《中枢神经系统的发育过程》课件

中枢神经系统的发育过程从神经管形成到成熟神经网络建立，中枢神经系统发育是一个复杂而精确的过程目录1中枢神经系统概述2神经系统发育的主要阶段3分子机制和信号通路4关键期和可塑性中枢神经系统概述大脑脊髓神经元神经胶质细胞思维、感知、记忆的中心连接大脑与身体的通道信息传递的基本单位支持神经元功能神经系统发育的时间线受精后周31神经板形成月21-3神经管闭合与分化月3-83神经元产生与迁移出生后年42突触形成高峰期儿童期至青春期5突触修剪与髓鞘化神经管形成（神经化）外胚层特化信号抑制引起神经外胚层形成BMP神经板形成变厚的神经外胚层形成神经板神经褶隆起神经板两侧形成神经褶神经管闭合神经褶接近接触融合神经管形成原始脑泡出现两侧神经褶向中线移动细胞粘附分子介导神经褶融形成中空管状结构神经管前端扩张形成脑泡合神经管分化前脑中脑后脑发育为端脑和间脑形成中脑结构和顶盖发育为脑桥、小脑和延髓脊髓的发育功能连接1神经环路形成髓鞘形成2白质通路建立轴突延伸3上下运动神经元连接神经元分化4灰质内各类神经元定型脊髓模式形成5背腹轴形成神经元发生（神经发生）神经干细胞激活对称分裂1休眠细胞进入细胞周期产生更多干细胞2神经元分化不对称分裂43前体细胞发育为成熟神经元产生前体细胞神经元增殖对称分裂不对称分裂增殖调控产生两个相同的子细胞产生一个干细胞和一个信号和细胞周期Notch前体细胞调控因子控制增殖放射状胶质细胞既是神经干细胞又提供迁移支架的双功能细胞基底端伸向脑膜，顶端伸向脑室神经元迁移（）1脑室区产生神经元神经干细胞分裂沿放射状胶质细胞迁移细胞体移动方式似攀爬抵达皮层目标位置后出生的神经元迁移距离更远脱离放射状胶质细胞终止迁移并定居神经元迁移（）2切向迁移生长锥导向小脑迁移示例平行于脑表面方向移动引导分子吸引或排斥迁移颗粒细胞具有独特迁移模式神经元分化基因表达改变1特定转录因子激活形态学变化2细胞体积增大，细胞器成熟轴突与树突形成3突起伸出并获取极性功能分化4离子通道表达与神经递质合成神经元极性初始对称性打破单一轴突确定微管和肌动蛋白骨架重排复合物和参与调控Par GSK-3β12极性维持43多个树突形成通过正反馈循环稳定极性与轴突分子标记不同轴突导向生长锥引导分子路径寻找感知环境信号的动态结构、等吸引或排斥轴突轴突通过中间目标点到达最终靶点Netrin Slit突触发生（）1轴突到达靶区1生长锥感知靶细胞信号初始接触2细胞粘附分子介导识别突触前分化3囊泡聚集与主动区蛋白募集神经递质释放机制形成4蛋白复合物组装SNARE突触发生（）2去乙酰化酶的作用介导组蛋白修饰蛋白募集PSD关键支架蛋白分子聚集PSD-95受体组装谷氨酸受体插入突触后膜细胞骨架重组树突棘形成与稳定突触修剪2×50%冗余突触活动依赖性保留微米吞噬清除神经系统初期形成过多突触连接，之后通过竞争机制保留功能性突触髓鞘形成前体细胞分化发育为少突胶质细胞OPCs轴突识别少突胶质细胞与轴突接触包绕过程细胞膜多次环绕轴突紧密化细胞膜间水分排出形成紧密结构中枢神经系统髓鞘化出生前1脊髓开始髓鞘化出生后年21感觉和运动通路髓鞘化岁1-53大脑半球髓鞘化青春期4前额叶髓鞘化成年早期5联络纤维完成髓鞘化神经胶质细胞发育星形胶质细胞少突胶质细胞小胶质细胞室管膜细胞支持神经元代谢，参与突触形成髓鞘，加速信号传导免疫监视，突触修剪脑脊液流动，干细胞功能功能神经环路的形成初始连接活动依赖性重塑1轴突到达靶区形成突触同时激活，同时连接2稳定成熟环路突触强化削弱4/3保持必要连接，消除冗余和机制调节突触强度LTP LTD大脑皮层的发育内侧向外侧分层1由内到外形成六层结构功能区分化2视觉、听觉、运动等皮层区域特化柱状组织结构3垂直于表面的功能柱形成水平连接建立4皮层内和皮层间的联系发育海马的发育内侧面皮层弯曲锯齿回形成区域分化内部环路建立CA形成海马原基颗粒细胞产生与迁移锥体细胞排列成区三突触回路形成CA1-CA3小脑的发育菱脑峡起源来自后脑顶部外颗粒层形成颗粒细胞前体移入浦肯野细胞层发育大型神经元提前分化叶片与沟回形成表面积极大扩展基底神经节的发育源自端脑基底部的节细胞隆起，分化为纹状体、苍白球等结构多巴胺能神经元与基底神经节建立关键连接丘脑的发育高级感觉信息整合1多感觉输入汇聚皮层联系建立2丘脑皮层通路形成功能核团分化3特异性核团承担不同功能间脑分区4丘脑从间脑分化出来下丘脑的发育间脑基部起源神经内分泌分化生物钟中心形成源自神经管腹侧部分产生多种调节激素视交叉上核发育自主调节功能体温、食欲等控制系统脑干的发育中脑发育脑桥发育延髓发育黑质和被盖区形成脑桥核团和纤维束建立生命维持中枢形成视觉系统的发育视泡形成1前脑泡外侧膨出视杯与晶状体形成2双层视网膜原基视网膜分层3光感受器和神经元分化视神经形成4视网膜节细胞轴突延伸视皮层柱状结构5优势眼柱和方位柱形成听觉系统的发育耳泡形成表面外胚层内陷耳蜗发育螺旋形结构与柯蒂器听神经元分化双极听觉神经元形成中枢听觉通路听觉皮层拓扑图形成嗅觉系统的发育嗅板形成嗅神经元分化1前脑泡前部特化区域嗅上皮中感受器细胞发育2嗅球和嗅皮层形成嗅神经轴突导向43嗅小球结构建立轴突从鼻腔向脑生长体感系统的发育1外周感受器分化皮肤、肌肉和关节感受器形成2感觉神经元发育背根神经节中伪单极神经元3上行通路建立后柱内侧丘系统和脊髓丘脑束-4体感皮层拓扑图身体各部位在皮层的代表区运动系统的发育皮质脊髓束运动神经元肌肉支配从运动皮层至脊髓的直接通路上下运动神经元连接形成神经与肌肉纤维形成神经肌肉接头神经递质系统的发育神经营养因子NGF BDNFNT-3外周交感神经元存活海马和皮层神经元可塑感觉神经元和小脑发育性GDNF多巴胺能神经元保护转录因子在神经发育中的作用Sox2维持神经干细胞特性Pax6神经管区域化和眼睛发育Ngn1/2促进神经元分化Olig2寡突胶质细胞谱系决定表观遗传调控甲基化组蛋白乙酰化非编码DNA RNA抑制神经干细胞基因表达转向分化促进神经元基因表达和突触可塑性参与神经元分化和轴突生长miRNA细胞外基质在神经发育中的作用细胞外基质为神经元迁移提供支架，调节轴突导向，参与突触形成与稳定各种细胞外基质蛋白与细胞表面受体相互作用细胞骨架在神经发育中的作用1微管轴突延伸主要骨架，细胞内物质运输轨道2微丝生长锥动态变化，引导轴突转向3中间丝神经元结构稳定，树突支架4微管相关蛋白调节微管动态，控制轴突生长速度钙信号在神经发育中的作用电活动在神经发育中的作用自发性活动环路调整1神经元网络早期自主性放电同步活动促进正确连接形成2剪除弱连接突触强化43不活跃的突触被消除经验依赖活动巩固功能环路神经发育的关键期（）1出生前1基础视路形成出生后月21-3双眼视觉开始整合月3-83眼优势柱最敏感期岁前45立体视觉关键发育期青春期5关键期结束，可塑性降低神经发育的关键期（）2出生个月-6对所有语言音素敏感个月6-12非母语音素敏感度下降岁1-3词汇和语法快速学习青春期前语言学习相对容易成年后语言学习能力下降但仍可学习大脑可塑性突触可塑性突触连接强度改变，和机制LTP LTD结构可塑性新突触形成和消除，树突棘变化神经元可塑性神经元内在特性变化，兴奋性调节网络可塑性功能区重组，代偿性适应神经干细胞和再生侧脑室下区海马齿状回再生潜能治疗前景产生嗅球神经元产生颗粒细胞神经元受限但可被激活细胞移植与内源性干细胞激活环境因素对神经发育的影响营养毒素压力丰富环境叶酸和对神经管和酒精、铅和汞可干扰正常神产前产后压力通过皮质醇影促进突触形成，增强神经连omega-3突触发育关键经发育响大脑发育接神经发育障碍（）1社交和沟通困难1核心症状兴趣局限和重复行为2刻板行为模式大脑连接异常3局部过度连接，远程连接不足基因和环境因素4多基因遗传与环境交互早期发育异常5皮层发育和突触修剪问题神经发育障碍（）2注意缺陷多动冲动神经递质失衡前额叶执行功能障碍基底神经节抑制控制障碍多巴胺和去甲肾上腺素系统异常神经发育障碍（）31阅读障碍2书写障碍语音处理和视觉词形识别异常精细运动控制和视空间处理困难3计算障碍4听觉加工障碍顶叶数量加工区域发育异常听觉系统时间处理异常先天性脑畸形小头畸形脑积水无脑畸形脑裂畸形脑回异常其他早产儿的神经发育风险因素皮层发育连接发育保护策略脑室周围白质软化、脑出血皮层叠加和沟回形成延迟白质连接和髓鞘化异常袋鼠式护理、早期干预、神风险经保护药物胎儿酒精谱系障碍面部特征大脑影响细胞机制人中平坦，上唇薄，眼睑裂狭窄胼胝体发育不全，小头畸形神经元凋亡增加，迁移紊乱神经发育与精神疾病遗传风险早期发育异常1多基因复合遗传神经元迁移和突触修剪问题2青春期变化环境应激43前额叶皮层发育和荷尔蒙变化增加易感个体发病风险神经退行性疾病的发育视角神经发育保留机制发育蛋白在成人被重激活疾病易感性形成早期发育异常增加晚年风险神经保护机制减弱发育期形成的保护机制逐渐消失微环境变化从支持发育转变为促进退化神经发育研究的新技术现代技术使研究人员能以前所未有的精度和全面性研究神经系统发育神经发育研究的伦理问题1人类胚胎研究2脑类器官伦理可接受研究程度和伦理限制意识问题和研究边界3基因编辑伦理4神经数据隐私治疗性与增强性应用界限脑影像和基因数据保护总结中枢神经系统发育的关键概念时空特异性1每个事件有严格的时间和空间顺序细胞多样性2复杂的细胞类型满足不同功能需求精确连接3特异性连接形成功能环路经验依赖性4环境输入塑造最终结构和功能未来展望神经发育研究的前沿方向人类特异性研究系统动力学再生医学人脑独特发育特征发育神经环路形成规律诱导内源性修复能力计算模型多尺度模拟神经发育。