神經元的信息傳遞課程目標了解神經元的基本結構掌握各部分形態和功能理解信息傳遞的電生理基礎靜息電位和動作電位的形成掌握神經元間的信息傳遞突觸結構和功能認識神經網絡的形成神經元的基本結構樹突接收信息的分支細胞體神經元的控制中心軸突傳導信息的通道突觸信息傳遞的接口神經元的主要組成部分樹突短而分支多表面積大接收信號細胞體含有細胞核合成蛋白質整合信號軸突單一長突起髓鞘包裹傳導信號樹突的功能1信息接收接收來自其他神經元的信號2信號整合匯集多個信號輸入3放大信號通過樹突棘增強信號強度4空間分布不同區域樹突接收不同來源信號軸突的特征結構特點單一長突起末端分支形成軸突終末含有軸漿運輸系統髓鞘包裹由少突膠質細胞形成形成郎飛結增加傳導速度功能作用傳導動作電位遠距離信號傳遞釋放神經遞質細胞體的作用整合信息綜合處理來自樹突的信號基因表達控制蛋白質合成代謝活動提供能量支持產生電信號啟動動作電位神經元的類型感覺神經元傳遞感覺信息從外周到中樞運動神經元傳遞運動指令從中樞到肌肉中間神經元連接其他神經元形成神經網絡星形膠質細胞支持神經元維持穩態感覺神經元結構特點假單極細胞信息流向外周→中樞功能作用感知環境刺激位于背根神經節，負責將感覺信息從外周傳入中樞神經系統運動神經元位置脊髓前角特征胞體大，軸突長傳遞中樞→肌肉作用控制肌肉收縮中間神經元90%數量占比神經系統中最多的神經元類型1000+連接數單個中間神經元可形成的突觸連接10cm軸突長度局部環路中的平均長度連接感覺和運動神經元，形成復雜的神經網絡，參與信息處理神經元的電生理基礎靜息電位膜內外電位差：-70mV動作電位電信號快速變化離子交換Na+、K+通過通道流動信號傳導沿軸突單向傳播靜息電位細胞內濃度(mM)細胞外濃度(mM)靜息時膜內外離子分布不均，形成約-70mV的電位差動作電位去極化Na+內流，膜電位上升復極化K+外流，膜電位下降超極化暫時低于靜息電位恢復期返回靜息狀態離子通道的作用電壓門控鈉通道對膜電位變化敏感電壓門控鉀通道開放較慢，關閉緩慢配體門控通道受神經遞質調控去極化和復極化過程閾值達到膜電位升至-55mV去極化Na+通道開放，Na+內流復極化K+通道開放，K+外流恢復原狀Na+/K+泵重建離子梯度不應期絕對不應期持續1-2msNa+通道失活不能產生新動作電位相對不應期持續3-4ms部分Na+通道恢復需更強刺激才能激活生理意義保證信號單向傳導限制最大放電頻率防止過度興奮局部電位和閾值局部電位可以是去極化或超極化，振幅小，只能局部擴散閾值是引發動作電位所需的最小去極化水平，約為-55mV神經元間的信息傳遞電信號傳導動作電位沿軸突傳播抵達突觸前膜激活突觸前終末化學信號轉換釋放神經遞質受體結合引起突觸后電位突觸的結構突觸前膜含突觸小泡有主動區結構儲存和釋放遞質突觸間隙寬度20-40nm連接前后膜遞質擴散區域突觸后膜含受體蛋白有突觸后致密物接收化學信號突觸前膜突觸小泡儲存神經遞質主動區小泡錨定和釋放位點鈣通道控制遞質釋放突觸小泡循環回收和再填充過程突觸間隙20nm寬度神經元間的物理間隔0.2ms遞質擴散時間從釋放到結合的平均時間5000粘附分子維持突觸結構的連接蛋白數量充滿細胞外基質，含有黏附分子和酶類，維持突觸結構并調控遞質濃度突觸后膜受體密集區高濃度受體蛋白聚集突觸后致密物骨架支撐結構信號轉導系統二級信使級聯反應接收神經遞質信號并轉換為電信號或生化信號化學突觸動作電位到達軸突末梢去極化鈣離子內流激活釋放機制遞質釋放小泡與膜融合受體激活引起突觸后反應電突觸基本結構縫隙連接細胞間直接連通六聚體通道蛋白功能特點雙向傳遞傳導速度快同步活動無延遲效應神經遞質的類型1234氨基酸類谷氨酸GABA甘氨酸胺類多巴胺5-羥色胺組胺肽類內啡肽P物質神經肽Y其他乙酰膽堿ATP一氧化氮興奮性神經遞質類型主要遞質作用位置生理作用氨基酸谷氨酸中樞神經系統學習記憶膽堿乙酰膽堿神經肌肉接頭肌肉收縮單胺多巴胺獎賞回路情緒調節抑制性神經遞質γ-氨基丁酸(GABA)中樞主要抑制性遞質增加氯離子通透性抗焦慮藥物靶點甘氨酸脊髓主要抑制性遞質控制運動神經元活動調節疼痛傳導5-羥色胺部分突觸呈抑制作用調節睡眠和情緒抗抑郁藥物靶點神經遞質的合成和儲存合成途徑酶催化特定前體物質軸漿運輸從胞體到軸突末梢包裝儲存裝入突觸小泡遞質池形成儲備池和可釋放池神經遞質的釋放過程1動作電位到達電壓門控Ca2+通道開放鈣離子內流Ca2+濃度瞬間升高膜融合SNARE蛋白介導小泡融合遞質釋放通過融合孔釋放到間隙鈣離子在神經遞質釋放中的作用Ca2+濃度(μM)遞質釋放量(相對單位)鈣離子是遞質釋放的直接觸發因子，濃度與釋放量呈非線性關系突觸小泡的融合和釋放錨定階段小泡靠近突觸前膜主動區停靠階段SNARE復合物形成融合階段鈣離子觸發膜融合釋放階段遞質擴散到突觸間隙神經遞質與受體的結合特異性識別鎖鑰匹配原理構象變化受體蛋白結構改變通道開放允許特定離子通過信號放大激活下游信號通路離子通道型受體結構特點跨膜多亞基復合物中央離子通道配體結合區域主要類型尼古丁型乙酰膽堿受體NMDA谷氨酸受體GABAA受體5-HT3受體功能特點快速反應（毫秒級）直接改變膜電位介導快速突觸傳遞G蛋白偶聯受體遞質結合與受體胞外域結合G蛋白激活GTP取代GDP效應器激活如腺苷酸環化酶二級信使產生如cAMP、IP3、DAG生化級聯反應蛋白激酶活化突觸后電位突觸后膜產生的局部電位變化，包括興奮性和抑制性幅度小（0.1-5mV），可以空間和時間整合興奮性突觸后電位（EPSP）形成機制Na+、Ca2+通道開放正離子內流膜去極化特點振幅約0.5-1mV持續5-15ms可以累加常見遞質谷氨酸乙酰膽堿5-羥色胺(部分)抑制性突觸后電位（IPSP）形成原理Cl-內流或K+外流膜電位變化超極化或穩定在靜息電位功能作用抑制神經元放電主要遞質GABA和甘氨酸時間和空間整合空間整合不同突觸輸入同時作用同步性增強線性或非線性相加時間整合相近時間內連續輸入膜電位時間累加受膜時間常數影響突觸可塑性1短時程可塑性突觸前機制主導持續秒至分鐘2中時程可塑性突觸后修飾持續數分鐘至小時3長時程可塑性基因表達改變持續數天至終生長時程增強（LTP）誘導高頻刺激激活突觸早期機制Ca2+內流激活CaMKII3表達AMPA受體數量增加4維持蛋白質合成和結構改變長時程抑制（LTD）1Hz誘導頻率低頻刺激引發-40%突觸效能突觸強度持續降低48h+持續時間可維持數天由低頻刺激誘導，鈣離子濃度溫和上升，激活蛋白磷酸酶，導致AMPA受體內吞和突觸效能下降突觸可塑性在學習和記憶中的作用感知學習感覺神經環路重塑記憶形成海馬LTP記憶存儲皮層突觸變化記憶提取神經元通路再激活神經元信息傳遞的調節強度調節遞質釋放量變化方向調節突觸抑制與促進時間調節放電模式改變模式調節神經網絡連接改變神經調質的作用釋放特點擴散性釋放影響范圍廣作用持久常見神經調質內源性大麻素一氧化氮神經肽類調節方式影響突觸傳遞效率改變神經元興奮性調節突觸可塑性突觸前調節遞質合成調節限速酶活性控制前體物質可得性合成速率變化遞質釋放調節Ca2+流入變化突觸小泡可用性釋放概率改變自身調節自身受體反饋突觸前抑制去敏感化機制突觸后調節受體數量調節合成、轉運、降解變化受體敏感性調節磷酸化修飾改變親和力受體分布調節突觸內外側定位變化錨定蛋白調節PSD蛋白結構穩定性神經元網絡多個神經元通過突觸連接形成的功能性網絡具有反饋調節、信息整合和模式識別等功能神經環路的形成神經元產生神經干細胞分化軸突導向生長錐尋路突觸形成目標識別與連接突觸修剪無效連接消除環路成熟功能穩定反饋和前饋調節前饋抑制提高信號時間精度減少背景噪聲增強信號對比度反饋抑制防止過度興奮維持網絡穩定性產生振蕩活動神經元信息傳遞的時空特性時間特性毫秒級精確傳遞空間特性定向傳導與分布概率特性釋放與響應隨機性神經元信息傳遞具有高度時空特異性，既能精確定位又能快速傳導信息編碼頻率編碼放電頻率攜帶信息時間編碼放電精確時間點群體編碼多個神經元協同爆發編碼脈沖串模式頻率編碼刺激強度(%)放電頻率(Hz)刺激強度與神經元放電頻率呈非線性相關，編碼信息強度時間編碼精確定時毫秒級放電時間點相位編碼與背景振蕩相位關系首次放電編碼首個動作電位時間點放電間隔模式連續放電時間間隔群體編碼分布式編碼多個神經元共同表征信息同步編碼神經元群體的同步活動動態編碼時間演變的活動模式神經元信息傳遞的病理變化突觸病理突觸結構異常遞質釋放減少受體功能障礙電活動異常過度興奮異常抑制節律改變網絡功能障礙連接性改變信息整合異常神經環路失調神經退行性疾病中的信息傳遞異常疾病病理變化信息傳遞異常主要癥狀阿爾茨海默病淀粉樣蛋白沉積膽堿能系統功能下降記憶喪失帕金森病多巴胺神經元丟失基底節回路異常運動障礙亨廷頓病紋狀體神經元變性GABA能傳遞減弱舞蹈樣動作精神疾病與神經元信息傳遞抑郁癥