神經元探秘探索大腦基本單位的奧秘之旅課程目標1了解神經元結構認識神經元的基本組成部分2掌握神經元功能理解信息傳遞與處理機制3認識系統作用探索神經元在整個神經系統中的重要性什么是神經元？基本功能單位神經系統的核心構建塊高度專門化獨特形態支持特定功能信息處理中心負責傳遞和整合各類信號神經元的發現歷史11836年JanPurkinje首次描述神經細胞21873年CamilloGolgi發明染色技術31906年Golgi和Cajal獲諾貝爾獎神經元的基本結構細胞體神經元的主要部分樹突接收信號的分支結構軸突傳導信號的長突起細胞體123中心結構神經元的控制中心細胞核包含遺傳物質細胞器支持神經元代謝活動樹突分支結構從細胞體延伸出的多個突起信號接收接收來自其他神經元的輸入樹狀分布增大接收面積的特殊形態軸突單一突起從細胞體延伸的長纖維信號傳導傳輸電信號至目標細胞末端分支形成突觸連接的終末部分神經元的類型單極神經元只有一個突起的簡單結構雙極神經元有兩個突起的感覺細胞多極神經元多個樹突和一個軸突的復雜結構單極神經元僅有一個突起的特殊神經元，主要存在于感覺系統雙極神經元兩個突起一個樹突和一個軸突感覺系統常見于特殊感覺器官典型例子視網膜的雙極細胞多極神經元1最復雜結構信息整合能力強2多個樹突接收多源輸入3單一軸突輸出整合信號神經元的功能分類1感覺神經元傳遞外界信息2運動神經元控制肌肉活動3中間神經元處理內部信息感覺神經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特殊結構適應不同感覺模態3運動神經元傳出功能從中樞傳遞指令到外周肌肉控制引發肌纖維收縮特殊形態軸突極長可達一米中間神經元形成復雜神經回路的連接細胞，數量最多且多樣化神經元的電生理特性1靜息電位未受刺激時的基礎狀態2動作電位激活時產生的電脈沖3突觸傳遞信號在神經元間的傳遞靜息電位-70毫伏典型靜息電位值10:1鉀濃度比細胞內外差異1:10鈉濃度比細胞內外差異動作電位1去極化鈉通道打開，電位上升2峰值達到約+30mV最高點3復極化鉀通道打開，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，快速但少見化學突觸通過神經遞質傳遞，更普遍神經元之間信息傳遞的關鍵環節，決定神經網絡功能化學突觸的結構突觸前膜含有突觸小泡和釋放位點突觸間隙神經遞質擴散的狹窄空間突觸后膜富含受體蛋白的特化膜區突觸前膜突觸小泡儲存神經遞質的膜泡鈣通道觸發遞質釋放的關鍵釋放位點小泡與膜融合的特定區域突觸間隙突觸后膜受體蛋白識別特定神經遞質1信號轉導將化學信號轉為電信號2突觸后密度支架蛋白聚集區域3神經遞質在突觸間傳遞信號的化學物質，種類多樣功能各異常見神經遞質谷氨酸主要興奮性遞質GABA主要抑制性遞質乙酰膽堿神經肌肉連接關鍵多巴胺獎賞系統核心神經遞質的合成和儲存合成階段在細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遞質的釋放1鈣觸發鈣離子內流是關鍵信號2膜融合小泡與突觸前膜結合3胞吐過程遞質釋放到突觸間隙神經遞質的受體離子型受體直接形成離子通道，反應快速代謝型受體通過二級信使，反應緩慢持久突觸可塑性時間(min)LTPLTD神經元的能量代謝1ATP生成能量貨幣生產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外周可能周圍神經可部分再生2干細胞希望新技術帶來治療可能3神經元的發育1神經管形成胚胎早期關鍵步驟2神經元遷移細胞移動到目的位置3軸突導向精確連接形成過程4突觸形成功能網絡建立階段神經元遷移放射狀遷移沿神經膠質細胞移動切向遷移跨區域水平移動軸突導向1生長錐感知環境信號的結構2導向分子引導軸突生長方向3路徑選擇形成精確神經連接樹突發育初始伸展從細胞體發出突起分支形成樹枝狀結構逐漸復雜化樹突棘發育接收突觸輸入的微結構修剪過程優化連接的精細調整突觸形成初始接觸軸突與目標細胞相遇突觸分化特化結構逐漸形成功能成熟建立穩定高效連接神經元的衰老年齡神經元數量突觸密度神經退行性疾病阿爾茨海默病β-淀粉樣蛋白沉積，神經纖維纏結帕金森病多巴胺神經元丟失，路易體形成肌萎縮側索硬化癥運動神經元進行性損傷神經元損傷的保護策略神經營養因子促進神經元存活與修復抗氧化治療減少自由基損傷細胞替代干細胞移植修復損傷基因治療修正致病基因突變神經元的研究方法多學科交叉技術共同揭示神經元的結構與功能奧秘顯微鏡技術電子顯微鏡超高分辨率觀察亞細胞結構共聚焦顯微鏡三維成像清晰顯示神經形態雙光子顯微鏡活體成像觀察動態變化電生理記錄細胞內記錄精確測量單個神經元活動細胞外記錄同時監測多個神經元放電膜片鉗技術研究單個離子通道特性體內記錄在完整生物體中觀察神經活動分子生物學技術基因編輯CRISPR技術精確修改基因1RNA干擾抑制特定基因表達2單細胞測序揭示個體神經元基因差異3轉基因技術創建特殊研究模型4神經影像學功能性磁共振觀察腦區活動變化正電子斷層掃描研究神經遞質分布腦電圖記錄大腦電活動模式神經元的計算模型1Hodgkin-Huxley基于離子通道的經典模型2積分-發放簡化的神經元功能模型3人工神經網絡模擬神經元集體行為神經元與人工智能生物啟發模仿神經元基本原理深度學習多層神經網絡模型類腦計算硬件層面模擬神經系統神經元與意識神經相關物意識的生物學基礎全局工作空間信息大范圍傳播理論整合信息復雜系統信息整合假說神經元與記憶短時記憶暫時性神經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鍵腦區神經元與學習1Hebb規則共同激活的神經元連接增強2獎勵學習基于反饋的神經網絡調整3錯誤傳播通過誤差信號優化連接神經元與情緒123杏仁核情緒處理核心腦區神經遞質5-羥色胺等調節情緒應激反應皮質醇影響神經可塑性神經元與睡眠神經元與疼痛傷害感受特殊受體檢測有害刺激信號傳導沿特定神經通路傳遞中樞處理大腦解釋并調節疼痛信號神經元與成癮1成癮行為強迫性尋求物質2可塑性改變神經回路長期適應3多巴胺釋放獎賞系統激活神經元與社會行為鏡像神經元觀察他人行為時激活催產素促進社交紐帶形成獎賞系統社交互動中的正強化神經元與決策1前額葉皮層高級決策制定中心2基底神經節行動選擇的關鍵環節3風險評估權衡不同選項價值神經元研究的倫理問題1動物實驗平衡科學進步與動物福利2腦機接口思維隱私與身份完整性3神經增強公平獲取