宏观第五讲：动物的结构与功能——反应与调控(神经)

主要讲述神经方面知识，内容基本覆盖高中选择性必修一生物学知识，高中同学可以看着玩玩，大一学现代生物科学导轮的同学可以当做简易的复习提纲。

宏观第五讲：动物的结构与功能——反应与调控(神经)

• 一、 神经系统和神经调控
  • 组成
    • 中枢神经系统（central nervous system）
      • 脑
        • 纵切组成
          • 灰质
            • 由大量神经元胞体以及树突聚集而成。
            • 存在位置：脊髓和延脑的内部，大脑小脑和脑干的外部
          • 白质
            • 由神经元中被髓鞘包围的突起构成
            • 存在位置：脊髓和延脑的外部，大脑小脑和脑干的内部
          • 脑室
            • 脑质内部的室管系统，内含脉络丛，产生脑脊液充溢脑室并注入蛛网膜下腔滋养神经组织，作为一种缓冲介质保护脑组织免受震荡。如果脑室系统某部发生梗阻，则产生阻塞性脑积水。
        • 结构
          • 大脑
            • 大脑皮层的划分
              • One. 额叶：语言区（沟通，思维，推理）
              • Two. 颞叶：听觉区（记忆）
              • Three. 顶叶：感觉区（身体受觉）
              • Four. 枕叶：视觉区
          • 间脑
            • 丘脑
              • 哺乳类中大脑取代部分功能，但来自脊髓和脑后部分的感觉冲动要通过丘脑
            • 下丘脑
              • 调节内脏和内分泌活动的中枢（生物节律）
          • 脑干
            • 中脑
              • 为视觉和听觉的反射中枢
            • 桥脑（脑桥）
              • 位于延髓和中脑之间，前、后缘有横沟分界。脑桥的腹侧面积脑桥基底，内有大量的横行纤维，连接小脑半球，也有一些纵行的神经纤维。
            • 延髓
              • 是脏腑器官的反射中枢，含有多种“ 活命中枢”（呼吸心博等）
                • e.g.能控制呼吸并不是能控制“呼吸”，而是能主观控制一块肌肉
          • 小脑
            • 肢体肌肉平衡和协调各部分肌肉运动
        • 基本职能：人类的脑是一切意识、 思想 、语言 、行为的策划中枢，是神经系统的主宰。
      • 脊髓（spinal cord）
        • 是脊椎动物中枢神经系统的低级部位。 为一条灰白色的长管，分为灰质和白质。
        • 中央部分在脊髓横切面上成蝴蝶形，称为灰质 (gray matter)。细胞体和突触都位于灰质。灰质的左右两“翅”又分为背角和腹角两部分。
          • • Dorsal root of spinal nerve
              • The dorsal root of spinal nerve (or posterior root of spinal nerve) is one of two "roots" which emerge from the spinal cord. It emerges directly from the spinal cord, and travels to the dorsal root ganglion. Nerve fibres with the ventral root then combine to form a spinal nerve. The dorsal root transmits sensory information, forming the afferent sensory root of a spinal nerve.
            • Ventral root of spinal nerve
          • 感觉神经的细胞体位于背角（后角，呈狭小状） 。运动神经的细胞体位于腹角（前角，呈扩大状）。它们的轴突从腹角伸出，和进入背角的感觉神经组成脊神经。
        • 功能
          • 1. 传导
            • 由周围神经(脊神经)传来的冲动经脊髓上行入脑，脑的信息也经脊髓 、 脊神经而达到身体各部。
          • 2. 反射中心
            • 完成某些基本的反射活动。 当身体碰到危险时， 为了尽快脱险，省却由大脑控制的步骤。
            • 屈肌反射，缩手反射、泄殖系统的反射（膝跳反射没有中间神经元）
    • 外周神经系统（peripheral nervous system）
      • 1. 与脑相连的脑神经（12条）
      • 2. 与脊相连的脊神经
      • 可分为：
        • 1. 感觉神经(Afferent (sensory) neurons)
        • 2. 运动神经(Efferent neorons)
          • 躯干运动神经（motor system）
          • 控制内脏/血管/腺体的自主神经系统(automotic nervous system)
            • 自主神经只有运动神经元，不受大脑与意志任意支配,但一定程度上接受中枢神经系统的调控 功能：调节心率、血压、体温、激素分泌、胃肠蠕动、支气管收缩与扩张等。
            • 交感神经（Sypathetic division）
              • 负责指导⾝体应对紧急情况
            • 副交感神经(Parasypathetic division)
              • 负责在平静期恢复⽣物体的各项功能
            • 肠神经(Enteric division)
              • 拓展：胃肠道运动功能（例如，小肠的分节运动以及蠕动）主要受局部的肠神经系统调节，而对中枢神经系统具有相对独立性。肠道的蠕动反射可以在离体条件进行。切断迷走神经或交感神经对胃肠道运动也很少影响。
  • 神经系统的结构分类
    • 网状结构：水螅（刺细胞动物门）
    • 梯状结构:涡虫（扁形动物门）
    • 链状结构：节肢动物
    • 管状结构：脊椎动物（脊索动物）
• 二、 信息的产生与传递
  • 1. 神经元与突触
    • 神经元（高中已学，不再赘叙）
    • 突触（轴突与树突(或胞体)的接 点叫突触 (synapse)）
      • 分类
        • 电突触（低级）：水螅
          • ①突触前后两膜很接近，神经冲动可直接通过，速度快；
          • ②传导没有方向，形成电突触的2个神经元的任何一个发生冲动，即可以通过电突触而传给另一个神经元。
        • 化学突触（高级）：哺乳动物
          • 神经递质
            • 兴奋型：指具有2个羧基和1个氨基的酸性游离氨基酸包括谷氨酸（Glu）、天门冬氨酸（Asp）等 抑制型：γ-氨基丁酸、甘氨酸等 作用机理： 1.兴奋性递质作用机理： 突触小泡释放兴奋性化学递质，这些兴奋性化学递质与后膜受体结合，提高膜对Na+、K+、CI－，特别是 Na+的通透性增加，膜电位降低，局部去极化，即产生兴奋性突触后电位。兴奋性突触后电位加大到一定程度时，就导致突触后神经元产生扩布性兴奋，传到整个突触后神经元。 2.抑制性递质作用机理： 同样是突触前神经元轴突末梢兴奋，但释放到突触间隙中的是抑制性递质。此递质与突触后膜特异性受体结合，使离子通道开放，提高膜对钾离子、氯离子，尤其是氯离子的通透性，使突触后膜的膜电位增大（如由－70毫伏增加到－75毫伏）、出现突触后膜超极化，称为抑制性突触后电位，持续时间也约10毫秒。此时，突触后神经元不易去极化，不易发生兴奋，表现为突触后神经元活动的抑制。
          • 特点
            • 1. 单向传递
            • 2. 有突触延搁
            • 3. 对内环境变化敏感，如缺氧
            • 4. 对某些药物敏感，如咖啡碱、茶碱
          • 优势
            • a) 传导的单向性
            • b) 突触后膜接受前膜的信息是经过筛选的
            • c) 更适应⾼级神经系统的活动。（化学突触容易疲劳 （因为递质的耗竭） ，这种疲劳可以保证⾼级神经中枢的正常运转。）
            • d) 化学突触可以作用的更为持久。
      • 组成
        • i. 突触前结构
        • ii. 突触间隙(注意电突触的间隙是连接的！)
        • iii. 突触后结构
      • 联络方式
        • a) 轴树联络
        • b) 轴体联络
        • c) 混合联络
      • 传递过程与特征
        • 神经冲动→神经终末释放化学物质→突触裂→化学介质于突触后膜受体的化学反应→突触后膜离子通透性变化→去极化(兴奋性突触后电位)→反极化(抑制性突触后电位)
  • 2. 阈刺激与全或无定理
    • 阈刺激：引起有机体反应的最小刺激
    • 阈刺激的全或无定理：当一个阈上刺激到达神经元，不论它的强度如何，一律引起同样的全力发放。而阈下的 刺激有机体不发生（无）反应 。
      • （*）讨论：为什么打击力度不一样感觉不一样？考虑神经元数量和分布
  • 3. 静息膜电位与动作电位
    • 静息电位（取φ外=0）：φ内=-70mV
      • 原理：钠钾泵（3Na+换2K+）消耗ATP维持胞内钾离子浓度方便钾离子通过钾离子通道外流提供浓度梯度能量
        • 当做电源，浓度梯度做功为非静电力做功，所以外面是正极
      • ii. 产生机制：
        • 1) 细胞膜内外的离子浓度差
        • 2) 细胞膜对钾离子的选择性通透
      • iii. 意义：
        • 1) 它所建立起的细胞内外的电压差， 是神经细胞电信号传递的基础。
        • 2) 在静息电位水平上，快速开关不同的离子通道，可以造成不同的电流和电压，使得神经元能够通过电压的方式传递信息，快捷而高效。
        • 3) 从总体来看， 是生命体以耗能换取快速反应的一种策略。
    • 动作电位
      • 膜收到超过阈值的刺激，会发生去极化、反计划和复极化的过程。
      • 这种电荷的移动构成了神经冲动，或叫做动作电位。
  • 4. 兴奋的传递
    • 兴奋的神经段和它相邻的未兴奋的神经段之间的电位恰好相反，由于电位差的存在导致电荷移动 ，形成局部电流。（也就是说中间产生双向传递）
  • 5. 反射弧
    • 人体通过神经系统对各种刺激的反应叫反射；
    • 反射通路的结构基础叫反射弧。
    • 组成结构
      • 感受器
        • 按结构和功能分类
          • 内感受器
            • 皮肤感受器
            • 化学感受器
            • 声感受器
            • 光感受器
              • 举例：复眼
          • 外感受器
            • 本体感受器：肌梭、肌腱
            • 内脏感受器：肺牵张、颈动脉窦感受器、 颈动脉体感受器
        • （*）特点
          • ① 感受器的适宜刺激
            • （感受器的阈值：强度阈值、时间阈值、面积阈值、辨别阈值感受器对适宜刺激 (声波、可见光、温度) 的变化敏感；对非适宜刺激的变化不很敏感。）
          • ② 感受器的换能作用
          • ③ 感受器的适应
            • 当刺激作用于感受器一定时间后，其感觉冲动发放的频率就逐渐下降，这一现象称为“ 感受器的适应”。
      • 感觉神经元 (传入神经)
      • 中间神经元 (神经中枢)
      • 运动神经元 (传出神经)
        • 神经与肌肉的连接
          • 运动神经纤维在到达末梢处时先失去髓鞘，以裸露的轴突末梢嵌入到肌细胞膜上称作终板的膜凹陷中。
          • 但轴突末梢的膜和终板膜以约200Å的间隙隔开 ；终板膜有规则地再向细胞内凹入，形成许多皱褶，作用可能是增加接头后膜的面积。
          • 轴突末梢的轴浆中含有大量直径500Å的囊泡，内含乙酰胆碱。一次动作电位约200～300个囊泡释放内容物。
      • 效应器
        • 传出神经纤维末梢及其所支配的肌肉或腺体
    • 举例：
      • 膝跳反射（比较特殊：没有中间神经元部分，只有两条神经）
• 三、 脑的高级功能
  • 1. 大脑皮质的生物电活动
    • a. 两种形式：诱发电位（evoked potential）【感觉传入后皮质某一区域产生】；自发脑电活动（自发脑电活动：是在安静情况下，虽然没有任何明显的外界刺激，大脑皮质仍经常产生持续的节律性的电位改变。）
    • b. 第二信号的形成：第二信号系统是在婴儿个体发育过程中逐 渐形成， 是在第一信号系统活动的基础上建立起来。
  • 2. 条件反射
  • 3. 人类语言机能
    • 两个信号系统的概念
      • i. 第一信号：现实的具体信号，是直接作用于感觉器官的各种刺激
      • ii. 第二信号：现实的抽象信号，即词语刺激（人所特有）
  • 4. 睡眠与觉醒
  • 5. 学习与记忆
    • 学习可能引起神经通路发生变化。(不断学习，不断使用这个通路，神经突触 链接不断强化、通路中各突触的 阻力不断减 小，结果通路畅通，这也许就是记忆的机制。而长久不用的通路，突触链接则会被神经 系统当做“垃圾”清除，神经通路断开，而此 相关的技能则变得生疏或被遗忘。)