神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)及其功能

1、2021/3/91神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)及其功能2021/3/92 神經(jīng)元是具有長(zhǎng)突觸（軸突）的細(xì)胞，它由細(xì)胞體和細(xì)胞突起構(gòu)成。在長(zhǎng)的軸突上套有一層鞘，組成神經(jīng)纖維，它的末端的細(xì)小分支叫做神經(jīng)末梢。細(xì)胞體位于腦、脊髓和神經(jīng)節(jié)中，細(xì)胞突起可延伸至全身各器官和組織中。核大而圓，位于細(xì)胞中央，染色質(zhì)少，核仁明顯。細(xì)胞質(zhì)內(nèi)有斑塊狀的核外染色質(zhì)（舊稱尼爾小體），還有許多神經(jīng)元纖維。細(xì)胞突起是由細(xì)胞體延伸出來的細(xì)長(zhǎng)部分，又可分為樹突和軸突。每個(gè)神經(jīng)元可以有一或多個(gè)樹突，可以接受刺激并將興奮傳入細(xì)胞體。每個(gè)神經(jīng)元只有一個(gè)軸突，可以把興奮從胞體傳送到另一個(gè)神經(jīng)元或其他組織，如肌肉或腺體。 2021/3/93 細(xì)胞膜 胞

2、體的胞膜和突起表面的膜，是連續(xù)完整的細(xì)胞膜。除突觸部位的胞膜有特異的結(jié)構(gòu)外，大部分胞膜為單位膜結(jié)構(gòu)。神經(jīng)細(xì)胞膜的特點(diǎn)是一個(gè)敏感而易興奮的膜，在膜上有各種受體和離子通道，二者各由不同的膜蛋白所構(gòu)成。形成突觸部分的細(xì)胞膜增厚。膜上受體可與相應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)神經(jīng)遞質(zhì)結(jié)合，膜的離子通透性及膜內(nèi)外電位差發(fā)生改變，胞膜產(chǎn)生相應(yīng)的生理活動(dòng)：興奮或抑制。2021/3/94細(xì)胞核多位于神經(jīng)細(xì)胞體中央，大而圓，異染色質(zhì)少，多位于核膜內(nèi)側(cè)，常染色質(zhì)多，散在于核的中部，故著色淺，核仁l2個(gè)，大而明顯。細(xì)胞變性時(shí)，核多移向周邊而偏位。2021/3/95細(xì)胞質(zhì) 位于核的周圍，又稱核周體，其中含有發(fā)達(dá)的高爾基復(fù)合體、滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

3、，豐富的線粒體、尼氏體及神經(jīng)原纖維，還含有溶酶體、脂褐素等結(jié)構(gòu)。具有分泌功能的神經(jīng)元，胞質(zhì)內(nèi)還含有分泌顆粒，如位于下丘腦的一些神經(jīng)元。2021/3/96尼氏體 尼氏體:又稱嗜染質(zhì)，是胞質(zhì)內(nèi)的一種嗜堿性物質(zhì)，在一般染色中島被堿性染料所染色，多呈斑塊狀或顆粒狀。它分布在核周體和樹突內(nèi)，而軸突起始段的軸丘和軸突內(nèi)均無(wú)。尼氏體的形態(tài)結(jié)構(gòu)可作為判定神經(jīng)元功能狀態(tài)的一種標(biāo)志。2021/3/97神經(jīng)原纖維 在神經(jīng)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，存在著直徑約為23m的絲狀纖維結(jié)構(gòu)，在銀染的切片體本可清晰地顯示出呈棕黑色的絲狀結(jié)構(gòu)，此即為神經(jīng)原纖維，在核周體內(nèi)交織成網(wǎng)，并向樹突和軸突延伸，可達(dá)到突起的未消部位。其生理功能主要參與胞質(zhì)

4、內(nèi)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)活動(dòng)，接近微管表面的各種物質(zhì)流速最大，微管的表面有動(dòng)力蛋白，它本身具有ATP酶的作用，在ATP存在狀態(tài)下，可使微管滑動(dòng)，從而使微管具有運(yùn)輸功能。2021/3/98脂褐素 常位于大型神經(jīng)無(wú)核周體的一側(cè)，呈棕黃色顆粒狀，隨年齡增長(zhǎng)而增多，經(jīng)電鏡和組織化學(xué)證實(shí)為次級(jí)溶酶體形成的殘余體， 其內(nèi)容物為溶酶體消化時(shí)殘留的物質(zhì)，多為異物、脂滴或退變的細(xì)胞器。2021/3/99突起樹突樹突是從胞體發(fā)出的一至多個(gè)突起，呈放射狀。胞體起始部分較粗，經(jīng)反復(fù)分支而變細(xì)，形如樹枝狀。樹突的結(jié)構(gòu)與腦體相似，胞質(zhì)內(nèi)含有尼氏體，線粒體和平行排列的神經(jīng)原纖維等，但無(wú)高爾基復(fù)合體。一般電鏡下，樹突棘內(nèi)含有數(shù)個(gè)扁平的囊

5、泡稱棘器。樹突的分支和樹突棘可擴(kuò)大神經(jīng)元接受刺激的表面積。樹突具有接受刺激并將沖動(dòng)傳入細(xì)胞體的功能。軸突每個(gè)神經(jīng)元只有一根胞體發(fā)出軸突的軸突表面的細(xì)胞膜，稱軸膜,軸突內(nèi)的胞質(zhì)稱 軸質(zhì)或軸漿。軸質(zhì)內(nèi)有許多與軸突長(zhǎng)袖平行的神經(jīng)原纖維和細(xì)長(zhǎng)的線粒體，但無(wú)尼氏體和高爾基復(fù)合體，因此，軸突內(nèi)不能合成蛋白質(zhì)。軸突成分代謝更新以及突觸小泡內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)，均在胞體內(nèi)合成，通過軸突內(nèi)微管、神經(jīng)絲流向軸突末端。軸突的主要功能是將神經(jīng)沖動(dòng)由胞體傳至其他神經(jīng)元或效應(yīng)細(xì)胞。軸突傳導(dǎo)神經(jīng)沖動(dòng)的起始部位，是在軸突的起始段，沿軸膜進(jìn)行傳導(dǎo)。2021/3/910主要功能主要功能接受刺激信息整合功能信息儲(chǔ)存功能傳遞信息2021/3/

6、911腦電信號(hào)的產(chǎn)生機(jī)制，獲取和分析方法 腦電信號(hào)是生物電信號(hào)的一種。生物電的科學(xué)解釋是指生物細(xì)胞的靜電壓，以及在活組織中的電流，如神經(jīng)和肌肉中的電流。生物細(xì)胞用生物電儲(chǔ)存代謝能量，用來工作或引發(fā)內(nèi)部的變化，并且相互傳導(dǎo)信號(hào)。生物學(xué)家認(rèn)為，組成生物體的每個(gè)細(xì)胞都像一臺(tái)微型發(fā)電機(jī)。一些帶有正電荷或者負(fù)電荷的離于如鉀離子、鈣離子、鈉離子、氯離子等，分布在細(xì)胞膜內(nèi)外，使得細(xì)胞膜外帶正電荷，膜內(nèi)帶負(fù)電荷。當(dāng)這些離子流動(dòng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電流，并造成細(xì)胞內(nèi)外電位差。2021/3/912 腦電信號(hào)（EEG）是腦神經(jīng)細(xì)胞電生理活動(dòng)在大腦皮層或頭皮表面的總體反映，其包含了大量的生理與病理信息，并可以用許多特征量來描述

7、其特征信號(hào)。腦電信號(hào)的時(shí)-頻特征分析可以有效地提取其特征量。EEG本質(zhì)上是非線性時(shí)間序列。2021/3/913 腦電信號(hào)的采集方式，從破壞性上可分為兩類：有創(chuàng)和無(wú)創(chuàng)。有創(chuàng)采集方式由于要進(jìn)行開顱手術(shù)而對(duì)大腦有一定的損傷；無(wú)創(chuàng)采集方式就不需要這種手術(shù)，從而對(duì)人腦沒有什么損害。有創(chuàng)采集方式具體可分為完全植入型和皮層表面電極。完全植入型就是將電極植入到大腦皮層中；而皮層表面電極型則是將電極放在大腦皮層的表面而不是真正植入大腦2021/3/914 侵入式BCI，又稱植入式BCI，是一種有損型腦電采集技術(shù)，利用直接腦神經(jīng)接口技術(shù)，通過外科開顱手術(shù)將電極陣列植入顱內(nèi)，直接記錄或刺激大腦神經(jīng)元，從而實(shí)現(xiàn)和外界

8、環(huán)境的交互。通過植入這些微裝置于顱內(nèi)神經(jīng)中樞，可以更精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)大腦的活動(dòng)、研究大腦機(jī)能、治療腦部疾病，控制外部設(shè)備等。2021/3/915還有一種無(wú)損植入型技術(shù)是非侵入式BCI。非侵入式BCI使用頭皮電極記錄大腦活動(dòng)產(chǎn)生的EEG信號(hào)。非侵入式BCI系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、無(wú)損的腦機(jī)交互。侵入式BCI和非侵入式BCI相比，侵入式BCI有損傷，但精確2021/3/916頻域分析 功率譜估計(jì) 功率譜分析是 EEG信號(hào)處理最常用工具 ,源于傅氏變換 ,它的前提是平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào) ,對(duì)非平衡隨機(jī)信號(hào)而言 ,不同時(shí)刻的譜分析結(jié)果是不同的。目前常用的方法之一是以短時(shí)間斷數(shù)據(jù)的傅氏變換為基礎(chǔ)的周期法 ,具體做法是把實(shí)際

9、淮信號(hào)在時(shí)域上分段 ,并看作是準(zhǔn)平穩(wěn)的 ,每段取傅氏變換后的幅頻特性平方再乘以適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù) ,作為該信號(hào)的功率譜估計(jì) ,但此法頻率分辨率差 ,存在邊瓣泄漏 ,譜估計(jì)方差大等問題。2021/3/917 AR參數(shù)模型譜估計(jì) AR模型首先選擇最佳 階次問題 , 常用的定階準(zhǔn)則有信 息論準(zhǔn) 則( AIC) ,最終預(yù)測(cè)誤差準(zhǔn)則 ( FPE)等 ,階次確定后按信號(hào)數(shù)據(jù)列與它的估計(jì)量之間均方誤差最小準(zhǔn)則 ,求取ak 值。 AR系數(shù)的算 法有 Yule-Walker, Burg algorithm , Least Squares等 ,各有利弊。 雙譜分析 雙譜函數(shù)只包含了信號(hào)的相位信息 ,但未給出相位信息。對(duì)

10、于高斯隨機(jī)分布而言,雙譜作為隨機(jī)信號(hào)偏離高斯分布的一個(gè)測(cè)度, 經(jīng)過對(duì)實(shí)際 EEG 數(shù)據(jù)檢驗(yàn)表明,不同功能狀態(tài)下的 EEG 對(duì)高斯分布的偏離度有較大差別。2021/3/918時(shí)域分析 直接從時(shí)域提取特征是最早發(fā)展起來的方法, 因?yàn)樗庇^性強(qiáng), 物理意義比較明確 ,因此仍有不少腦電圖醫(yī)生或技師使用。過去的 EEG 分析主要靠肉眼觀察,這可以看作是人工時(shí)域分析。時(shí)域分析主要用來直接提取波形特征, 如過零截點(diǎn)分析、直方圖分析 、方差分析 、相關(guān)分析、峰值檢測(cè)及波形參數(shù)分析、相干平均 、波形識(shí)別等等 。2021/3/919小波變換 小波變換因?yàn)榫哂?1)多分辨率(多尺度);(2)品質(zhì)因數(shù),即相對(duì)帶寬(中

11、心頻率與帶寬之比)恒定 ;(3)適當(dāng)?shù)剡x擇基本小波 ,可使小波在時(shí)、頻兩域都具有表征信號(hào)局部特征的能力。當(dāng)使用較小尺度時(shí), 時(shí)軸上觀察范圍小 ,而在頻域上相當(dāng)于用較高頻率做分辨率較高的分析 ,即用高頻小波做細(xì)致觀察;當(dāng)使用較大尺度時(shí),時(shí)軸上觀察范圍大,而在頻域上相當(dāng)于用低頻小波作概貌觀察。因此小波變換被譽(yù)為“數(shù)學(xué)顯微鏡”2021/3/920人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)分析 。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可用作自發(fā)腦電(EEG)分析 , 分析的目的是為了檢測(cè) EEG 尖波和癲癇發(fā)作, 輸入方式可以使用原始信號(hào)模型和特征參數(shù)模型。目前有利用小波變換和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法來檢測(cè) EEG 信號(hào)中的棘波和尖波成分。利用小波變

12、換 (WT)對(duì)基于ANN的EEG 棘波檢測(cè)系統(tǒng)的輸入進(jìn)行預(yù)處理 ,從而在不減少信號(hào)的信息內(nèi)容和降低檢測(cè)性能的前提下減少ANN 的輸入規(guī)模 。2021/3/921非線性動(dòng)力學(xué)分析 近年來,隨著非線性動(dòng)力學(xué)的發(fā)展 ,越來越多的證據(jù)表明大腦是一個(gè)非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng) , 腦電信號(hào)可以看作是它的輸出 。因此人們嘗試把非線性動(dòng)力學(xué)的一些方法,如分維數(shù)、Lorenz 散點(diǎn)圖、Lyapunov 指數(shù) 、復(fù)雜度等用于腦電信號(hào)分析, 以期獲得對(duì)大腦的新的認(rèn)識(shí)。腦電信號(hào)的 Lorenz 散點(diǎn)圖是指以腦電信號(hào)相鄰兩采樣點(diǎn)的前一點(diǎn)值為橫坐標(biāo), 后一點(diǎn)值為縱坐標(biāo)繪制而成的圖 。資料表明 ,癲癇病人腦電信號(hào)相鄰采樣點(diǎn)的值較為

13、接近且整段腦電信號(hào)的值的分布范圍較大, 而正常人腦電信號(hào)的Lorenz 散點(diǎn)圖中的點(diǎn)大多分布在一個(gè)范圍較小的橢圓形區(qū)域 。2021/3/922 腦對(duì)信息的處理主要研究為腦對(duì)視覺信息處理、學(xué)習(xí)與記憶、意識(shí)產(chǎn)生等 1、視覺信息處理機(jī)制是既平行又分級(jí)串行的信息處理機(jī)制視系統(tǒng)組織成不同的通路對(duì)視覺信息的不同側(cè)面進(jìn)行傳遞和處理。 大腦對(duì)信息的處理大腦對(duì)信息的處理2021/3/923 2、 學(xué)習(xí)與記憶對(duì)學(xué)習(xí)的神經(jīng)學(xué)機(jī)制研究主要是坎德爾對(duì)海兔的敏感化和經(jīng)典條件反射實(shí)驗(yàn)得到的。學(xué)習(xí)與連接感覺神經(jīng)細(xì)胞和產(chǎn)生保護(hù)性反射肌群活化的神經(jīng)細(xì)胞之間的突觸加強(qiáng)有關(guān)短期記憶與長(zhǎng)期記憶均發(fā)生在突觸部位。LTP和LTD的調(diào)節(jié)。2021/3/924 3、 意識(shí)意識(shí)的本質(zhì)是一種主觀