神經科學 學習筆記

1. 早期人們對腦的認識

公元前4世紀,古希臘醫(yī)師Hippocrates(希波克拉底)認為:腦不僅參與環(huán)境認知,還是智慧的發(fā)祥地。
而同期的Aristotle(亞里士多德)仍然認為心臟是智慧之源,火熱的心沸騰了血液在腦中被降溫

羅馬帝國時代Galen(蓋倫,角斗士治療傷病的醫(yī)生)通過大量動物解剖,尤其是羊,認識到大腦和小腦,由于結構不同造成功能不同。記憶的形成是將感知刻印于腦,主要是大腦。Galen還發(fā)現(xiàn)羊腦是中空的。

文藝復興時期,Descartes(笛卡爾)提倡腦功能“液壓-機械論”,使人和動物都具有原始情緒和行為,而人的智慧是精神實體,通過松果體與腦相連。

17、18世紀,人們認識了灰質和白質。18世紀末,還認識了腦回(gyri)、溝(sulci)和裂(fissure),大腦以葉(lobe)的形式組裝起來,形成不同腦功能定位于不同的腦回。

19世紀,1810年蘇格蘭內科醫(yī)生Carles Bell和法國生理學家Francois Magendie證明每根神經都是“電纜”復合體,在進入和離開骨髓時會分成兩股,一股是背根,一股是腹根。
Flourens證明了大腦和小腦行使不同功能。Paul Broca發(fā)現(xiàn)了負責語言的大腦區(qū)域。

一些主要是神經系統(tǒng)疾病


神經元和神經膠質細胞

神經系統(tǒng)兩類不同細胞--神經元和神經膠質細胞
人腦中神經元約1000億個(占腦細胞的10%),神經膠質細胞數(shù)量是神經元的10倍

神經元感知環(huán)境變化,并將信息傳遞給其它神經元。神經膠質細胞起到隔離、支持及營養(yǎng)周圍神經元的作用。

腦細胞切片,將組織浸入甲醛使之變硬,即“固定”,然后用切片機切腦切片,再進行染色,可在顯微鏡下觀察結構。

德國神經科學家Franz Nissl發(fā)明的尼式染色法:堿性染料焦油紫使神經元的細胞核及核周圍的斑塊物質(尼氏小體)帶顏色。



高爾基染色

1873年,意大利組織學家Camillo Golgi發(fā)現(xiàn)將腦組織浸泡在絡酸銀溶液(高爾基染液)里,看到的和尼式染色法不一樣。
有一種說法,腦研究的主要成就來源于染色。

高爾基染色(Golgi stain)表明:神經元具有含細胞核的中心區(qū)(胞體,soma),以及從中心區(qū)輻射出的無數(shù)細管(神經突起neurite,包括1個很長的軸突axon和很多很少超過2mm的樹突dendrite)。


神經元

與高爾基同時代的西班牙人Santiago Ramon y Cajal學習了高爾基染色法,但是與高爾基觀點不一致。高爾基認為神經元的突起是相互連通形成網絡的,而Cajal認為神經元直接通過接觸,而不是連通傳遞信息。

典型神經元

典型神經元內部結構
\color{red}{胞體soma}

大約20um,細胞內的細胞液(sytosol)是含K的鹽溶液,具有游離細胞器(organelle),外面由細胞膜與外界環(huán)境隔離。細胞器有細胞核、內質網、高爾基體和線粒體。細胞膜內所有物質統(tǒng)稱細胞質(sytoplasm)。

細胞核nucleus:

約5-10um,內外雙膜,又叫核被膜。核孔約0.1um。有DNA。

粗面內質網rough endoplasmic reticulum,又叫rough ER:

是成堆的閉合膜,是蛋白質合成的主要場所。膜上附有密集的核糖體ribosome,直徑約25nm。神經元中的ER比其它細胞的ER都多。核糖體有的附著在rough ER上,有的游離,有的幾個連成一條線。
rough ER上合成的蛋白質最終要嵌在細胞膜或細胞器膜上,而游離核糖體合成的蛋白質最終要留在cytosol里。

滑面內質網smooth endoplasmic reticulum,又叫smooth ER:

滑面ER上沒有附著核糖體?;鍱R和粗面ER相連,能夠幫助新合成的蛋白質折疊成三維結構。有的滑面ER不直接參與蛋白質合成,而是調節(jié)離子濃度。

高爾基體Golgi apparatus:

是蛋白質翻譯后進行化學修飾的場所,并且把轉運到神經元不同部位的蛋白質進行分類整理。

線粒體mitochondrion:

香腸型,長約1um。具有閉合內外膜,內里膜反復折疊,形成嵴。嵴之間是基質。當線粒體“吸氣”時,吸入丙酮酸和氧氣,丙酮酸開始Krebs循環(huán),最終產生ATP。當線粒體“呼氣”時,吸入1個丙酮酸,就釋放17個ATP。

神經元膜neuronal membrane:

厚約5nm,嵌有蛋白質,使神經元和外界互通物質。胞體、樹突、軸突的蛋白質組成不同。

細胞骨架sytoskeleton:

神經元膜是帳篷的話,細胞骨架就是支架。細胞骨架包括微管、微絲、神經絲,并且骨架是可以變化的。


細胞骨架

微管(microtubule),直徑約20nm,中空。管壁由微管蛋白組成,微管蛋白的聚合和解聚調節(jié)神經元的形成;參與微管組裝和功能調控的是微管相關蛋白(MAPs),阿爾茲海默癥與其相關。
微絲(microfilament),直徑5nm,遍布于神經元,突起中最多。肌纖蛋白分子聚合成兩條鏈,相互扭繞成微絲。
神經絲(nerofilament),直徑10nm,在其它非神經元細胞中,他們又叫中等纖維。

\color{red}{軸突:神經元特有}
軸突

軸突不同于胞體的地方:

  • 不含有rough ER,僅有少量游離ribosome
  • 膜蛋白組成不同
    軸突產生/返回的電信號為神經沖動,軸突越粗,沖動傳導越快。


    軸突終末和突觸
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