《[探索脑读书会01.讲义].神经元.静息电位.动作电位》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[探索脑读书会01.讲义].神经元.静息电位.动作电位（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、【探索脑读书会】 第1次讨论问题列表 神经系统结构和功能的基本单位 神经元、静息电位、动作电位。,2011年4月10日 北京叁号会所 何永振集智俱乐部 ,人类应当知道，因为有了脑，我们才有了乐趣、欣喜、欢笑和运动，才有了悲痛、哀伤、绝望和无尽的忧思。因为有了脑，我们才以一种独特的方式拥有了智慧、获得了知识；我们才看得见、听得到；我们才懂得了美与丑、善与恶；我们才感受到甜美与无味同样，因为有了脑，我们才会发狂和神智昏迷，才会被畏惧和恐怖所侵扰我们之所以会经受这些折磨，是因为脑有了病恙由于这样一些原因，我认为，脑在一个人的机体中行使了至高无上的权力。 Hippocrates（希波克拉底，古希腊医师
2、，西方医学之父），On the Sacred Disease，论神圣的疾病，公元前4世纪 （神经科学探索脑第二版P3）,神经系统的两类细胞,神经元 约1000亿 负责处理信息 神经胶质细胞 数量10倍于神经元 隔离、支持以及营养周围神经元&处理信息,一、作为一个细胞，神经元的信息处理能力从何而来？（探索脑第2章）,基本思路：结构功能相关性,1.外部形态上，神经元与其它细胞有何不同？,胞体：直径20微米，含有细胞核及其它细胞器。（人眼分辨率极限：100微米。） 轴突：一般只有1个，长度可达1米，传递神经元的输出信号。轴突可有分支，成直角。 树突：长度小于2毫米，接受输入信号。,探索脑P25,和其
3、它细胞比较一下外形： 神经突起是神经元细胞的独有结构.,2.神经元内部的那些奇形怪状的细胞器， 都是干神马用的？,探索脑P28,细胞核：封装遗传信息，最终决定了神经元蛋白质的结构和功能,细胞核内有46条染色体； 每条染色体含有2纳米宽的连续双螺旋DNA（脱氧核糖核酸），总长2米。 DNA字符串上的段落就是基因，长0.1至几微米。,DNA在细胞核，but蛋白质合成在细胞质，信息如何传达？,还好，有mRNA（信使核糖核酸）作为信使,分子生物学的中心法则：,转录：组装一段含有基因信息的mRNA。,探索脑P29,翻译： 附在粗面内质网上的核糖体， 以氨基酸为原料， 根据mRNA提供的蓝图（遗传信息），
4、 合成蛋白质。,粗面内质网：合成蛋白质的工厂,粗面内质网 & 核糖体,探索脑P29,（25纳米）,在粗面内质网和游离核糖体上， 合成蛋白质。,绿色小花：核糖体； 红丝带：mRNA 黄丝带：合成的蛋白质；,探索脑P30,像图灵机吗？有点儿。,图片来源：jake,探索脑P30,不同场所合成的蛋白质， 有不同的归宿,游离核糖体上合成的蛋白质： 释放入胞液。 粗面内质网上合成的蛋白质： 嵌入细胞膜 or 细胞器膜。 正是这些膜上蛋白（哪些？稍后详解） ，给予了神经元奇妙的信息处理能力。,高尔基体：,蛋白质“翻译后”进行大量化学修饰（？）的场所 把运转到神经元不同部位（如轴突和树突）的蛋白质，进行分类整
5、理。 （粗面内质网的下一个工种）,探索脑P31,线粒体：神经元里的发电厂。 合成ATP，提供能量。,“吸入”丙酮酸 + 氧气，合成ATP（三磷酸腺苷）,探索脑P31,1微米的香肠,ATP是细胞内的能量流通物质,储藏在ATP中的化学能（？），供给神经元大多数生化反应。 例：神经元膜上的特定蛋白（离子泵），利用ATP释放的能量 将某些物质跨细胞膜从低浓度“泵”到高浓度 维持神经元内外的浓度差 使得静息电位和动作电位成为可能。 例：给驱动蛋白&动力蛋白供能（在轴突里）。,3.轴突不含核糖体，蛋白质从哪来？ 胞体,轴突：输出神经信号 轴浆运输：蛋白质合成于胞体，沿轴突运输。 顺向运输：蛋白质（？）存储
6、于囊泡，胞体末梢，由“驱动蛋白”运输。 逆向运输：末梢胞体，由“动力蛋白”运输，给胞体提供轴突末梢需求变化的信息。 这个过程需要线粒体合成的ATP提供能量,驱动蛋白担任“腿脚”的顺向运输。 沿着轴突，胞体末梢,探索脑P38,如果你是脑科学研究人员，你能借助这个系统追踪脑内的神经连接吗？,注射+显影： 追踪神经连接,神经末梢注射HRP (辣根过氧化物酶) 经逆向运输至胞体 化学反应使脑切片 上的HRP显影 揭示脑内连接。,探索脑P39,狂犬病毒也会搭便车：由皮肤上轴突末梢 经逆向运输进入神经系统 疯狂复制，杀死宿主神经元 感染者死亡。,二、静息态下，神经元膜内的负电位如何产生和维持？（静息电位原
7、理） （探索脑第3章）,1.满是漏洞的轴突，在传播电信号时，与铜导线相比有什么优势？,理解动作电位，先要理解静息电位,静息电位：神经元不冲动时，称为静息态。神经元膜内表面，分布负电荷，这种跨膜电荷分布的差异，称为静息膜电位。 动作电位：静息电位的短暂翻转（可短至1毫秒），与膜外相比，膜内变为正电荷。,离子通道（ion channel）（双向？） 选择性地通透离子，高浓度 低浓度； 钠通道：几乎只通透 钾通道：只通透 钙通道：只通透 正离子通过神经元膜，负离子不通过，则膜内外必然产生正负电荷的净差，即膜内外的电位差。 门控（gating）特性，通道可根据膜局部微环境的改变，进行开放和关闭。,2.
8、对于静息电位，神经元膜上两种重要跨膜蛋白质，为何缺一不可？,嵌入神经元膜的离子通道,探索脑P55,另外一种重要的跨膜蛋白：离子泵,离子泵（ion pump）：形成浓度梯度。 什么力量驱动离子通过离子通道？ 膜内外的离子浓度差。 为什么离子浓度差没有随离子的扩散运动而消失？ 离子泵在维持膜内外的离子浓度差（浓度梯度），把离子由低浓度 泵到高浓度 没有离子泵，大脑将停止工作。 需ATP供能（主动熵减）,膜内外不同离子的浓度差&膜电位 （没有浓度差就没有膜电位）,体温条件下，如果神经元膜仅为某种离子单一通透时的膜内电位。,探索脑P62,摩尔（mol）：每升溶液中的分子数。,降解ATP 释放化学能，驱
9、动钠钾泵 交换膜内 与膜外 结果： 富集于神经元内， 富集于神经元外 钠钾泵是耗能大户，占大脑ATP消耗量的70%,钠钾泵：钾进钠出，形成梯度,探索脑P62,钠钾泵：交换钠钾，形成梯度,钾进，纳出,探索脑P62,3.膜内负电位，是膜内外离子在哪两种力作用下的动态平衡？,扩散力： 离子经选择性离子通道，高浓度流向低浓度； 电场力： 扩散运动后，细胞内出现净负电荷，产生跨膜电位差。 电场力由扩散运动产生，又与其制衡。,第一种力：扩散力,探索脑P56,第二种力：电场力,神经元膜内外的电场从何而来呢？,探索脑P57,膜内外存在浓度梯度（钾内高外低） 插入钾通道（选择性通透） 扩散至膜外， 其它的负离子
10、如 ，被阻挡 膜内得到净负电荷，出现跨膜电位差 形成跨膜电场（内负外正），吸引 回到细胞内。 推动 外出的扩散力，和吸引它们返回胞内的电场力相等，方向相反时，跨膜 净运动停止。 形成精确的平衡某种浓度梯度的离子平衡电位。,|扩散力|=|电场力|：离子平衡电位,离子平衡电位的建立（内负外正）,探索脑P59,计算总的膜电位,探索脑P61,4.为什么静脉注射氯化钾会致死？,心肌细胞也需要细胞膜维持静息电位 静脉注射氯化钾（回流到心脏） 心肌细胞膜外 浓度升高 膜内外离子浓度差消失 膜内正的 不再扩散外流 膜内负的静息膜电位被去除 心肌细胞不再产生能够导致收缩的冲动 心脏立刻停止跳动 挂了,三、冲动不
11、是魔鬼 （动作电位的产生和传递） （探索脑第4章）,动作电位的子过程：上升相&下降相 （图在下一页）,静息电位：-65mV 去极化（上升相）：膜电位快速翻转变正，达+40mV 超射：膜电位超过0V以上的部分。 复极化（下降相）：膜电位恢复为负值，直至比静息电位更负。 回射or后超极化：膜电位低于静息电位的部分 逐步恢复到静息电位。 整个过程2ms。 （所谓极化，就是一边正一边负的状态。）,单个动作电位的组成,探索脑P72,多个动作电位的产生,在胞内注入正电流，相当于人工去极化。 刺激电流持续，动作电位却迅速回落又上升。形成脉冲，用频率编码。,探索脑P73,动作电位的频率，依赖于去极化水平（编码
12、刺激强度）,刺激越强,动作电位 频率越高,去极化没达到阈值,不产生 动作电位,极限为1000Hz。 1ms内，不可能产生下一个动作电位，不应期。,探索脑P73,1.动作电位过程中，离子通道如何开闭？离子如何跨膜流动？,动作电位是一个对跨膜电荷进行大幅度再分配的过程。 去极化：钠离子跨膜内流。 复极化：钾离子跨膜外流。,2.为什么神经元是用动作电位的频率而不是电压，来编码刺激的强度？此种编码方式的优势何在？ A:高保真（Jake的答案） 就像调幅（用电位编码）&调频（用频率编码）的区别,为什么的两种含义： 产生的原因（why），离子通道的开闭很快 （下面详述） 功能（for what）？,电压门
13、控钠通道开放：去极化,1、膜电位-65mV，阈值以下，钠通道关闭。,2、膜电位-65mV升至-40mV，达到阈值，短暂延迟后，钠通道开放，钠离子内流，产生动作电位。,3、开放持续时间1ms 迅速关闭。持续去极化导致失活。,4、要使钠通道去失活，膜电位必须恢复到-65mV（复极化以后）。,膜电位,钠通道电流,膜电位&钠通道 相互影响,这个5毫秒是不是太长了？,探索脑P83,3.电压门控钠通道和电压门控钾通道如何精确配合 ？,钠通道：膜内负电位达到阈值 电压门控钠通道开放 钠离子跨膜内流 膜内电压上升变正 去极化； 钾通道：膜去极化1ms后 电压门控钾通道开放（此时钠通道已关闭） 钾离子跨膜外流 膜内电压下降变负 复极化。,钠通道电流& 钾通道电流之和,探索脑P85,动作电位在轴突内的传导,4.钠通道为何要有不应期？ 保证神经冲动在轴突上像导火索一样单向传导，而不是倒过来。 5.为什么动作电位可以不衰减的传导？而不像导线中信号那样随距离增加而衰减？ 6.不同物种进化出的提高神经信号传导速度的不同方式 枪乌贼：增大轴突的直径。 脊椎动物：给轴突包上绝缘的髓鞘。,
