Neurophysiology,王志举 Dept. of Physiology School of basic medicine science,2019/6/9,1,第一章 绪论 introduction,2019/6/9,2,神经生物学：neurobiology,概括起来：神经生物学是一门研究神经系统的新兴的、综合的、基础实验科学 三个特点： 以研究神经系统为目的的综合学科。 生命科学中的一门基础实验科学。 一门新兴的科学。 30y,2019/6/9,3,六个分支：,1 分子神经生物学： 在分子水平研究与神经细胞或神经活动有关的化学物质，如受体蛋白，通道蛋白 2 细胞神经生物学： 在细胞或亚细胞水平上研究神经系统: 神经元、胶质、突触传递、突触可塑性等 3 系统神经生物学： 以功能系统为研究对象的分支，如研究躯体运动系统，感觉系统等,2019/6/9,4,六个分支：,4 行为神经生物学： 以生活着的完整动物为研究对象，研究神经系统的学习记忆、情感、睡眠与觉醒等现象。 5 发育神经生物学： 是研究神经系统的发育过程，包括细胞间的识别与基因表达，神经通路的寻找与建立，神经细胞的衰老等。 6 比较神经生物学： 是从种系上研究神经系统从低级到高级的进化过程及进化规律。,2019/6/9,5,历史,开始：神经解剖的研究开始于16世纪，但是真正用科学方法来研究神经生理学则始于18世纪末。 初步发展：19世纪中后叶，神经的基本组织单位、先天的反射活动和后天建立起来的反射活动等方面的研究。 快速发展：20世纪，神经生理学从结构、组织、生理、生化、胚胎、药理、病理等行为许多方面开展了大量研究。神经生理学这一名称扩大而被称为神经生物学。有时也称为神经科学。,2019/6/9,6,2019/6/9,7,神经科学 (1990-2000 脑的十年) (2001-2100 脑的世纪),PET,Positron Emission computed Tomography的缩写 译成中文则为：正电子发射电子计算机断层。 利用正电子发射体标记的葡萄糖、氨基酸、胆碱、胸腺嘧啶、受体的配体及血流显像剂等药物为示踪剂， 以解剖图象方式、从分子水平显示机体及病灶组织细胞的代谢、功能、血流、细胞增殖和受体分布状况。为临床提供更多生理和病理方面的诊断信息， 因此，称分子显像或生物化学显像。 PET的应用使核医学迈入分子核医学的新纪元。,2019/6/9,8,2019/6/9,9,1904年出版了“人和脊椎动物神经系统组织学”，提出了突触（synapse）假设 1921年用蛙心交叉灌流实验证明了神经化学传递的存在 1925年成功地记录了单根神经纤维的电脉冲 1931年发现了第一个神经肽：P物质（substance P）,神经生物学发展史上里程碑,三位神经科学家： A Carlsson，瑞典哥德堡大学神经药理学家 P Greengard美国洛克菲勒大学分子神经生物学家 E Kandel，美国哥伦比亚大学神经生物学家 他们的工作奠定了现代神经生物学的基础。,2019/6/9,10,神经系统：是自然界最复杂的系统。,主要有神经组织，脑脊髓被膜，脑血管及脑脊液组成。 神经组织：包括至少10111012神经元和相当神经元数量1050倍的神经胶质细胞。,2019/6/9,11,Classification,Central nervous system (CNS) Peripheral nervous system (PNS),2019/6/9,12,Central nervous system (CNS) Brain 脑 Telencephalon 端脑 Diencephalon 间脑 Cerebellum 小脑 Brain stem 脑干 Midbrain 中脑 Pons 脑桥 Medulla oblongata 延髓 Spinal cord 脊髓,2019/6/9,13,Peripheral nervous system (PNS) Cranial n. (12 pairs) 脑神经 Spinal n. (31 pairs) 脊神经 Visceral n. 内脏神经 Visceral sensory n. Visceral motor n Sympathetic part 交感神经 Parasympathetic part 副交感神经,2019/6/9,14,2019/6/9,15,对脑的认识有四个阶段,1 将思维器官由心转移到脑：经历了上千年。17世纪，Wills才把思维及人体主宰功能定位于大脑的实质。 2 提出了机能定位论： 大脑皮质是最高领导，以下依次是基底结节，间脑，小脑，脑干，最后是脊髓。,2019/6/9,16,对脑的认识有四个阶段,3 突触、反射与反射弧，神经元学说，条件反射等一系列概念的提出： 17世纪，法国，Descartes - reflex 1833, Hall - reflex arc 1873, Cajal - neuron (1875, Cajal- 1906- Cajal and Golgi- Nobel prize) 19世纪，Sherrington - synapse 19世纪，Pavlov - conditional reflex 4 泛脑网络论,2019/6/9,17,脊 髓 (spinal cord),脊髓是中枢神经系统中结构相对简单的部分。 脊髓与31对脊神经相连，后者分布到躯体和四肢。 脊髓与脑的各部之间有广泛的联系： 来自躯干、四肢的各种刺激通过脊髓传导到脑才能产生感觉 脑也要通过脊髓来完成复杂的功能。,2019/6/9,18,神经系统的常用术语,中枢神经系统：灰质、皮质、神经核；白质、髓质、纤维束 周围神经系统：神经节、神经,2019/6/9,19,CNS术语：,灰质(gray matter)：在中枢部，神经元胞体聚集部位，此部因富含血管而在新鲜标本中色泽灰暗。 皮质(cortex)：在大脑半球和小脑，灰质集中于表层，称为皮质。,2019/6/9,20,神经核(nucleus)：在中枢神经系统、皮质以外、形态和功能相似的神经元胞体聚集成团或柱，称为神经核。,2019/6/9,21,2019/6/9,22,白质(white matter)：神经纤维在中枢部聚集的部位。由于神经纤维表面的髓鞘含有类脂质，在标本上呈亮白色而得名。 髓质(medulla)：大脑半球和小脑的白质位于深部，称为髓质。,2019/6/9,23,2019/6/9,24,纤维束(fasciculus)：白质中，凡起止、行程和功能基本相同的神经纤维集合在一起称纤维束。,PNS术语：,神经节(ganglion)：周围神经系统，神经元胞体集聚在一起称神经节。 其中感觉神经元胞体集聚而成的为感觉神经节，内脏运动神经元胞体集聚而成的称内脏运动神经节。,2019/6/9,25,神经(nerve)：神经纤维在周围部聚集在一起，并被结缔组织膜包裹形成粗细不同的神经。,2019/6/9,26,Bioelectrical phenomena,Luigi Galvani, a physiologist of Italy, 200 years ago, discovered that electricity could make a frog muscle twitch and it was soon made clear that nerve and muscle function somehow involved electrical conduction. It also became clear that nerves and muscle were not like electrical wires.,Measurement of the resting potential,AL HodgKin and AF Huxley, two famous physiologists at University of Cambridge in England,Winners of the Nobel Prize in Physiology or Medicine 1963,Much of our early knowledge of nerve electrical activity came from the study of giant squid axons. Because of their size, it was easy to insert electrodes into them for accurate measurements of the membrane potential.,Microelectrode,The tip resistance is around 30 m,Microelectrodes applied to the membrane surface record no voltage change. b. When microelectrode 1 is inserted into the axoplasm, a voltage change is recorded. The graphs chart the voltage change over time.,a,b,Example,Rest potential (RP): at rest, a constant potential difference across cell membrane, also termed as transmembrane resting potential.,Concept of the Resting Potential,Properties of RP,RP is a constant, steady direct current, with the interior of the cell negative with respect to the exterior). The size of the resting potential varies according to the different kinds of cells. -10mV-100mV.,Terminology,Polarization state Hyperpolarization Depolarization Repolarization, Ionic basis of resting potential and action potential,Membrane hypothesis 1. The concentration differences of ions Na+ : outside the cell inside the cell (about 10 times): 145/12 mmol/L K+ : inside the cell outside the cell (about 40 times): 155/4 mmol/L,Julius Bernstein 1839-1917,2. Variations in membrane permeability to those ions during rest: The membrane is permeable only to K at rest, Outward diffusion of K+EK 3. Electrogenesis of sodium pump,Useful terms,Equilibrium potential: 当驱动离子跨膜转运的浓差与阻碍离子转运的电位差达到大小相等、方向相反时的状态称作电化学平衡（electrochemical balance)，此时的电位即平衡电位。,Electroch