探索腦神經(jīng)科學(xué)起源

1、神經(jīng)科學(xué)的起源探索腦,主編：Mark F.Bear,Barry W.Connors,Michael A.Pardiso主譯：王建軍主講：沈字玲，qq81075717，生理教研室,一、史前腦外科證據(jù)7000年前 “環(huán)鉆術(shù)”,第一節(jié) 神經(jīng)科學(xué)起源,頭骨上留有手術(shù)痕跡，說明手術(shù)是在活人身上進(jìn)行的，其目的很可能是治病而非殺人，而且并非死后的一種宗教行為。,第一章 神經(jīng)科學(xué)導(dǎo)論,從復(fù)原的5000年前古埃及內(nèi)科醫(yī)生的記錄來看，他們已經(jīng)

2、認(rèn)識(shí)到許多腦損傷的癥狀。但是他們?nèi)詫⑿呐K（而非腦）視為靈魂居所和記憶儲(chǔ)存庫。 考古發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)的死者盡管尸體保存完好，但是腦卻被從鼻腔中取出丟棄。這種將心臟視為意識(shí)和思維居所的觀點(diǎn)直到時(shí)代才受到強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)。,二、古希臘人對(duì)腦的認(rèn)識(shí),1. Hippocrates (460-377BC)西方醫(yī)學(xué)之父，歐洲、西方醫(yī)學(xué)奠基人,仰賴醫(yī)神阿波羅·埃斯克雷波斯及天地諾神為證，鄙人敬謹(jǐn)直誓，愿以自身能力及判斷力所及，遵守此約。

3、凡授我藝者，敬之如父母，作為終身同業(yè)伴侶，彼有急需，我接濟(jì)之。視彼兒女，猶我兄弟，如欲受業(yè)，當(dāng)免費(fèi)無條件傳授。凡我所知，無論口授書傳，俱傳之吾與吾師之子及發(fā)誓遵守此約之生徒，此外不傳他人。 　 我愿盡余之能力與判斷力所及，遵守為病家謀利益之信條，并檢柬一切墮落和害人行為，我不得將危害藥品給與他人，并不作該項(xiàng)之指導(dǎo)，雖有人請(qǐng)求亦必不與之。尤不為婦人施墮胎手術(shù)。我愿以此純潔與神圣之精神，終身執(zhí)行我職務(wù)。凡患結(jié)石者，我不施手術(shù)，此則有待于專

4、家為之。 　無論至于何處，遇男或女，貴人及奴婢，我之唯一目的，為病家謀幸福，并檢點(diǎn)吾身，不作各種害人及惡劣行為，尤不作誘奸之事。凡我所見所聞，無論有無業(yè)務(wù)關(guān)系，我認(rèn)為應(yīng)守秘密者，我愿保守秘密。尚使我嚴(yán)守上述誓言時(shí)，請(qǐng)求神祗讓我生命與醫(yī)術(shù)能得無上光榮，我茍違誓，天地鬼神實(shí)共亟之。,Hippocrates“四體液學(xué)說”：人體由血液、粘液、黃膽汁和黑膽汁四種體液組成，四種體液的不同配合使人具不同的體質(zhì)。把疾病看作發(fā)展著的現(xiàn)象，認(rèn)為醫(yī)師醫(yī)治

5、的不僅是病而是病人；改變了當(dāng)時(shí)醫(yī)學(xué)以巫術(shù)和宗教為根據(jù)的觀念。,Hippocrates對(duì)于腦的認(rèn)識(shí)：腦不僅參與對(duì)環(huán)境的感知，而且還是智慧的發(fā)祥地。,2.Aristotle（384-322BC） 古希臘哲學(xué)家，科學(xué)家和教育家，柏拉圖的學(xué)生，亞歷山大的老師,Aristotle對(duì)于腦的認(rèn)識(shí)： 心臟是智慧之源 腦是“散熱器”，被火熱的心沸騰了的血液在腦中被降溫,三、羅馬帝國時(shí)代對(duì)腦的認(rèn)識(shí),1.希臘醫(yī)師和作家Galen（公元130

6、-200） 是一位為角斗士治療傷病的醫(yī)生,他接受了Hippocrates腦功能的觀點(diǎn)Galen的觀點(diǎn)來自于他對(duì)動(dòng)物大量細(xì)致的解剖,（1）大腦接收感覺，形成記憶的關(guān)鍵是將感知“刻印”于腦；小腦是支配肌肉的。,2.Galen的推測(cè),腦對(duì)感知的接收記錄和對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制，都是由體液通過神經(jīng)到達(dá)和離開腦室的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)。神經(jīng)是一種類似于血管的中空管道。,（2）腦功能的腦室定位觀點(diǎn)（延續(xù)了1500年）,四、文藝復(fù)興至19世紀(jì)初對(duì)腦的認(rèn)識(shí),1.文藝

7、復(fù)興時(shí)期,法國數(shù)學(xué)家、哲學(xué)家Rene Descarles（1596-1650）西方現(xiàn)代哲學(xué)思想的奠基人，解析幾何之父,Descarles的觀點(diǎn)：腦功能“液壓-機(jī)械論”的主要提倡者認(rèn)為人與其他動(dòng)物不同，擁有智慧和一顆上帝賜予的心靈。“液壓-機(jī)械論”無法解釋人類所有行為，由腦控制的人類行為至多就是動(dòng)物具有的那些行為而已人類特有的智慧獨(dú)立于腦之外，智慧是一種精神實(shí)體,2. 17-18世紀(jì)，科學(xué)家從Galen理論中取得突破,發(fā)現(xiàn)腦由兩種

8、結(jié)構(gòu)組成：灰質(zhì)和白質(zhì),灰質(zhì)和白質(zhì)的結(jié)構(gòu)分別與什么功能相關(guān)？ 發(fā)現(xiàn)白質(zhì)是軀體神經(jīng)的延續(xù)性結(jié)構(gòu)，因此認(rèn)為白質(zhì)中含有神經(jīng)纖維，這些纖維起到向灰質(zhì)傳遞信息，以及傳遞灰質(zhì)發(fā)出的信息的作用。,3. 18世紀(jì)末，神經(jīng)解剖學(xué)發(fā)展迅速,發(fā)現(xiàn)有中樞神經(jīng)系統(tǒng)，包括腦和脊髓。并有周圍神經(jīng)，構(gòu)成全身神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)腦回和腦裂,4. 19世紀(jì),在這100年，人類對(duì)腦功能的了解遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此前記載的知識(shí)總和。為現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。我們從4方面對(duì)人類1

9、9世紀(jì)取得的關(guān)鍵性進(jìn)展做一概述。,（1）神經(jīng)“電纜論”,1751年，Benjamin Franklin出版《電的實(shí)驗(yàn)和觀察》，宣告了對(duì)電現(xiàn)象的全新認(rèn)識(shí)。世紀(jì)之交，意大利科學(xué)家Luigi Galvani和德物學(xué)家Emil du Bois-Reymond證明神經(jīng)受電刺激會(huì)引起肌肉顫動(dòng)，腦本身也能產(chǎn)生電流。,這些發(fā)現(xiàn)取代了“神經(jīng)是一種流動(dòng)的液體與腦相聯(lián)系”的觀點(diǎn)。于是新觀點(diǎn)是：神經(jīng)是一些“電纜”，它們將電信號(hào)傳入和傳出腦。,未解決的問題：引

10、起肌肉運(yùn)動(dòng)的信號(hào)和來自皮膚感覺的信號(hào)是否同一神經(jīng)電纜？,現(xiàn)象：切斷某一神經(jīng)，造成受該神經(jīng)影響的區(qū)域感覺和運(yùn)動(dòng)同時(shí)消失。推論：引起肌肉運(yùn)動(dòng)的信號(hào)和來自皮膚感覺的信號(hào)是沿同一神經(jīng)電纜雙向進(jìn)行？？？,當(dāng)時(shí)解剖發(fā)現(xiàn):一根神經(jīng)中包含許多神經(jīng)纖維，每一根都可能作為單獨(dú)個(gè)體，將信息傳到不同方向。神經(jīng)纖維進(jìn)入脊髓前分成兩個(gè)分支。背根進(jìn)入脊髓后部，腹根則進(jìn)入前部。,1810年，蘇格蘭醫(yī)生Charles Bel和法生理學(xué)家Francois Mage

11、ndie解決了這個(gè)難題。方法：分別切斷實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的背根和腹根，同時(shí)觀察切斷神經(jīng)的后果。結(jié)果：切斷腹根引起肌肉麻痹， 背根負(fù)責(zé)將感覺信息傳入脊髓。,結(jié)論：每根神經(jīng)都是許多“電纜”的復(fù)合體，其中一些將信息傳入腦和脊髓，另外一些將信息傳出到肌肉。每根纖維信息傳遞表現(xiàn)嚴(yán)格的單向性。這兩類纖維在全長絕大部分包裹在一起，只是當(dāng)進(jìn)入或離開脊髓時(shí)才獨(dú)立出來。,（2）特定的功能在腦不同部位的定位,研究方法：實(shí)驗(yàn)性切除法（毀損腦的特定部位，觀察由此

12、引起的感覺和運(yùn)動(dòng)障礙）1823年，法生理學(xué)家Marie-Jean-Pierre Flourens采用該方法證實(shí)小腦在確實(shí)在運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)上起作用，同時(shí)推斷，大腦與感覺和感知有關(guān)。,那么腦表面的那些隆起又意味著什么？,顱相學(xué)及對(duì)其的質(zhì)疑,認(rèn)為顱骨上的隆起反映了腦表面的隆起，一個(gè)人的性格傾向，例如大度性、遮掩性和破壞性等都與腦的大小相關(guān)聯(lián)。,Broca根據(jù)臨床病例和尸體解剖發(fā)現(xiàn)了不同的語言功能定位于大腦不同區(qū)域。,法國神經(jīng)科醫(yī)生Paul Br

13、oca是將科學(xué)的天平牢固扭向大腦功能定位一側(cè)的第一人。,我們現(xiàn)在知道，大腦有非常明確的分部，這些不同的區(qū)域執(zhí)行了不同的功能。,Broca區(qū)損傷引起運(yùn)動(dòng)性失語。,（3）神經(jīng)系統(tǒng)的進(jìn)化,1859年，英生物學(xué)家Charles Darwin出版《物種起源》一書?！斑M(jìn)化論”：所有生命物種均起源于共同的祖先，物種之間的差異源自于自然選擇的過程。作為可遺傳性狀之一的行為同樣可以遺傳。,人和狗等哺乳動(dòng)物對(duì)危險(xiǎn)和恐懼的行為反應(yīng)基本相同：瞳孔放大、心跳加

14、速、發(fā)根直立。,按照Darwin的觀點(diǎn)，反應(yīng)模式的相似表明不同物種恐懼反應(yīng)的腦機(jī)制雖然不完全一樣，但也基本相似。,不同物種的神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)化源于共同的祖先，而且不同物種的神經(jīng)系統(tǒng)具有共同的作用機(jī)制，這一思想為將動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的結(jié)果運(yùn)用于人類提供了理論基礎(chǔ)。,因此有了如下的例子:槍烏賊巨大神經(jīng)軸突上獲得的電沖動(dòng)傳導(dǎo)知識(shí)同樣適用于人類；大鼠獲得重復(fù)性自我攝取可卡因的機(jī)會(huì)時(shí)，表現(xiàn)出與人類吸毒成癮相同的癥狀，所以用大鼠研究成癮藥物對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的作用是有

15、價(jià)值的。今天，絕大多數(shù)神經(jīng)科學(xué)家在希望獲得對(duì)人類某一生理機(jī)制的了解時(shí)都是采用動(dòng)物模型。,另一方面，物種的許多行為性狀與其生活環(huán)境有高度的特異性。比如：枝頭靈活攀援的猴子具有敏銳的視覺；習(xí)慣在地洞中穿梭的老鼠沒有良好視覺，但其嘴邊觸須具有高度進(jìn)化的觸覺功能。每一物種腦的結(jié)構(gòu)和功能反映了其對(duì)環(huán)境的適應(yīng)，為科學(xué)家分析不同腦區(qū)功能定位提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。,（4）神經(jīng)元：腦組織的基本功能單位,19世紀(jì)早期，科學(xué)家第一次有機(jī)會(huì)在高放大倍率下觀察動(dòng)

16、物的腦組織。,1839年，德動(dòng)物學(xué)家Theodor Schwann提出了現(xiàn)在已經(jīng)廣為人知的細(xì)胞理論，即一切組織均由稱為細(xì)胞的纖維單位所構(gòu)成。,盡管神經(jīng)細(xì)胞已得到確認(rèn)和描述，但圍繞單個(gè)“神經(jīng)細(xì)胞”是否是腦功能的基本單位這一觀點(diǎn)仍存有爭(zhēng)議。 神經(jīng)細(xì)胞有一些纖細(xì)投射(突起)。最初科學(xué)家無法肯定來自不同神經(jīng)細(xì)胞的突起是否會(huì)像微血管那樣融合到一起，如果可以，由不同神經(jīng)細(xì)胞相互連接形成的“神經(jīng)網(wǎng)路”才可能是腦功能的基本單位。,Than