神經(jīng)元的激活與信號傳遞神經(jīng)系統(tǒng)的基礎單元課程概述神經(jīng)元結構電信號傳遞化學信號傳遞神經(jīng)系統(tǒng)簡介中樞神經(jīng)系統(tǒng)大腦與脊髓信息處理中心周圍神經(jīng)系統(tǒng)傳入與傳出神經(jīng)連接中樞與外周神經(jīng)元的基本結構細胞體代謝中心1樹突接收信號2軸突傳遞信號3細胞體的功能代謝中心能量產(chǎn)生蛋白質合成細胞維持信號整合處理輸入信號樹突的特征分支結構增大接收面積樹突棘突觸連接點信息接收產(chǎn)生突觸電位軸突的特征單一長突起可達數(shù)米長髓鞘包裹加速信號傳導軸突末梢釋放神經(jīng)遞質神經(jīng)元的類型單極神經(jīng)元一個突起從細胞體伸出雙極神經(jīng)元兩個突起從對側伸出多極神經(jīng)元多個樹突和一個軸突神經(jīng)膠質細胞星形膠質細胞提供營養(yǎng)支持少突膠質細胞形成髓鞘小膠質細胞免疫防御功能神經(jīng)元膜的特性選擇性通透性特定離子通過離子通道控制離子流動膜電位內(nèi)外電位差靜息電位定義靜息狀態(tài)下的膜電位數(shù)值約-70mV形成機制鈉鉀泵和離子通道共同作用鉀離子平衡電位-94平衡電位(mV)140胞內(nèi)濃度(mM)5胞外濃度(mM)Nernst方程計算:EK=61log([K+]out/[K+]in)鈉離子平衡電位+61平衡電位(mV)15胞內(nèi)濃度(mM)145胞外濃度(mM)Nernst方程計算:ENa=61log([Na+]out/[Na+]in)Goldman-Hodgkin-Katz方程考慮多種離子貢獻計入膜通透性差異更準確預測靜息電位動作電位概述定義膜電位快速上升下降1閾值特性全或無反應2傳導特性不衰減傳播3動作電位的產(chǎn)生過程1去極化膜電位上升2復極化膜電位下降3超極化短暫低于靜息電位4恢復回到靜息狀態(tài)閾值電位定義觸發(fā)動作電位的最小去極化值數(shù)值約-55mV意義決定神經(jīng)元是否激活不應期絕對不應期無法產(chǎn)生新動作電位相對不應期需更強刺激觸發(fā)局部電位電位衰減隨距離減弱1可加和性多個信號疊加2沒有閾值大小與刺激成正比3電壓門控離子通道鈉通道快速活化和失活鉀通道緩慢活化無失活鈣通道控制神經(jīng)遞質釋放鈉通道的活化與失活1關閉狀態(tài)靜息時2快速活化去極化后3失活狀態(tài)無法再開啟4恢復狀態(tài)超極化后鉀通道的活化關閉狀態(tài)靜息時緩慢活化去極化后延遲開啟無失活過程持續(xù)開放狀態(tài)動作電位的傳導連續(xù)傳導無髓鞘軸突速度較慢跳躍傳導有髓鞘軸突速度更快髓鞘的作用100傳導速度提升倍數(shù)1髓鞘厚度(μm)100跳躍傳導速度(m/s)軸突的分類有髓軸突被髓鞘包裹無髓軸突無髓鞘包裹突觸的結構1突觸前膜含神經(jīng)遞質囊泡2突觸間隙寬約20nm3突觸后膜含受體蛋白化學突觸與電突觸化學突觸通過遞質傳遞單向傳導電突觸通過縫隙連接雙向傳導神經(jīng)遞質概述小分子遞質氨基酸類1單胺類多巴胺等2肽類遞質內(nèi)啡肽等3氣體遞質一氧化氮等4主要神經(jīng)遞質谷氨酸主要興奮性遞質γ-氨基丁酸主要抑制性遞質乙酰膽堿神經(jīng)肌肉連接處單胺類神經(jīng)遞質多巴胺獎勵和運動控制去甲腎上腺素警覺和注意力5-羥色胺情緒和睡眠調(diào)節(jié)神經(jīng)肽類遞質內(nèi)啡肽鎮(zhèn)痛作用情緒調(diào)節(jié)緩激肽炎癥反應疼痛感知P物質疼痛傳導神經(jīng)調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質的合成與儲存前體合成細胞體中軸突運輸向末梢轉運囊泡包裝儲存在突觸小泡神經(jīng)遞質的釋放動作電位到達激活突觸前膜鈣離子內(nèi)流通過電壓門控通道突觸小泡融合與膜融合釋放遞質突觸小泡循環(huán)胞吐作用釋放神經(jīng)遞質1內(nèi)吞作用回收膜成分2再充填裝載新遞質3儲存待用準備下次釋放4神經(jīng)遞質受體概述離子型受體直接開啟通道快速反應代謝型受體通過G蛋白慢速反應離子型受體直接門控神經(jīng)遞質直接開關快速反應毫秒級響應多亞基結構通道蛋白復合物代謝型受體G蛋白偶聯(lián)信號轉導第二信使激活級聯(lián)放大廣泛調(diào)節(jié)作用影響多個過程興奮性突觸后電位(EPSP)陽離子內(nèi)流Na+和Ca2+去極化效應使膜電位上升累加效應多個EPSP可疊加抑制性突觸后電位(IPSP)陰離子內(nèi)流Cl-通道開放超極化效應使膜電位下降抑制作用減少神經(jīng)元興奮性突觸整合時間整合不同時間信號疊加空間整合不同位置信號疊加突觸可塑性1短期易化暫時加強2短期抑制暫時減弱3長時程增強持久加強4長時程抑制持久減弱長時程增強(LTP)高頻刺激突觸前膜持續(xù)釋放NMDA受體激活鈣離子內(nèi)流信號級聯(lián)激活蛋白激酶突觸效能增強新受體插入突觸后膜長時程抑制(LTD)低頻刺激持續(xù)低水平活動低水平鈣內(nèi)流激活不同信號通路蛋白磷酸酶激活突觸受體內(nèi)吞突觸效能降低降低對遞質敏感性神經(jīng)調(diào)質定義調(diào)節(jié)神經(jīng)元活動的信號分子特點擴散廣泛作用方式調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質系統(tǒng)主要神經(jīng)調(diào)質一氧化氮氣體信號分子內(nèi)源性大麻素脂溶性調(diào)節(jié)劑腺苷代謝產(chǎn)物神經(jīng)營養(yǎng)因子促進神經(jīng)元生存、分化和生長的蛋白質神經(jīng)元的信息編碼頻率編碼放電頻率攜帶信息時間編碼放電精確時間攜帶信息感覺神經(jīng)元的特性1感受器轉換物理刺激為電信號2信號轉導產(chǎn)生受體電位3特異性編碼對特定刺激敏感運動神經(jīng)元的特性神經(jīng)肌肉接頭特化的化學突觸乙酰膽堿釋放主要神經(jīng)遞質終板電位引發(fā)肌肉收縮中樞神經(jīng)元的特性1234信息整合綜合多輸入局部環(huán)路形成功能單元可塑性高適應性強多種遞質復雜調(diào)控神經(jīng)環(huán)路的基本類型發(fā)散一對多連接會聚多對一連接反饋形成環(huán)路神經(jīng)網(wǎng)絡的基本原理并行處理同時處理多種信息分布式表征信息分散存儲層級組織低級到高級處理神經(jīng)網(wǎng)絡的可塑性發(fā)育期可塑性關鍵期學習突觸修剪成年期可塑性經(jīng)驗依賴性調(diào)整學習與記憶神經(jīng)元的再生與修復中樞神經(jīng)系統(tǒng)再生能力有限膠質瘢痕形成周圍神經(jīng)系統(tǒng)再生能力較強施萬細胞協(xié)助神經(jīng)退行性疾病阿爾茨海默病β-淀粉樣蛋白沉積帕金森病多巴胺神經(jīng)元減少神經(jīng)元的能量代謝高能耗特性大腦消耗20%體能葡萄糖依賴主要能量來源線粒體功能ATP生產(chǎn)中心神經(jīng)元的保護機制抗氧化應答清除自由基1熱休克蛋白保護蛋白折疊2自噬作用清除損傷組分3DNA修復