神經(jīng)科學(xué)導(dǎo)論探索神經(jīng)系統(tǒng)奧秘的旅程課程概述課程目標(biāo)掌握神經(jīng)科學(xué)基本原理學(xué)習(xí)內(nèi)容從分子到系統(tǒng)層面理解神經(jīng)功能考核方式第一章：神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)1神經(jīng)科學(xué)的定義研究神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的科學(xué)2研究對(duì)象和方法從分子到整個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)的多層次研究歷史發(fā)展神經(jīng)科學(xué)的跨學(xué)科性質(zhì)生物學(xué)細(xì)胞和分子機(jī)制1心理學(xué)行為和認(rèn)知過程2醫(yī)學(xué)疾病診斷與治療3物理學(xué)電信號(hào)傳導(dǎo)和成像4計(jì)算機(jī)科學(xué)模型和數(shù)據(jù)分析5神經(jīng)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)中樞神經(jīng)系統(tǒng)大腦和脊髓信息處理和整合中心周圍神經(jīng)系統(tǒng)腦神經(jīng)和脊神經(jīng)連接中樞與身體其他部位神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)細(xì)胞體含有細(xì)胞核和細(xì)胞器樹突接收信息的分支軸突傳導(dǎo)信號(hào)至其他神經(jīng)元神經(jīng)元的類型感覺神經(jīng)元將感覺信息傳入中樞神經(jīng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元將指令從中樞傳至肌肉中間神經(jīng)元在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部傳遞信息神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞支持功能為神經(jīng)元提供物理支持絕緣功能形成髓鞘加速信號(hào)傳導(dǎo)保護(hù)功能清除有害物質(zhì)和病原體營(yíng)養(yǎng)功能為神經(jīng)元提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)突觸的結(jié)構(gòu)和功能化學(xué)突觸通過神經(jīng)遞質(zhì)傳遞信息有突觸間隙電突觸通過縫隙連接直接傳導(dǎo)傳遞速度更快神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺獎(jiǎng)勵(lì)和運(yùn)動(dòng)控制血清素情緒和睡眠調(diào)節(jié)谷氨酸興奮性傳遞GABA抑制性傳遞動(dòng)作電位1靜息期膜電位保持在-70mV2去極化鈉離子內(nèi)流導(dǎo)致電位升高3復(fù)極化鉀離子外流使電位恢復(fù)4超極化暫時(shí)性電位低于靜息水平離子通道電壓門控通道響應(yīng)膜電位變化參與動(dòng)作電位的產(chǎn)生配體門控通道響應(yīng)特定分子結(jié)合在突觸傳遞中發(fā)揮作用突觸可塑性長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（LTP）突觸強(qiáng)度增加記憶形成的基礎(chǔ)長(zhǎng)時(shí)程抑制（LTD）突觸強(qiáng)度減弱避免突觸飽和第二章：神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育神經(jīng)板形成胚胎早期特化神經(jīng)管閉合形成中樞神經(jīng)系統(tǒng)原基神經(jīng)元的遷移細(xì)胞移動(dòng)到目標(biāo)位置神經(jīng)連接形成建立功能性網(wǎng)絡(luò)軸突導(dǎo)向1生長(zhǎng)錐軸突末端的特化結(jié)構(gòu)2吸引信號(hào)引導(dǎo)軸突向目標(biāo)移動(dòng)3排斥信號(hào)阻止軸突進(jìn)入錯(cuò)誤區(qū)域4導(dǎo)向分子如神經(jīng)素和信號(hào)蛋白突觸形成1軸突到達(dá)目標(biāo)生長(zhǎng)錐接觸靶細(xì)胞2初步聯(lián)系細(xì)胞黏附分子介導(dǎo)3突觸前區(qū)組裝遞質(zhì)釋放機(jī)制形成4突觸后區(qū)組裝受體聚集和支架形成神經(jīng)元凋亡過度產(chǎn)生初始神經(jīng)元數(shù)量多于需要1競(jìng)爭(zhēng)神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子僅部分神經(jīng)元獲取足夠支持2程序性死亡未獲支持的細(xì)胞啟動(dòng)凋亡3系統(tǒng)優(yōu)化形成精確連接的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)4大腦可塑性1關(guān)鍵期特定發(fā)育階段敏感性高2經(jīng)驗(yàn)依賴環(huán)境輸入塑造神經(jīng)連接3修剪機(jī)制不用的連接被消除4強(qiáng)化機(jī)制頻繁使用的連接被鞏固第三章：感覺系統(tǒng)1高級(jí)皮層處理整合和解釋感覺信息2感覺皮層初級(jí)信息分析3丘腦中繼信息過濾和轉(zhuǎn)發(fā)4感覺受體刺激轉(zhuǎn)換為神經(jīng)信號(hào)視覺系統(tǒng)1視網(wǎng)膜光轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號(hào)2視神經(jīng)和視交叉信息傳遞和部分交叉3外側(cè)膝狀體丘腦中繼站4初級(jí)視覺皮層基本特征分析初級(jí)視覺皮層功能柱處理特定視覺特征的神經(jīng)元垂直排列感受野神經(jīng)元響應(yīng)的視野區(qū)域邊緣和方向檢測(cè)高級(jí)視覺加工初級(jí)視覺皮層基本特征分析腹側(cè)通路"什么"通路物體識(shí)別背側(cè)通路"在哪里"通路空間定位聽覺系統(tǒng)1外耳收集聲波2中耳放大聲波振動(dòng)3內(nèi)耳轉(zhuǎn)換為神經(jīng)信號(hào)4聽覺通路蝸核→下丘→丘腦→聽覺皮層聽覺皮層音調(diào)圖不同頻率在皮層的有序排列語音處理特化區(qū)域識(shí)別人類語音空間定位分析聲音來源位置體感系統(tǒng)觸覺機(jī)械感受器檢測(cè)壓力和振動(dòng)溫度感熱感受器和冷感受器痛覺傷害性感受器監(jiān)測(cè)組織損傷味覺和嗅覺味覺舌頭味蕾識(shí)別五種基本味道信息經(jīng)丘腦到島葉皮層嗅覺嗅上皮感受氣味分子信息直接傳至嗅球和邊緣系統(tǒng)第四章：運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)皮層計(jì)劃啟動(dòng)和規(guī)劃動(dòng)作基底核和小腦調(diào)整和協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)脊髓回路執(zhí)行基本模式運(yùn)動(dòng)單位肌肉收縮實(shí)現(xiàn)動(dòng)作脊髓反射感受器激活感受刺激如肌腱拉伸1感覺信息傳入信號(hào)傳至脊髓2脊髓整合簡(jiǎn)單反射不需大腦參與3運(yùn)動(dòng)反應(yīng)信號(hào)傳至肌肉產(chǎn)生反應(yīng)4運(yùn)動(dòng)皮層初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮層直接控制肌肉運(yùn)動(dòng)體征圖排列前運(yùn)動(dòng)皮層計(jì)劃復(fù)雜動(dòng)作序列輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)參與動(dòng)作啟動(dòng)和協(xié)調(diào)基底神經(jīng)節(jié)1結(jié)構(gòu)組成尾狀核、殼核、蒼白球等2運(yùn)動(dòng)控制選擇和抑制運(yùn)動(dòng)程序3多巴胺調(diào)節(jié)影響運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)和流暢性4病理關(guān)聯(lián)帕金森病和亨廷頓舞蹈病小腦平衡控制維持身體穩(wěn)定動(dòng)作協(xié)調(diào)精確控制運(yùn)動(dòng)時(shí)間和力度運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)優(yōu)化和記憶復(fù)雜動(dòng)作第五章：自主神經(jīng)系統(tǒng)交感神經(jīng)系統(tǒng)"戰(zhàn)斗或逃跑"激活機(jī)體應(yīng)對(duì)威脅副交感神經(jīng)系統(tǒng)"休息與消化"促進(jìn)能量恢復(fù)和儲(chǔ)存自主神經(jīng)系統(tǒng)的功能心血管調(diào)節(jié)控制心率和血壓1消化系統(tǒng)調(diào)節(jié)胃腸道活動(dòng)2呼吸調(diào)節(jié)控制呼吸速率和深度3體溫調(diào)節(jié)控制出汗和血管舒縮4內(nèi)分泌控制影響激素釋放5第六章：睡眠與覺醒1清醒大腦活躍，外部刺激敏感2非快速眼動(dòng)睡眠N1→N2→N3階段逐漸深入3快速眼動(dòng)睡眠做夢(mèng)，腦活動(dòng)類似清醒睡眠的神經(jīng)機(jī)制上行激活系統(tǒng)維持清醒狀態(tài)下丘腦前區(qū)促進(jìn)睡眠視交叉上核控制晝夜節(jié)律睡眠障礙失眠難以入睡或維持睡眠與壓力和焦慮相關(guān)睡眠呼吸暫停睡眠中呼吸反復(fù)中斷導(dǎo)致日間嗜睡發(fā)作性睡病突然入睡與下丘腦功能異常有關(guān)第七章：學(xué)習(xí)與記憶1感覺記憶毫秒級(jí)短暫存儲(chǔ)2短期/工作記憶有限容量的暫時(shí)存儲(chǔ)3長(zhǎng)期記憶大容量持久存儲(chǔ)短期記憶和工作記憶7±2容量限制同時(shí)保持的信息量20秒時(shí)間限制無復(fù)述情況下的保持時(shí)間46區(qū)前額葉皮層工作記憶的關(guān)鍵腦區(qū)長(zhǎng)期記憶陳述性記憶事實(shí)和事件的記憶依賴海馬體和皮層非陳述性記憶技能和習(xí)慣的記憶依賴基底核和小腦海馬體和記憶1結(jié)構(gòu)位于顳葉內(nèi)側(cè)2空間記憶位置細(xì)胞編碼環(huán)境3記憶形成新經(jīng)歷的暫時(shí)存儲(chǔ)4雙側(cè)損傷導(dǎo)致前向性遺忘記憶固化編碼信息初次獲取1鞏固重復(fù)激活加強(qiáng)連接2存儲(chǔ)長(zhǎng)期保持3提取需要時(shí)訪問信息4第八章：語言和大腦布羅卡區(qū)語言產(chǎn)生位于額葉韋尼克區(qū)語言理解位于顳葉弓狀束連接語言區(qū)域整合語言加工語言障礙布羅卡失語語言產(chǎn)生困難語法簡(jiǎn)化，說話吃力韋尼克失語語言理解困難流暢但無意義的言語閱讀障礙閱讀和拼寫困難與語音處理異常相關(guān)第九章：情緒和社會(huì)認(rèn)知12345杏仁核情緒反應(yīng)，尤其是恐懼前扣帶皮層情緒調(diào)節(jié)和注意力眶額皮層獎(jiǎng)賞評(píng)估和決策島葉內(nèi)部狀態(tài)感知下丘腦身體情緒反應(yīng)應(yīng)激反應(yīng)感知威脅杏仁核激活下丘腦釋放因子CRF激活垂體腎上腺皮質(zhì)激素促進(jìn)腎上腺釋放皮質(zhì)醇身體反應(yīng)能量調(diào)動(dòng)和免疫抑制社會(huì)認(rèn)知鏡像神經(jīng)元觀察他人行為時(shí)激活幫助理解他人意圖理論心智推測(cè)他人心理狀態(tài)的能力依賴顳頂聯(lián)合區(qū)面部識(shí)別特化腦區(qū)識(shí)別面孔梭狀回面孔區(qū)第十章：意識(shí)和注意力1自我意識(shí)認(rèn)識(shí)到自己存在2意識(shí)體驗(yàn)主觀感受和體驗(yàn)質(zhì)量3覺醒狀態(tài)對(duì)環(huán)境的基本警覺第十一章：神經(jīng)可塑性與康復(fù)突觸可塑性連接強(qiáng)度變化皮層重塑神經(jīng)體征圖變化結(jié)構(gòu)可塑性新連接形成功能重組新區(qū)域接管功能腦損傷后的重組1急性期初始損傷和細(xì)胞死亡2亞急性期代償機(jī)制啟動(dòng)3恢復(fù)期新連接形成和功能代償4穩(wěn)定期最終功能狀態(tài)確立第十二章：神經(jīng)系統(tǒng)疾病神經(jīng)退行性疾病漸進(jìn)性神經(jīng)元丟失如阿爾茨海默病和帕金森病精神疾病認(rèn)知、情緒和行為異常如抑郁癥和精神分裂癥發(fā)育障礙早期腦發(fā)育異常如自閉癥和多動(dòng)癥阿爾茨海默病1病理特征淀粉樣蛋白斑塊和神經(jīng)纖維纏結(jié)2臨床表現(xiàn)進(jìn)行性記憶喪失和認(rèn)知功能下降3危險(xiǎn)因素年齡、基因、生活方式4治療方法乙酰膽堿酯酶抑制劑和抗淀粉樣蛋白抗體帕金森病黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元丟失多巴胺缺乏基底神經(jīng)節(jié)功能失調(diào)運(yùn)動(dòng)信號(hào)傳遞異常運(yùn)動(dòng)癥狀震顫、僵硬、運(yùn)動(dòng)遲緩非運(yùn)動(dòng)癥狀嗅覺喪失、睡眠障礙、認(rèn)知變化抑郁癥神經(jīng)遞質(zhì)失調(diào)血清素和去甲腎上腺素減少1神經(jīng)可塑性降低神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子水平下降2神經(jīng)環(huán)路功能異常前額葉和邊緣系統(tǒng)連接改變3情緒和認(rèn)知變化負(fù)面思維和情緒調(diào)節(jié)困難4精神分裂癥多巴胺假說邊緣系統(tǒng)多巴胺過度活躍前額葉多巴胺活性不足臨床癥狀陽性癥狀：幻覺和妄想陰性癥狀：情感平淡和社交退縮治療方法抗精神病藥物多巴胺受體拮抗劑第十三章：神經(jīng)科學(xué)研究方法現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)結(jié)合多種技術(shù)研究神經(jīng)系統(tǒng)單細(xì)胞記錄原理微電極記錄單個(gè)神經(jīng)元電活動(dòng)可測(cè)量靜息電位和動(dòng)作電位優(yōu)勢(shì)時(shí)間分辨率高直接測(cè)量神經(jīng)元活動(dòng)局限性侵入性強(qiáng)同時(shí)記錄的神經(jīng)元數(shù)量有限功能磁共振成像（fMRI）血氧水平依賴信號(hào)反映神經(jīng)活動(dòng)引起的血流變化空間分辨率毫米級(jí)定位活躍腦區(qū)時(shí)間分辨率秒級(jí)響應(yīng)，慢于實(shí)際神經(jīng)活動(dòng)分析方法統(tǒng)計(jì)參數(shù)映射和功能連接分析腦電圖（EEG）和事件相關(guān)電位（ERP）腦電圖（EEG）頭皮記錄大量神經(jīng)元同步活動(dòng)事件相關(guān)電位（ERP）特定刺激引起的時(shí)間鎖定