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第9章 神经生物学 v神经生物学 v21世纪的明星学科 v神经生物学是从生物学角度研究神经系统的结 构和功能的生命科学，是一门新兴的综合性学 科。 v神经科学(或脑科学)于20世纪70年代迅速崛起 ，作为神经科学主体的神经生物学已成为生命 科学中发展最迅速的前沿科学之一。 v人脑是宇宙中已知的最复杂的结构，探索人脑 的奥秘必然是人类遇到的最大挑战之一。人类 之所以成为万物之灵，就是因为人类具有根本 区别于动物的、高度发达的脑。因此，从某种 意义上说，认识了人脑便是认识了人类自己。 v对大脑和神经系统的实验性研究始于19世纪末 。 v在过去的一个多世纪中，人们对大脑即中枢神 经系统的认识，主要基于对神经系统各个组成 部分的结构、功能以及各部分之间相互联系、 相互作用的研究。 v在此基础上形成的神经生物学则20世纪下半叶 发展最为迅速的学科之一。而在发展过程中， 神经生物学不断通过与其他相关学科的交叉融 合，引入新的研究手段和方法，为其自身发展 注入新的活力。 v神经生物学是生命科学中发展最迅速的 前沿学科。 v神经生物学应用物理、数学、化学、计 算机、细胞和分子生物学的理论和方法 ，研究神经系统特别是脑的活动规律， 揭示大脑的奥秘，阐明脑的结构和功能 的关系。 v神经生物学是生物学中研究神经系统的解剖，生理， 病理方面内容的一个分支。 v从上个世纪90年代以来，世界科研强国加快了对神经 生物学研究的投入。美国于1990年推出了“脑的十年 计划”，接着欧洲于1991年开始实施“EC脑十年计划 ”，然后日本于1996年也正式推出了名为“脑科学时 代计划”的跨世纪大型研究计划，计划在未来20年内 投入相当的研究经费。 v这些研究工作虽然至今没有解开智力形成之迷，没有 解开毒品上瘾之迷，没有解开老年痴呆治疗之迷，但 却在潜移默化中推动了神经科学的发展，为本世纪神 经生物学的腾飞打好了基础。 v神经生物学是比较特殊的： v首先，它的研究离不开生命科学的一 些基本研究材料与方法。神经生物学 的材料与生物学的其它学科一样，是 动物，从低等的果蝇到高等的小鼠、 人。 v神经生物学的研究方法同样离不开核 酸的分析与蛋白质的分析，分子生物 学的PCR、免疫组化也是神经生物学的 主要研究方法。 v神经生物学有它自身的特点： v神经科学所要重点研究器官脑是 高等生物最复杂的，同时神经元几乎 是最难培养的细胞，所以神经生物学 研究更需要一些特殊的研究方法。 v电生理是用电刺激的方法来研究神经 回路、神经元在特殊生理条件下的反 应。膜片钳是用于测量离子通道活动 的精密检测方法。 v神经生物学吸引了全世界最优秀的科学 工作者的目光： v神经生物学的几个主打杂志的影响因子 上可以看出：自然神经科学的影响 因子是15,神经元的影响因子是14, 神经科学杂志的影响因子是8，此外 ，科学期刊上还有专门的神经生物 学专题，其中的文章数量在生物学领域 几乎是最多的。 v为什么神经生物学的研究难度很大，但仍然吸 引了许许多多科学工作者投入她的怀抱呢？这 是与社会现实有关的。神经生物学有许多人们 非常感兴趣的话题： v一、智力形成之迷。如果说农耕社会讲求的是 人口与土地，那资本主义社会及更高层的社会 讲求的是智力。因为资本主义社会及更高层的 社会形态，它形成发展的原动力在于创造新的 经济增长点，而这一切都要通过新的创意和将 这些创意付诸实施的好的头脑。所以不仅家长 们重视孩子的智力提高，甚至国家的决策层也 同样重视与智力提高密切相关的教育。 v二、毒品上瘾之迷。 v毒品上瘾这不仅是一个国家的社会安定 层面的问题，还与一个国家的经济发展 、良好道德观树立、甚至国家安全密切 相关。我们国家正是被毒品打开大门的 。如果现在我说，我了解毒品为何成瘾 ，我可以消除毒品成瘾，那我们的社会 会作如何反应呢？ v三、各种神经疾病之迷。这当中尤其重 要的是老年痴呆，这种神经疾病在发达 国家的死亡率已经排在了第三位。人类 的文明是建立在物质冗余的基础上的， 那么人类文明越是高，物质越是冗余， 像老年痴呆这类的病就越是会引起重视 。所以各类神经疾病的研究会越来越受 人重视。 v然而，神经生物学的研究光靠生物学工作者的 努力是不够的。因为神经生物学所要研究的器 官脑，是生物界中最复杂、最精贵的器官 ，尤其是人的大脑，更是与众不同，更加发达 。所以神经生物学的发展对于方法学的要求是 很高的，必然要求各个相关学科的交叉。这也 是神经生物学很多研究至今仍处于初级阶段的 原因。 可以肯定的是：神经生物学在本世纪必将取得 很大的进展。人类的求知欲需要神经生物学的 进步，人类的发展同样需要神经生物学的进步 。 Contents 细胞神经生物学 1 分子神经生物学 2 泛脑网络学说 3 小 结 4 1. 细胞神经生物学 v神经系统nervous system：是机体内起 主导作用的系统。内、外环境的各种信 息，由感受器接受后，通过周围神经传 递到脑和脊髓的各级中枢进行整合，再 经周围神经控制和调节机体各系统器官 的活动，以维持机体与内、外界环境的 相对平衡。 神经系统组要由：神经组织、脑脊髓被 膜、脑血管及浸泡脑和脊髓的脑脊液组 成。 1）神经元的功能结构 v神经元是神经组织的基本单位。即神经 细胞。一般都有长的突起，胞体和突起 总称神经元。神经元的功能是接受某些 形式的信号并对之做出反应、传导兴奋 、处理并储存信息以及发生细胞之间的 联结等。 双极神经元 单极神经元 多极神经元：脊髓灰 质 多极神经元：大脑皮 质 v尼氏体为嗜碱性物质，光镜下呈斑块 v状分布，电镜下观察，尼氏体由密集平 v行排列的粗面内质网构成。 尼斯耳氏小 体 v 神经原纤维为嗜银性细丝状，在 胞体内大都交织成网，电镜下观察，神 经原纤维由微管和微丝聚集成束。 v 神经原纤维 2）神经纤维 v神经纤维（nerve fiber）是以神经细胞 的突起（包括轴突与树突）为中轴,外包 神经胶质细胞（施万细胞或少突胶质细 胞）。根据神经纤维有无髓鞘包裹,分为 有髓和无髓神经纤维两种。 v （）有髓神经纤维 有髓神经纤维（myelinated nerve fiber ）由轴突（或树突）、髓鞘、神经膜构成。髓 鞘（myelin sheath）及神经膜（neurolemma ）呈鞘状包裹在轴突的周围。在轴突的起始部 无髓鞘包裹,称此部为起始段（initial segment）起始段远侧的轴突 部分,髓鞘呈节段包卷轴突,形似藕节,其间断 部位,轴膜裸露,，可发生膜电位变化,称此部 位为神经纤维节（node of nerve fiber）,又 称郎飞结（Ranvier node）。两个相邻结之间 的一段,称结间体（internode）。 v施万细胞核呈长椭圆形，位于髓鞘边缘的 少量胞质内。髓鞘主要是由类脂质和蛋白 质所组成，称为髓磷脂（myelin）在常规 染色标本上,因髓鞘中的类脂被溶解,仅见 残存的蛋白质呈网状,称神经角演网（ neurokeratin network）。在锇酸浸染标 本上,髓鞘呈黑色,其中还可见数个呈漏斗 形的斜裂,称髓鞘切迹（incisure of myelin）或施-兰切迹（Schmidt- Lanterman incisure）。电镜下,髓鞘为 明暗相间的同心圆板层排列。髓鞘有保护 和绝缘作用,可防止神经冲动的扩散。 v有髓神经纤维的神经冲动传导,是从一个 郎飞结跳到相邻郎飞结的跳跃式传导,长 的神经纤维,轴突就粗,髓鞘亦厚。结间体 也长,传导速度快。反之,传导速度慢。大 部分脑、脊神经属于有髓神经纤维。 中枢神经系统有髓神经纤维的髓鞘由 少突胶质细胞形成。一个少突胶质细胞的 几个突起,可分别包卷几条轴突形成髓鞘 ，其郎飞结较宽,无髓鞘切迹,其胞体位于 神经纤维之间。 v（二）无髓神经纤维 无髓神经纤维 v（nonmyelinated v nervefiber）较细的 v轴突及施万细胞构成, v无髓鞘、无郎飞结。电 v镜下可见一个施万细胞 v深浅不同的包裹515 v条粗细不等的轴突。无髓神经纤维的神经冲动传 导是沿着轴突进行连续性传导，其传导速度比有 髓神经纤维慢得多。植物神经的节后纤维和部分 感觉神经纤维属无髓神经纤维。 3）突触 v神经元与神经元之间，或神经元与非神 经细胞（肌细胞、腺细胞等）之间的一 种特化的细胞连接，称为突触（synapse ）。它是神经元之间的联系和进行生理 活动的关键性结构。突触可分两类，即 化学性突触（chemical synapse）和电 突触（electrical synapsse）。通常所 说的突触是指前者而言。 （一）化学性突触 v 光镜下，多数突触的形态是轴突终 未呈球状或环状膨大,附在另一个神经 元的胞体或树突表面，其膨大部分称为 突触小体（synaptic corpuscle）或突 触结（synaptic bouton）。 v根据两个神经元之间所形成的突触部位，则有不同 的类型，最多的为轴-体突触（axo-somatic synapse）和轴-树突触（axo-axonal synapse）此 外还有轴-棘突触（axo-spinous），轴-轴突触（ axo-axonal synapse）和树-树突触（dendroden- driticsynapse）等等。 v通常一个神经元有许多突触，可接受多个神经元传 来的信息，如脊髓前角运动神经元有2000个以上的 突触。大脑皮质锥体细胞约有30000个突触。小脑 浦肯野细胞可多达200 000个突触，突触在神经元 的胞体和树突基部分布最密，树突尖部和轴突起始 段最少。 v电镜下，突触由三部分组成:突触前部、突触 间隙和突触后部。突触前部和突触后部相对应 的细胞膜较其余部位略增厚,分别称为突触前 膜和突触后膜，两膜之间的狭窄间隙称为突触 间隙。 1.突触前部（presynaptic element）神 经元轴突终末呈球状膨大,轴膜增厚形成突触 前膜（presynaptic membrane）,厚约67nm 。在突触前膜部位的胞浆内,含有许多突触小 泡（synaptic vesicle）以及一些微丝和微管 、线粒体和滑面内质网等。突触小泡是突触前 部的特征性结构,小泡内含有化学物质,称为神 经递质（neurotransmitter）。 v各种突触内的突触小泡形状和大小颇不一致， 是因其所含神经递质不同。常见突触小泡类型 有: v球形小泡（spherical vesicle）,直径约20 60nm,小泡清亮,其中含有兴奋性神经递质, 如乙酰胆碱； v颗粒小泡（granular vesicle）,小泡内含 有电子密度高的致密颗粒,按其颗粒大小又可 分为两种:小颗粒小泡直径约3060nm,通常含 胺类神经递质如肾上腺素、去甲肾上腺素等； 大颗粒小泡直径可达80200nm，所含的神经 递质为5-羟色胺或脑啡肽等肽类 v扁平小泡（flat vesicle）,小泡长径约 50nm，呈扁平圆形,其中含有抑制性神经递质, 如-氨基丁酸等。 v神经递质共存的生理功能,是协调完成神 经生理活动作用,使神经调节更加精确和 协调。目前,许多事实表明,递质共存不 是个别现象,而是一个普遍性规律,有许 多新的共存递质和新的共存部位已被证 实。其中多为非肽类递质（胆碱类、单 胺类和氨基酸类）和肽类递质共存。 v2突触后部（postsynaptic element） 多为突触后神经元的胞体膜或树突膜,与 突触前膜相对应部分增厚,形成突触后膜 （postsynaptic membrane）。厚为20 50nm,比突触前膜厚,在后膜具有受体和 化学门控的离子通道。 v根据突触前膜和后膜的胞质面致密物质厚度不 同,可将突触分为和两型: v型突触（tyPe synapse）后膜胞质面 致密物质比前膜厚,因而膜的厚度不对称,故又 称为不对称突触（asymmetrical synapse）； 突触小泡呈球形,突触间隙较宽（2050nm） ；一般认为型突触是兴奋性突触,主要分布 在树突干上的轴-树突触。 v型突触（type synapse）前、后膜的 致密物质较少,厚度近似,故称为对称性突触（ symmetrical synapse）,突触小泡呈扁平形, 突触间隙也较窄（1020nm）。认为型突触 是一种抑制性突触,多分布在胞体上的轴-体突 触。 v3突触间隙（synaptic space）是位于突触 前、后膜之间的细胞外间隙,宽约2030nm,其 中含糖胺多糖（如唾液酸）和糖蛋白等,这些 化学成分能和神经递质结合,促进递质由前膜 移向后膜,使其不向外扩散或消除多余的递质 。 突触的传递过程,是神经冲动沿轴膜传至 突触前膜时,触发前膜上的电位门控钙通道开 放,细胞外的Ca2+进入突触前部,在ATP和微丝 、微管的参与下,使突触小泡移向突触前膜,以 胞吐方式将小泡内的神经递质释放到突触间隙 。 v其中部分神经递质与突触后膜上的相应 受体结合,引起与受体偶联的化学门控通 道开放,使相应的离子经通道进入突触后 部,使后膜内外两侧的离子分布状况发生 改变,呈现兴奋性（膜的去极化）或抑制 性（膜的极化增强）变化,从而影响突触 后神经元（或效应细胞）的活动。使突 触后膜发生兴奋的突触，称兴奋性突触 （exitatory synapse）,而使后膜发生 抑制的称抑制性突触（inhibitory synapse）。 v 化学突触的特征,是一侧神经元通过出胞作 用释放小泡内的神经递质到突触间隙,相对应 一侧的神经元（或效应细胞）的突触后膜上有 相应的受体。具有这种受体的细胞称为神经递 质的效应细胞或靶细胞,这就决定了化学突触 传导为单向性。突触的前后膜是两个神经膜特 化部分,维持两个神经元的结构和功能,实现机 体的统一和平衡。故突触对内、外环境变化很 敏感,如缺氧、酸中毒、疲劳和麻醉等,可使兴 奋性降低。茶碱、碱中毒等则可使兴奋性增高 。 （二）电突触 v 电突触是神经元间传递信息的最简 单形式,在两个神经元间的接触部位,存 在缝隙连接,接触点的直径约为0.1 10m以上。也有突触前、后膜及突触间 隙。突触的结构特点,突触间隙仅1 1.5nm,前、后膜内均有膜蛋白颗粒,显示 呈六角形的结构单位,跨跃膜的全层,顶 端露于膜外表,其中心形成一微小通道, 此小管通道与膜表面相垂直,直径约为 2.5nm,小于1nm的物质可通过,如氨基酸 。 v缝隙连接两侧膜是对称的。相邻两突触 膜,膜蛋白颗粒顶端相对应,直接接触,两 侧中央小管,由此相通。轴突终末无突触 小泡,传导不需要神经递质,是以电流传 递信息,传递神经冲动一般均为双向性。 神经细胞间电阻小,通透性好,局部电流 极易通过。电突触功能有双向快速传递 的特点,传递空间减少,传送更有效。 v现在已证明,哺乳动物大脑皮质的星形细 胞,小脑皮质的篮状细胞、星形细胞,视 网膜内水平细胞、双极细胞,以及某些神 经核,如动眼神经运动核前、庭神经核、 三叉神经脊束核,均有电突触分布。电突 触的形式多样,可见有树-树突触、体-体 突触、轴-体突触、轴-树突触等。 电突触对内、外环境变化很敏感。 在疲劳、乏氧、麻醉或酸中毒情况下,可 使兴奋性降低。而在碱中毒时,可使兴奋 性增高。 4）神经胶质细胞 v 神经胶质细胞（neuroglia cell）简称神 经胶质（neuroglia ）,广泛分布于中枢和周 围神经系统。普通染色只能显示胞核,用特殊 银染方法才能显示神经胶质细胞整体形态。神 经胶质细胞一般较神经细胞小,突起多而不规 则,数量约为神经细胞的十倍。多分布在神经 元胞体、突起以及中枢神经毛细血管的周围。 神经胶质细胞具有支持。一营养、保护、髓鞘 形成及绝缘,并有分裂增殖与再生修复等多种 作用。 v（）中枢神经系统的神经胶质细胞 1星形胶质细胞（astrocyte）是胶质细 胞中最大的一种,胞体呈星形,核大呈圆形或椭 圆形,染色较浅。胞质内有交织走行的神经胶 质丝（neuroglial filament）。由胞体伸出 许多呈放射状走行的突起,部分突起末端膨大 形成脚板（end foot）,附着在毛细血管基膜 上,或伸到脑和脊髓的表面形成胶质界膜（ gliolimitan）。星形胶质细胞约占全部胶质 细胞的20。星形 胶质细胞依其分布及结构又可分为两种。 v（1）原浆性星形胶质细胞（protoplasmie v astrocyte）:分布 v于中枢神经系统的 v灰质内,位于神经细 v胞体及其突起的周 v围。原浆性星形胶 v质细胞的突起不规则 v,分支多而短曲,表面 v不光滑。胞质内的神 v经胶质丝少。 v（2）纤维性星形胶质细胞（fibrous astrocyte ）:分布于白质 v内,位于神经纤维之间。 v其突起呈放射状,细长而 v直,分支少,表面光滑。 v胞质内有许多交织排列的 v原纤维,其超微结构是一 v种中间丝,称神经胶质丝, v其内含有胶质原纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein GFAP）,用免疫细 胞化学染色技术能特异性地显示出这类细胞。 v星形胶质细胞含有高浓度的K+,并能摄取 某些神经递质（如-氨基丁酸）。它通 过调节细胞间隙的K+和神经递质浓度， 来影响神经元的功能活动。因此，星形 胶质细胞对维持神经细胞微环境的稳定 和调节代谢过程起重要作用。当中枢神 经系统损伤时,星形胶质细胞迅速分裂增 殖,以形成胶质瘢痕形式进行修复。 v2少突胶质细胞 v（oligodendrocyte） v又称少突胶质,分布于 v灰质及白质内,位于神 v经元胞体及神经纤维 v的周围,其数量很多, v约占全部胶质细胞的 v75。胞体较小,呈 v圆形或椭圆形,突起 v少,分支亦少,核呈圆形或椭圆形，染色稍深。电 镜下可见少突胶质细胞的每一个突起包绕一个轴 突形成髓鞘。它除形成髓鞘外,可能还有营养和 保护作用。 v 3小胶质细胞 v（microglia）又称小胶质, v分布于灰质及白质内,约占 v胶质细胞的5脑体较小,呈 v长椭圆形,常以胞体长轴的 v两端伸出两个较长突起,反 v复分支,其表面有小棘。胞 v核小,呈椭圆或三角形,染 v色较深。通常认为小胶质 v细胞具有变形运动和吞噬功能,属于单核吞噬细胞 系统的细胞,但也有人认为小胶质细胞是中枢神经 系统中神经胶质的干细胞,能分化成其他胶质细胞 。 v4室管膜细胞（ependymal cell）为覆 盖在脑室和脊髓中央管壁的一层立方或 柱状细胞。细胞表面有微绒毛或纤毛。 细胞基部发出细长突起伸向脑及脊髓深 层,它具有保护和支持作用。 （二）周围神经系统的神经胶质细胞 v 1施万细胞（Schwann cell）；又称神 经膜细胞（neurolemmal cell）,它包卷在神 经纤维轴突的周围,形成髓鞘和神经膜。在神 经纤维的再生中起诱导作用。 2卫星细胞（satellite cell）又称被 囊细胞（capsular cell）,是包绕在神经节细 胞周围的一层扁平形细胞,核圆形,染色较深。 它具有营养和保护神经节细胞的功能。 v返回 2. 分子神经生物学 v1）神经递质 neurotransmitter 在化学突触传递中担当信使的特定化 学物质。简称递质。随着神经生物学的 发展，陆续在神经系统中发现了大量神 经活性物质。 重要的神经递质和调质有：乙酰胆碱 。最早被鉴定的递质。中国生理学家张 锡钧和J.H.加德姆（1932）所开发的以 蛙腹直肌标本定量测定乙酰胆碱的方法 ，对乙酰胆碱的研究起了重要作用，至 今仍有应用价值。 v儿茶酚胺。包括去甲肾上腺素（NAd） 、肾上腺素(Ad)和多巴胺（DA）。交感 神经节细胞与效应器之间的接头是以去 甲肾上腺素为递质。 v5-羟色胺（5-HT）。5-羟色胺神经元 主要集中在脑桥的中缝核群中，一般是 抑制性的，但也有兴奋性的。中国一些 学者的工作表明，在针刺镇痛中5-羟色 胺起着重要作用。 v氨基酸递质。被确定为递质的有谷氨酸（ Glu）、-氨基丁酸（GABA）和甘氨酸（Gly ）。谷氨酸是甲壳类神经肌肉接头的递质。 氨基丁酸首先是在螯虾螯肢开肌与抑制性神经 纤维所形成的接头处发现的递质。后来证明 -氨基丁酸也是中枢的抑制递质。以甘氨酸为 递质的突触主要分布在脊髓中，也是抑制性递 质。 v多肽类神经活性物质。近年来发现多种分子 较小的肽具有神经活性，神经元中含有一些小 肽，虽然还不能肯定它们是递质。如在消化道 中存在的胰岛素、胰高血糖素和胆囊收缩素等 都被证明也含于中枢神经元中. v 一个化学物质被确认为神经递质，应 符合以下条件： v在突触前神经元内具有全盛递质的前 体物质和合成酶系，能够合成这一递质 ； v递质贮存于突触小泡以防止被胞浆内 其它酶系所破坏，当兴奋冲动抵达神经 末梢时，小泡内递质能释放入突触间隙 ； v递质通过突触间隙作用于突触后膜的特殊受 体，发挥其生理作用，用电生理微电泳方法将 递质离子施加到神经元或效应细胞旁，以模拟 递质释放过程能引致相同的生理效应； v存在使这一递质失活的酶或其他环节（摄取 回收）； v用递质拟似剂或受体阻断剂能加强或阻断这 一递质的突触传递作用。在神经系统内存在许 多化学物质，但不一定都是神经递质，只有符 合或基本上符合以上条件的化学物质才能认为 它是神经递质。关于神经递质，首先是在外周 迷走神经对心脏抑制作用的环节上发现的。 v （一）外周神经递质 1乙酰胆碱在蛙心灌注实验中观察 到，刺激迷走神经时蛙心活动受到抑制 ，如将灌流液转移到另一蛙心制备中去 ，也可引致后一个蛙心的抑制。显然在 迷走神经兴奋时，有化学物质释放出来 ，从而导致心脏活动的抑制。 v后来证明这一化学物质是乙酰胆碱，乙 酰胆碱是迷走神经释放的递质。以后在 许多其他器官中（例如胃肠、膀胱、颌 下腺等），刺激其副交感神经也可在灌 注液中找到乙酰胆碱。由此认为，副交 感神经节后纤维都是释放乙酰胆碱作为 递质的。释放乙酰胆碱作为递质的神经 纤维，称为胆碱能纤维 v2去甲肾上腺素交感神经节后纤维的递质比 较复杂。本世纪初，有人见到肾上腺素对效应 器的广泛作用与交感神经的作用极为相似，因 此设想交感神经可能是通过末梢释放肾上腺素 而对效应器起作用的。后来，在猫的实验中观 察到，刺激支配尾巴的交感神经可以引致尾巴 上毛的竖立和血管收缩，同时该动物的去神经 支配的心脏活动加速；如果将自尾巴回流的静 脉结扎，再刺激这一交感神经就只能引致尾巴 上毛的竖立和血管收缩，却不能引致心脏活动 的加速。 v3嘌呤类和肽类递质自主神经的节后纤 维除胆三能和肾上腺素能纤维外，还有 第三类纤维。第三类纤维末梢释放的递 质是嘌呤类和肽类化学物质。有人在实 验中观察到，刺激这类神经时实验标本 灌流液中可以找到三磷酸腺苷及其分解 产物；而三磷酸腺苷对有肠肌的作用与 这类神经的作用极相似，两者均可引致 肠肌的舒张和肠肌细胞电位的超极化。 因此认为这类神经末梢释放的递质是三 磷酸腺苷，是一种腺嘌呤化合物。 v但也有人认为这类神经释放的递质是肽类化合 物，因为免疫细胞化学的研究证实自主神经某 些纤维末梢的大颗粒囊泡中含有血管活性肠肽 ，刺激迷走神经时能引致血管活性肠肽的释放 。血管活性肠肽能使胃肠平滑肌舒张，胃的容 受性舒张可能就是由于迷走神经节后纤维释放 血管活性肠肽递质而实现的。第三类纤维是非 胆碱能和非肾上腺素能纤维，主要存在于胃肠 ，其神经元细胞体位于壁内神经丛中；在胃肠 上部它接受副交感神经节前纤维的支配。 （二）中枢神经递质 v 1乙酰胆碱 闰绍细胞（Renshaw cell）是脊髓前角内的一种神经元，它 接受前角运动神经元轴突侧支的支配， 它的活动转而反馈抑制前角运动神经元 的活动。目前知道，前角运动神经元支 配骨骼肌的接头处递质为乙酰胆碱，则 其轴突侧支与闰绐细胞发生突触联系， 也必定释放乙酰胆碱作为递质。 v2单胺类单胺类递质是指多巴胺、去甲 肾上腺素和5-羟色胺。由于动物实验中 采用了荧光组织化学方法，目前对中枢 内单胺类递质系统了解得比较清楚 多巴胺递质系统主要包括三部位： 黑质-纹状体部分、中脑边缘系统部分和 结节、漏斗部分。黑质-纹状体部分的多 巴胺能神经元位于中脑黑质，其神经纤 维投射到纹状体。 v脑内的多巴胺主要由黑质制造，沿黑质-纹状 体投射系统分布，在纹状体贮存（其中以尾核 含量最多）。破坏黑质或切断黑质-纹状体束 ，纹状体中多巴胺的含量即降低。用电生理微 电泳法将多巴胺作用于纹状体神经元，主要起 抑制反应。中脑位于边缘部分的多巴胺能神经 元位于中脑脚间核头端的背侧部位，其神经纤 维投射到边缘前脑。结节-漏斗部分的多巴胺 能神经元位于下丘脑弓状核，其神经纤维投射 到正中隆起。 v3氨基酸类 现快明确存在氨基酸类递 质，例如谷氨酸、门冬氨酸、甘氨酸和 -氨基丁酸。 在脑脊髓内谷氨酸含量很多，分布 很广，但相对来看，大脑半球和脊髓背 侧部分含量较高。用电生物微电泳法将 谷氨酸作用于皮层神经元和脊髓运动神 经地，可引致突触后膜出现类似兴奋性 突触后电位的反应，并可导致神经元放 电。由此设想，谷氨酸可能是感觉传入 神经纤维（粗纤维类）和大脑皮层内的 兴奋型递质。 v 4肽类早已知道神经元能分泌肽类化 学物质，例如视上核和室旁核神经元分 泌升压素（九肽）和催产素（九肽）； 下丘脑内其他肽能神经元能分泌多种调 节腺垂体活动的多肽，如促甲状腺释放 激素（TRH，三肽）、促性腺素释放激素 （GnRH，十肽）、生长抑素（GHRIH，十 四肽）等。由于这些肽类物质在分泌后 ，要通过血液循环才能作用于效应细胞 ，因此称为神经激素。但现已知，这些 肽类物质可能还是神经递质。 v5其他可能的递质近来年研究指出，一 氧化氮具有许多神经递质的特征。某些 神经元含有一氧化氮合成酶，该酶能使 精氨酸生成一氧化氮。生成的一氧化氮 从一个神经元弥散到另一神经元中，而 后作用于鸟苷酸环化酶并提高其活力， 从而发挥出生理作用。因此，一氧化氮 是一个神经元间信息沟通的传递物质。 v（三）递质与调质的概念 递质是指神经末梢释放的特殊化学物质， 它能作用于支配的神经元或效应细胞膜上的受 体，从而完成信息传递功能。 v 调质是指神经元产生的另一类化学物质，它 能调节信息传递的效率，增强或削弱递质的效 应。 v也有人把递质概念规定得非常严格，认为只有 作用于膜受体后导致离子通道开放从而产生兴 奋或抑制的化学物质才能称为递质；其他一些 作用于膜受体后通过第二信使转而改变膜的兴 奋性或其它递质释放的化学物质，均应称为调 质。 v重要的神经递质和调质有：乙酰胆碱 。儿茶酚胺。包括去甲肾上腺素（NAd ）、肾上腺素(Ad)和多巴胺（DA）。5 -羟色胺（5-HT）。氨基酸递质。被确 定为递质的有谷氨酸（Glu）、-氨基 丁酸（GABA）和甘氨酸（Gly）。 神经内分泌 v动物体内某些特化的神经细胞（结构上 属于神经系统而非内分泌系统）能分泌 一些生物活性物质，经血液循环或通过 局部扩散调节其他器官的功能；这些生 物活性物质叫做神经激素；合成和分泌 神经激素的那些神经细胞叫做神经内分 泌细胞。 v哺乳动物的下丘脑能产生多种神经激素，例如 ，下丘脑产生的催产素和抗利尿激素经由神经 垂体分泌入血，调节子宫肌收缩及肾脏对水的 重吸收。下丘脑肽能神经内分泌细胞产生和释 放抑制激素经血流到达腺垂体，调节腺垂体相 应激素的合成和分泌。神经激素沿着轴突传递 ，进而在某些特化区域释放入血，从而在感觉 刺激与化学应答之间构成了一种联系。神经内 分泌的调节方式将机体的两大调节系统神 经系统与内分泌系统有机地结合在一起，大大 扩大了机体的调节功能。 v神经内分泌细胞的特点是仍保留着神经 细胞的结构和机能特征。从结构上看， 这种细胞也是由胞体和突起（树突和轴 突）组成，并具有尼氏体。细胞的一端 与其他神经细胞具有突触联系。从功能 上看，与一般神经细胞相似，它们也能 兴奋和传播动作电位，并能对某些神经 递质发生反应。但神经内分泌细胞又具 有一些特殊的结构和功能特征。它们具 有分泌的特征，其胞浆内含有神经分泌 颗粒。 v这些细胞的一端（传入端）与其他神经 细胞形成突触联系，会将神经冲动传递 至细胞体，另一端（传出端）往往与血 管紧密接触，形成神经血管器官。脊椎 动物神经内分泌系统的结构和功能都很 完善。在较高等的动物，神经内分泌系 统主要包括下丘脑的视上核和室旁核的 神经细胞及其与神经垂体的联系。 离子通道 v1890年，威廉奥斯特瓦尔德（1909年 诺贝尔化学奖获得者）就推测离子进出 细胞会传递信息。20世纪20年代，科学 家证实存在一些供离子出入的细胞膜通 道。50年代初，阿兰霍奇金和安德鲁 哈克斯利发现，离子从一个神经细胞 中出来进入另一个神经细胞可传递信息 。他们因此获得1963年诺贝尔生理学或 医学奖。但那时科学家未知离子通道结 构和工作原理。 v1988年，罗德里克麦金农利用射线 晶体成像技术获得了世界第一张离子通 道的高清晰度照片，并第一次从原子层 次揭示了离子通道的工作原理。这张照 片上的离子通道取自青链霉菌，也是一 种蛋白。麦金农的方法是革命性的，它 可以让科学家观测离子在进入离子通道 前的状态，在通道中的状态，以及穿过 通道后的状态。 v对于生命来说，最重要的通道物质有两类，一 类是核酸，一类是蛋白质。生命的具体功能主 要都是由蛋白质提供，这里也不例外。细胞生 产一些特别的蛋白质，它们能够镶嵌在细胞膜 上且彼此聚集，中间的孔隙为水分子所占据， 这就给那些水溶性的分子或离子提供了一个快 速进出细胞的水通道。想象一下把球堆在一起 ，球与球之间自然会留下孔隙，这对理解离子 通道会有所帮助。而孔隙的不同大小，可以允 许相应的分子或离子快速进出细胞。 v细胞通过控制相应通道的开放和关闭，而能够 调节相应物质进出细胞的速度，来实现细胞的 需要，完成相应的功能。对于我们而言，细胞 对几种无机离子（Na+、K+、Ca2+、H等）进 出的管理，甚至涉及到生命的根基以及某些疾 病的机制，比如神经冲动的产生、心脏的节律 性跳动、肌肉细胞的收缩、能量的生成（ATP ）等等。生命的奇妙每每使我们由然而生赞叹 之心，对离子通道的研究，也同样如此。 v科学家Erwin Neher 和 Bert Sakman由于发现 了细胞膜上的离子通道而获得了1991年的诺贝 尔生理学奖。 神经生物学有六个研究分支 （一）分子神经生物学是在分子水平研究与神 经细胞或神经活动有关的化学物质。 （二）细胞神经生物学是在细胞或亚细胞水平 上研究神经元和神经胶质细胞等。 （三）系统神经生物学 是以功能系统为研究 对象的分支。 v （四）行为神经生物学 是在生活着的完整动 物上，应用行为学或心理学方法，研究神经系 统与学习记忆、情感、睡眠与觉醒等生物钟现 象，各种内外环境改变对动物行为的影响等。 （五）发育神经生物学 是研究神经系统 的发育过程。 v（六）比较神经生物学 是从种系发生上 研究神经系统从低级到高级的进化过程 及进化规律。 v一、神经生物学具有三个特点 （一）它是以研究神经系统为目的的综合科学 它包 括研究神经系统的各个传统学科，如解剖学、组织胚 胎学、生理学、生物化学、病理学、药理学、免疫学 、分子生物学、以及心理学等。 （二）它是生命科学中一门基础实验科学 神经生物 学的大量研究工作是在动物上做实验。有的文献往往 将神经生物学与神经科学（neuroscience）两个名词 混用；但是严格讲，后者除包含神经生物学外，还包 括计算神经科学以及临床神经科学涉及神经系统的临 床医学，即神经病学、神经外科学及精神病学等。 v（三）它是一门新兴的科学 出现神经生物学 这个术语，仅有30多年的历史。神经生物 学独立出来是近数十年来生命科学飞速发展的 自然结果。研究神经系统的学者逐步认识到， 必须跨出传统学科的范畴，采用一切可利用的 新技术和新概念，才能真正取得对神经系统的 研究突破。简言之，神经生物学是一门研究神 经系统的新兴的、综合的、基础实验科学。 v返回 3. 泛脑网络学说 v人类对脑的认识分为四个阶段： v把思维器官由心转移到脑； v间隔定位论提出了既能定位论的概念； v线性神经元反射论提出了突触、反射和 反射弧、神经元学说、条件反射等概念 ； v泛脑网络论认为脑是综合泛脑层次与泛 脑关系的信息网络系统。 v一是，现代智力科学在研究思路上已将 大脑视为一个网络系统，并实现了从神 经反射论向泛脑层次网络论阶段的转移 。比如泛脑论学者认为，大脑是综合泛 脑层次与泛脑关系的信息网络系统。神 经活动的功能是在大脑复杂的神经联系 或网络中实现的。 v人类对脑的认识，在经历了定位论和反射论两 个理论模式后，大量研究成果冲破了纯静态的 脑定位论和线性的脑反射论的局限性，逐步建 立起精密复杂的动态神经元回路网络的概念。 人们认识到：脑内除了有丘脑经典传入皮质的 垂直纤维系统和高尔基法显示的核心回路外， 还存在从蓝斑、中缝核、嗅区向大脑皮质发出 不同递质的切线纤维系统和有高尔基树突参与 的核心回路加旁侧回路；在各级脑中枢结构间 有相互交接的大回路联系，而每一结构内又有 各种神经元极多的微回路镶嵌；虽然布洛卡语 言区等的功能定位是相对的间隔结构，但韦尔 尼克语言区等的功能定位却是神经元群的动力 联系而并无间隔结构。 v神经生物学的许多新技术、新方法对突 触的研究和脑内众多递质、调质、神经 激素等信息物质的陆续发现，又使人们 认识到：脑内除了神经元之间庞大的突 触联系，还有很多化学信使的非突触联 系，它们共同参与了脑的复杂生理和心 理功能活动。 v例如神经胶质细胞与神经元的联系，一 些神经分泌神经元对内分泌腺细胞的控 制联系和血循环激素反馈影响室周脑神 经元的联系。此外还发现：神经元的动 作电位和张力性电位变化都与化学信息 物质有关；有些神经元有多种信使释放 ，有些神经元有多种受体接受不同信使 ；化学信息联系除了细胞间、微回路和 大回路上的联系，还有细胞内的第二信 使的化学物质联系 v目前，泛脑网络论成为对脑认识的一种 现代理论模式，它包括纵向等级递阶的 线性反射和功能定位的概念，也包括越 级的反馈、双向和横向相互作用的全部 神经、化学信息的联系，认为由此构成 高度复杂精细和动态的心理活动的物质 基础。 神经生物学处于生命科学发展前沿 著名学者高度评价神经生物学的研究 神经生理学家，诺贝尔医学生理学奖获得者Eccles 预言：“在30年内，世界上大多数最伟大的科学家将 都是在研究脑” 诺贝尔医学奖获得者Crick指出：“对于人类来说，没 有任何一种科学研究比研究人脑更重要。人约有十 万多结构基因，包括密码结构蛋白，密码运动蛋白 和密码酶，其中60%以上在神经系统内。其中目前 已知的才几十种” 其他不是因研究神经系统领域而获诺贝尔奖的人，如 Waston、Crick、Nirenberg等，也已经转入神经 生物学研究领域。 世界各国普遍重视神经生物学研究 美国101届国会通过一个议案：“命名1990年1月1 日开始的十年为脑的十年” 1995年夏，国际脑研究组织IBRO在日本京都举办 的第四届世界神经科学大会上提议把下一世纪（ 21世纪）称为“脑的世纪” 欧共体成立了“欧洲脑的十年委员会”及脑研究联盟 日本推出了“脑科学时代”计划纲要 中国提出了“脑功能及其细胞和分子基础”的研究项 目，并列入了国家的“攀登计划” 1969年美国神经科学学会成，当时仅数百名会员， 1989年会员已达18000多名，成为生命科学方面最 大的学会，1995年增加到24000多名。 脑科学新进展 1、分子和细胞水平的神经科学发展迅猛 2、感觉信息加工的重大突破视觉的脑机 制 3、神经网络的研究进入新的高潮 4、发育神经生物学的崛起 5、神经和精神疾病的研究进展惊人 6、整体的和无创伤条件下的研究 小 结 v本次课主要介绍了神经生物学的研究进 展，从细胞神经生物学和分子神经生物 学两个方面对神经生物学的研究进行综 述，并简要介绍了泛脑网络学说。 v返回