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阮懷珍編著的《醫(yī)學(xué)神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)(第2版供基礎(chǔ)臨床預(yù)防及相關(guān)專(zhuān)業(yè)使用高等醫(yī)學(xué)院校教材)》從細(xì)胞和分子水平系統(tǒng)闡述神經(jīng)科學(xué)的基本概念、基本理論和最新進(jìn)展。全書(shū)共12章，內(nèi)容包括神經(jīng)生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史、研究方法，神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)，神經(jīng)遞質(zhì)，神經(jīng)元信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，感知覺(jué)，神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)的調(diào)控，神經(jīng)免疫內(nèi)分泌調(diào)節(jié)，神經(jīng)系統(tǒng)的高級(jí)功能，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，神經(jīng)損傷與再生，以及常見(jiàn)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)等。
《醫(yī)學(xué)神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)(第2版供基礎(chǔ)臨床預(yù)防及相關(guān)專(zhuān)業(yè)使用高等醫(yī)學(xué)院校教材)》內(nèi)容循序漸進(jìn)，信息量較大，可作為基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、藥學(xué)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科生的必修課、選修課教材，對(duì)從事臨床和基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)、生理學(xué)及生物學(xué)專(zhuān)業(yè)的研究生及教師也有參考價(jià)值。

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第一章緒論
第一節(jié) 概述
一、神經(jīng)科學(xué)與神經(jīng)生物學(xué)的概念
神經(jīng)科學(xué)是生命科學(xué)的重要支柱學(xué)科，也是生命科學(xué)發(fā)展最迅速的前沿學(xué)科。它是一門(mén)從生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、心理學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科的角度研究腦的構(gòu)筑、演化和工作的邊緣學(xué)科和綜合學(xué)科。神經(jīng)科學(xué)的研究目標(biāo)是：認(rèn)識(shí)腦，闡明認(rèn)知、情感和意識(shí)等腦區(qū)的結(jié)構(gòu)和功能，搞清腦的通信功能；保護(hù)腦，控制腦發(fā)育及老化的進(jìn)程及神經(jīng)、精神性疾病的康復(fù)和預(yù)防；創(chuàng)造腦，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)仿腦型計(jì)算機(jī)和信息處理系統(tǒng)。它的重點(diǎn)在腦，所以也把神經(jīng)科學(xué)稱(chēng)為腦科學(xué)（brain science）。
神經(jīng)科學(xué)（neuroscience）可以分為基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)和臨床神經(jīng)科學(xué)兩大部分，前者側(cè)重基礎(chǔ)理論，后者以研究與神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)的病癥為主。
基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)的主干是神經(jīng)生物學(xué)（neurobiology），它是一門(mén)從分子細(xì)胞和整體水平研究神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能與發(fā)育等問(wèn)題的綜合性科學(xué)。自1966 年美國(guó)哈佛大學(xué)成立了世界上第一個(gè)神經(jīng)生物學(xué)系以來(lái)，這門(mén)僅有40 多年歷史的學(xué)科已取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。神經(jīng)生物學(xué)的內(nèi)容涉及神經(jīng)解剖、生理、藥理、病理、生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)及分子生物學(xué)等。其任務(wù)是研究神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)分子水平、細(xì)胞水平和系統(tǒng)水平的變化過(guò)程，以及這些過(guò)程的整合作用，直至最復(fù)雜的高級(jí)功能，如學(xué)習(xí)、記憶等。其最終目的在于了解人類(lèi)神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，以及行為與心理活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，為改善人類(lèi)感覺(jué)與運(yùn)動(dòng)效率，提高對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的防治水平、增進(jìn)健康服務(wù)。神經(jīng)生物學(xué)進(jìn)行的是跨學(xué)科的基本理論研究，它體現(xiàn)了多學(xué)科的互相聯(lián)系和滲透。
基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)中還有一門(mén)極為重要的計(jì)算神經(jīng)科學(xué)（computational neuroscience），它與神經(jīng)生物學(xué)有密切關(guān)系，但其獨(dú)立的研究方法和內(nèi)容超出了生物醫(yī)學(xué)范圍，和電腦、人工智能及信息科學(xué)關(guān)系密切。
二、神經(jīng)生物學(xué)的研究領(lǐng)域
神經(jīng)生物學(xué)的主要研究領(lǐng)域包括神經(jīng)生物化學(xué)、神經(jīng)解剖學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、細(xì)胞神經(jīng)生物學(xué)、分子神經(jīng)生物學(xué)、發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)、比較神經(jīng)生物學(xué)、系統(tǒng)神經(jīng)生物學(xué)、行為神經(jīng)生物學(xué)等。神經(jīng)生物學(xué)雖然包羅了基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)的諸多學(xué)科，但是它并不是若干傳統(tǒng)學(xué)科簡(jiǎn)單和機(jī)械的組合。神經(jīng)生物學(xué)是在科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程中，在傳統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)的基礎(chǔ)之上成長(zhǎng)和發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的綜合性的邊緣學(xué)科。
1）分子神經(jīng)生物學(xué)
分子神經(jīng)生物學(xué)（molecular neurobiology）是神經(jīng)系統(tǒng)研究的一個(gè)層次，是在分子水平研究與神經(jīng)細(xì)胞或神經(jīng)活動(dòng)有關(guān)的化學(xué)物質(zhì)。它著重研究神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)各種分子的結(jié)構(gòu)、功能、種類(lèi)、多樣性和來(lái)源，如受體蛋白、離子通道蛋白和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)性物質(zhì)等的結(jié)構(gòu)與功能。神經(jīng)系統(tǒng)遺傳性疾病的基因定位和變異的研究等都屬于分子神經(jīng)生物學(xué)的研究范疇。
2）發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)
發(fā)育是最基本的生命現(xiàn)象。發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)（developmental neurobiology）主要研究神經(jīng)細(xì)胞的發(fā)育過(guò)程，包括神經(jīng)細(xì)胞譜系的追蹤，神經(jīng)元的發(fā)生、誘導(dǎo)、遷移、分化，軸突和樹(shù)突的發(fā)育，突觸的發(fā)生，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形成，神經(jīng)系統(tǒng)的生長(zhǎng)、發(fā)育、成熟、退變、老化，以及神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性等。在腦發(fā)育中，神經(jīng)生物學(xué)要解決的問(wèn)題頗多。例如，神經(jīng)系統(tǒng)的區(qū)域化形成，不同種類(lèi)的神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的產(chǎn)生，神經(jīng)細(xì)胞的遷移，以及神經(jīng)誘導(dǎo)、發(fā)育過(guò)程中的軸突到達(dá)靶組織的分子機(jī)制，神經(jīng)系統(tǒng)中種類(lèi)各異、數(shù)量龐大的神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞是如何組構(gòu)成一個(gè)完美的神經(jīng)系統(tǒng)等。
3）細(xì)胞神經(jīng)生物學(xué)
細(xì)胞神經(jīng)生物學(xué)（neurocytology）在細(xì)胞或亞細(xì)胞水平上研究神經(jīng)系統(tǒng)及其組成成分。如神經(jīng)細(xì)胞骨架成分，線(xiàn)粒體等的結(jié)構(gòu)和功能，細(xì)胞水平的各種信號(hào)調(diào)控，神經(jīng)遞質(zhì)、調(diào)質(zhì)，神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子及各種細(xì)胞因子在神經(jīng)系統(tǒng)的分布和作用機(jī)制，神經(jīng)細(xì)胞凋亡的發(fā)生機(jī)理及基因調(diào)控等。
4）比較神經(jīng)生物學(xué)
比較神經(jīng)生物學(xué)（comparative neurobiology）從種系發(fā)生上研究神經(jīng)系統(tǒng)從低級(jí)到高級(jí)的進(jìn)化進(jìn)程及進(jìn)化規(guī)律。某些低等動(dòng)物如線(xiàn)蟲(chóng)、海兔、烏賊、水蛭等，其神經(jīng)元總數(shù)很少，神經(jīng)系統(tǒng)組成較簡(jiǎn)單，是研究神經(jīng)細(xì)胞遷移、突觸形成、學(xué)習(xí)與記憶、各種神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)對(duì)神經(jīng)活動(dòng)影響的良好實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。例如秀麗隱桿線(xiàn)蟲(chóng)（Caenorhabditis elegans）是細(xì)胞定數(shù)動(dòng)物，成蟲(chóng)體細(xì)胞一共有1090 個(gè)，其中103 個(gè)注定要發(fā)生程序性細(xì)胞死亡（programmed cell death ，PCD），線(xiàn)蟲(chóng)蟲(chóng)體透明，在相差顯微鏡下，可利用核折光率的不同觀(guān)察細(xì)胞凋亡的過(guò)程，PCD 的基因調(diào)控機(jī)制最先也是從線(xiàn)蟲(chóng)研究突破的。
5）系統(tǒng)神經(jīng)生物學(xué)
系統(tǒng)神經(jīng)生物學(xué)（systematic neurobiology）以功能系統(tǒng)為研究對(duì)象的分支，如軀體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，各種感覺(jué)系統(tǒng)，以及對(duì)內(nèi)臟活動(dòng)調(diào)控的腸神經(jīng)系統(tǒng)（enteric nervous system），心血管及免疫系統(tǒng)等的神經(jīng)調(diào)控。
6）行為神經(jīng)生物學(xué)
行為神經(jīng)生物學(xué)（behavioural neurobiology）在活著的完整動(dòng)物上，應(yīng)用行為學(xué)或心理學(xué)方法研究神經(jīng)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)記憶、情感、睡眠與覺(jué)醒的機(jī)制，各種內(nèi)外環(huán)境改變對(duì)動(dòng)物行為的影響等。轉(zhuǎn)基因動(dòng)物及基因敲除（knock out）技術(shù)的應(yīng)用，使基因功能和動(dòng)物行為的研究得到了很大的進(jìn)展。
以上只是就研究層次為主題的分支范圍，但實(shí)際各學(xué)科領(lǐng)域間常有交叉和重疊，如神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的基因調(diào)控，是既包括發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)又包括分子神經(jīng)生物學(xué)的多層次的研究，不能決然分開(kāi)。
三、神經(jīng)生物學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史
上古時(shí)代，人們認(rèn)為“心”為“思”之器官。直至17 世紀(jì)Willis 才把思維及人體主宰功能定位于大腦。古希臘的哲學(xué)家在描述精神和靈魂的概念時(shí)，認(rèn)為思想依靠腦，最早述及腦的功能。中國(guó)古代醫(yī)學(xué)也有“腦為諸髓之�！钡拿枋�。
盡管思維、意識(shí)、學(xué)習(xí)、記憶等腦的高級(jí)功能最容易引起人們的研究興趣，但人類(lèi)對(duì)腦的認(rèn)識(shí)都是從最基本的結(jié)構(gòu)與功能活動(dòng)開(kāi)始研究的。神經(jīng)解剖的研究早在16 世紀(jì)就開(kāi)始了，1543 年，Vesalius 精確描述了人體神經(jīng)系統(tǒng)的大體解剖結(jié)構(gòu)。但是真正用科學(xué)方法來(lái)研究神經(jīng)生理學(xué)則始于18 世紀(jì)末。19 世紀(jì)中后葉，關(guān)于神經(jīng)的基本組織單位、先天的反射活動(dòng)和后天建立起來(lái)的反射行為等已經(jīng)成為生理學(xué)家感興趣的問(wèn)題。到20 世紀(jì)，神經(jīng)生理學(xué)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展，從結(jié)構(gòu)、組織、生理、生化、胚胎、藥理和病理等許多方面開(kāi)展了大量研究。神經(jīng)生理學(xué)這一名稱(chēng)遂擴(kuò)大而被稱(chēng)為神經(jīng)生物學(xué)。
1.神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)研究
19 世紀(jì)末葉，在顯微鏡發(fā)明之后，解剖學(xué)家Golgi 發(fā)明了選擇性顯示神經(jīng)細(xì)胞的銀染法，即使用至今的Golgi 氏法。該法可在神經(jīng)組織切片上顯示出少量完整的神經(jīng)細(xì)胞，包括其胞體與突起。生活在同一時(shí)代的西班牙神經(jīng)組織學(xué)家Cajal 用此法作了大量的系統(tǒng)觀(guān)察，1891 年確認(rèn)神經(jīng)系統(tǒng)由獨(dú)立的邊界清楚的細(xì)胞組成，這些細(xì)胞可有不同的類(lèi)型并相互聯(lián)系，但非胞質(zhì)借突起相互通連的一大合體細(xì)胞。Cajal 等的工作是對(duì)腦認(rèn)識(shí)的一個(gè)非常重要的進(jìn)展，初步確定了神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的細(xì)胞（即神經(jīng)元）學(xué)說(shuō)。神經(jīng)元理論的建立取代了過(guò)去不是建立在細(xì)胞基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)理論，為研究神經(jīng)傳導(dǎo)奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。
19 世紀(jì)和20 世紀(jì)交替之際，英國(guó)生理學(xué)家Sherrington 在Cajal 的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行這方面的研究。他在1897 年出版的生理學(xué)教科書(shū)中首次把神經(jīng)細(xì)胞之間的連接點(diǎn)定名為“突觸” ，這是繼神經(jīng)元學(xué)說(shuō)之后，神經(jīng)科學(xué)研究中的又一個(gè)重要里程碑，成為研究神經(jīng)傳遞的一個(gè)重要概念。1910 年，Sherrington 進(jìn)一步提出，由于有突觸存在，神經(jīng)脈沖不是隨機(jī)地在神經(jīng)細(xì)胞間傳入、傳出，而是通過(guò)突觸的單向傳導(dǎo)。經(jīng)過(guò)許多人的工作，到20 世紀(jì)初已經(jīng)明確突觸是有結(jié)構(gòu)的。
20 世紀(jì)20～50 年代，電子顯微鏡的發(fā)明，極大地促進(jìn)了人們對(duì)神經(jīng)元和突觸細(xì)微結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步支持并鞏固了神經(jīng)元學(xué)說(shuō)。通過(guò)高倍電子顯微鏡的觀(guān)察表明，突觸前和后有兩個(gè)分開(kāi)的膜，分屬突觸前后兩個(gè)神經(jīng)元，中間的200 ?間隙，稱(chēng)為突觸間隙。這樣的結(jié)構(gòu)普遍存在于神經(jīng)系統(tǒng)中。電鏡觀(guān)察還表明，突觸前靠近膜處有突觸小泡等其他結(jié)構(gòu)。突觸小泡后來(lái)被證明是神經(jīng)遞質(zhì)儲(chǔ)存的場(chǎng)所。
2.神經(jīng)興奮的電傳導(dǎo)
1791 年，意大利解剖學(xué)家Galvani 發(fā)現(xiàn)了生物電現(xiàn)象。19 世紀(jì)有更多的生理學(xué)家從事電生理的研究，取得了測(cè)定神經(jīng)電傳導(dǎo)的速度、發(fā)現(xiàn)“全或無(wú)”定律等許多成果。20 世紀(jì)有了示波器和電子放大器，特別是在30 年代，英國(guó)生理學(xué)家Young 以烏賊大神經(jīng)纖維作為研究材料，對(duì)神經(jīng)電傳導(dǎo)的電阻、電位及其在刺激前后的變化等都進(jìn)行了定量的測(cè)量。40 年代，英國(guó)生理學(xué)家Hodgkin 、Huxley 和Katz 進(jìn)而研究Na+ 、K+ 與神經(jīng)傳導(dǎo)的關(guān)系，提出了神經(jīng)元質(zhì)膜的離子學(xué)說(shuō)，建立了一套可興奮膜理論。發(fā)現(xiàn)在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)神經(jīng)纖維膜為“鉀膜” ，K+ 可以通透，趨向于鉀的平衡電位；在活動(dòng)時(shí)則為“鈉膜” ，對(duì)Na+ 有極大的通透性，趨向于鈉的平衡。因此動(dòng)作電位的產(chǎn)生，本質(zhì)上是“鉀膜”轉(zhuǎn)變?yōu)椤扳c膜” ，而且這種轉(zhuǎn)變是可逆的。1957 年Eccles 用微電極技術(shù)對(duì)中樞神經(jīng)元及突觸傳遞的機(jī)制進(jìn)行了研究，為闡明中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能做出了突出的貢獻(xiàn)。
3.神經(jīng)化學(xué)遞質(zhì)研究
1905 年，英國(guó)生理學(xué)家Elyot 發(fā)現(xiàn)用電刺激交感神經(jīng)的結(jié)果同腎上腺素引起的反應(yīng)類(lèi)似，并認(rèn)為這很可能是當(dāng)電脈沖到達(dá)肌肉聯(lián)結(jié)點(diǎn)時(shí)釋放了腎上腺素。這項(xiàng)工作當(dāng)時(shí)并未引起重視。
1921 年，奧地利的Loewi 用蛙心做實(shí)驗(yàn)，直接證明在心肌上的交感神經(jīng)末梢和副交感神經(jīng)末梢釋放出兩種不同的化學(xué)物質(zhì)，一種使心跳減速，另一種使心跳加速。后來(lái)Loewi 認(rèn)為副交感神經(jīng)對(duì)心肌的作用同乙酰膽堿類(lèi)似。1926 年，在英國(guó)生理學(xué)家Dale 建議下，Loewi 用毒扁豆堿抑制乙酰膽堿酶的活性，使乙酰膽堿能保持一定量，同時(shí)也觀(guān)察到副交感神經(jīng)作用加強(qiáng)和延長(zhǎng)的效果。在此基礎(chǔ)上神經(jīng)末梢釋放化學(xué)物質(zhì)的概念逐步得到了建立。1932 年前后，Dale 又做了一系列的實(shí)驗(yàn)，取得了乙酰膽堿存在于內(nèi)臟器官神經(jīng)末梢的直接證據(jù)。此后，乙酰膽堿作為神經(jīng)遞質(zhì)的研究擴(kuò)大到橫紋肌神經(jīng)末梢，交感、副交感神經(jīng)節(jié)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的某些神經(jīng)細(xì)胞的末梢。這項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的研究為此后神經(jīng)遞質(zhì)的研究打下了良好的基礎(chǔ)。逐步證明神經(jīng)遞質(zhì)是作用于受體的信使，將化學(xué)傳遞理論由神經(jīng)肌肉接頭擴(kuò)大到神經(jīng)接點(diǎn)――突觸上。
1934～1935 年美國(guó)生理學(xué)家Cannon 等提取去甲腎上腺素，當(dāng)時(shí)命名為“交感素” （sympathin），到1946 年瑞典生理學(xué)家Eule 才證明其為去甲腎上腺素。1960 年以來(lái)，對(duì)腦內(nèi)遞質(zhì)開(kāi)展了不少研究。除了上述已知的兩種遞質(zhì)外，還發(fā)現(xiàn)了約30 種不同的遞質(zhì)，各存在于一定的部位，各有不同的作用。它們有些是氨基酸，如甘氨酸、丙氨基丁酸等；有些是胺類(lèi)，如兒茶酚胺類(lèi)的多巴胺、去甲腎上腺素和腎上腺素等；還有些是多肽類(lèi)。20 世紀(jì)70 年代腦啡肽的發(fā)現(xiàn)為神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)鎮(zhèn)痛機(jī)制的研究開(kāi)辟了新的前景。
4.腦功能研究
英國(guó)生理學(xué)家Sherrington 的工作是同“反射”活動(dòng)聯(lián)系在一起的。他于1893 年從膝跳開(kāi)始，研究感覺(jué)神經(jīng)元、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，以及由一個(gè)或多個(gè)中間神經(jīng)元連接起來(lái)共同協(xié)作所形成的反射弧。后來(lái)他提出抑制的概念，并認(rèn)為抑制過(guò)程同興奮過(guò)程同等重要。他還研究了不同類(lèi)型的協(xié)調(diào)反射，以及大腦或小腦對(duì)脊髓反射中樞的影響。
俄國(guó)生理學(xué)家Pavlov 在20 世紀(jì)初建立起“條件反射”的概念，這是他長(zhǎng)期以精巧瘺管技術(shù)對(duì)消化生理進(jìn)行研究的結(jié)果。他證明條件反射是大腦活動(dòng)的結(jié)果，可以由后天訓(xùn)練得來(lái)。他利用條件反射對(duì)大腦的興奮與抑制做了大量研究，其結(jié)果不僅對(duì)生理研究而且對(duì)心理、精神以及教育等研究都有一定影響。把原來(lái)屬于“心理”領(lǐng)域的腦的高級(jí)功能納入神經(jīng)生理學(xué)的研究范圍。
19 世紀(jì)有學(xué)者提出關(guān)于腦功能區(qū)的定位，即大腦主司感覺(jué)與思考，延髓為生命中樞，小腦主協(xié)調(diào)軀體運(yùn)動(dòng)。對(duì)人的大腦皮層功能區(qū)的研究，開(kāi)始于19 世紀(jì)對(duì)尸體解剖的觀(guān)察，如失語(yǔ)癥與額葉中央前回底部之前的損傷有關(guān)等。在人腦上用電刺激研究功能定位，開(kāi)始于20 世紀(jì)30 年代。德國(guó)神經(jīng)外科醫(yī)生Foerster 和加拿大神經(jīng)生理學(xué)家Penfield 進(jìn)行外科手術(shù)時(shí)，在清醒的患者身上，用電刺激大腦的不同部位引起不同反應(yīng)。根據(jù)這種結(jié)果繪制出人的大腦皮層功能區(qū)域圖表明，感覺(jué)區(qū)集中在中央后回，運(yùn)動(dòng)區(qū)集中在中央前回，這些區(qū)域的每一處都同身體的一定部位相聯(lián)系。
19 世紀(jì)70 年代，英國(guó)生理學(xué)家Caton 用兔、貓和猴等40 頭動(dòng)物作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，發(fā)現(xiàn)它們的大腦普遍存在著電的變化。進(jìn)入20 世紀(jì)后開(kāi)始做腦電記錄。1925 年，德國(guó)精神病學(xué)家Berger用靈敏度高的電極插在他兒子的頭上做腦電測(cè)定，發(fā)現(xiàn)有心理活動(dòng)時(shí)（如注意等）腦電波發(fā)生變化。他還記錄了腦損傷時(shí)的腦電圖，為后者用于臨床診斷奠定了基礎(chǔ)。1929～1938 年，他每年出一本?關(guān)于人的腦電圖?，為從事這方面工作的人們提供了豐富的資料。神經(jīng)元的綜合電活動(dòng)，雖然可以對(duì)癲癇或腦內(nèi)重大病變提供信息，卻不能揭示感知的過(guò)程。從20 世紀(jì)50 年代開(kāi)始，腦電的研究向著探索與特定知覺(jué)有關(guān)的信號(hào)方向發(fā)展，開(kāi)展了誘發(fā)電位的研究工作。英國(guó)的Daw-son 于50 年代初建立起世界上第一個(gè)記錄瞬態(tài)誘發(fā)電位的裝置。隨后，由美國(guó)兩位科學(xué)家將該機(jī)械裝置全部加以電子化并同專(zhuān)用計(jì)算機(jī)相連。60 年代，又引入傅里葉（Pourier）分析儀，使研究工作取得新進(jìn)展。到了70 年代，對(duì)人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、甚至嬰兒的感覺(jué)都有了靈敏的檢查指標(biāo)，不僅在臨床上得到廣泛應(yīng)用，也為進(jìn)一步探索腦功能提供了條件。80 年代以后，正電子發(fā)射斷層掃描技術(shù)和磁共振成像技術(shù)的應(yīng)用，可以無(wú)損傷地研究活動(dòng)狀態(tài)下的腦，以了解腦在正�；顒�(dòng)狀態(tài)下的功能，也可用于腦疾病或損傷的診斷。
5.神經(jīng)系統(tǒng)感知研究
感覺(jué)系統(tǒng)能夠快速地接受各種外界刺激，通過(guò)特異的傳導(dǎo)通路進(jìn)行信號(hào)的傳遞、分析和整合，產(chǎn)生認(rèn)知和相應(yīng)的行為。因此，感覺(jué)系統(tǒng)不僅是接受外界信息的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而且也是人和動(dòng)物做出行為應(yīng)答的重要基礎(chǔ)。20 世紀(jì)在感覺(jué)生理學(xué)上最受重視、發(fā)展最快的是中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)外界感覺(jué)的加工，在如何識(shí)別信號(hào)、如何形成感知方面已取得了一些階段性成果。① 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)上側(cè)抑制的發(fā)現(xiàn)。出生在匈牙利的美國(guó)生理學(xué)家Bekesy 發(fā)現(xiàn)，在視覺(jué)系統(tǒng)中有互相抑制的作用，有助于加強(qiáng)視覺(jué)中的反差效應(yīng)。他還發(fā)現(xiàn)，在聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)中也存在側(cè)抑制。這一作用原理已被應(yīng)用于通信系統(tǒng)和工程技術(shù)系統(tǒng)的信號(hào)檢測(cè)。② 神經(jīng)纖維的感受域。這是英國(guó)生理學(xué)Adrian 在1930 年前后提出的概念。他的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)許多感受器都會(huì)引起同一根神經(jīng)纖維的反應(yīng)，因此他把這一纖維所聯(lián)系的許多感受器的區(qū)域稱(chēng)為感受域。③ 大腦皮層存在著“�！睜罴�(xì)胞群的“功能結(jié)構(gòu)” 。60～70 年代的研究初步表明，大腦有109～1011 個(gè)細(xì)胞，它們是有序的，在感知外界事物的信息加工過(guò)程中遵循一定的規(guī)則，而且各種感覺(jué)都有共同規(guī)律。
20 世紀(jì)60 年代以后，各種新技術(shù)、新方法大量出現(xiàn)并迅速地應(yīng)用到實(shí)際研究中去，如辣根過(guò)氧化物酶法、熒光染料等束路追蹤技術(shù)和免疫組織化學(xué)技術(shù)、免疫電鏡技術(shù)、放射免疫測(cè)定法、電子計(jì)算機(jī)顯微圖像分析技術(shù)、脫氧葡萄糖法及神經(jīng)細(xì)胞的體外培養(yǎng)法等。70 年代以后，出現(xiàn)了顯示神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)mRNA 的原位雜交法，DNA 重組技術(shù)，研究神經(jīng)遞質(zhì)受體分布的定位法，研究神經(jīng)元質(zhì)膜離子通道的膜片鉗技術(shù)等。特別是分子生物學(xué)的發(fā)展和分子生物學(xué)方法在腦研究中的應(yīng)用，使許多神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的研究進(jìn)入了分子水平研究階段。
20 世紀(jì)90 年代神經(jīng)生物學(xué)有了飛躍的發(fā)展，更新了許多傳統(tǒng)的觀(guān)念，對(duì)腦的結(jié)構(gòu)和功能有了進(jìn)一步深入的理解，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)理及防治更前進(jìn)了一步。以發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)而言，除神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育及再生的基因調(diào)控外，對(duì)膠質(zhì)細(xì)胞的功能已賦予了新的內(nèi)容。胚胎干細(xì)胞、神經(jīng)干細(xì)胞以及嵌合體的建立，為神經(jīng)細(xì)胞的發(fā)育、誘導(dǎo)、分化提供了新的研究手段，也為腦內(nèi)移植等展示了光輝的前景。中樞神經(jīng)的再生過(guò)去認(rèn)為是不可能的，現(xiàn)在應(yīng)用綜合手段如胚胎組織腦內(nèi)移植，應(yīng)用抗抑制因子抗體和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子等都能不同程度地促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的再生。這些為神經(jīng)損傷，特別是脊髓截癱的患者帶來(lái)一絲曙光。雖然如此，解釋、破譯腦的奧秘并使之為人類(lèi)健康服務(wù)，將是21 世紀(jì)的重大課題，任重而道遠(yuǎn)。
第二節(jié) 常用神經(jīng)生物學(xué)研究方法
神經(jīng)生物學(xué)是一門(mén)典型的綜合性學(xué)科，包含眾多研究領(lǐng)域，且發(fā)展極快。多學(xué)科、多層次的研究是神經(jīng)科學(xué)研究的一個(gè)顯著特點(diǎn)，因而其所涉及的研究方法與手段也是紛繁復(fù)雜、包羅萬(wàn)象的，其中既包括了傳統(tǒng)生物形態(tài)學(xué)科的研究方法，同時(shí)生物機(jī)能與代謝的研究手段也被廣泛采用。近幾年來(lái)，分子生物學(xué)技術(shù)正被引入這一領(lǐng)域，一些新近發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)如計(jì)算機(jī)模擬網(wǎng)絡(luò)，無(wú)創(chuàng)腦成像技術(shù)及單個(gè)活細(xì)胞分析技術(shù)等，也已顯示了既往研究方法所不具有的優(yōu)勢(shì)。
一、形態(tài)學(xué)方法
（一）神經(jīng)束路示蹤法
1.軸漿運(yùn)輸法
軸漿運(yùn)輸是神經(jīng)細(xì)胞的特性之一，神經(jīng)元有長(zhǎng)短不等的軸突，需要從細(xì)胞體不斷地將各種成分運(yùn)輸至軸突及其分枝以維持神經(jīng)元代謝；在神經(jīng)末梢釋放的神經(jīng)肽及合成經(jīng)典遞質(zhì)的酶也需在胞體合成；影響細(xì)胞代謝的物質(zhì)，如神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，從末梢逆向傳送至胞體，這些運(yùn)輸現(xiàn)象稱(chēng)為軸漿運(yùn)輸（axoplasmic transport）。根據(jù)運(yùn)輸速度分快軸漿運(yùn)輸和慢軸漿運(yùn)輸�？燧S漿運(yùn)輸又有順行和逆行之分，快的順行運(yùn)輸速度為50～500mm/d ，快逆行運(yùn)輸速度為50～80mm/d 。慢軸漿運(yùn)輸則全為順行，速度約為5～8mm/d 。中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)軸漿運(yùn)輸?shù)乃俣燃s為周?chē)窠?jīng)系統(tǒng)的一半。軸漿運(yùn)輸是個(gè)耗能的過(guò)程，其機(jī)制尚不完全清楚，研究顯示微管（microtubule）在軸漿運(yùn)輸中起關(guān)鍵作用。樹(shù)突也有類(lèi)似的運(yùn)輸現(xiàn)象。
1）辣根過(guò)氧化物酶法
辣根過(guò)氧化物酶（horseradish peroxidase ，HRP）法是應(yīng)用最廣泛的神經(jīng)束路示蹤法。HRP是一種含血紅素基的植物糖蛋白，將其注入動(dòng)物體內(nèi)，可沿軸漿運(yùn)輸線(xiàn)路示蹤神經(jīng)束路。HRP在H2 O2 存在條件下，可催化外加聯(lián)苯胺的氧化反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物具有特定顏色，如與二氨基聯(lián)苯胺（DAB）反應(yīng)呈黃色，與四甲基聯(lián)苯胺（TMB）反應(yīng)呈藍(lán)黑色，從而可將標(biāo)記神經(jīng)元及其突起顯現(xiàn)出來(lái)。HRP 肌肉注射，可由肌肉神經(jīng)末梢吸收，沿軸突逆行運(yùn)至胞體，標(biāo)記運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元及其樹(shù)突；HRP 神經(jīng)元胞體區(qū)注射，可沿順行軸漿運(yùn)輸至其傳出纖維分布區(qū)。
HRP 法具有許多優(yōu)點(diǎn)：① 方法簡(jiǎn)便，實(shí)驗(yàn)周期僅數(shù)天；② HRP 細(xì)胞內(nèi)注射，可顯示神經(jīng)元胞體、樹(shù)突及軸突全貌，形態(tài)細(xì)節(jié)優(yōu)于Golgi 銀染法；③ DAB-HRP 反應(yīng)產(chǎn)物具有較高的電子密度，既適于光鏡也適宜電鏡觀(guān)察；④ HRP 也可經(jīng)神經(jīng)纖維束內(nèi)注射或經(jīng)神經(jīng)斷端浸泡
吸收。
HRP 法的缺點(diǎn)主要有：① 標(biāo)記過(guò)路纖維，既有順行軸漿運(yùn)輸標(biāo)記，又有逆行軸漿運(yùn)輸標(biāo)記，故解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)審慎；② 有效注射范圍較難確定，一般認(rèn)為，中心深染而不能辨認(rèn)其結(jié)構(gòu)的區(qū)域?yàn)橛行^(qū)，而其他可辨認(rèn)結(jié)構(gòu)的周邊區(qū)為無(wú)效區(qū)。
2）植物凝集素和細(xì)菌毒素束路示蹤法
示蹤物是通過(guò)神經(jīng)細(xì)胞膜上特定受體的介導(dǎo)而被胞飲吸收入神經(jīng)元。菜豆凝集素（ Phaseolus vulgaris leucoagglutinin ，PHA-L）主要用于順向追蹤，其顯示的纖維末梢形態(tài)非常細(xì)致，且基本沒(méi)有過(guò)路纖維標(biāo)記問(wèn)題。麥芽凝集素（wheat germ agglutinin ，WGA）除偶聯(lián)成WGA-HRP外，也可單獨(dú)使用，作順、逆向傳送標(biāo)記。凝集素可用PHA-L 抗體或WGA 抗體的免疫組織化學(xué)法顯示�；魜y毒素（cholera toxin ，CTX）除形成CTX-HRP ，也可單獨(dú)使用，是一種很靈敏的順、逆向示蹤劑。但用霍亂毒素抗體的免疫組織化學(xué)法及凝集素組織化學(xué)示蹤法，成本比HRP法高且步驟多。

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