[探索脑读书会02.讲义].突触.神经递质.脑区功能定位

null【探索脑读会】 第2次讨论问题列表 突触传递与神经递质、 神经系统解剖结构与功能【探索脑读书会】 第2次讨论问题列表 突触传递与神经递质、 神经系统解剖结构与功能2011年4月24日 北京叁号会所 何永振@集智俱乐部 heyz@163.com零、动作电位补遗 （《神经科学——探索脑》第4章） 零、动作电位补遗 （《神经科学——探索脑》第4章） 1.不同物种进化出怎样不同的方式， 来提高神经信号在轴突内的传导速度？ ——动作电位在轴突内的传导1.不同物种进化出怎样不同的方式， 来提高神经信号在轴突内的传导速度？ ——动作电位在轴突内的传导枪乌贼：增大轴突的直径，可达1mm。 粗的管子漏的少离子主要在管内流动膜去极化程度高动作电位传得快。 （非常适合做神经生物学的研究） 脊椎动物：给轴突包上绝缘的髓鞘。 髓鞘的中断处（郎飞氏结）集中有离子通道动作电位在结之间跳跃（无需激活紧邻的离子通道）。null无髓鞘时，动作电位只能在膜上相邻的离子通道间传导。有髓鞘时，动作电位可以在髓鞘的中断处之间跳跃传导。2、为什么成年人中枢神经系统受损后无法再生？ 2、为什么成年人中枢神经系统受损后无法再生？ 鱼、青蛙视神经切断后可再生，而人的视神经切断后将永远失明！ 提速的代价！ 哺乳动物把轴突包入髓鞘，为提高动作电位速度付出代价——使得轴突受损后的再生被抑制，即CNS轴突缺乏再生功能。（ P688 ）发现自己越来越喜欢生物学了~发现自己越来越喜欢生物学了~生物学中虽然有无数貌似琐碎的细节，但一条条清晰的因果链，把这些细节串联起来。 给我一个解释，我就可以再相信一次人世，我就可以接纳历史，我就可以义无反顾地拥抱这荒凉的城市。——[台]张晓风3、是谁让钠钾泵制造浓度差？3、是谁让钠钾泵制造浓度差？钠钾泵为何要主动熵减？ 广而言之，生物学因果链的起点在哪里？ 要追溯到生命起源吗？甚至复杂结构的起源？ 这个我不懂。《剑桥年度主题讲座：起源》 第3章 普利高津：复杂结构的起源。 （等待小木球 & jake的拓展）一、神经元之间，为何要用突触和神经递质这样的复杂方式，来传递信息？ （《神经科学——探索脑》第5-6章） 一、神经元之间，为何要用突触和神经递质这样的复杂方式，来传递信息？ （《神经科学——探索脑》第5-6章） 进化史上2种突触之1：电突触 ——神经元之间直接传递电信号进化史上2种突触之1：电突触 ——神经元之间直接传递电信号电突触特性电突触特性突触缝隙仅3nm。(化学突触间隙：20-50nm) 离子流从一个细胞直接传递到另一个，无需化学递质。 相邻神经元高度同步化，信号可双向传递。 进化上古老的形式，普遍存在于无脊椎动物的逃避反射神经通路。 存在于哺乳动物胚胎早期神经元，相邻细胞共享电信号和化学信号，有助于协调它们的生长成熟。 （电突触帮助化学突触的形成？） 哺乳类动物的大脑皮层感觉区星状细胞,小脑皮层蓝细胞与星状细胞，视网膜水平细胞与双极细胞，嗅球（嗅味的辨别 ）的僧帽细胞均存在着电突触。 （需要固化的快速反应？）进化史上2种突触之2：化学突触 ——电-化学-电信号的两次转换进化史上2种突触之2：化学突触 ——电-化学-电信号的两次转换突触间传递神经递质的基本过程突触间传递神经递质的基本过程【视频】Discovery：The Brain Our Universe Within - Matter Over Mind《大脑与感官》.flv 5’55” ~ 8’35”暂停1.哺乳动物为何放弃速度快的电突触，而选择速度慢的化学突触？1.哺乳动物为何放弃速度快的电突触，而选择速度慢的化学突触？1. 与电信号相比，神经递质的种类更丰富，可以传递的信息种类更多，信息量大？ 2. 化学突触可塑性强？在进化过程中，对环境的适应性更强？使得高级学习和记忆成为可能？ 神经递质的三种类型神经递质的三种类型图见下页 三种神经递质分子的不同尺寸 三种神经递质分子的不同尺寸含一个 氮原子多肽大分子2.为何有快慢两种速度的神经递质传递？（P102）2.为何有快慢两种速度的神经递质传递？（P102） 快突触传递（小分子）： 3种氨基酸（中枢神经‘’系统）、 胺类（乙酰胆碱介导神经肌肉接头）；——神经肌肉接头需要快速反应！ 慢突触传递： 氨基酸、单胺、多肽均可介导。包裹神经递质的泡泡，分小泡和大泡包裹神经递质的泡泡，分小泡和大泡突触囊泡（小泡）： 包裹氨基酸和胺类神经递质； 分泌颗粒（大泡）： 包裹多肽大分子神经递质。 为什么神经递质要分大小呢？ 不同的神经递质，将在不同的条件下被释放P102 不同的递质，将携带不同的信息！两类神经递质（大小分子）的合成和打包储存两类神经递质（大小分子）的合成和打包储存4.动作电位如何触发神经递质的释放？4.动作电位如何触发神经递质的释放？动作电位到达轴突末梢 末梢膜去极化  电压门控钙通道打开  钙离子大量涌入膜内 （突触囊泡释放神经递质的触发信号）  突触囊泡膜&突触前膜融合  将囊泡内的神经递质，释放到到突触间隙。  囊泡膜重新重新形成囊泡，重载神经递质。 （图在下页）神经递质通过胞吐释放神经递质通过胞吐释放神经递质的受体神经递质的受体受体：释放到突触间隙的神经递质，与镶嵌在突触后膜上特异性蛋白质分子结合，就像钥匙插入锁孔，可影响突触后神经元的活动。神经递质种类超过100种。 不同的递质不可能与同一受体结合，同一递质却可以与不同受体结合。 受体亚型：与同种递质结合的不同受体。 如：乙酰胆碱可以作用于两种不同的受体亚型，一种在骨骼肌、一种在心肌。神经递质的两类受体神经递质的两类受体 递质门控的离子通道 （对比轴突上的电压门控离子通道） G蛋白耦联受体 （就是连在G蛋白上的受体） 递质门控离子通道递质门控离子通道兴奋性突触后电位（EPSP） 突触前神经递质释放，导致突触后膜瞬时去极化。 如：Ach（乙酰胆碱）门控通道，同时通透钠离子和钾离子。 抑制性突触后电位（IPSP） 突触前神经递质释放，导致突触后膜瞬时超极化。 如激活Gly（甘氨酸）门控通道或GABA（氨基丁酸）门控通道递质门控离子通道结构图递质门控离子通道结构图兴奋性突触后电位（EPSP）的产生兴奋性突触后电位（EPSP）的产生抑制性突触后电位（IPSP）的产生抑制性突触后电位（IPSP）的产生G蛋白耦联受体： 就是连接在G蛋白上的受体G蛋白耦联受体： 就是连接在G蛋白上的受体由于G蛋白受体能触发广泛的代谢效应，它们被称为促代谢型受体。为什么毒蘑菇和致幻药能产生幻觉？为什么毒蘑菇和致幻药能产生幻觉？【视频】《Discovery：大脑与感官》.flv 8’35” ~ 12’22” 5-羟(qiǎng)色胺是抑制性神经递质，有对应的受体。 二甲4-羟色胺，是从蘑菇中提取的化学物质，也是LSD致幻剂成分。 致幻过程：二甲4-羟色胺与5-羟色胺的分子式很接近 二甲4-羟色胺“鸠占鹊巢”,与5-羟色胺的受体结合  5-羟色胺无法与自己的受体结合，递质传递被中断。  5-羟色胺无法发挥抑制作用 过多的信号通过丘脑进入大脑产生幻觉。视幻觉---体验吸毒的感觉视幻觉---体验吸毒的感觉体验吸毒的感觉 苇子 2010-08-20 01:36:52 来自: 苇子(我们坐在高高的谷堆旁边) 点击进入网址： http://www.neave.com/strobe/ 点“click me to get trippy”进去， 然后盯住中间部分至少25秒, 后视线离开电脑屏幕，看一切身边的事务，桌子啊、墙壁啊、舍友啊都可以， 然后什么都会变得很奇妙，整个奇妙过程可以持续30秒... （视觉的适应性相关？）大脑中产生爱的化学物质大脑中产生爱的化学物质【视频】《大脑与感官》.flv 28’46” ~ 36’35” 神经递质多巴胺：让我们觉得世界美好。 （Arvid Carlsson确定多巴胺为脑内信息传递者的角色使他赢得了2000年诺贝尔医学奖。 ） 爱情其实就是脑里产生大量多巴胺作用的结果。所以，吸烟和吸毒都可以增加多巴胺的分泌，使上瘾者感到开心及兴奋。多巴胺能够治疗抑郁症。多巴胺也是大脑的“奖赏中心”。 多巴胺无法抵达基底神经节，令人失去控制肌肉的能力，造成帕金森综合症，患者失去控制动作的能力。大脑中产生爱的化学物质（续）大脑中产生爱的化学物质（续）正肾上腺素流经大脑，刺激分泌肾上腺素。 神经递质苯乙胺（巧克力成分） 爱情是多情男子遇到怀春女子时体内产生的苯乙胺使人产生的一种眩晕感。不少食品中也有极丰富的苯乙胺，例如在巧克力或含巧克力的食品中，尤其是可可含量较多的黑巧克力。苯乙胺被科学家称为“爱情的化学分子”，如果能在日常生活中适当从食物中摄取苯乙胺,爱情的保质期会变的更长久。 这些化学物质在边缘系统中举足轻重。所以说“恋爱中的女人最傻”，因为理智的皮层失去了作用。神经递质如何影响学习&记忆神经递质如何影响学习&记忆【视频】探索心理学03：脑的行为.flv 17’32” ~ 20’39”。 通过刺激脑化学系统，可使脑忘记、或记得更牢。小白鼠置于双臂迷宫（没什么不跳出来？） 注射东莨菪（làngdàng）碱（Scopolamine ），阻断神经递质乙酰胆碱（acetylcholine）的受体，受体无法接收到神经递质造成。实验性失忆，健忘症（amnesia） 东莨菪（làngdàng）碱：一种提取自茄科植物的生物碱。对大脑皮质有明显的抑制作用，临床用为镇静药。还可抗晕船晕车。公元2世纪中国名医华陀的麻沸散,其有效成分就是东莨菪碱。　　东莨菪碱（Scopolamine ），阻断神经递质乙酰胆碱（acetylcholine）的受体，造成健忘症（amnesia）东莨菪碱（Scopolamine ），阻断神经递质乙酰胆碱（acetylcholine）的受体，造成健忘症（amnesia）毒扁豆碱(Physostigmine)增强记忆毒扁豆碱(Physostigmine)增强记忆毒扁豆碱(Physostigmine)：阻断了分解神经递质乙酰胆碱（acetylcholine）的酶，使得突触中有更多的神经递质乙酰胆碱可以起作用——增强记忆！ 阿尔采默氏症，就是老年痴呆症。 为何不给正常人用这种药？ 记忆太强不是好事？破坏体内平衡？有副作用？ null突触整合的原理突触整合的原理每个神经元接受成千的突触输入，需要整合所有的复杂的离子和化学信号，给出简单的输出——动作电位。 许多突触传入 简单的神经输出，每秒数亿次的神经计算。一个神经元就是一个信息整合器一个神经元就是一个信息整合器一个神经元就是一个整合器，随时都在接受成百上千的信息，随时都在对所接受的信息进行加工，使相同的信息加在一起，相反的信息互相抵消，然后决定是兴奋还是保持沉默(抑制)，这就是神经元的整合作用(integration)。 皮层突触可塑性的基本机制皮层突触可塑性的基本机制 突触修饰的两条规则！ （1）一起激活的神经元，连接在一起 （2）不同步激活的神经元，将失去它们的连结 （ P701 ） 一种分布式记忆模型！神经元每天都死掉，但系统对此有免疫力！P719一种分布式记忆模型！神经元每天都死掉，但系统对此有免疫力！P719学习和记忆，都发生在突触处！P771学习和记忆，都发生在突触处！P771脑内电活动改变-》第二信使分子-》突触蛋白的修饰-》突触结构改变-》长时程记忆 更详细的 Miner&和尚，学习记忆专题时讨论二、漫游人脑迷宫 ——人脑解剖结构&对应功能 （《神经科学——探索脑》第7章） 二、漫游人脑迷宫 ——人脑解剖结构&对应功能 （《神经科学——探索脑》第7章） 人脑组成部分：脑干、小脑、大脑人脑组成部分：脑干、小脑、大脑【视频】探索心理学03：脑的行为.flv 5’38” ~ 8’46” 脑干：连结大脑与脊髓，基本生命维持中心：呼吸、心跳、觉醒&睡眠。 小脑：协调身体动作、控制姿态和平衡（大狗） 边缘系统：继承于旧哺乳动物，维持机体内部平衡：体温、血压、血糖水平等。 包括：杏仁核、海马、丘脑、下丘脑 杏仁核：感觉冲动传递到边缘系统的通道。 海马：基础的信息加工器，新信息&已存储信息进行匹配。 下丘脑、丘脑：联络员&中继站。 大脑：两个大脑半球通过胼胝体连结。 皮质：脑活动的最高管理者。脑区和功能是否对应？脑区和功能是否对应？从脑进化史的角度看： 人脑如何形成今天的结构？从脑进化史的角度看： 人脑如何形成今天的结构？【视频】《Discovery：大脑演化》.flv 9’09” ~ 18’15” 始于5亿年前的海洋 海鞘：300可传导电流的管状细胞古鱼，原始大脑，神经元细胞管壁出现突起，出现髓鞘 两栖类  爬行类（爬行动物脑，所有的爬行动物和哺乳动物皆继承了爬行动物脑）  哺乳动物（哺乳动物脑——大脑，覆盖着皮质）  早期人脑：皮质增加，出现了脑区（?）、沟回 500万年前，非洲人脑不足1磅  300万年前，增加半磅，能制造工具。  200万年前，发明火与狩猎，2磅。  现代人，3磅，比原始脑大了4倍重了3倍。 脑干、边缘系统、基底神经节，回溯到恐龙； 旧哺乳动物脑 新哺乳动物脑（皮质）爬行动物脑、古生哺乳动物脑、新哺乳动物脑爬行动物脑、古生哺乳动物脑、新哺乳动物脑现代的脑科学家认为人的大脑由密切联系的三部分组成。 “爬行动物脑”（哺乳动物中，是由一组包括嗅觉系统和其它部分的大神经节代表的）：产生于约2.5亿年至2.8亿年前，它用于从领地争夺、两军相斗和恫吓对手到形成社会等级、迎送礼仪、寻偶求爱、规则迁移和贮存收藏。这些行为都已由蜥蜴和其它爬行动物显示出来，可它们在应付新情况时效率低，也就是说缺乏良好的学习能力。 “古生哺乳动物脑”（围绕着脑干的“边缘脑叶”的原始皮层及其进一步发展）：起源于约1.65亿年前最古老的哺乳动物。对个性的形成有重要帮助，边缘系统处理信息的方式使它体验了感受情感和情绪，这里似乎只是在它自己的界线内扩展了它释放的电性质和化学性质，这有助解释为什么情感和理智相悖，还有思维的固定。爬行动物脑、古生哺乳动物脑、新哺乳动物脑爬行动物脑、古生哺乳动物脑、新哺乳动物脑“新哺乳动物脑”（主要是新大脑皮层）。 主要是由新皮层及与之相连的脑干结构组成，它可能是5千万年前最早的灵长类动物出现时期起源的，在进化过程中新皮层的急剧成长是地球上生命历史中最惊人的事件之一。这里出现了语言和逻辑（包括）的符号表象，有了抽象能力，从外部世界的实在中解放出来就成为可能。从人脑发育的角度看： 个体的人脑如何成熟？从人脑发育的角度看： 个体的人脑如何成熟？【视频】《Discovery：大脑演化》.flv 23’55” ~ 30’17” 基因：提供神经元连结的参数； 出生后的成长环境：塑造了神经元的连结。 儿童发展的关键期：对应某种功能的神经元连结，将在某个特定时期内进行塑造；错过，将很难补偿。 创建新连接，同时剔除不必要的连结。经验塑造了神经细胞网。成年人的脑，以速度牺牲灵活性。 C++多态的实现：用虚函数表和虚指针，在运行时进行动态绑定，选择灵活性，以时间和空间为代价。 （对比决策树的剪枝）脑外科手术：思想是物理现象脑外科手术：思想是物理现象【视频】[人脑漫游].Newmov-Brain.Story-Ep01.avi 4’43” ~ 10’16”暂停 切除的脑瘤，接近人脑的语言区。为避免误伤，切除时病人必须保持清醒。 当电极接触到语言区，病人语言功能被抑制，无法继续数数。 声带没有瘫痪，瘫痪的是转换概念的心理过程。 小跑题：请小木球、果蝇谈一下第一次解剖时有没有心理障碍？幻想肢幻想肢【视频】[人脑漫游].Newmov-Brain.Story-Ep01.avi 10’16”继续 ~ 15’00” 为什么截肢病人感觉到自己的手还在？ 虽然手截肢，但是代表手部的脑区依然完整。 为什么触碰嘴角，会感到小指在动？ 原来连结到手部的脑区，被重新连结到来自于脸部的信号输入上。 谢谢！谢谢！