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1、认知神经学一.认知神经科学简史Willis是首先提出特定的脑损伤与特定行为缺陷有联系的科学家之一。认知神经科学这一科学领域是20世纪70年代在纽约市一两出租车的后座上被命名的。这个属于似乎是对理解：有形大脑的功能如何产生无形心智的思维和想法；完美的描述。诺贝尔奖得主Delbruck（1986）在他的著作心智来自物质？（Mind from Matter）著名哲学家Kierkegaard在他1846年的日记里写的作为他关于宇宙眼花的引人入胜的描述。由内省产生的想法可能很有说服力而且很吸引人，但他们对吗？哲学可以加进它的观点，但那是正确的么？只有科学的方法可以在确定性的基础之上讨论问题。19世纪，哪
2、些研究颅相学的所谓颅相学家宣城大脑有35个左右的特异性功能。然而在那时，并不是所有人都相信这种“定位主义”的观点。Flourens发展了后来被称为“聚集场理论”的观点：大脑作为一个整体参与行为。Broca的病人（1861）脑损伤的确切位置是左侧额叶下部被称作Broca区。这项发现影响深远。Wernicke区：左半球更靠后的区域，颞叶和顶叶的交界处附近；患者可轻而易举的讲话，但内容没有意义，且不能理解书面语和口语。许多著名的解剖学家对这一工作（脑区细胞）做出了贡献，这些研究者发现细胞结构学中描述的不同脑区在很大程度上确实代表了不同的功能。但人们对神经系统认识的重大革命确实在欧洲更南部的意呆利和西
3、班牙发生的。Golgi的染色法：神经元的银染色法，即“暗反应”。许多真正有天赋的科学家都参与到神经元学硕的早期发展中。随着20世纪的不断推进，定位主义者对他们的观点进行了一定的这种，因为他们观察到：尽管特定的神经区域负责某项独立的功能；但这些区域组成的网络以及它们之间的相互作用才是产生人类表现出的整体；综合行为的原因。因此，科学家们开始相信关于“部分”的认识（神经元和大脑结构）必须在它们与整体的关系中被理解（心智）。哲学家的两大主要观点：理性主义和经验主义。理性主义：会参考诸如生活的意义这样的论题。经验主义认为：所有的知识来自于感觉经验。直接的感觉经验产生简单的思想和观念。联结主义认可一种观点
4、：即Watson普及开来的，可以把一个孩子塑造成任何样子学习是最关键的，学习的神经基础每个人都有。尽管行为主义可以提供重要理论，但其不能解释一切学习过程。理解大脑和心智的工作方式即大脑作为一个综合的整体如何运作的。二.细胞机制与认知神经元是基本的信号处理单位。其组成成分之一是细胞体。另一个组成成分是眼神至细胞体外的特异性突起：树突和轴突。突起作用反应了功能两极分化的基本原理。树突通常是大树样的突起，它接收来自其他任靖远的传入信息；具体接收部位是：突触。其是位于突触后面的结构，通常又被称为：突触后。轴突是位于突触前面的位置，通常被称为：突触前。大多数神经元都同时既是突触前又是突触后。神经元间突触
5、的传递信号通常是化学信号。少数情况下，有些神经元彼此间的传递信号为电信号。树突亦可具有被称为棘的特异化突起。即树突表面的细颈连有小的球状突起。突触通常位于这些棘上。但其还存在于神经元的其他部位。轴突末梢具有特异化的细胞内结构，它们使得信息交流通过神经递质的释放而实现。神经递质是神经元间化学突触传递信息号的化学物质。一般而言，单极神经元只有一个原理胞体的突起；此突起能分支形成树突和轴突末梢。双极神经元主要参与感觉信息加工。假单极神经元看起来像单极神经元，但其实是缘于双极感觉神经元树突和轴突的融合。多极神经元存在于神经系统的几个区域，参与运动和感觉信息加工。胶质细胞：神经系统内另一类细胞，数量远多
6、于神经元。其位于中枢神经系统（脑和脊髓）以及外周神经系统内（到达脑和脊髓的噶虐和运动传入和传出的神经）。中枢神经系统内主要有3种类型的胶质细胞：1.星形胶质细胞：呈圆形或放射对称形状的大细胞；与脑血管的接触部位特化为终足。接触部位构成了血脑屏障。2.少突胶质细胞；3.小胶质细胞：形状小儿不规则的神经胶质细胞；主要在脑组织损伤时发挥作用。神经系统的胶质细胞最主要的功能是构成神经元的髓鞘。髓鞘：是包绕许多神经元周天图的脂类物质。中枢神经系统内的一个少突胶质细胞可围绕几个轴突形成髓鞘的鞘。有髓轴突的髓鞘被结节分割成若干阶段。通常被称为郎飞氏结。髓鞘的结节部位特化为允许电信号：即动作电位。产生并沿轴突
7、传递的膜结构。神经元是构成神经系统的完整功能单位。神经元加工信息的目的是接收信息，评估信息，然后将信号传递给其他神经元，由此构成了局部或长程神经环路。神经元的信号加工阶段：1.接受信号；2.信号引起突出后神经元细胞膜的变化；3.导致电流流入或流出神经元；4.电流在神经元内发挥信号作用，且潜在地影响原理传入突触位点的神经元膜。长程传递的信号动作电位，是在一些被称为：锋电位启动区，的区域产生的。神经元细胞膜是分割细胞内外的磷脂双分子层结构。能溶于水的任何物质都不能很好地溶于细胞膜内的脂质，因此不能轻松地进出神经元细胞体。神经元细胞膜不仅由脂质构成，还包括很多跨膜的蛋白质。利用膜内外的电位差会产生：
8、静息电位。离子通道：由跨膜蛋白质构成；有些离子通道是被动的。即永远保持一个状态（只对某些离子开放）；另外一些离子通道则是由闸门控制。渗透性：离子通道允许离子穿过细胞膜的程度。选择性渗透：细胞膜对某些离子的渗透性高于其它离子。细胞膜的选择性渗透与跨膜的离子浓度梯度的建立导致了细胞膜内外的电位差。电荷梯度：P26-27神经元细胞膜的选择性渗透和离子的浓度差导致了静息膜电位。平衡电位：P27离子净流量为零时的膜电位。对于细胞信号而言，神经元具有两个重要的特性：1.神经元是容积导体；所以电流可以从其内部通过，也可以穿过它们的膜；2.它们能生成多种电流包括：感受器电位、突触电位和动作电位。神经元的被动电
9、流传导，又被称为电紧张传导。这些被动电流可以是去极化的（被称为兴奋性突触后电位）；（细胞内趋正性）更容易产生动作电位；也可能是超极化的（被称为抑制性突触后电位）；（细胞内趋负性）不容易产生动作电位。动作电位是主动的膜活动。原因：其设计的膜导电性改变是通过离子通道开放和关闭实现的。被动电流引起邻近的轴突区域去极化。引起新的动作电位产生；此过程沿轴突不断进行，直至轴突末梢；然后此末梢释放神经递质；过程将在下一个神经元全部“上演”。一个完整的电路要求电流必须持续地流动；离子的细胞内流动必须伴随着电流向细胞外返回从而形成一个完整的电路。神经元的电流是离子流。在没有主动过程（动作电位）补充能量的情况下，
10、被动离子电流沿树突、轴突或胞体传导的距离有多远？取决于：其实电流的幅度；神经元细胞膜的电阻（和电容）；细胞内液和细胞外液的导电性。轴突内和轴突周围电流传递方式类似于声音、手电筒光柱或披萨饼气味的传递。神经元内电传导的目的是传导信号变化；这种信号变化如果足够强，可以引起轴突末梢释放神经递质，实现神经元间突触传递。由于电流强度随距离增加而衰减；因此被动电流传导只在短距离发挥作用。神经元细胞膜的电阻能影响电流在轴突的传导距离。电阻的倒数细胞内的电导也能影响神经元电流的传导距离。高幅度的感受器或突出电流，高的细胞膜电阻和低的细胞内电阻将增强电流的电传导性；能影响距离传入点远处的神经元细胞膜。长距离信息
11、交流需要主动或再生的电信号即动作电位。用兴奋性电流（去极化）刺激神经元能产生轴突的动作电位。在轴突内，如果刺激能持续产生越来越高幅度的电流，则能激发一个动作电位。动作电位是在轴突局部区域的膜快速去极化和复极化。去极化达到足够的强度，则最终导致动作电位启动。动作电位一旦产生，它的幅度即与该去极化值大小无关。即使去极化电流值高于阈值，其所产生的动作电位的幅度是不变的；因此动作电位被称为全或无反应。分级电流的膜电位则岁刺激或突出传入的幅度不同而改变。离子通道可被区分为门控和非门控。电压门控离子通道的开房和关闭取决于膜电位。在静息膜电位时呈关闭状态而在膜去极化时开放。膜超极化使神经元这哪是处于一种不能
12、产生另一个动作电位的状态。称为：不应期。不应期存在的结果是神经元产生动作电位的速度有个极限。听觉系统内反应最快的感觉神经元的放电速率也只能达到1000Hz基于速率的神经元放电本身对神经编码来说是一种不完备的机制。大多数的通道是立即失活的。神经元间信息交流的一个关键方面是信号在神经元间或神经与肌肉间的传导速度。神经元的屋里特性又对电流如何流过它们产生影响，尤其是细胞内液和细胞膜的电阻。降低轴突内部电阻的途径之一是增加其直径，较大直径的轴突传递动作电位更为迅速。髓鞘解决了这个难题。髓鞘是由神经胶质细胞膜以通信缠绕的方式包绕在轴突周围形成的结构。由髓鞘产生的高绝缘性使电流沿轴突传递得更远。动作电位沿
13、轴突向下传递更远，因此可以降低动作电位再生频率。跳跃式传导：动作电位看起来似乎是从一个郎飞氏结跳到另一个郎飞氏结。（门控Na+通道能激发动作电位，再生快速的电紧张电流）跨膜蛋白质；两种主要类型：1.主动的转运体；需消耗能量；且造成离子浓度梯度；2.离子通道；对细胞膜的离子渗透性有贡献；是蛋白质，多肽分子。其是选择性的，只允许某些离子的出入。跨膜电位的改变能影响通道蛋白质的分子结构。化学门控的离子通道主要是作为神经递质受体而存在与突触后膜上；受体：是特化的离子通道，作为突触处的信号传递媒介。突触后受体一般分为两大类：1.直接耦合受体与细胞外表面的神经递质发生化学性相互作用或键合；2.见解链接受体
14、本身并不能开放。第二信使（Ca2+、环单磷酸腺苷、环单磷酸鸟苷、一氧化氮等）系统的优点之一：可通过激活酶级联系统而放大信号。第二信使系统的作用不仅在于调节离子通道的传导性，还在细胞内信号中扮演重要角色。神经信号的最终作用是实现神经元间或神经元与肌肉的信息交流。神经元必须要传递信号，即突触传递。突触传递两种类型：化学突触、电突触。化学传递：在多数情况下，一个动作电位必须到达突触所在的轴突末梢；神经递质与突触后膜受体的化学交互作用将启动一系列的事件；导致突触后细胞的去极化（兴奋）或超极化（抑制）；突触电流在此汇集叠加，多个突触的电位的影响总和：总和的原则非常关键，尤其对于突触后神经元轴丘位置与寿险
15、接收信号的树突棘间距离非常远的情况；如果神经递质对突触后神经元发挥抑制性作用，则膜电位表现为超极化，引起抑制性突触后电位；但抑制性突触传入甚至可能在引起突触后神经元微弱的去极化的同时，仍对其他兴奋性输入所导致的神经元去极化达到阈值的作用发挥抑制性影响。抑制性输入并不总是引起突触后膜超极化，但相对于去极化阈值而言，它们的作用是使膜电位保持在超极化方向。神经递质从突触前末梢的释放是末梢囊泡胞吐的结果。乙酰胆碱不仅是心急或其他自主神经系统的神经递质，也是骨骼肌的神经递质。神经递质：广义定义：它们都是大小和化学组成各不相同的分子。共同的化学特性：都是由突触前神经元合成；运送至轴突末梢；储存在囊泡内并可胞吐至突触间隙；在与突触
