脑科学

脑脑科科学学脑：脑：身体神经系统的一部分，指挥中心身体神经系统的一部分，指挥中心脑科学：脑科学：是研究脑的结构和功能的科学，是研究脑的结构和功能的科学，包括认知神经科学等包括认知神经科学等研究目标：研究目标：了解脑，保护脑，创造脑了解脑，保护脑，创造脑了解脑了解脑————阐明脑功能阐明脑功能„„阐明产生感知、情感和意识的脑区结构和功能阐明产生感知、情感和意识的脑区结构和功能（功能定位、认知、运动、情感、学习、思（功能定位、认知、运动、情感、学习、思维、直觉、自我意识）维、直觉、自我意识）„„阐明脑通讯功能阐明脑通讯功能（语言信息在脑神经网络中表达的机制，人类（语言信息在脑神经网络中表达的机制，人类获得语言能力的过程，语言、思想和智力之间获得语言能力的过程，语言、思想和智力之间的关系）的关系）保护脑保护脑————征服脑疾患征服脑疾患„„控制脑发育和衰老过程控制脑发育和衰老过程（识别与脑发育及分化相关的基因家族，研（识别与脑发育及分化相关的基因家族，研究调节脑发育和分化的技术手段，促进人类究调节脑发育和分化的技术手段，促进人类大脑健康发育和防止异常发育，控制人脑衰大脑健康发育和防止异常发育，控制人脑衰老）老）„„神经性和精神性疾病的康复和预防神经性和精神性疾病的康复和预防（药物成瘾性、修复受损脑组织、神经组织（药物成瘾性、修复受损脑组织、神经组织移植和基因疗法、老年性痴呆、帕金森氏移植和基因疗法、老年性痴呆、帕金森氏病、精神分裂症的治疗和预防的方法）病、精神分裂症的治疗和预防的方法）创造脑创造脑————开发脑型计算机开发脑型计算机„„发展脑型器件和结构发展脑型器件和结构（具有学习和记忆能力的神经元芯片，具有（具有学习和记忆能力的神经元芯片，具有智力、情感和意识的脑型计算机）智力、情感和意识的脑型计算机）„„脑型信息产生和处理系统的设计和开发脑型信息产生和处理系统的设计和开发（支持人类机能的机器人系统）（支持人类机能的机器人系统）神经系统种系发生的三个阶段链状神经系管状神经系高等腔肠动物—水母（双胚层动物）网状神经系高等腔肠动物—水母（双胚层动物）神经系统种系发生的三个阶段网状神经系链状神经系管状神经系环节动物（蚯蚓）：脑神经节1对，咽下神经节1对——发出神经到头部及内脏器官（三胚层的无脊椎动物）腹神经索1对——发出神经至体壁控制感觉和运动（与体节数相等的神经节和节间纤维）神经系统种系发生的三个阶段网状神经系链状神经系管状神经系（三胚层的脊椎动物所特有）当动物演化成脊索动物时，由外胚层细胞形成的神经板集中于脊索背侧，卷曲成了管状的神经管。神经管的头端膨大成脑泡，随着动物的进化，进而进化发育成脑的各部结构和脊髓。脊髓脑桥小脑间脑（丘脑和下丘脑）大脑中脑延髓脑干中枢神经系统脑:神经组织组成高度特化的组织,构成人体神经系统的主要成分。分布广泛，具有联系、调节和支配各器官的功能等活动。神经细胞（神经元，neuron）：神经组织主要成分，结构和功能的单位。有感受刺激、传导冲动并进行综合分析产生反应的特点。神经胶质细胞（neuroglialcell）：神经组织的辅助成分，数量是neuron10倍左右，对神经其支持、营养、绝缘、保护和修复等作用。（一）（一）TheNeuronTheNeuron（神经元）（神经元）„„ThebrainThebrain’’smostbasicfunctionalunitsmostbasicfunctionalunit一个成人大脑内有上千亿个神经细胞（1011），还有超过1014个神经突触。神经元神经元胞体：由细胞膜、细胞核、细胞质、细胞器组成。进行着维持生命的各种代谢活动。树突：较短，负责接受刺激，并把刺激传向胞体。轴突：较长，每个神经元只有一个轴突。作用是传导刺激到它联系的各种细胞。胞体树突轴突轴突末梢髓鞘神经元神经元胞体树突轴突轴突末梢髓鞘•髓鞘：–包裹在轴突外，由施万细胞或少突胶质细胞构成。施万细胞呈长卷筒状，一个接一个地套在轴突外面。–能提高神经冲动传递速度神经冲动神经冲动神经元是通过接收和传递神经冲动来进神经元是通过接收和传递神经冲动来进行信息交换的。大脑加工的信息也是这种神行信息交换的。大脑加工的信息也是这种神经冲动。经冲动。什么是神经冲动什么是神经冲动,,如何产生的如何产生的??„„是指沿神经纤维传导着的兴奋。实质是膜是指沿神经纤维传导着的兴奋。实质是膜的去极化过程，以很快速度在神经纤维上的去极化过程，以很快速度在神经纤维上的传播，即动作电位的传导。的传播，即动作电位的传导。神经冲动神经冲动静息电位静息电位神经元处于静息状态时，细胞膜内外存在神经元处于静息状态时，细胞膜内外存在一定的电位差。一般膜内电位低，带负电；膜一定的电位差。一般膜内电位低，带负电；膜外电位高，带正电。外电位高，带正电。这是由于细胞膜对不同的离子具有不同的通透性。在静息状态下，细胞膜对K+的通透性较大，对Na+的通透性较差，结果K+外流，致使膜内外出现电位差。膜内比膜外略带负电，出现静息电位。动作电位：神经元受到刺激时，细胞膜的通透性发生变化。它使Na＋比K＋和Cl－更容易通过。Na＋进入细胞内部，使膜内正电荷迅速上升，并高于膜外电位。这一电位变化（去极化）过程叫动作电位。神经冲动的神经冲动的电电传导传导„„神经元内，冲动传导的方式：电传导神经元内，冲动传导的方式：电传导无髓神经纤维：兴奋与邻近未兴奋部位之间出现电位差，发生电荷移动，即局部电流。局部电流刺激邻近的安静部位，使之兴奋，即产生动作电位。依次推进，使膜的动作电位沿整个神经纤维传导有髓神经纤维：在局部电流的刺激下，兴奋就以跳跃方式从一个郎飞结传至下一个郎飞结而不断向前传导（速度快！）。神经冲动电传导的特征神经冲动电传导的特征““全或无的法则全或无的法则””：：指每个神经元都有一个刺激阈值，对阈值以指每个神经元都有一个刺激阈值，对阈值以下的刺激不发生反应；对阈值以上的刺激，不论下的刺激不发生反应；对阈值以上的刺激，不论其强弱均给出同样高度（幅值）的神经脉冲发其强弱均给出同样高度（幅值）的神经脉冲发放。放。神经冲动电传导的特征神经冲动电传导的特征„„完整性完整性::即神经纤维必须保持解剖学上与生理学上即神经纤维必须保持解剖学上与生理学上的完整性；的完整性；„„绝缘性绝缘性::即神经冲动在传导时不能传导至同一个神即神经冲动在传导时不能传导至同一个神经干内的邻近神经纤维；经干内的邻近神经纤维；„„双向传导双向传导::即刺激即刺激神经纤维神经纤维的任何一点，产生的冲的任何一点，产生的冲动可沿纤维向两端同时传导；动可沿纤维向两端同时传导；„„相对不疲劳性相对不疲劳性::神经冲动的传导以局部电流的方式神经冲动的传导以局部电流的方式进行，耗能远小于突触传递进行，耗能远小于突触传递„„非递减性非递减性::这是动作电位传导的特征。这是动作电位传导的特征。突触神经元之间、神经元与非神经元之间的一种特化的细胞连接。是神经元之间的联系和进行生理活动的关键性结构。神经元的冲动传导神经元的冲动传导------突触。突触。突触突触突触前成分：突触前成分：突触小泡突触小泡((神经神经递质递质))，突触前膜。，突触前膜。（神经递质（神经递质————神经细胞间神经信神经细胞间神经信息传递的中介化学物质）息传递的中介化学物质）突触间隙：突触间隙：突触后部分：突触后部分：临近神经元的临近神经元的树突末梢或胞体内的一定树突末梢或胞体内的一定部位。后膜含有神经部位。后膜含有神经递质递质受体。受体。神经元之间的神经冲动的化学传导神经元之间的神经冲动的化学传导神经兴奋在突触间的传递，是借助于化学物质（神神经兴奋在突触间的传递，是借助于化学物质（神经递质）来完成的。经递质）来完成的。兴奋作用在轴突末梢，突触小泡释放神经递质，作兴奋作用在轴突末梢，突触小泡释放神经递质，作用到突触后膜的受体，改变了膜的通透性，引起突触后用到突触后膜的受体，改变了膜的通透性，引起突触后神经元的电位变化。神经元的电位变化。递质与分子受体的结合具备两个条件：递质与分子受体的结合具备两个条件：11不能有其它递质或者化学分子附着到分子受体上不能有其它递质或者化学分子附着到分子受体上22神经递质的构型必须与分子受体的构型相匹配。神经递质的构型必须与分子受体的构型相匹配。神经递质神经递质兴奋性：兴奋性：„„AcetylcholineAcetylcholine乙酰胆碱乙酰胆碱„„Serotonin5Serotonin5--羟色胺羟色胺„„EpinephrineEpinephrine（肾上腺素）（肾上腺素）andandNorepinephrineNorepinephrine（去（去甲肾上腺素）甲肾上腺素）抑制性：抑制性：„„DopamineDopamine多巴胺多巴胺„„箭毒（箭毒（CurareCurare））„„甘氨酸甘氨酸大脑的活动实际上就是一系列大脑的活动实际上就是一系列神经元之间信息的相互传导。神经元之间信息的相互传导。（二）神经胶质细胞广泛分布于中枢和周围神经系统神经元神经胶质细胞数量少，约10%神经元的10-50倍突起有，分树突和轴突有，无树突和轴突之分功能感受刺激，综合分析支持、营养、绝缘等电活动传导冲动不能分裂能力有丝分裂后期（但是--）能分裂在星形胶质细胞上培养的海马神经元中枢神经系统的胶质细胞1.星形胶质细胞：1)支持和分隔神经元的作用2)能分泌神经营养因子，维持神经元的生存和功能活动。3）中枢神经系统受伤时，可增生肥大，填充空缺，形成胶质瘢痕。2.少突胶质细胞中枢神经系统的髓鞘形成细胞分布在神经元胞体附近和神经纤维周围，突起末端扩展成扁平薄膜，包卷神经元的轴突形成髓鞘。少突胶质细胞（大脑皮质，镀银染色）施万细胞（Schwanncell）:周围神经纤维的鞘细胞1)周围神经系统的髓鞘形成细胞2)在周围神经再生中起重要的作用3)产生一些神经营养因子周围神经系统的胶质细胞（三）神经纤维和神经神经纤维(nervefiber)：由神经元的长轴突外包胶质细胞组成神经：周围神经系统的神经纤维集合在一起构成有髓神经纤维：周围神经系统的有髓神经纤维：施万细胞一个接一个同心圆状包卷轴突而成。轴突越粗，髓鞘（类脂80%和蛋白质）越厚。神经末梢：周围神经纤维的终末部分，终止与全身各器官、组织，形成各种神经末梢。一）感觉神经末梢：感受器，感受内、外环境的各种刺激，并将冲动传向中枢，产生感觉。1、游离神经末梢：感觉冷、热、轻触和痛的刺激表皮内游离神经未梢（卡哈尔氏法）肌梭（卡哈尔氏法）手指真皮内的环层小体触觉小体（手指皮肤，卡哈尔氏法）2、有被囊神经末梢：（1）触觉小体:感觉触觉（2）环层小体:感受压觉,震动觉（3）肌梭:本体感受器，感受肌纤维的伸缩变化二）运动神经末梢：1.躯体运动神经末梢：分布于骨骼肌内2.内脏运动神经末梢运动终板骨骼肌神经纤维运动终板骨骼肌神经纤维运动终板神经纤维的溃变和再生溃变：神经纤维受损伤如神经被切断后，切断处远侧段的神经纤维全长发生溃变，轴突和髓鞘碎裂和溶解。与胞体相连的近侧段则发生逆行性溃变，溃变一般停止于临近断端的第一侧支处。再生：胞体存活是必要条件。周围神经纤维的再生：施万细胞（诱导、营养）中枢神经纤维的再生：较难少突胶质细胞产生抑制因子星形细胞形成胶质瘢痕伤筋动骨一百天脑脑人体内结构和功能最复杂的组织，是接受外界信号、产生感觉、形成意识、进行逻辑思维、发出指令、产生行为的指挥部。„„大脑大脑––思想思想,,语言语言,,推理推理,,运动运动,,感觉感觉„„小脑小脑––运动运动,,平衡平衡„„脑干脑干––呼吸呼吸,,心律心律大脑皮层大脑皮层功能分区功能分区额叶顶叶枕叶颞叶„„额叶额叶––性格性格,,计划计划,,情感情感,,问题处理能力等问题处理能力等„„运动皮层运动皮层--movementmovement„„BrocaBroca’’ssareaarea––speechproductionspeechproduction„„顶叶顶叶––触觉触觉„„颞叶颞叶––听觉听觉„„下颞叶皮质下颞叶皮质––objectrecogni