神經科學導論探索神經系統奧秘的旅程課程概述課程目標掌握神經科學基本原理學習內容從分子到系統層面理解神經功能考核方式第一章：神經科學基礎1神經科學的定義研究神經系統結構與功能的科學2研究對象和方法從分子到整個神經系統的多層次研究歷史發展神經科學的跨學科性質生物學細胞和分子機制1心理學行為和認知過程2醫學疾病診斷與治療3物理學電信號傳導和成像4計算機科學模型和數據分析5神經系統的基本結構中樞神經系統大腦和脊髓信息處理和整合中心周圍神經系統腦神經和脊神經連接中樞與身體其他部位神經元的結構細胞體含有細胞核和細胞器樹突接收信息的分支軸突傳導信號至其他神經元神經元的類型感覺神經元將感覺信息傳入中樞神經系統運動神經元將指令從中樞傳至肌肉中間神經元在神經系統內部傳遞信息神經膠質細胞支持功能為神經元提供物理支持絕緣功能形成髓鞘加速信號傳導保護功能清除有害物質和病原體營養功能為神經元提供營養物質突觸的結構和功能化學突觸通過神經遞質傳遞信息有突觸間隙電突觸通過縫隙連接直接傳導傳遞速度更快神經遞質多巴胺獎勵和運動控制血清素情緒和睡眠調節谷氨酸興奮性傳遞GABA抑制性傳遞動作電位1靜息期膜電位保持在-70mV2去極化鈉離子內流導致電位升高3復極化鉀離子外流使電位恢復4超極化暫時性電位低于靜息水平離子通道電壓門控通道響應膜電位變化參與動作電位的產生配體門控通道響應特定分子結合在突觸傳遞中發揮作用突觸可塑性長時程增強（LTP）突觸強度增加記憶形成的基礎長時程抑制（LTD）突觸強度減弱避免突觸飽和第二章：神經系統發育神經板形成胚胎早期特化神經管閉合形成中樞神經系統原基神經元的遷移細胞移動到目標位置神經連接形成建立功能性網絡軸突導向1生長錐軸突末端的特化結構2吸引信號引導軸突向目標移動3排斥信號阻止軸突進入錯誤區域4導向分子如神經素和信號蛋白突觸形成1軸突到達目標生長錐接觸靶細胞2初步聯系細胞黏附分子介導3突觸前區組裝遞質釋放機制形成4突觸后區組裝受體聚集和支架形成神經元凋亡過度產生初始神經元數量多于需要1競爭神經營養因子僅部分神經元獲取足夠支持2程序性死亡未獲支持的細胞啟動凋亡3系統優化形成精確連接的神經網絡4大腦可塑性1關鍵期特定發育階段敏感性高2經驗依賴環境輸入塑造神經連接3修剪機制不用的連接被消除4強化機制頻繁使用的連接被鞏固第三章：感覺系統1高級皮層處理整合和解釋感覺信息2感覺皮層初級信息分析3丘腦中繼信息過濾和轉發4感覺受體刺激轉換為神經信號視覺系統1視網膜光轉化為神經信號2視神經和視交叉信息傳遞和部分交叉3外側膝狀體丘腦中繼站4初級視覺皮層基本特征分析初級視覺皮層功能柱處理特定視覺特征的神經元垂直排列感受野神經元響應的視野區域邊緣和方向檢測高級視覺加工初級視覺皮層基本特征分析腹側通路"什么"通路物體識別背側通路"在哪里"通路空間定位聽覺系統1外耳收集聲波2中耳放大聲波振動3內耳轉換為神經信號4聽覺通路蝸核→下丘→丘腦→聽覺皮層聽覺皮層音調圖不同頻率在皮層的有序排列語音處理特化區域識別人類語音空間定位分析聲音來源位置體感系統觸覺機械感受器檢測壓力和振動溫度感熱感受器和冷感受器痛覺傷害性感受器監測組織損傷味覺和嗅覺味覺舌頭味蕾識別五種基本味道信息經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第四章：運動系統皮層計劃啟動和規劃動作基底核和小腦調整和協調運動脊髓回路執行基本模式運動單位肌肉收縮實現動作脊髓反射感受器激活感受刺激如肌腱拉伸1感覺信息傳入信號傳至脊髓2脊髓整合簡單反射不需大腦參與3運動反應信號傳至肌肉產生反應4運動皮層初級運動皮層直接控制肌肉運動體征圖排列前運動皮層計劃復雜動作序列輔助運動區參與動作啟動和協調基底神經節1結構組成尾狀核、殼核、蒼白球等2運動控制選擇和抑制運動程序3多巴胺調節影響運動啟動和流暢性4病理關聯帕金森病和亨廷頓舞蹈病小腦平衡控制維持身體穩定動作協調精確控制運動時間和力度運動學習優化和記憶復雜動作第五章：自主神經系統交感神經系統"戰斗或逃跑"激活機體應對威脅副交感神經系統"休息與消化"促進能量恢復和儲存自主神經系統的功能心血管調節控制心率和血壓1消化系統調節胃腸道活動2呼吸調節控制呼吸速率和深度3體溫調節控制出汗和血管舒縮4內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非快速眼動睡眠N1→N2→N3階段逐漸深入3快速眼動睡眠做夢，腦活動類似清醒睡眠的神經機制上行激活系統維持清醒狀態下丘腦前區促進睡眠視交叉上核控制晝夜節律睡眠障礙失眠難以入睡或維持睡眠與壓力和焦慮相關睡眠呼吸暫停睡眠中呼吸反復中斷導致日間嗜睡發作性睡病突然入睡與下丘腦功能異常有關第七章：學習與記憶1感覺記憶毫秒級短暫存儲2短期/工作記憶有限容量的暫時存儲3長期記憶大容量持久存儲短期記憶和工作記憶7±2容量限制同時保持的信息量20秒時間限制無復述情況下的保持時間46區前額葉皮層工作記憶的關鍵腦區長期記憶陳述性記憶事實和事件的記憶依賴海馬體和皮層非陳述性記憶技能和習慣的記憶依賴基底核和小腦海馬體和記憶1結構位于顳葉內側2空間記憶位置細胞編碼環境3記憶形成新經歷的暫時存儲4雙側損傷導致前向性遺忘記憶固化編碼信息初次獲取1鞏固重復激活加強連接2存儲長期保持3提取需要時訪問信息4第八章：語言和大腦布羅卡區語言產生位于額葉韋尼克區語言理解位于顳葉弓狀束連接語言區域整合語言加工語言障礙布羅卡失語語言產生困難語法簡化，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第九章：情緒和社會認知12345杏仁核情緒反應，尤其是恐懼前扣帶皮層情緒調節和注意力眶額皮層獎賞評估和決策島葉內部狀態感知下丘腦身體情緒反應應激反應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激素促進腎上腺釋放皮質醇身體反應能量調動和免疫抑制社會認知鏡像神經元觀察他人行為時激活幫助理解他人意圖理論心智推測他人心理狀態的能力依賴顳頂聯合區面部識別特化腦區識別面孔梭狀回面孔區第十章：意識和注意力1自我意識認識到自己存在2意識體驗主觀感受和體驗質量3覺醒狀態對環境的基本警覺第十一章：神經可塑性與康復突觸可塑性連接強度變化皮層重塑神經體征圖變化結構可塑性新連接形成功能重組新區域接管功能腦損傷后的重組1急性期初始損傷和細胞死亡2亞急性期代償機制啟動3恢復期新連接形成和功能代償4穩定期最終功能狀態確立第十二章：神經系統疾病神經退行性疾病漸進性神經元丟失如阿爾茨海默病和帕金森病精神疾病認知、情緒和行為異常如抑郁癥和精神分裂癥發育障礙早期腦發育異常如自閉癥和多動癥阿爾茨海默病1病理特征淀粉樣蛋白斑塊和神經纖維纏結2臨床表現進行性記憶喪失和認知功能下降3危險因素年齡、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多巴胺神經元丟失多巴胺缺乏基底神經節功能失調運動信號傳遞異常運動癥狀震顫、僵硬、運動遲緩非運動癥狀嗅覺喪失、睡眠障礙、認知變化抑郁癥神經遞質失調血清素和去甲腎上腺素減少1神經可塑性降低神經營養因子水平下降2神經環路功能異常前額葉和邊緣系統連接改變3情緒和認知變化負面思維和情緒調節困難4精神分裂癥多巴胺假說邊緣系統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：神經科學研究方法現代神經科學結合多種技術研究神經系統單細胞記錄原理微電極記錄單個神經元電活動可測量靜息電位和動作電位優勢時間分辨率高直接測量神經元活動局限性侵入性強同時記錄的神經元數量有限功能磁共振成像（fMRI）血氧水平依賴信號反映神經活動引起的血流變化空間分辨率毫米級定位活躍腦區時間分辨率秒級響應，慢于實際神經活動分析方法統計參數映射和功能連接分析腦電圖（EEG）和事件相關電位（ERP）腦電圖（EEG）頭皮記錄大量神經元同步活動事件相關電位（ERP）特定刺激引起的時間鎖定