1、1,神经生物学,丁斐 教授神经再生重点实验室与神经科学系,2,主干：神经生物学（neurobiology）,第1章 绪 论,3,1.1 概念与任务 在分子、细胞、组织器官和整体等多个水平上研究神经系统的形态和功能的学科。,4,任务：研究神经系统内分子水平、细胞水平和系统水平的变化过程，以及这些过程的整合作用，直至最复杂的高级功能，如学习、记忆等,目的：了解人类神经系统的结构和功能，以及行为与心理活动的物质基础，为改善人类感觉与运动效率，提高对神经系统疾病的防治水平以及增进健康服务,5,内容: 神经解剖、生理、药理、病理、生物化学和细胞生物学及分子生物学等跨学科的基本理论研究,特点：1、包罗了基
2、础神经科学的诸多学科2、并非若干传统学科简单和机械地组合3、在传统神经科学的基础之上成长和发展起来的一门新兴的综合性的边缘学科,6,行为神经生物学（behavioral neurobiology）,主要研究领域,神经生物化学（neurobiochemistry）,神经生理学（neurophysiology）,细胞神经生物学（cellular neurobiology）,分子神经生物学（molecular neurobiology）,发育神经生物学（developmental neurobiology）,比较神经生物学（comparative neurobiology）,系统神经生物学（syst
3、ematic neurobiology）,7,8,是临床神经科学的基础神经精神病学与神经生物学有着密切的关系是广泛的临床医学基础，与人类健康密切相关,与临床神经科学的关系,9,人类对自身学习记忆思维等能力的探索了解脑是怎样工作对整个生物科学的激励作用对唯心主义哲学的挑战更清楚的了解人类自身，提高人的素质，缓解人类矛盾,为什么要重视神经生物学？,10,1.2 神经生物学发展和展望,历史回顾,神经系统结构研究19世纪80年代Cajal建立起神经元理论 19世纪末和20世纪初，Sherrington关于 “反射”“突触” 、“神经传递”的概念20世纪20到50年代通过高倍电镜对突触结构细节的观察,1
4、2,13,Pictures of Spanish anatomist Ramon y Cajal,14,First page of Sherringtons famous book, The Integrative Action of the Nervous System (1906); this is the 5th edition of 1947,Drawing of overlapping neuronal fields by Sherrington,15,2. 神经兴奋的电传导1791年Galvani就发现了生物电现象19世纪电生理方法测定神经电传导的速度，发现“全或无”定律等20世纪
5、30年代Young以乌贼大神经纤维作为研究材料，定量的测量神经电传导的电阻、电位及其在刺激前后的变化等 40年代Hodgkin、Huxley和Katz等研究Na+、K+与神经传导的关系，测定静息电位、动作电位等,16,意大利科学家伽伐尼（Luigi Galvani, 17371798),Diagram of Galvani s frog legs (1770s),17,1937Young 推測可以使用巨大烏賊的軸突來了解神经細胞,John Zachary Young (1907-1997),18,A.L Hodgkin,A.F. Huxley,They shared the 1963 Nobe
6、l Prize in Physiology or Medicine for work on the transmission of signals from nerve cells.,John Carew Eccles,19,Sir Bernard Katz, Ulf von Euler, Julius Axelrod shared the Nobel Prize in Physiology or Medicine 1970 for work on neurotransmitters,Sir Bernard Katz,20,3. 神经化学递质研究1905年Eliot发现电脉冲到达肌肉连结点时释
7、放了肾上腺素 1921年Loewi的蛙心实验，直接证明在心肌上的交感和副交感神经末梢分别释放出两种不同的化学物质1932年前后，Dale的系列的实验，取得了乙酰胆碱存在于内脏器官神经末梢的直接证据19341935年Cannon等提取交感神经末梢递质，1946年Eule阐明其为去甲肾上腺素1960年以来，对脑内递质开展了不少研究，发现了约30种不同的递质20世纪70年代发现脑啡肽等,21,Henry Hallett Dale,Shared The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1936 with Otto Loewi for their discov
8、eries relating to chemical transmission of nerve impulses,Otto Loewi,22,4. 脑功能研究 1893年起Sherrington研究反射弧，提出抑制的概念，并认为抑制过程同兴奋过程同等重要Pavlov在20世纪初建立起“条件反射”的概念，证明条件反射是大脑活动的结果,19世纪有学者提出关于脑功能区的定位，部分切除狗脑皮层手术成功，并通过对尸体解剖的观察开始研究人大脑皮层功能区,23,20世纪30年代Foerster和Penfield在利用科手术在清醒的病人身上，用电刺激大脑的不同部位引起不同反应20世纪40年代Sperry开始
9、用猫和猴子做实验，切断大脑两半球间的连接，进行观察。60年代，对癫痫病人作两半球割裂治疗的观察,24,80年代，美国加州理工学院心理学教授Sperry阐明人脑的左半球除具有抽象思维、数学运算及逻辑语言等各项重要机能外，还可以在关系很远的资料间建立想象联系，在控制神经系统方面人脑的左半球也很积极，起着主要作用。还发现人脑右半球也同样具有许多高级功能，如对复杂关系的理解能力、整体的综合能力、直觉能力、想象能力等；此外，它还被证实是音乐、美术及空间知觉的辨识系统，因此人的右脑蕴藏着很大的潜力。Sperry获1981年诺贝尔医学生理学奖,26,19世纪70年代Caton对兔、猫以及猴的实验表明大脑普遍
10、存在着电的变化 20世纪开始作脑电记录，Berger发现有心理活动时（如注意等）脑电波发生变化20世纪50年代开始，脑电的研究向探索与特定知觉有关的信号方向发展，开始了诱发电位的研究工作,27,60年代，引入傅里叶分析仪70年代对人的视觉、听觉、甚至婴儿的感觉，都有了灵敏的检查指标,28,5. 神经系统感知研究 20世纪发展最快的是中枢神经系统对外界感觉的加工、识别信号、形成感知,测谎仪,29,20世纪80年代，美国 “脑的十年”1991年欧共体成立了“欧洲脑的十年”委员会，推行“欧洲脑的十年”计划1996年日本推出了为期20年的“脑科学时代” 从“认识脑”、“保护脑”、“创造脑”三个方面来推
11、动脑科学1992年我国把“脑功能及其细胞和分子基础”列入国家科委重大基础研究攀登项目，把主要脑疾病的防治作为国家“九五”攻关项目1995年成立中国神经科学学会,30,32,中国科学院院士，国际神经网络学会终身成就奖获得者，上海生命科学研究院神经科学研究所研究员国际著名神经生理学家，新中国神经科学的奠基人，国际上公认的树突生理功能研究的先驱者，针刺麻醉机制研究的主要学术带头人经典性的工作：关于猴运动皮层肌肉代表性、肌肉神经传入纤维的分类等研究,张香桐院士,33,脑的重要部位神经回路信号传递及其化学基础,进展,谷氨酸为光感受器和双极细胞的主要递质，GABA为水平细胞和无长突细胞的主要递质(Barn
12、stable C J ，1993),视网膜神经元回路模式图,34,膜片钳技术,35,把复杂的神经回路还原成简单的单元分析,36,对神经信号发生、传递的基本单元离子通道的结构、功能特性及运转方式的认识,Ion channel in membrane. Ion flowing is potassium,37,对突触部位发生的细胞和分子事件的研究,Chemical Activity at the Synapse,38,对神经元以及神经系统发育的细胞和分子机制的认识,Nervous system development has 4 stages: 1) specification of the neu
13、ral cell identity (neural or glial), 2) neuron migration and axon outgrowth, 3) synapse formation with target (neurons, muscles or gland cells) 4) synaptic connection refinement (elimination of axon branches and cell death).,39,在脑的高级功能方面，开始研究记忆的分子基础,40,分子遗传学研究基因突变,结肠癌8号染色体突变,41,开始强调用整合的观点来研究脑对神经活动的基
14、本过程形成将更完整的认识 在神经系统的发育方面，对神经元整合各种分子信号形成突触和组织特定的神经回路的研究，将取得重大进展,展望,42,在感觉研究方面，研究层次的跨度更大对运动研究，将最终了解运动程序如何编制，行为如何实现遗传性神经系统疾患的研究将能预测大部分疾病在个体的未来表达或定位的缺损基因,CT,PET 正电子发射断层显像,fMRI 功能性磁共振成像,44,45,在脑的高级功能方面，创立一系列新方法，包括若干新原理，跨越不同的结构层次，把神经活动的基本过程与脑的高级功能关联起来，取得重大的突破。,动物名词判断主要激活脑区中的红色部分，植物名词判断主要激活脑区中的绿色部分，黄色部分为两种判断共同激活区。结果显示,正常人对动物和植物词汇的认知所激活的脑区存在着差异。,46,47,思考：,神经生物学的概念和特点 学习“神经生物学”的重要性及与本专业的关系,48,Thanks,
