《神經(jīng)元探秘》課件VIP

神經(jīng)元探秘探索大腦基本單位的奧秘之旅課程目標(biāo)1了解神經(jīng)元結(jié)構(gòu)認(rèn)識神經(jīng)元的基本組成部分2掌握神經(jīng)元功能理解信息傳遞與處理機制3認(rèn)識系統(tǒng)作用探索神經(jīng)元在整個神經(jīng)系統(tǒng)中的重要性什么是神經(jīng)元？基本功能單位神經(jīng)系統(tǒng)的核心構(gòu)建塊高度專門化獨特形態(tài)支持特定功能信息處理中心負(fù)責(zé)傳遞和整合各類信號神經(jīng)元的發(fā)現(xiàn)歷史11836年JanPurkinje首次描述神經(jīng)細(xì)胞21873年CamilloGolgi發(fā)明染色技術(shù)31906年Golgi和Cajal獲諾貝爾獎神經(jīng)元的基本結(jié)構(gòu)細(xì)胞體神經(jīng)元的主要部分樹突接收信號的分支結(jié)構(gòu)軸突傳導(dǎo)信號的長突起細(xì)胞體123中心結(jié)構(gòu)神經(jīng)元的控制中心細(xì)胞核包含遺傳物質(zhì)細(xì)胞器支持神經(jīng)元代謝活動樹突分支結(jié)構(gòu)從細(xì)胞體延伸出的多個突起信號接收接收來自其他神經(jīng)元的輸入樹狀分布增大接收面積的特殊形態(tài)軸突單一突起從細(xì)胞體延伸的長纖維信號傳導(dǎo)傳輸電信號至目標(biāo)細(xì)胞末端分支形成突觸連接的終末部分神經(jīng)元的類型單極神經(jīng)元只有一個突起的簡單結(jié)構(gòu)雙極神經(jīng)元有兩個突起的感覺細(xì)胞多極神經(jīng)元多個樹突和一個軸突的復(fù)雜結(jié)構(gòu)單極神經(jīng)元僅有一個突起的特殊神經(jīng)元，主要存在于感覺系統(tǒng)雙極神經(jīng)元兩個突起一個樹突和一個軸突感覺系統(tǒng)常見于特殊感覺器官典型例子視網(wǎng)膜的雙極細(xì)胞多極神經(jīng)元1最復(fù)雜結(jié)構(gòu)信息整合能力強2多個樹突接收多源輸入3單一軸突輸出整合信號神經(jīng)元的功能分類1感覺神經(jīng)元傳遞外界信息2運動神經(jīng)元控制肌肉活動3中間神經(jīng)元處理內(nèi)部信息感覺神經(jīng)元傳入功能將外界信息輸入中樞1感受器連接接收特定感覺刺激2特殊結(jié)構(gòu)適應(yīng)不同感覺模態(tài)3運動神經(jīng)元傳出功能從中樞傳遞指令到外周肌肉控制引發(fā)肌纖維收縮特殊形態(tài)軸突極長可達(dá)一米中間神經(jīng)元形成復(fù)雜神經(jīng)回路的連接細(xì)胞，數(shù)量最多且多樣化神經(jīng)元的電生理特性1靜息電位未受刺激時的基礎(chǔ)狀態(tài)2動作電位激活時產(chǎn)生的電脈沖3突觸傳遞信號在神經(jīng)元間的傳遞靜息電位-70毫伏典型靜息電位值10:1鉀濃度比細(xì)胞內(nèi)外差異1:10鈉濃度比細(xì)胞內(nèi)外差異動作電位1去極化鈉通道打開，電位上升2峰值達(dá)到約+30mV最高點3復(fù)極化鉀通道打開，電位下降4超極化暫時低于靜息電位突觸傳遞電突觸直接電流傳遞，快速但少見化學(xué)突觸通過神經(jīng)遞質(zhì)傳遞，更普遍神經(jīng)元之間信息傳遞的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，決定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能化學(xué)突觸的結(jié)構(gòu)突觸前膜含有突觸小泡和釋放位點突觸間隙神經(jīng)遞質(zhì)擴散的狹窄空間突觸后膜富含受體蛋白的特化膜區(qū)突觸前膜突觸小泡儲存神經(jīng)遞質(zhì)的膜泡鈣通道觸發(fā)遞質(zhì)釋放的關(guān)鍵釋放位點小泡與膜融合的特定區(qū)域突觸間隙突觸后膜受體蛋白識別特定神經(jīng)遞質(zhì)1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)將化學(xué)信號轉(zhuǎn)為電信號2突觸后密度支架蛋白聚集區(qū)域3神經(jīng)遞質(zhì)在突觸間傳遞信號的化學(xué)物質(zhì)，種類多樣功能各異常見神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸主要興奮性遞質(zhì)GABA主要抑制性遞質(zhì)乙酰膽堿神經(jīng)肌肉連接關(guān)鍵多巴胺獎賞系統(tǒng)核心神經(jīng)遞質(zhì)的合成和儲存合成階段在細(xì)胞體或軸突末端包裝過程裝入專門的突觸小泡軸漿運輸快速運送到突觸末端神經(jīng)遞質(zhì)的釋放1鈣觸發(fā)鈣離子內(nèi)流是關(guān)鍵信號2膜融合小泡與突觸前膜結(jié)合3胞吐過程遞質(zhì)釋放到突觸間隙神經(jīng)遞質(zhì)的受體離子型受體直接形成離子通道，反應(yīng)快速代謝型受體通過二級信使，反應(yīng)緩慢持久突觸可塑性時間(min)LTPLTD神經(jīng)元的能量代謝1ATP生成能量貨幣生產(chǎn)2線粒體活動氧化磷酸化過程3葡萄糖利用主要能量來源神經(jīng)元的再生能力中樞限制大腦脊髓再生能力低1外周可能周圍神經(jīng)可部分再生2干細(xì)胞希望新技術(shù)帶來治療可能3神經(jīng)元的發(fā)育1神經(jīng)管形成胚胎早期關(guān)鍵步驟2神經(jīng)元遷移細(xì)胞移動到目的位置3軸突導(dǎo)向精確連接形成過程4突觸形成功能網(wǎng)絡(luò)建立階段神經(jīng)元遷移放射狀遷移沿神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞移動切向遷移跨區(qū)域水平移動軸突導(dǎo)向1生長錐感知環(huán)境信號的結(jié)構(gòu)2導(dǎo)向分子引導(dǎo)軸突生長方向3路徑選擇形成精確神經(jīng)連接樹突發(fā)育初始伸展從細(xì)胞體發(fā)出突起分支形成樹枝狀結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜化樹突棘發(fā)育接收突觸輸入的微結(jié)構(gòu)修剪過程優(yōu)化連接的精細(xì)調(diào)整突觸形成初始接觸軸突與目標(biāo)細(xì)胞相遇突觸分化特化結(jié)構(gòu)逐漸形成功能成熟建立穩(wěn)定高效連接神經(jīng)元的衰老年齡神經(jīng)元數(shù)量突觸密度神經(jīng)退行性疾病阿爾茨海默病β-淀粉樣蛋白沉積，神經(jīng)纖維纏結(jié)帕金森病多巴胺神經(jīng)元丟失，路易體形成肌萎縮側(cè)索硬化癥運動神經(jīng)元進行性損傷神經(jīng)元損傷的保護策略神經(jīng)營養(yǎng)因子促進神經(jīng)元存活與修復(fù)抗氧化治療減少自由基損傷細(xì)胞替代干細(xì)胞移植修復(fù)損傷基因治療修正致病基因突變神經(jīng)元的研究方法多學(xué)科交叉技術(shù)共同揭示神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)與功能奧秘顯微鏡技術(shù)電子顯微鏡超高分辨率觀察亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)共聚焦顯微鏡三維成像清晰顯示神經(jīng)形態(tài)雙光子顯微鏡活體成像觀察動態(tài)變化電生理記錄細(xì)胞內(nèi)記錄精確測量單個神經(jīng)元活動細(xì)胞外記錄同時監(jiān)測多個神經(jīng)元放電膜片鉗技術(shù)研究單個離子通道特性體內(nèi)記錄在完整生物體中觀察神經(jīng)活動分子生物學(xué)技術(shù)基因編輯CRISPR技術(shù)精確修改基因1RNA干擾抑制特定基因表達(dá)2單細(xì)胞測序揭示個體神經(jīng)元基因差異3轉(zhuǎn)基因技術(shù)創(chuàng)建特殊研究模型4神經(jīng)影像學(xué)功能性磁共振觀察腦區(qū)活動變化正電子斷層掃描研究神經(jīng)遞質(zhì)分布腦電圖記錄大腦電活動模式神經(jīng)元的計算模型1Hodgkin-Huxley基于離子通道的經(jīng)典模型2積分-發(fā)放簡化的神經(jīng)元功能模型3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬神經(jīng)元集體行為神經(jīng)元與人工智能生物啟發(fā)模仿神經(jīng)元基本原理深度學(xué)習(xí)多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型類腦計算硬件層面模擬神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元與意識神經(jīng)相關(guān)物意識的生物學(xué)基礎(chǔ)全局工作空間信息大范圍傳播理論整合信息復(fù)雜系統(tǒng)信息整合假說神經(jīng)元與記憶短時記憶暫時性神經(jīng)活動模式長時記憶突觸強度持久性變化海馬體記憶形成的關(guān)鍵腦區(qū)神經(jīng)元與學(xué)習(xí)1Hebb規(guī)則共同激活的神經(jīng)元連接增強2獎勵學(xué)習(xí)基于反饋的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整3錯誤傳播通過誤差信號優(yōu)化連接神經(jīng)元與情緒123杏仁核情緒處理核心腦區(qū)神經(jīng)遞質(zhì)5-羥色胺等調(diào)節(jié)情緒應(yīng)激反應(yīng)皮質(zhì)醇影響神經(jīng)可塑性神經(jīng)元與睡眠神經(jīng)元與疼痛傷害感受特殊受體檢測有害刺激信號傳導(dǎo)沿特定神經(jīng)通路傳遞中樞處理大腦解釋并調(diào)節(jié)疼痛信號神經(jīng)元與成癮1成癮行為強迫性尋求物質(zhì)2可塑性改變神經(jīng)回路長期適應(yīng)3多巴胺釋放獎賞系統(tǒng)激活神經(jīng)元與社會行為鏡像神經(jīng)元觀察他人行為時激活催產(chǎn)素促進社交紐帶形成獎賞系統(tǒng)社交互動中的正強化神經(jīng)元與決策1前額葉皮層高級決策制定中心2基底神經(jīng)節(jié)行動選擇的關(guān)鍵環(huán)節(jié)3風(fēng)險評估權(quán)衡不同選項價值神經(jīng)元研究的倫理問題1動物實驗平衡科學(xué)進步與動物福利2腦機接口思維隱私與身份完整性3神經(jīng)增強公平獲取