构都是立体或三维的,因此也称为
嗅觉信息的空间编码。

四、学习和记忆：
（1）学习：获得新信息和知识的过程
记忆：对所学信息的保存过程
（2）学习又包括非联合性学习和联合性学习
非联合性学习：重复暴露于某种类型刺激→机体学习了关于刺激的属性
行为上并非在刺激与反应间形成新的联系，只是改变了反应的特征
习惯化→因经验而减少先天的反应
敏感化→因经验而提高敏感度
联合性学习：重复暴露于多种刺激或刺激与反应→机体学习了刺激间或与反应间的关系
经典条件反射→对条件刺激的习得性反应
操作式条件反射→强化刺激，惩罚（如电击）与奖励（如食物）
均依赖于经验，可以长期保持
（3）记忆：记忆包括3个阶段，编码，存储，提取；没有编码和存储就没有提取
可分为程序式记忆和陈述式记忆
记忆类型：短时记忆，长时记忆
短时记忆：有限数量的项目；有限的时间跨度；脆弱的存储
长时记忆：非常巨大的容量；长时间跨度
记忆遗忘：逆行性遗忘和顺行性遗忘
（4）记忆痕迹：记忆的物质表现或位置
1920s，Lashley对大鼠迷宫学习的研究→记忆痕迹分布于整个大脑皮层；
1949，Donald Hebb提出记忆是由分布于整个脑的细胞集合所保持的，记忆痕迹广泛分布于细胞集合的细胞连接内；记忆痕迹也可能包括了参与感觉和知觉的神经元；
1938，神经外科医生Penfield有关颞叶记忆存储功能的观点认为电刺激颞叶而引发的反应就好似记忆的碎片。

1957，Scoville and Milner报告了关于病人HM的研究，切除内侧颞叶产生显著记忆障碍，陈述性记忆损害，程序性记忆正常，长时程严重于短时程；但智力及认知能力不受损，说明脑功能的异质性，同时发现，损毁海马产生逆行性遗忘。

1959，关于病人N.A的研究证实关于间脑（丘脑前核，丘脑背内侧核，下丘脑乳头体）对顺行性记忆的影响。

Korsakoff综合征也提供了佐证（酗酒导致的维生素B1缺乏）海马与记忆：海马锥体细胞，与动物行为活动所处位置密切相关。

当动物处在相对狭小,被严格界定的范围时，特定位置细胞呈现最大频率放电，而在其它地方则很少或没有放电。

所对应的动物在环境中的活动范围称为该细胞的“位置野”。

海马位置细胞的放电受到视觉暗示影响。

即，海马在空间记忆和工作记忆中扮演重要位置（工作记忆指保留那些用于指导进行性行为的信息）
纹状体和程序性记忆：纹状体在形成行为习惯的程序性记忆中起关键作用
前额叶皮层和工作记忆：前额叶皮层与自我意识，复杂的筹划和解决问题的能力相关外侧顶区和工作记忆：接受电刺激引起眼睛飞快扫视，延缓扫视作业
杏仁核：人左侧杏仁核活动与识别人脸表情的恐惧水平相关；吓人的脸或较高兴的脸更强地激活杏仁核
（5）学习和记忆的分子机制：
主要模型：海兔（脑十分简单，20000个神经元）
非联合型学习习惯化：在整个反射过程中，感觉神经元与运动神经元间突触变化，即突触修饰是习惯化的基础。

更进一步，与突触前修饰有关，主要原因是感觉末梢神经的钙通道反复开放，效能降低，导致神经递质释放减少
非联合型学习敏感化：主要是突触前易化，即突触前递质释放增加，本质是递质使得第二信使被激活，关闭了钾通道（磷酸化），使突触前动作电位延长。

联合型学习经典条件反射：时间是关键，条件刺激先于非条件刺激小于0.5秒；突触前钙冲动与cAMP大量生成在时间上恰好重合。

小结：突触传递的修饰可以产生学习和记忆
神经的活动转化为细胞内第二信使时,可触发突触修饰
现存突触蛋白的改变可以产生记忆
（6）脊椎动物学习模型：
齿状回→苔状纤维→CA3→Schaffer侧枝→CA1
LTP：伴随适度的对输入区的高频脉电刺激冲，神经应答值稳定和持久的提高（可持续数周）
特性：协同性（多个纤维同时被激活）联合性（突触前和突触后成分同时激活）输入特异性
长时程记忆的分子机制：蛋白激酶的持续激活
分子开关假说(激酶自身磷酸化) 新蛋白质的合成(转录因子)
新神经结构的形成。