《生物医学-神经系统》课件

生物医学神经系统-神经系统是人体最复杂、最精密的调控系统，负责信息传递、行为调节和内环境稳态维持本课程将深入探讨神经系统的基础结构、生理功能、主要疾病及前沿研究进展作为生物医学的核心分支，神经科学涉及从分子水平到行为认知的多个层面，为理解人类健康与疾病提供重要基础课件版本为年月20255最新版，融合了最新的研究成果和临床发现神经系统的整体概述神经系统定义系统分类核心作用由神经组织构成的信息传递与分为中枢神经系统和周围神经负责调节机体活动、整合感觉调控网络，是机体与内外环境系统两大部分，各自承担不同信息、产生适应性反应，维持进行信息交换的核心系统的功能角色生命活动的正常进行神经系统的分类中枢神经系统周围神经系统自主神经系统包括大脑、脑干、小脑和脊髓四个主由对脑神经、对脊神经以及各种包括交感神经系统和副交感神经系1231要部分大脑负责高级认知功能，脑神经节组成脑神经主要负责头面部统交感神经负责应激反应，副交感干控制基本生命活动，小脑协调运动的感觉和运动，脊神经负责躯干和四神经负责休息和修复功能平衡，脊髓传导信息并执行反射肢的神经支配两者协调工作，维持内脏器官功能的周围神经系统是中枢与机体各部分之动态平衡，确保机体适应不同的生理中枢神经系统是信息处理的核心，所间的桥梁，确保信息的双向传递和精状态有复杂的认知、情感和行为都在此产确控制生和调控神经系统的功能信息传导通过神经纤维和突触传递电化学信号，实现快速、精确的信息传递，传导速度可达每秒120米活动调控整合来自内外环境的各种信息，产生适当的运动、分泌和行为反应，维持机体功能协调感知运动处理视觉、听觉、触觉等感觉信息，控制随意和不随意运动，实现精细的行为调节内环境稳定调节体温、血压、呼吸、消化等基本生理功能，协调应激反应，维持生命活动正常进行中枢神经系统大脑结构组成主要功能大脑由左右两个半球组成，负责感觉信息处理、随意运表面为大脑皮层，内部包含动控制、语言功能、记忆形基底核、丘脑等皮层下结成、思维认知等高级神经活构大脑皮层总面积约达动不同脑区分工明确，协平方厘米，含有约亿调工作实现复杂的认知功2300160个神经元能功能特点具有高度的可塑性和适应性，能够通过学习和经验改变神经连接模式左右半球功能既有分工又有协作，共同完成各种认知任务中枢神经系统小脑平衡维持运动协调感觉整合小脑通过前庭系统接收协调精细运动的时间和整合来自视觉、前庭和平衡信息，精确调节肌空间准确性，确保动作本体感觉的信息，与运肉张力和姿态，维持身的流畅性和精确性，特动系统协调工作，实现体平衡和稳定性别是复杂的技能动作运动的精确控制病理表现小脑损伤导致共济失调，表现为动作不协调、平衡障碍、言语不清等典型症状中枢神经系统脑干延髓中枢脑桥功能位于脑干最下部，含有心血管调节中中脑结构位于中脑和延髓之间，含有呼吸调节中枢、呼吸中枢和吞咽中枢等生命中枢位于脑干最上部，含有动眼神经核和听枢，协调呼吸节律脑桥还是许多神经延髓损伤往往危及生命，是维持基本生觉反射中枢，控制瞳孔反射和眼球运传导束的中继站，连接大脑和小脑，参命活动的关键结构动，参与觉醒和意识维持中脑还含有与睡眠觉醒周期调节-黑质，产生重要的神经递质多巴胺中枢神经系统脊髓42-45cm120m/s脊髓长度传导速度成人脊髓全长约42-45厘米，位于椎管内有髓神经纤维传导速度最快可达每秒120受到良好保护米，实现快速信息传递对31脊神经数脊髓发出31对脊神经，支配全身躯干和四肢的感觉运动功能脊髓是重要的反射中枢，能够独立完成许多基本反射活动脊髓灰质含有运动神经元胞体，白质含有上行和下行的神经传导束，负责信息在脊髓与大脑之间的双向传递周围神经系统脊神经神经纤维对脊神经三种类型纤维31•颈神经8对•运动纤维脑神经•胸神经12对•感觉纤维信息传递对脑神经12•腰骶神经11对•植物神经纤维双向传导功能嗅神经、视神经•将中枢指令传递到全身各个器动眼、滑车、外展神经•官，同时将外周感觉信息传回三叉、面、听神经等中枢•自主神经系统交感神经激活应急状态下激活，引起心率加快、血压升高、瞳孔扩大、肾上腺素分泌增加，准备机体应对紧急情况动态平衡交感和副交感神经系统协调工作，根据机体需要调节内脏器官功能，维持内环境稳定副交感神经休息状态下占主导，促进消化、降低心率、促进腺体分泌，有利于机体修复和能量储存神经系统的演化与发育演化起源神经系统起源于外胚层，在动物界最早出现于腔肠动物个体发育人类神经系统个体发育经历三个关键阶段复杂性增长从简单神经网络演化为高度复杂的中枢神经系统神经系统的演化反映了生物复杂性的增长过程从最原始的神经网络到高等动物的中枢神经系统，展现了生命适应环境的精妙设计人类大脑的复杂性使我们具备了独特的认知能力和创造力神经系统的个体发生早期胚胎三胚层形成受精卵通过卵裂形成桑椹胚，随后原肠期形成外胚层、中胚层、内胚发育为囊胚，建立基本的胚胎结构层，外胚层将分化形成神经系统分化成熟神经管形成神经管前端扩大分化为脑部各区外胚层增厚形成神经板，随后卷曲域，后部发育为脊髓，逐步建立完闭合形成神经管，这是神经系统发整的神经系统育的基础神经元的形态结构细胞体含有细胞核和主要细胞器，负责蛋白质合成和细胞代谢树突接收来自其他神经元的信号，具有分支状结构增大接收面积轴突传导神经冲动的长突起，可达米以上，末端形成神经末1梢人脑约含亿个神经元，每个神经元可与数千个其他神经元形成连接神经元的特殊形态结构使其能够高效地接收、整合860和传递信息，是神经系统功能的基础单位神经纤维与神经髓鞘结构神经束组成轴突外包绕的白色脂质鞘，由施旺细胞（周围）或少突胶多根神经纤维聚集形成神经束，外包结缔组织鞘神经束质细胞（中枢）形成髓鞘具有绝缘性质，显著提高神经再组合形成完整的神经，如坐骨神经含有数万根神经纤传导速度维有髓纤维传导采用跳跃式传导，速度比无髓纤维快不同功能的神经纤维在同一神经中分布，实现运动、感觉50-100倍髓鞘的完整性对神经功能至关重要和自主神经功能的综合传导神经元类型神经元根据形态可分为多极、双极和单极神经元多极神经元具有多个树突和一个轴突，主要见于运动神经元和中枢神经元双极神经元常见于特殊感觉器官如视网膜按功能分类，神经元包括运动神经元、感觉神经元和联络神经元这种精细的分工确保了神经系统能够处理复杂的信息并产生精确的反应突触与信息传递电信号到达神经冲动沿轴突传导至突触前膜递质释放钙离子内流触发神经递质释放到突触间隙受体结合递质与突触后膜受体结合产生信号信号传递产生兴奋性或抑制性突触后电位化学突触是神经系统中最主要的信息传递方式，具有单向传递、可塑性强等特点常见神经递质包括乙酰胆碱、多巴胺、血清素等，每种递质具有特定的生理作用神经胶质细胞星形胶质细胞少突胶质细胞数量最多的胶质细胞，形成在中枢神经系统形成髓鞘，血脑屏障，为神经元提供营一个少突胶质细胞可为多个养支持，参与神经递质代轴突提供髓鞘髓鞘化对神谢，维持离子平衡在神经经传导速度和功能发育至关损伤后形成胶质瘢痕重要小胶质细胞中枢神经系统的免疫细胞，监视病原体入侵，清除细胞碎片和异常蛋白在神经炎症和神经退行性疾病中发挥重要作用神经系统中的血脑屏障保护作用选择透过药物递送阻止有害物质、病原体允许氧气、葡萄糖等必血脑屏障的存在使得治和大分子物质进入脑组需物质通过，同时阻挡疗脑部疾病的药物设计织，保护神经元免受损大多数药物分子，这是变得复杂，需要特殊的伤，维持大脑内环境稳中枢神经系统药物开发载体系统或纳米技术来定的主要挑战实现药物透过病理状态在脑炎、脑卒中等病理条件下血脑屏障功能受损，导致炎症因子入脑，加重神经损伤脑各区结构与功能小脑与平衡调节前庭信息输入接收来自内耳前庭器官的平衡信息，感知头部位置和加速度变化脊髓反馈整合来自脊髓的本体感觉信息，了解身体各部分的位置和运动状态大脑协调与大脑运动皮层协作，调节肌肉张力和运动协调性损伤表现小脑损伤导致共济失调、意向性震颤、步态不稳等典型症状脑干三部分详解中脑功能脑桥作用延髓中枢含有动眼神经核，控制眼球运动和瞳呼吸调节中枢所在地，协调呼吸节律生命中枢集中地，心血管中枢调节心孔反应黑质产生多巴胺，调节运动的精细调节面神经核控制面部表情率血压，呼吸中枢控制基本呼吸，还功能四叠体参与听觉和视觉反射肌连接大脑和小脑的重要中继站有吞咽、咳嗽等重要反射中枢瞳孔光反射呼吸节律调节心跳调节•••眼球运动调节面部肌肉控制血压控制••••觉醒状态维持•睡眠-觉醒调节•基本反射脊髓反射感受器传入神经肌梭等感受器感知刺激，将机械刺感觉神经纤维将信号传入脊髓后角激转换为神经信号运动输出脊髓中枢运动神经元激活，引起肌肉收缩产脊髓灰质内的神经元整合处理信息生反射动作膝跳反射是最典型的单突触反射，反射时间仅需毫秒这种快速反射有助于维持肌肉张力和姿势稳定，是神经系统完15-20整性的重要检查指标周围神经分类及功能神经类型数量主要功能典型代表脑神经12对头面部感觉运动视神经、面神经颈神经8对颈部上肢支配膈神经、臂丛胸神经12对胸腹壁支配肋间神经腰神经5对腰部下肢支配股神经、坐骨神经骶神经5对盆腔下肢支配阴部神经尾神经1对尾部感觉尾神经感觉系统基础视觉系统视网膜感光细胞将光信号转换为神经信号，经视神经传递到枕叶视觉皮层进行处理，实现颜色、形状、运动的感知听觉系统内耳耳蜗将声波转换为神经信号，经听神经传递到颞叶听觉皮层，实现音调、音量、音色的识别嗅味觉系统嗅觉和味觉化学感受器识别分子信号，直接连接到边缘系统，与情感和记忆密切相关体感系统皮肤和深部感受器感知触觉、温度、疼痛和本体感觉，经脊髓-丘脑-皮层途径传递处理运动系统基础大脑皮层1运动皮层产生随意运动指令基底核调控精细调节运动的启动和终止小脑协调确保运动的准确性和流畅性脊髓传导锥体束和锥体外系传导运动信号肌肉执行运动单位收缩产生实际动作运动控制涉及多个神经结构的协调配合锥体系统负责精细的随意运动，锥体外系统调节肌张力和姿势，小脑确保运动的精确性神经肌肉接头-神经冲动到达运动神经元的动作电位沿轴突传导至神经末梢，引起钙离子通道开放钙离子内流是触发神经递质释放的关键步骤乙酰胆碱释放钙离子触发突触囊泡与前膜融合，释放乙酰胆碱到突触间隙每个动作电位可释放约个囊泡，每个囊泡含有约2007000个递质分子肌肉收缩启动乙酰胆碱与肌膜上的受体结合，引起肌膜去极化，激活肌浆网释放钙离子，启动肌丝滑行机制，产生肌肉收缩自主神经系统交感与副交感——交感神经激活副交感神经主导在应激状态下被激活，释放去甲肾上腺素主要作用包括在休息状态下占主导地位，释放乙酰胆碱主要作用包括心率加快、血压升高、瞳孔扩大、支气管扩张、消化抑心率减慢、消化增强、瞳孔缩小、腺体分泌增加制促进休息和消化功能，有利于能量储存和组织修复副肾上腺髓质释放肾上腺素，增强和延长交感效应这种战交感神经的正常功能对维持健康至关重要或逃反应帮助机体应对紧急情况神经递质详解乙酰胆碱多巴胺GABA第一个被发现的神经递调节运动、奖赏和动主要的抑制性神经递质，在神经肌肉接头和机，黑质纹状体系统的质，调节神经元兴奋--副交感神经末梢释放，主要递质，缺乏导致帕性，维持大脑活动平衡参与记忆和学习金森病谷氨酸主要的兴奋性神经递质，参与学习记忆和神经可塑性，过量可引起神经毒性神经系统的调控机制负反馈调节神经内分泌调节-当生理参数偏离正常范围下丘脑连接神经系统和内时，神经系统激活相反的分泌系统，通过释放调节调节机制，使参数回归正激素控制垂体功能，实现常值，如体温调节、血压长期调节调节神经免疫互作-神经系统通过交感神经和轴调节免疫反应，免疫因子也能HPA影响神经功能神经系统对内环境稳态的维护正常范围异常后果神经系统疾病脑卒中万30040%年新发病例全球占比中国每年新发脑卒中约300万例，是全球中国脑卒中患者占全球总数的40%以上，发病率最高的国家疾病负担沉重小时3黄金时间发病后3小时内溶栓治疗效果最佳，超过6小时效果显著降低脑卒中分为缺血性和出血性两类，缺血性占80%以上早期识别症状（FAST评估）和及时就医是改善预后的关键预防措施包括控制高血压、糖尿病、高血脂等危险因素神经系统疾病帕金森病1病理机制黑质多巴胺能神经元进行性变性死亡，导致纹状体多巴胺严重缺乏，影响运动控制回路功能发病特点岁后发病率显著升高，全球约有万患者，男性略多50600于女性，遗传和环境因素共同作用临床表现静止性震颤、肌强直、运动迟缓、姿势步态异常四大主征，晚期可出现认知功能下降神经系统疾病阿尔茨海默病患病人数记忆障碍中国近千万患者核心症状表现•65岁以上患病率5-7%•近期记忆严重受损随年龄增长呈指数增长远期记忆相对保留••女性患病率略高于男性学习新信息困难••人格改变认知退化行为精神症状全面认知功能下降3性格变化明显执行功能障碍••情感淡漠或易激惹语言能力减退••社会功能严重受损视空间能力受损••神经系统疾病癫痫全球流行病学药物治疗效果全球约有万癫痫患者，约的患者可通过抗癫痫药500070%是最常见的神经系统疾病之物获得良好控制，实现无发一发病率在发展中国家更作或发作频率显著减少早高，与感染、外伤等因素相期规范治疗是关键，单药治关各年龄段均可发病疗是首选方案社会心理影响癫痫患者常面临就业、教育、婚姻等社会歧视心理健康问题如抑郁、焦虑发生率较高需要社会支持和心理干预神经免疫与脑部感染病原体入侵病毒、细菌、真菌等病原体突破血脑屏障进入中枢神经系统，引起感染性疾病如脑膜炎、脑炎免疫激活小胶质细胞和星形胶质细胞激活，释放炎症介质，招募外周免疫细胞进入脑组织炎症反应神经炎症一方面清除病原体，另一方面可能损伤正常神经组织，导致神经功能缺陷屏障修复感染控制后，血脑屏障逐渐修复，炎症消退，但可能留下永久性神经损伤神经系统损伤与修复脊髓损伤特点中枢神经系统再生能力极为有限，脊髓损伤后功能恢复困难干细胞治疗胚胎干细胞、间充质干细胞移植显示出修复潜力神经再生研究神经生长因子、支架材料、基因治疗等新技术不断涌现脊髓损伤的治疗一直是神经科学的重大挑战最新研究表明，结合干细胞移植、神经生长因子应用和康复训练的综合治疗策略可能带来突破临床试验显示部分患者感觉和运动功能有所改善神经系统的再生与可塑性突触可塑性神经新生神经元之间连接强度可以改变，形成年大脑海马齿状回等区域仍能产成新的突触连接或加强现有连接，生新的神经元，为功能恢复提供细是学习记忆的基础胞基础康复训练功能重组系统性康复训练能促进神经可塑损伤后健康脑区可以接管受损区域性，帮助脑卒中患者恢复运动和语的部分功能，通过训练强化这种代言功能偿机制认知神经科学感知研究记忆机制语言功能研究大脑如何处理视探索记忆编码、储存研究区、Broca Wernicke觉、听觉等感觉信和提取的神经基础，区等语言相关脑区，息，揭示感知的神经海马体和相关脑区的理解语言产生和理解机制和大脑功能分工作用机制的神经过程意识研究探索意识的神经关联物，研究注意、觉醒和自我意识的脑机制大脑的学习与记忆机制长时程增强1LTP是学习记忆的分子基础NMDA受体关键的学习记忆受体蛋白质合成3记忆巩固需要新蛋白合成基因转录CREB等转录因子调节记忆基因分子机制5钙离子、蛋白激酶等信号分子参与长时程增强是Bliss和Lømo在1973年发现的重要现象，被认为是学习记忆的细胞机制阿尔茨海默病患者的LTP功能受损，这可能是记忆障碍的重要原因神经发育障碍自闭症谱系障碍注意缺陷多动症致病因素影响社交沟通和行为模式的神经发育儿童期最常见的神经发育障碍，患病遗传因素占主导地位，环境因素如产疾病患病率约为，男性发病率率主要表现为注意力不集期并发症、感染、毒物暴露等也有影1-2%5-10%高于女性早期干预训练可显著改善中、多动和冲动药物治疗和行为干响多基因遗传模式复杂预后预有效遗传易感性高•社交互动困难注意力难以集中••环境风险因子•重复刻板行为过度活跃好动••基因环境互作•-感觉处理异常冲动行为控制差••现代神经科学研究技术电生理记录单细胞记录、多电极阵列等技术直接测量神经元电活动，实时监测神经信号传递过程钙成像技术利用钙敏感荧光染料或蛋白质检测神经元活动，可同时观察大量细胞的活动模式分子生物学基因表达分析、蛋白质组学等方法研究神经系统的分子机制基因编辑等基因编辑技术精确修饰特定基因，研究基因功能和疾CRISPR-Cas9病机制。