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1、第9章 神經生物學 v神經生物學 v21世紀的明星學科 v神經生物學是從生物學角度研究神經系統的結 構和功能的生命科學，是一門新興的綜合性學 科。 v神經科學(或腦科學)于20世紀70年代迅速崛起 ，作為神經科學主體的神經生物學已成為生命 科學中發展最迅速的前沿科學之一。 v人腦是宇宙中已知的最復雜的結構，探索人腦 的奧秘必然是人類遇到的最大挑戰之一。人類 之所以成為萬物之靈，就是因為人類具有根本 區別于動物的、高度發達的腦。因此，從某種 意義上說，認識了人腦便是認識了人類自己。 v對大腦和神經系統的實驗性研究始于19世紀末 。 v在過去的一個多世紀中，人們對大腦即中樞神 經系統的認識，主要基
2、于對神經系統各個組成 部分的結構、功能以及各部分之間相互聯系、 相互作用的研究。 v在此基礎上形成的神經生物學則20世紀下半葉 發展最為迅速的學科之一。而在發展過程中， 神經生物學不斷通過與其他相關學科的交叉融 合，引入新的研究手段和方法，為其自身發展 注入新的活力。 v神經生物學是生命科學中發展最迅速的 前沿學科。 v神經生物學應用物理、數學、化學、計 算機、細胞和分子生物學的理論和方法 ，研究神經系統特別是腦的活動規律， 揭示大腦的奧秘，闡明腦的結構和功能 的關系。 v神經生物學是生物學中研究神經系統的解剖，生理， 病理方面內容的一個分支。 v從上個世紀90年代以來，世界科研強國加快了對神
3、經 生物學研究的投入。美國于1990年推出了“腦的十年 計劃”，接著歐洲于1991年開始實施“EC腦十年計劃 ”，然后日本于1996年也正式推出了名為“腦科學時 代計劃”的跨世紀大型研究計劃，計劃在未來20年內 投入相當的研究經費。 v這些研究工作雖然至今沒有解開智力形成之迷，沒有 解開毒品上癮之迷，沒有解開老年癡呆治療之迷，但 卻在潛移默化中推動了神經科學的發展，為本世紀神 經生物學的騰飛打好了基礎。 v神經生物學是比較特殊的： v首先，它的研究離不開生命科學的一 些基本研究材料與方法。神經生物學 的材料與生物學的其它學科一樣，是 動物，從低等的果蠅到高等的小鼠、 人。 v神經生物學的研究方
4、法同樣離不開核 酸的分析與蛋白質的分析，分子生物 學的PCR、免疫組化也是神經生物學的 主要研究方法。 v神經生物學有它自身的特點： v神經科學所要重點研究器官腦是 高等生物最復雜的，同時神經元幾乎 是最難培養的細胞，所以神經生物學 研究更需要一些特殊的研究方法。 v電生理是用電刺激的方法來研究神經 回路、神經元在特殊生理條件下的反 應。膜片鉗是用于測量離子通道活動 的精密檢測方法。 v神經生物學吸引了全世界最優秀的科學 工作者的目光： v神經生物學的幾個主打雜志的影響因子 上可以看出：自然神經科學的影響 因子是15,神經元的影響因子是14, 神經科學雜志的影響因子是8，此外 ，科學期刊上還有
5、專門的神經生物 學專題，其中的文章數量在生物學領域 幾乎是最多的。 v為什么神經生物學的研究難度很大，但仍然吸 引了許許多多科學工作者投入她的懷抱呢？這 是與社會現實有關的。神經生物學有許多人們 非常感興趣的話題： v一、智力形成之迷。如果說農耕社會講求的是 人口與土地，那資本主義社會及更高層的社會 講求的是智力。因為資本主義社會及更高層的 社會形態，它形成發展的原動力在于創造新的 經濟增長點，而這一切都要通過新的創意和將 這些創意付諸實施的好的頭腦。所以不僅家長 們重視孩子的智力提高，甚至國家的決策層也 同樣重視與智力提高密切相關的教育。 v二、毒品上癮之迷。 v毒品上癮這不僅是一個國家的社
6、會安定 層面的問題，還與一個國家的經濟發展 、良好道德觀樹立、甚至國家安全密切 相關。我們國家正是被毒品打開大門的 。如果現在我說，我了解毒品為何成癮 ，我可以消除毒品成癮，那我們的社會 會作如何反應呢？ v三、各種神經疾病之迷。這當中尤其重 要的是老年癡呆，這種神經疾病在發達 國家的死亡率已經排在了第三位。人類 的文明是建立在物質冗余的基礎上的， 那么人類文明越是高，物質越是冗余， 像老年癡呆這類的病就越是會引起重視 。所以各類神經疾病的研究會越來越受 人重視。 v然而，神經生物學的研究光靠生物學工作者的 努力是不夠的。因為神經生物學所要研究的器 官腦，是生物界中最復雜、最精貴的器官 ，尤其
7、是人的大腦，更是與眾不同，更加發達 。所以神經生物學的發展對于方法學的要求是 很高的，必然要求各個相關學科的交叉。這也 是神經生物學很多研究至今仍處于初級階段的 原因。 可以肯定的是：神經生物學在本世紀必將取得 很大的進展。人類的求知欲需要神經生物學的 進步，人類的發展同樣需要神經生物學的進步 。 Contents 細胞神經生物學 1 分子神經生物學 2 泛腦網絡學說 3 小 結 4 1. 細胞神經生物學 v神經系統nervous system：是機體內起 主導作用的系統。內、外環境的各種信 息，由感受器接受后，通過周圍神經傳 遞到腦和脊髓的各級中樞進行整合，再 經周圍神經控制和調節機體各系統
8、器官 的活動，以維持機體與內、外界環境的 相對平衡。 神經系統組要由：神經組織、腦脊髓被 膜、腦血管及浸泡腦和脊髓的腦脊液組 成。 1）神經元的功能結構 v神經元是神經組織的基本單位。即神經 細胞。一般都有長的突起，胞體和突起 總稱神經元。神經元的功能是接受某些 形式的信號并對之做出反應、傳導興奮 、處理并儲存信息以及發生細胞之間的 聯結等。 雙極神經元 單極神經元 多極神經元：脊髓灰 質 多極神經元：大腦皮 質 v尼氏體為嗜堿性物質，光鏡下呈斑塊 v狀分布，電鏡下觀察，尼氏體由密集平 v行排列的粗面內質網構成。 尼斯耳氏小 體 v 神經原纖維為嗜銀性細絲狀，在 胞體內大都交織成網，電鏡下觀察
9、，神 經原纖維由微管和微絲聚集成束。 v 神經原纖維 2）神經纖維 v神經纖維（nerve fiber）是以神經細胞 的突起（包括軸突與樹突）為中軸,外包 神經膠質細胞（施萬細胞或少突膠質細 胞）。根據神經纖維有無髓鞘包裹,分為 有髓和無髓神經纖維兩種。 v （）有髓神經纖維 有髓神經纖維（myelinated nerve fiber ）由軸突（或樹突）、髓鞘、神經膜構成。髓 鞘（myelin sheath）及神經膜（neurolemma ）呈鞘狀包裹在軸突的周圍。在軸突的起始部 無髓鞘包裹,稱此部為起始段（initial segment）起始段遠側的軸突 部分,髓鞘呈節段包卷軸突,形似藕節,
10、其間斷 部位,軸膜裸露,，可發生膜電位變化,稱此部 位為神經纖維節（node of nerve fiber）,又 稱郎飛結（Ranvier node）。兩個相鄰結之間 的一段,稱結間體（internode）。 v施萬細胞核呈長橢圓形，位于髓鞘邊緣的 少量胞質內。髓鞘主要是由類脂質和蛋白 質所組成，稱為髓磷脂（myelin）在常規 染色標本上,因髓鞘中的類脂被溶解,僅見 殘存的蛋白質呈網狀,稱神經角演網（ neurokeratin network）。在鋨酸浸染標 本上,髓鞘呈黑色,其中還可見數個呈漏斗 形的斜裂,稱髓鞘切跡（incisure of myelin）或施-蘭切跡（Schmidt- L
11、anterman incisure）。電鏡下,髓鞘為 明暗相間的同心圓板層排列。髓鞘有保護 和絕緣作用,可防止神經沖動的擴散。 v有髓神經纖維的神經沖動傳導,是從一個 郎飛結跳到相鄰郎飛結的跳躍式傳導,長 的神經纖維,軸突就粗,髓鞘亦厚。結間體 也長,傳導速度快。反之,傳導速度慢。大 部分腦、脊神經屬于有髓神經纖維。 中樞神經系統有髓神經纖維的髓鞘由 少突膠質細胞形成。一個少突膠質細胞的 幾個突起,可分別包卷幾條軸突形成髓鞘 ，其郎飛結較寬,無髓鞘切跡,其胞體位于 神經纖維之間。 v（二）無髓神經纖維 無髓神經纖維 v（nonmyelinated v nervefiber）較細的 v軸突及施萬
12、細胞構成, v無髓鞘、無郎飛結。電 v鏡下可見一個施萬細胞 v深淺不同的包裹515 v條粗細不等的軸突。無髓神經纖維的神經沖動傳 導是沿著軸突進行連續性傳導，其傳導速度比有 髓神經纖維慢得多。植物神經的節后纖維和部分 感覺神經纖維屬無髓神經纖維。 3）突觸 v神經元與神經元之間，或神經元與非神 經細胞（肌細胞、腺細胞等）之間的一 種特化的細胞連接，稱為突觸（synapse ）。它是神經元之間的聯系和進行生理 活動的關鍵性結構。突觸可分兩類，即 化學性突觸（chemical synapse）和電 突觸（electrical synapsse）。通常所 說的突觸是指前者而言。 （一）化學性突觸 v
13、 光鏡下，多數突觸的形態是軸突終 未呈球狀或環狀膨大,附在另一個神經 元的胞體或樹突表面，其膨大部分稱為 突觸小體（synaptic corpuscle）或突 觸結（synaptic bouton）。 v根據兩個神經元之間所形成的突觸部位，則有不同 的類型，最多的為軸-體突觸（axo-somatic synapse）和軸-樹突觸（axo-axonal synapse）此 外還有軸-棘突觸（axo-spinous），軸-軸突觸（ axo-axonal synapse）和樹-樹突觸（dendroden- driticsynapse）等等。 v通常一個神經元有許多突觸，可接受多個神經元傳 來的信息，
14、如脊髓前角運動神經元有2000個以上的 突觸。大腦皮質錐體細胞約有30000個突觸。小腦 浦肯野細胞可多達200 000個突觸，突觸在神經元 的胞體和樹突基部分布最密，樹突尖部和軸突起始 段最少。 v電鏡下，突觸由三部分組成:突觸前部、突觸 間隙和突觸后部。突觸前部和突觸后部相對應 的細胞膜較其余部位略增厚,分別稱為突觸前 膜和突觸后膜，兩膜之間的狹窄間隙稱為突觸 間隙。 1.突觸前部（presynaptic element）神 經元軸突終末呈球狀膨大,軸膜增厚形成突觸 前膜（presynaptic membrane）,厚約67nm 。在突觸前膜部位的胞漿內,含有許多突觸小 泡（synapti
15、c vesicle）以及一些微絲和微管 、線粒體和滑面內質網等。突觸小泡是突觸前 部的特征性結構,小泡內含有化學物質,稱為神 經遞質（neurotransmitter）。 v各種突觸內的突觸小泡形狀和大小頗不一致， 是因其所含神經遞質不同。常見突觸小泡類型 有: v球形小泡（spherical vesicle）,直徑約20 60nm,小泡清亮,其中含有興奮性神經遞質, 如乙酰膽堿； v顆粒小泡（granular vesicle）,小泡內含 有電子密度高的致密顆粒,按其顆粒大小又可 分為兩種:小顆粒小泡直徑約3060nm,通常含 胺類神經遞質如腎上腺素、去甲腎上腺素等； 大顆粒小泡直徑可達802
16、00nm，所含的神經 遞質為5-羥色胺或腦啡肽等肽類 v扁平小泡（flat vesicle）,小泡長徑約 50nm，呈扁平圓形,其中含有抑制性神經遞質, 如-氨基丁酸等。 v神經遞質共存的生理功能,是協調完成神 經生理活動作用,使神經調節更加精確和 協調。目前,許多事實表明,遞質共存不 是個別現象,而是一個普遍性規律,有許 多新的共存遞質和新的共存部位已被證 實。其中多為非肽類遞質（膽堿類、單 胺類和氨基酸類）和肽類遞質共存。 v2突觸后部（postsynaptic element） 多為突觸后神經元的胞體膜或樹突膜,與 突觸前膜相對應部分增厚,形成突觸后膜 （postsynaptic mem
17、brane）。厚為20 50nm,比突觸前膜厚,在后膜具有受體和 化學門控的離子通道。 v根據突觸前膜和后膜的胞質面致密物質厚度不 同,可將突觸分為和兩型: v型突觸（tyPe synapse）后膜胞質面 致密物質比前膜厚,因而膜的厚度不對稱,故又 稱為不對稱突觸（asymmetrical synapse）； 突觸小泡呈球形,突觸間隙較寬（2050nm） ；一般認為型突觸是興奮性突觸,主要分布 在樹突干上的軸-樹突觸。 v型突觸（type synapse）前、后膜的 致密物質較少,厚度近似,故稱為對稱性突觸（ symmetrical synapse）,突觸小泡呈扁平形, 突觸間隙也較窄（102
18、0nm）。認為型突觸 是一種抑制性突觸,多分布在胞體上的軸-體突 觸。 v3突觸間隙（synaptic space）是位于突觸 前、后膜之間的細胞外間隙,寬約2030nm,其 中含糖胺多糖（如唾液酸）和糖蛋白等,這些 化學成分能和神經遞質結合,促進遞質由前膜 移向后膜,使其不向外擴散或消除多余的遞質 。 突觸的傳遞過程,是神經沖動沿軸膜傳至 突觸前膜時,觸發前膜上的電位門控鈣通道開 放,細胞外的Ca2+進入突觸前部,在ATP和微絲 、微管的參與下,使突觸小泡移向突觸前膜,以 胞吐方式將小泡內的神經遞質釋放到突觸間隙 。 v其中部分神經遞質與突觸后膜上的相應 受體結合,引起與受體偶聯的化學門控通
19、 道開放,使相應的離子經通道進入突觸后 部,使后膜內外兩側的離子分布狀況發生 改變,呈現興奮性（膜的去極化）或抑制 性（膜的極化增強）變化,從而影響突觸 后神經元（或效應細胞）的活動。使突 觸后膜發生興奮的突觸，稱興奮性突觸 （exitatory synapse）,而使后膜發生 抑制的稱抑制性突觸（inhibitory synapse）。 v 化學突觸的特征,是一側神經元通過出胞作 用釋放小泡內的神經遞質到突觸間隙,相對應 一側的神經元（或效應細胞）的突觸后膜上有 相應的受體。具有這種受體的細胞稱為神經遞 質的效應細胞或靶細胞,這就決定了化學突觸 傳導為單向性。突觸的前后膜是兩個神經膜特 化部
20、分,維持兩個神經元的結構和功能,實現機 體的統一和平衡。故突觸對內、外環境變化很 敏感,如缺氧、酸中毒、疲勞和麻醉等,可使興 奮性降低。茶堿、堿中毒等則可使興奮性增高 。 （二）電突觸 v 電突觸是神經元間傳遞信息的最簡 單形式,在兩個神經元間的接觸部位,存 在縫隙連接,接觸點的直徑約為0.1 10m以上。也有突觸前、后膜及突觸間 隙。突觸的結構特點,突觸間隙僅1 1.5nm,前、后膜內均有膜蛋白顆粒,顯示 呈六角形的結構單位,跨躍膜的全層,頂 端露于膜外表,其中心形成一微小通道, 此小管通道與膜表面相垂直,直徑約為 2.5nm,小于1nm的物質可通過,如氨基酸 。 v縫隙連接兩側膜是對稱的。
21、相鄰兩突觸 膜,膜蛋白顆粒頂端相對應,直接接觸,兩 側中央小管,由此相通。軸突終末無突觸 小泡,傳導不需要神經遞質,是以電流傳 遞信息,傳遞神經沖動一般均為雙向性。 神經細胞間電阻小,通透性好,局部電流 極易通過。電突觸功能有雙向快速傳遞 的特點,傳遞空間減少,傳送更有效。 v現在已證明,哺乳動物大腦皮質的星形細 胞,小腦皮質的籃狀細胞、星形細胞,視 網膜內水平細胞、雙極細胞,以及某些神 經核,如動眼神經運動核前、庭神經核、 三叉神經脊束核,均有電突觸分布。電突 觸的形式多樣,可見有樹-樹突觸、體-體 突觸、軸-體突觸、軸-樹突觸等。 電突觸對內、外環境變化很敏感。 在疲勞、乏氧、麻醉或酸中毒
22、情況下,可 使興奮性降低。而在堿中毒時,可使興奮 性增高。 4）神經膠質細胞 v 神經膠質細胞（neuroglia cell）簡稱神 經膠質（neuroglia ）,廣泛分布于中樞和周 圍神經系統。普通染色只能顯示胞核,用特殊 銀染方法才能顯示神經膠質細胞整體形態。神 經膠質細胞一般較神經細胞小,突起多而不規 則,數量約為神經細胞的十倍。多分布在神經 元胞體、突起以及中樞神經毛細血管的周圍。 神經膠質細胞具有支持。一營養、保護、髓鞘 形成及絕緣,并有分裂增殖與再生修復等多種 作用。 v（）中樞神經系統的神經膠質細胞 1星形膠質細胞（astrocyte）是膠質細 胞中最大的一種,胞體呈星形,核大
23、呈圓形或橢 圓形,染色較淺。胞質內有交織走行的神經膠 質絲（neuroglial filament）。由胞體伸出 許多呈放射狀走行的突起,部分突起末端膨大 形成腳板（end foot）,附著在毛細血管基膜 上,或伸到腦和脊髓的表面形成膠質界膜（ gliolimitan）。星形膠質細胞約占全部膠質 細胞的20。星形 膠質細胞依其分布及結構又可分為兩種。 v（1）原漿性星形膠質細胞（protoplasmie v astrocyte）:分布 v于中樞神經系統的 v灰質內,位于神經細 v胞體及其突起的周 v圍。原漿性星形膠 v質細胞的突起不規則 v,分支多而短曲,表面 v不光滑。胞質內的神 v經膠質絲
24、少。 v（2）纖維性星形膠質細胞（fibrous astrocyte ）:分布于白質 v內,位于神經纖維之間。 v其突起呈放射狀,細長而 v直,分支少,表面光滑。 v胞質內有許多交織排列的 v原纖維,其超微結構是一 v種中間絲,稱神經膠質絲, v其內含有膠質原纖維酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein GFAP）,用免疫細 胞化學染色技術能特異性地顯示出這類細胞。 v星形膠質細胞含有高濃度的K+,并能攝取 某些神經遞質（如-氨基丁酸）。它通 過調節細胞間隙的K+和神經遞質濃度， 來影響神經元的功能活動。因此，星形 膠質細胞對維持神經細胞微環境的穩定 和調節代謝
25、過程起重要作用。當中樞神 經系統損傷時,星形膠質細胞迅速分裂增 殖,以形成膠質瘢痕形式進行修復。 v2少突膠質細胞 v（oligodendrocyte） v又稱少突膠質,分布于 v灰質及白質內,位于神 v經元胞體及神經纖維 v的周圍,其數量很多, v約占全部膠質細胞的 v75。胞體較小,呈 v圓形或橢圓形,突起 v少,分支亦少,核呈圓形或橢圓形，染色稍深。電 鏡下可見少突膠質細胞的每一個突起包繞一個軸 突形成髓鞘。它除形成髓鞘外,可能還有營養和 保護作用。 v 3小膠質細胞 v（microglia）又稱小膠質, v分布于灰質及白質內,約占 v膠質細胞的5腦體較小,呈 v長橢圓形,常以胞體長軸的
26、 v兩端伸出兩個較長突起,反 v復分支,其表面有小棘。胞 v核小,呈橢圓或三角形,染 v色較深。通常認為小膠質 v細胞具有變形運動和吞噬功能,屬于單核吞噬細胞 系統的細胞,但也有人認為小膠質細胞是中樞神經 系統中神經膠質的干細胞,能分化成其他膠質細胞 。 v4室管膜細胞（ependymal cell）為覆 蓋在腦室和脊髓中央管壁的一層立方或 柱狀細胞。細胞表面有微絨毛或纖毛。 細胞基部發出細長突起伸向腦及脊髓深 層,它具有保護和支持作用。 （二）周圍神經系統的神經膠質細胞 v 1施萬細胞（Schwann cell）；又稱神 經膜細胞（neurolemmal cell）,它包卷在神 經纖維軸突的
27、周圍,形成髓鞘和神經膜。在神 經纖維的再生中起誘導作用。 2衛星細胞（satellite cell）又稱被 囊細胞（capsular cell）,是包繞在神經節細 胞周圍的一層扁平形細胞,核圓形,染色較深。 它具有營養和保護神經節細胞的功能。 v返回 2. 分子神經生物學 v1）神經遞質 neurotransmitter 在化學突觸傳遞中擔當信使的特定化 學物質。簡稱遞質。隨著神經生物學的 發展，陸續在神經系統中發現了大量神 經活性物質。 重要的神經遞質和調質有：乙酰膽堿 。最早被鑒定的遞質。中國生理學家張 錫鈞和J.H.加德姆（1932）所開發的以 蛙腹直肌標本定量測定乙酰膽堿的方法 ，對乙
28、酰膽堿的研究起了重要作用，至 今仍有應用價值。 v兒茶酚胺。包括去甲腎上腺素（NAd） 、腎上腺素(Ad)和多巴胺（DA）。交感 神經節細胞與效應器之間的接頭是以去 甲腎上腺素為遞質。 v5-羥色胺（5-HT）。5-羥色胺神經元 主要集中在腦橋的中縫核群中，一般是 抑制性的，但也有興奮性的。中國一些 學者的工作表明，在針刺鎮痛中5-羥色 胺起著重要作用。 v氨基酸遞質。被確定為遞質的有谷氨酸（ Glu）、-氨基丁酸（GABA）和甘氨酸（Gly ）。谷氨酸是甲殼類神經肌肉接頭的遞質。 氨基丁酸首先是在螯蝦螯肢開肌與抑制性神經 纖維所形成的接頭處發現的遞質。后來證明 -氨基丁酸也是中樞的抑制遞質。
29、以甘氨酸為 遞質的突觸主要分布在脊髓中，也是抑制性遞 質。 v多肽類神經活性物質。近年來發現多種分子 較小的肽具有神經活性，神經元中含有一些小 肽，雖然還不能肯定它們是遞質。如在消化道 中存在的胰島素、胰高血糖素和膽囊收縮素等 都被證明也含于中樞神經元中. v 一個化學物質被確認為神經遞質，應 符合以下條件： v在突觸前神經元內具有全盛遞質的前 體物質和合成酶系，能夠合成這一遞質 ； v遞質貯存于突觸小泡以防止被胞漿內 其它酶系所破壞，當興奮沖動抵達神經 末梢時，小泡內遞質能釋放入突觸間隙 ； v遞質通過突觸間隙作用于突觸后膜的特殊受 體，發揮其生理作用，用電生理微電泳方法將 遞質離子施加到神
30、經元或效應細胞旁，以模擬 遞質釋放過程能引致相同的生理效應； v存在使這一遞質失活的酶或其他環節（攝取 回收）； v用遞質擬似劑或受體阻斷劑能加強或阻斷這 一遞質的突觸傳遞作用。在神經系統內存在許 多化學物質，但不一定都是神經遞質，只有符 合或基本上符合以上條件的化學物質才能認為 它是神經遞質。關于神經遞質，首先是在外周 迷走神經對心臟抑制作用的環節上發現的。 v （一）外周神經遞質 1乙酰膽堿在蛙心灌注實驗中觀察 到，刺激迷走神經時蛙心活動受到抑制 ，如將灌流液轉移到另一蛙心制備中去 ，也可引致后一個蛙心的抑制。顯然在 迷走神經興奮時，有化學物質釋放出來 ，從而導致心臟活動的抑制。 v后來證
31、明這一化學物質是乙酰膽堿，乙 酰膽堿是迷走神經釋放的遞質。以后在 許多其他器官中（例如胃腸、膀胱、頜 下腺等），刺激其副交感神經也可在灌 注液中找到乙酰膽堿。由此認為，副交 感神經節后纖維都是釋放乙酰膽堿作為 遞質的。釋放乙酰膽堿作為遞質的神經 纖維，稱為膽堿能纖維 v2去甲腎上腺素交感神經節后纖維的遞質比 較復雜。本世紀初，有人見到腎上腺素對效應 器的廣泛作用與交感神經的作用極為相似，因 此設想交感神經可能是通過末梢釋放腎上腺素 而對效應器起作用的。后來，在貓的實驗中觀 察到，刺激支配尾巴的交感神經可以引致尾巴 上毛的豎立和血管收縮，同時該動物的去神經 支配的心臟活動加速；如果將自尾巴回流的
32、靜 脈結扎，再刺激這一交感神經就只能引致尾巴 上毛的豎立和血管收縮，卻不能引致心臟活動 的加速。 v3嘌呤類和肽類遞質自主神經的節后纖 維除膽三能和腎上腺素能纖維外，還有 第三類纖維。第三類纖維末梢釋放的遞 質是嘌呤類和肽類化學物質。有人在實 驗中觀察到，刺激這類神經時實驗標本 灌流液中可以找到三磷酸腺苷及其分解 產物；而三磷酸腺苷對有腸肌的作用與 這類神經的作用極相似，兩者均可引致 腸肌的舒張和腸肌細胞電位的超極化。 因此認為這類神經末梢釋放的遞質是三 磷酸腺苷，是一種腺嘌呤化合物。 v但也有人認為這類神經釋放的遞質是肽類化合 物，因為免疫細胞化學的研究證實自主神經某 些纖維末梢的大顆粒囊泡
33、中含有血管活性腸肽 ，刺激迷走神經時能引致血管活性腸肽的釋放 。血管活性腸肽能使胃腸平滑肌舒張，胃的容 受性舒張可能就是由于迷走神經節后纖維釋放 血管活性腸肽遞質而實現的。第三類纖維是非 膽堿能和非腎上腺素能纖維，主要存在于胃腸 ，其神經元細胞體位于壁內神經叢中；在胃腸 上部它接受副交感神經節前纖維的支配。 （二）中樞神經遞質 v 1乙酰膽堿 閏紹細胞（Renshaw cell）是脊髓前角內的一種神經元，它 接受前角運動神經元軸突側支的支配， 它的活動轉而反饋抑制前角運動神經元 的活動。目前知道，前角運動神經元支 配骨骼肌的接頭處遞質為乙酰膽堿，則 其軸突側支與閏紿細胞發生突觸聯系， 也必定釋
34、放乙酰膽堿作為遞質。 v2單胺類單胺類遞質是指多巴胺、去甲 腎上腺素和5-羥色胺。由于動物實驗中 采用了熒光組織化學方法，目前對中樞 內單胺類遞質系統了解得比較清楚 多巴胺遞質系統主要包括三部位： 黑質-紋狀體部分、中腦邊緣系統部分和 結節、漏斗部分。黑質-紋狀體部分的多 巴胺能神經元位于中腦黑質，其神經纖 維投射到紋狀體。 v腦內的多巴胺主要由黑質制造，沿黑質-紋狀 體投射系統分布，在紋狀體貯存（其中以尾核 含量最多）。破壞黑質或切斷黑質-紋狀體束 ，紋狀體中多巴胺的含量即降低。用電生理微 電泳法將多巴胺作用于紋狀體神經元，主要起 抑制反應。中腦位于邊緣部分的多巴胺能神經 元位于中腦腳間核頭
35、端的背側部位，其神經纖 維投射到邊緣前腦。結節-漏斗部分的多巴胺 能神經元位于下丘腦弓狀核，其神經纖維投射 到正中隆起。 v3氨基酸類 現快明確存在氨基酸類遞 質，例如谷氨酸、門冬氨酸、甘氨酸和 -氨基丁酸。 在腦脊髓內谷氨酸含量很多，分布 很廣，但相對來看，大腦半球和脊髓背 側部分含量較高。用電生物微電泳法將 谷氨酸作用于皮層神經元和脊髓運動神 經地，可引致突觸后膜出現類似興奮性 突觸后電位的反應，并可導致神經元放 電。由此設想，谷氨酸可能是感覺傳入 神經纖維（粗纖維類）和大腦皮層內的 興奮型遞質。 v 4肽類早已知道神經元能分泌肽類化 學物質，例如視上核和室旁核神經元分 泌升壓素（九肽）和
36、催產素（九肽）； 下丘腦內其他肽能神經元能分泌多種調 節腺垂體活動的多肽，如促甲狀腺釋放 激素（TRH，三肽）、促性腺素釋放激素 （GnRH，十肽）、生長抑素（GHRIH，十 四肽）等。由于這些肽類物質在分泌后 ，要通過血液循環才能作用于效應細胞 ，因此稱為神經激素。但現已知，這些 肽類物質可能還是神經遞質。 v5其他可能的遞質近來年研究指出，一 氧化氮具有許多神經遞質的特征。某些 神經元含有一氧化氮合成酶，該酶能使 精氨酸生成一氧化氮。生成的一氧化氮 從一個神經元彌散到另一神經元中，而 后作用于鳥苷酸環化酶并提高其活力， 從而發揮出生理作用。因此，一氧化氮 是一個神經元間信息溝通的傳遞物質。
37、 v（三）遞質與調質的概念 遞質是指神經末梢釋放的特殊化學物質， 它能作用于支配的神經元或效應細胞膜上的受 體，從而完成信息傳遞功能。 v 調質是指神經元產生的另一類化學物質，它 能調節信息傳遞的效率，增強或削弱遞質的效 應。 v也有人把遞質概念規定得非常嚴格，認為只有 作用于膜受體后導致離子通道開放從而產生興 奮或抑制的化學物質才能稱為遞質；其他一些 作用于膜受體后通過第二信使轉而改變膜的興 奮性或其它遞質釋放的化學物質，均應稱為調 質。 v重要的神經遞質和調質有：乙酰膽堿 。兒茶酚胺。包括去甲腎上腺素（NAd ）、腎上腺素(Ad)和多巴胺（DA）。5 -羥色胺（5-HT）。氨基酸遞質。被確
38、 定為遞質的有谷氨酸（Glu）、-氨基 丁酸（GABA）和甘氨酸（Gly）。 神經內分泌 v動物體內某些特化的神經細胞（結構上 屬于神經系統而非內分泌系統）能分泌 一些生物活性物質，經血液循環或通過 局部擴散調節其他器官的功能；這些生 物活性物質叫做神經激素；合成和分泌 神經激素的那些神經細胞叫做神經內分 泌細胞。 v哺乳動物的下丘腦能產生多種神經激素，例如 ，下丘腦產生的催產素和抗利尿激素經由神經 垂體分泌入血，調節子宮肌收縮及腎臟對水的 重吸收。下丘腦肽能神經內分泌細胞產生和釋 放抑制激素經血流到達腺垂體，調節腺垂體相 應激素的合成和分泌。神經激素沿著軸突傳遞 ，進而在某些特化區域釋放入血
39、，從而在感覺 刺激與化學應答之間構成了一種聯系。神經內 分泌的調節方式將機體的兩大調節系統神 經系統與內分泌系統有機地結合在一起，大大 擴大了機體的調節功能。 v神經內分泌細胞的特點是仍保留著神經 細胞的結構和機能特征。從結構上看， 這種細胞也是由胞體和突起（樹突和軸 突）組成，并具有尼氏體。細胞的一端 與其他神經細胞具有突觸聯系。從功能 上看，與一般神經細胞相似，它們也能 興奮和傳播動作電位，并能對某些神經 遞質發生反應。但神經內分泌細胞又具 有一些特殊的結構和功能特征。它們具 有分泌的特征，其胞漿內含有神經分泌 顆粒。 v這些細胞的一端（傳入端）與其他神經 細胞形成突觸聯系，會將神經沖動傳
40、遞 至細胞體，另一端（傳出端）往往與血 管緊密接觸，形成神經血管器官。脊椎 動物神經內分泌系統的結構和功能都很 完善。在較高等的動物，神經內分泌系 統主要包括下丘腦的視上核和室旁核的 神經細胞及其與神經垂體的聯系。 離子通道 v1890年，威廉奧斯特瓦爾德（1909年 諾貝爾化學獎獲得者）就推測離子進出 細胞會傳遞信息。20世紀20年代，科學 家證實存在一些供離子出入的細胞膜通 道。50年代初，阿蘭霍奇金和安德魯 哈克斯利發現，離子從一個神經細胞 中出來進入另一個神經細胞可傳遞信息 。他們因此獲得1963年諾貝爾生理學或 醫學獎。但那時科學家未知離子通道結 構和工作原理。 v1988年，羅德里
41、克麥金農利用射線 晶體成像技術獲得了世界第一張離子通 道的高清晰度照片，并第一次從原子層 次揭示了離子通道的工作原理。這張照 片上的離子通道取自青鏈霉菌，也是一 種蛋白。麥金農的方法是革命性的，它 可以讓科學家觀測離子在進入離子通道 前的狀態，在通道中的狀態，以及穿過 通道后的狀態。 v對于生命來說，最重要的通道物質有兩類，一 類是核酸，一類是蛋白質。生命的具體功能主 要都是由蛋白質提供，這里也不例外。細胞生 產一些特別的蛋白質，它們能夠鑲嵌在細胞膜 上且彼此聚集，中間的孔隙為水分子所占據， 這就給那些水溶性的分子或離子提供了一個快 速進出細胞的水通道。想象一下把球堆在一起 ，球與球之間自然會
42、留下孔隙，這對理解離子 通道會有所幫助。而孔隙的不同大小，可以允 許相應的分子或離子快速進出細胞。 v細胞通過控制相應通道的開放和關閉，而能夠 調節相應物質進出細胞的速度，來實現細胞的 需要，完成相應的功能。對于我們而言，細胞 對幾種無機離子（Na+、K+、Ca2+、H等）進 出的管理，甚至涉及到生命的根基以及某些疾 病的機制，比如神經沖動的產生、心臟的節律 性跳動、肌肉細胞的收縮、能量的生成（ATP ）等等。生命的奇妙每每使我們由然而生贊嘆 之心，對離子通道的研究，也同樣如此。 v科學家Erwin Neher 和 Bert Sakman由于發現 了細胞膜上的離子通道而獲得了1991年的諾貝
43、爾生理學獎。 神經生物學有六個研究分支 （一）分子神經生物學是在分子水平研究與神 經細胞或神經活動有關的化學物質。 （二）細胞神經生物學是在細胞或亞細胞水平 上研究神經元和神經膠質細胞等。 （三）系統神經生物學 是以功能系統為研究 對象的分支。 v （四）行為神經生物學 是在生活著的完整動 物上，應用行為學或心理學方法，研究神經系 統與學習記憶、情感、睡眠與覺醒等生物鐘現 象，各種內外環境改變對動物行為的影響等。 （五）發育神經生物學 是研究神經系統 的發育過程。 v（六）比較神經生物學 是從種系發生上 研究神經系統從低級到高級的進化過程 及進化規律。 v一、神經生物學具有三個特點 （一）它是
44、以研究神經系統為目的的綜合科學 它包 括研究神經系統的各個傳統學科，如解剖學、組織胚 胎學、生理學、生物化學、病理學、藥理學、免疫學 、分子生物學、以及心理學等。 （二）它是生命科學中一門基礎實驗科學 神經生物 學的大量研究工作是在動物上做實驗。有的文獻往往 將神經生物學與神經科學（neuroscience）兩個名詞 混用；但是嚴格講，后者除包含神經生物學外，還包 括計算神經科學以及臨床神經科學涉及神經系統的臨 床醫學，即神經病學、神經外科學及精神病學等。 v（三）它是一門新興的科學 出現神經生物學 這個術語，僅有30多年的歷史。神經生物 學獨立出來是近數十年來生命科學飛速發展的 自然結果。研
45、究神經系統的學者逐步認識到， 必須跨出傳統學科的范疇，采用一切可利用的 新技術和新概念，才能真正取得對神經系統的 研究突破。簡言之，神經生物學是一門研究神 經系統的新興的、綜合的、基礎實驗科學。 v返回 3. 泛腦網絡學說 v人類對腦的認識分為四個階段： v把思維器官由心轉移到腦； v間隔定位論提出了既能定位論的概念； v線性神經元反射論提出了突觸、反射和 反射弧、神經元學說、條件反射等概念 ； v泛腦網絡論認為腦是綜合泛腦層次與泛 腦關系的信息網絡系統。 v一是，現代智力科學在研究思路上已將 大腦視為一個網絡系統，并實現了從神 經反射論向泛腦層次網絡論階段的轉移 。比如泛腦論學者認為，大腦是
46、綜合泛 腦層次與泛腦關系的信息網絡系統。神 經活動的功能是在大腦復雜的神經聯系 或網絡中實現的。 v人類對腦的認識，在經歷了定位論和反射論兩 個理論模式后，大量研究成果沖破了純靜態的 腦定位論和線性的腦反射論的局限性，逐步建 立起精密復雜的動態神經元回路網絡的概念。 人們認識到：腦內除了有丘腦經典傳入皮質的 垂直纖維系統和高爾基法顯示的核心回路外， 還存在從藍斑、中縫核、嗅區向大腦皮質發出 不同遞質的切線纖維系統和有高爾基樹突參與 的核心回路加旁側回路；在各級腦中樞結構間 有相互交接的大回路聯系，而每一結構內又有 各種神經元極多的微回路鑲嵌；雖然布洛卡語 言區等的功能定位是相對的間隔結構，但韋
47、爾 尼克語言區等的功能定位卻是神經元群的動力 聯系而并無間隔結構。 v神經生物學的許多新技術、新方法對突 觸的研究和腦內眾多遞質、調質、神經 激素等信息物質的陸續發現，又使人們 認識到：腦內除了神經元之間龐大的突 觸聯系，還有很多化學信使的非突觸聯 系，它們共同參與了腦的復雜生理和心 理功能活動。 v例如神經膠質細胞與神經元的聯系，一 些神經分泌神經元對內分泌腺細胞的控 制聯系和血循環激素反饋影響室周腦神 經元的聯系。此外還發現：神經元的動 作電位和張力性電位變化都與化學信息 物質有關；有些神經元有多種信使釋放 ，有些神經元有多種受體接受不同信使 ；化學信息聯系除了細胞間、微回路和 大回路上的
48、聯系，還有細胞內的第二信 使的化學物質聯系 v目前，泛腦網絡論成為對腦認識的一種 現代理論模式，它包括縱向等級遞階的 線性反射和功能定位的概念，也包括越 級的反饋、雙向和橫向相互作用的全部 神經、化學信息的聯系，認為由此構成 高度復雜精細和動態的心理活動的物質 基礎。 神經生物學處于生命科學發展前沿 著名學者高度評價神經生物學的研究 神經生理學家，諾貝爾醫學生理學獎獲得者Eccles 預言：“在30年內，世界上大多數最偉大的科學家將 都是在研究腦” 諾貝爾醫學獎獲得者Crick指出：“對于人類來說，沒 有任何一種科學研究比研究人腦更重要。人約有十 萬多結構基因，包括密碼結構蛋白，密碼運動蛋白
49、和密碼酶，其中60%以上在神經系統內。其中目前 已知的才幾十種” 其他不是因研究神經系統領域而獲諾貝爾獎的人，如 Waston、Crick、Nirenberg等，也已經轉入神經 生物學研究領域。 世界各國普遍重視神經生物學研究 美國101屆國會通過一個議案：“命名1990年1月1 日開始的十年為腦的十年” 1995年夏，國際腦研究組織IBRO在日本京都舉辦 的第四屆世界神經科學大會上提議把下一世紀（ 21世紀）稱為“腦的世紀” 歐共體成立了“歐洲腦的十年委員會”及腦研究聯盟 日本推出了“腦科學時代”計劃綱要 中國提出了“腦功能及其細胞和分子基礎”的研究項 目，并列入了國家的“攀登計劃” 1969年美國神經科學學會成，當時僅數百名會員， 1989年會員已達18000多名，成為生命科學方面最 大的學會，1995年增加到24000多名。 腦科學新進展 1、分子和細胞水平的神經科學發展迅猛 2、感覺信息加工的重大突破視覺的腦機 制 3、神經網絡的研究進入新的高潮 4、發育神經生物學的崛起 5、神經和精神疾病的研究進展驚人 6、整體的和無創傷條件下的研究 小 結 v本次課主要介紹了神經生物學的研究進 展，從細胞神經生物學和分子神經生物 學兩個方面對神經生物學的研究進行綜 述，并簡要介紹了泛腦網絡學說。 v返回
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