《神经学原理》教学课件

神经学原理探索神经系统的奥秘欢迎来到神经学原理的精彩世界！我们将一起揭开神经系统的奥秘，探索思维、行为、感知和情感背后的复杂机制课程概述与学习目标课程目标学习内容本课程旨在帮助你理解神经系统的基本原理，包括神经元的我们将涵盖从神经元的结构到复杂认知功能的方方面面，包结构和功能、神经传递、脑区的功能以及神经系统疾病的机括神经递质、突触可塑性、记忆形成、感觉信息处理、运动制等学习完成后，你将能够用神经科学的视角解读人类行控制、情绪调节、学习机制等等为，并为未来相关研究打下坚实基础神经科学发展简史古代1古希腊哲学家就开始思考意识和思维，但缺乏科学方法19世纪2神经解剖学发展，科学家开始绘制脑结构，并发现脑损伤对行为的影响20世纪初3电生理学技术诞生，科学家开始研究神经元的电活动，揭示了动作电位等基本现象20世纪中后期4分子生物学和神经影像学技术发展，使研究者能够深入研究神经元和脑区的分子机制和功能，推动了神经科学的飞速发展神经系统的基本组成中枢神经系统1包括脑和脊髓，负责处理信息和控制身体活动周围神经系统2包括连接中枢神经系统和身体各部分的周围神经，负责传递感觉信息和控制肌肉运动中枢神经系统概览脑脊髓脑是神经系统的中枢，负责思考、学习、记忆、情感等高级脊髓是脑和周围神经系统之间的中继站，负责传递信息并控功能制简单的反射活动周围神经系统概览躯体神经系统自主神经系统负责控制骨骼肌的运动，并传递来自感觉器官的信息负责调节身体的内脏器官，控制心跳、呼吸、消化等非自主活动神经元的基本结构细胞体树突包含细胞核和细胞器，负责神从细胞体伸出的分支结构，接经元的生命活动收来自其他神经元的信号轴突从细胞体延伸的单一长突起，传递神经信号到其他神经元或效应器树突的功能与特点接收信息整合信息树突表面的突触接收来自其他神经元的信号，并将其传递到树突上的突触信号会被整合，决定神经元是否会产生动作电细胞体位轴突的功能与特点信息传递传递效率轴突将神经信号从细胞体传递到突触，并释放神经递质轴突表面包覆着髓鞘，提高了信号传递的速度和效率突触的类型与结构化学突触电突触通过神经递质传递信息，大多数神经元之间都以这种方式传通过直接的电信号传递信息，速度快，但信息传递能力有限递信息神经递质及其受体去甲肾上腺素血清素谷氨酸参与警觉、情绪和影响情绪、睡眠和多巴胺主要的兴奋性神经压力反应食欲与愉悦感、动机和递质，参与学习和GABA奖励有关记忆乙酰胆碱主要的抑制性神经主要参与肌肉收缩、递质，负责抑制神34学习和记忆经元活动2516动作电位的产生机制静息电位1神经元处于静息状态，膜内带负电荷，膜外带正电荷去极化2当神经元受到刺激，钠离子通道打开，钠离子流入细胞，导致膜电位升高峰值3膜电位达到峰值，钠离子通道关闭，钾离子通道打开复极化4钾离子流出细胞，膜电位下降，恢复到静息电位超极化5膜电位短暂低于静息电位，直到恢复到静息状态静息电位的维持钠钾泵离子通道钠钾泵将钠离子泵出细胞，钾离子泵入细胞，维持细胞内外细胞膜上存在各种离子通道，允许特定离子通过细胞膜，影离子浓度差，从而维持静息电位响膜电位变化离子通道与膜电位电压门控通道1由膜电位变化控制，参与动作电位的产生和传递配体门控通道2由神经递质等配体控制，参与神经传递机械门控通道3由机械刺激控制，参与感觉信息传递突触传递过程动作电位到达突触前末梢神经元兴奋，动作电位沿轴突传递到突触前末梢钙离子内流动作电位到达突触前末梢，引起钙离子通道打开，钙离子流入细胞神经递质释放钙离子促进突触囊泡与细胞膜融合，释放神经递质进入突触间隙神经递质与受体结合神经递质与突触后膜上的受体结合，引起受体蛋白构象变化突触后膜电位变化受体蛋白构象变化，导致离子通道打开或关闭，引起突触后膜电位变化兴奋性突触后电位去极化钠离子通道兴奋性突触后电位导致突触后膜去极化，使突触后神经元更兴奋性突触后电位通常由钠离子通道打开引起，钠离子流入容易产生动作电位细胞，导致膜电位升高抑制性突触后电位超极化氯离子通道抑制性突触后电位导致突触后膜超极化，使突触后神经元更抑制性突触后电位通常由氯离子通道打开引起，氯离子流入难产生动作电位细胞，导致膜电位降低神经元的整合功能信号整合神经元会整合来自多个树突的突触信号，决定是否产生动作电位空间求和来自不同树突的突触信号同时到达，产生更大的电位变化时间求和来自同一个树突的突触信号在短时间内连续到达，产生更大的电位变化模型Hodgkin-Huxley膜电位神经元细胞膜的电压差离子通道控制离子进出细胞的通道蛋白离子浓度细胞内外特定离子的浓度积分发放模型模型原理模型应用积分发放模型假设神经元将所有输入信号整合，当整合后的积分发放模型可以用来模拟神经元在不同输入信号下的响应，信号超过阈值时，神经元就会产生动作电位为理解神经网络提供参考神经元群体动力学振荡活动神经元群体可以产生周期性的电活动，2与学习、记忆和意识等功能相关同步活动1神经元群体可以通过相互作用，同步产生动作电位，实现信息传递和信息编码功能整合神经元群体的活动模式可以用来编码不同的信息，比如视觉信息、听觉信3息等等突触可塑性原理定义重要性突触可塑性是指突触强度随时间变化的能力，是学习和记忆突触可塑性允许神经元之间建立新的连接，改变连接强度，的关键机制从而改变神经网络的功能长时程增强作用机制意义高频刺激突触后神经元，会导致突触强度增强，这种增强可长时程增强作用是学习和记忆形成的基础，帮助我们巩固记以持续数小时甚至数天忆，形成长期记忆长时程抑制作用机制意义低频刺激突触后神经元，会导致突触强度减弱，这种减弱可长时程抑制作用可以抑制无关信息，帮助我们专注于重要信以持续一段时间息，提高记忆效率海马与记忆形成海马体的作用海马体的损伤海马体是大脑中负责形成新的记忆的区域，包括情节记忆和损伤海马体会导致无法形成新的记忆，但对已经形成的记忆空间记忆没有影响工作记忆的神经基础前额叶皮层工作记忆功能前额叶皮层是大脑中负责工作记忆的区域，可以暂时存储和工作记忆让我们能够专注于当前任务，并根据需要提取和使处理信息用信息长期记忆的形成机制编码1新信息进入大脑，被编码成神经元之间的连接模式巩固2通过重复或其他方式加强记忆，形成长期记忆，不再依赖海马体提取3当我们需要使用记忆时，大脑会检索和提取相关的记忆信息大脑皮层的层次结构感觉皮层1负责处理来自感觉器官的信息，比如视觉、听觉、触觉等联想皮层2负责整合来自不同感觉皮层的信息，进行更高层次的认知处理运动皮层3负责控制身体的运动，计划和执行运动指令感觉信息处理通路感觉受体感觉受体接收来自外部环境的刺激，并将其转化为神经信号感觉神经感觉神经将信号从感觉受体传递到脊髓或脑干感觉通路感觉通路将信号传递到感觉皮层，进行更高级的处理感觉皮层感觉皮层负责识别和解读感觉信息，产生感知视觉系统的组织眼睛视觉通路视觉皮层眼睛负责接收光线信息，并将其转化视觉通路将信号从眼睛传递到视觉皮视觉皮层负责识别形状、颜色、运动为神经信号层，进行图像识别和解读等视觉信息，并形成视觉感知听觉系统的组织耳朵听觉通路听觉皮层耳朵负责接收声音信息，并将其转化听觉通路将信号从耳朵传递到听觉皮听觉皮层负责识别音调、节奏、音色为神经信号层，进行声音识别和解读等声音信息，并形成听觉感知体感系统的组织皮肤体感通路体感皮层皮肤是主要的体感受体，可以感知温体感通路将信号从皮肤传递到体感皮体感皮层负责识别和解读来自身体不度、触觉、疼痛等信息层，进行触觉、温度和疼痛信息的处同部位的体感信息，形成体感感知理运动控制系统运动皮层1运动皮层负责规划和控制身体的运动，发出运动指令基底神经节2基底神经节负责协调运动，抑制不必要的动作，选择和执行正确的动作小脑3小脑负责调节运动的精细性、平衡和协调，并学习新的运动技能脊髓4脊髓将来自脑部的运动指令传递到肌肉，控制肌肉收缩，执行运动基底神经节功能运动控制认知功能基底神经节负责协调运动，抑制不必要的动作，选择和执行基底神经节也参与认知功能，包括决策、计划和执行功能正确的动作小脑的结构与功能小脑的结构小脑的功能小脑位于大脑后部，由灰质和白质组成，包含三个叶前叶、小脑负责调节运动的精细性、平衡和协调，并学习新的运动后叶和绒球小结叶技能脊髓反射与控制反射弧反射类型反射弧是完成反射活动的结构脊髓反射包括各种类型的反射，基础，由感觉神经、中间神经比如膝跳反射、瞳孔反射、撤元、运动神经组成回反射等反射的意义脊髓反射是神经系统快速反应的机制，能够保护身体免受伤害，维持身体平衡自主神经系统交感神经系统副交感神经系统交感神经系统负责调节身体在应激状态下的反应，比如加速副交感神经系统负责调节身体在休息状态下的活动，比如减心跳、提高血压缓心跳、促进消化神经递质与情绪调节多巴胺血清素去甲肾上腺素多巴胺与愉悦感、动血清素参与情绪调节，去甲肾上腺素参与警机和奖励相关，与积与抑郁症相关觉、情绪和压力反应，极情绪有关与焦虑和愤怒相关应激反应的神经机制压力感知1下丘脑感知压力信号，比如来自外部环境的威胁或内部生理变化下丘脑-垂体-肾上腺轴2下丘脑释放促肾上腺皮质激素释放激素，促使垂体释放促肾上腺皮质激素肾上腺皮质激素释放3促肾上腺皮质激素刺激肾上腺皮质释放皮质醇，引发一系列生理反应应激反应4皮质醇会引发心率加快、血压升高、血糖升高等应激反应，帮助机体应对压力睡眠与觉醒机制脑干丘脑大脑皮层脑干负责调节睡眠和觉醒的周期，释丘脑负责传递感觉信息，在睡眠时抑大脑皮层负责控制高级认知功能，在放神经递质，控制睡眠状态制感觉信息的传递，帮助我们进入睡睡眠时活动减弱，进入休息状态眠状态注意力的神经基础12前额叶皮层顶叶皮层负责控制注意力的方向和强度参与空间注意力的处理，帮助我们关注特定区域3丘脑负责选择和传递来自感觉器官的特定信息，帮助我们集中注意力语言的神经基础布罗卡区韦尼克区负责语言的产生，控制口语和书写负责语言的理解，将听觉或视觉信息转化为语言意义决策的神经机制信息整合大脑收集来自不同脑区的决策相关信息，比如价值、风险、概率等选项评估大脑评估不同选项的价值，预测每个选项可能带来的结果选择执行大脑根据评估结果，选择最佳选项，并发出行动指令奖励系统与成瘾奖励系统成瘾机制奖励系统负责处理愉悦感和动机，促使我们重复有益的行为成瘾物质会过度刺激奖励系统，导致对该物质产生强烈的依赖和渴求学习的分子机制突触可塑性与学习学习机制记忆形成学习的过程伴随着突触强度的变化，增强或减弱特定神经元突触可塑性是记忆形成的基础，帮助我们巩固和提取记忆信之间的连接息神经元死亡与再生神经元死亡神经元再生神经元死亡是神经系统中的一种正常现象，也可能由疾病或成年哺乳动物的神经元再生能力有限，但在一些脑区仍有少损伤引起量的再生发生神经营养因子定义作用神经营养因子是一类促进神经元生长、存活和功能的蛋白质神经营养因子参与神经元的发育、修复和维持神经系统的正常功能神经修复机制轴突再生神经元移植药物治疗轴突损伤后，神经元会尝试再生轴突，将健康的干细胞移植到受损的脑区，一些药物可以促进神经元的生长和修恢复神经连接可以帮助修复受损的神经网络复，改善神经系统疾病的症状神经退行性疾病阿尔茨海默病帕金森病肌萎缩侧索硬化症主要症状是记忆力减主要症状是震颤、僵退、认知障碍，与脑硬、运动迟缓，与脑主要症状是肌肉无力、内淀粉样蛋白和内多巴胺神经元死亡萎缩，与控制运动神β-tau蛋白异常积累有关有关经元死亡有关癫痫的发病机制脑部异常放电发作类型癫痫发作是由脑部神经元异常放电引起的，导致身体出现短癫痫发作类型多种多样，包括全身性发作、部分性发作、精暂的失控现象神运动性发作等疼痛的神经机制疼痛感知疼痛调节疼痛感知是由疼痛受体接收疼痛信号，并将其传递到大脑引大脑可以通过释放神经递质，抑制或增强疼痛信号的传递，起的调节疼痛感受神经免疫调节免疫细胞免疫反应免疫细胞可以进入大脑，参与神经元的活动调节，影响神经免疫反应可以引起神经炎症，影响神经元的功能，导致神经系统功能系统疾病神经内分泌调节激素分泌激素作用神经系统可以通过下丘脑垂体轴等途径，调节激素的分泌激素可以影响神经元的生长、发育和功能，参与情绪调节、-应激反应等脑血管病理学基础12脑梗死脑出血脑动脉闭塞，导致脑组织缺血坏死，脑血管破裂出血，导致脑组织受压，常见于中风常见于高血压患者3脑血管畸形脑血管发育异常，容易导致血管破裂出血神经影像学原理磁共振成像功能性磁共振成像MRI fMRI利用磁场和无线电波对大脑进利用血液含氧量变化，反映脑行成像，可以显示大脑的结构部活动，可以显示大脑的功能细节区域正电子发射断层扫描PET利用放射性物质标记葡萄糖等代谢物质，可以显示大脑的代谢活动脑电图分析方法脑电图分析方法脑电图是记录大脑电活动的仪器，可以用于诊断癫痫、睡眠脑电图分析方法包括波形分析、频率分析、相位分析等等，障碍等疾病可以反映大脑的活动状态神经科学研究方法电生理学分子生物学神经影像学记录和分析神经元的电活动，可以研研究神经元的分子机制，可以揭示神利用神经影像技术，可以观察大脑的究神经元的功能和相互作用经元的功能和疾病机制结构和功能，研究神经系统疾病的机制动物模型的应用动物模型模型种类动物模型是研究神经系统疾病的常用方法，可以模拟人类疾常用的动物模型包括小鼠、大鼠、猴子等，可以用于研究不病的症状和机制同的神经系统疾病计算神经科学导论定义应用计算神经科学是利用计算机模拟神经系统，研究神经系统的计算神经科学可以用来构建神经网络模型，理解学习、记忆、工作原理认知等功能的机制。