神经生物学综述

神经生物学综述

11107215 姚笛

1 神经生物学的定义

神经生物学是一门研究神经系统的结构和功能的科学。大脑的结构和功能是自然科学研究中最具有挑战性的课题。近代自然科学发展的趋势表明，21世纪的自然科学重心将在生命科学，而神经生物学和分子生物学将是21世纪生命科学研究中的两个最重要的领域，必将飞速发展。在医学这个大的学科内，神经生物学是一门在各个水平，研究人体神经系统的结构、功能、发生、发育、衰老、遗传等规律，以及疾病状态下神经系统的变化过程和机制的科学。它涉及神经解剖学、神经生理学发育神经生物学、分子神经生物学、神经药理学、神经内科学、神经外科学、精神病学等等。神经生物学的内容非常丰富，研究进展很快，作为医学生不仅要全面掌握，还要及时了解新的研究进展。

2 神经生物学的研究对象方法以及研究热点

神经生物学的重点研究对象便是脑，脑是高等生物最复杂的器官，同时神经元几乎是最难培养的细胞。神经生物学的材料与生物学的其它学科一样，是动物，从低等的果蝇到高等的小鼠、人。神经生物学的研究方法同样离不开核酸的分析与蛋白质的分析，分子生物学的PCR、免疫组化、western blot也是神经生物学的主要研究方法。但是由于脑的特殊性，所以神经生物学研究还需要使用一些其他的方法、电生理法便是其中的一种，电生理是用电刺激的方法来研究神经回路、神经元在特殊生理条件下的反应。膜片钳是用于测量离子通道活动的精密检测方法。神经细胞、神经网络的遗传与发育研究，自1993年Zieglgansberger W 和Tolle TR提出系统生物学方法研究神经疼痛（pain）的疾病机理以来，细胞信号传导网络与基因表达调控的系统生物学已经成为神经生物学研究的重要内容。

神经生物学可以说进行研究的难度很大，但是尽管如此，它还是吸引了许多人进行研究探讨。主要是因为他有许多令人着迷的地方

一各种神经疾病之谜。这当中尤其重要的是老年痴呆，比如说帕金森氏病。这种神经疾病在发达国家的死亡率已经高居第三位。人类的文明是建立在物质冗余的基础上的，那么人类文明越是高，物质越是冗余，像老年痴呆这类的病就越是会引起重视。所以各类神经疾病的研究会越来越受人重视。

二智力形成之谜智力是怎么形成的，为什么不同人的智商会不同，智障儿童的智力可不可以修复。通过后天的努力可以改变一个人的智力么？如果通过神经生物学的研究可以改善智障儿童的智力问题或者说可以通过一定的手段后天提高人的智力，那么人类社会又将更加进步。

三毒品上瘾之谜毒品为什么会使人上瘾，毒品对神经系统到底有多大损害，它的作用机制又是如何的。为什么已经戒毒的人很容易再次吸毒？通过神经生物学的研究了解毒品的作用机制可以治疗毒瘾，帮助人们逃脱毒瘾的困扰。

3 我所感兴趣的方面以及该方面的最新进展

高中时学习生物才开始接触突触时就对突触非常的感兴趣，而有关突触的研究恰好是神经生物学研究的一方面，因此我就想就这一方面谈一谈顺便介绍一下这方面最新的研究进

展。

一个神经元与另一个神经元相接触的部位叫做突触。突触是神经元之间在功能上发生联系的部位，也是信息传递的关键部位。在光学显微镜下观察，可以看到一个神经元的轴突末梢经过多次分支，最后每一小支的末端膨大呈杯状或球状，叫做突触小体。这些突触小体可以与多个神经元的细胞体或树突相接触，形成突触。从电子显微镜下观察，可以看到，这种突触是由突触前膜、突触间隙和突触后膜三部分构成。

突触有两种分类，突触前细胞借助化学信号，即递质将信息转送到突触后细胞者，称化学突触，借助于电信号传递信息者，称电突触。在哺乳动物进行突触传递的几乎都是化学突触；电突触主要见于鱼类和两栖类。根据突触前细胞传来的信号，是使突触后细胞的兴奋性上升或产生兴奋还是使其兴奋性下降或不易产生兴奋，化学和电突触都又相应地被分为兴奋性突触和抑制性突触。使下一个神经元产生兴奋的为兴奋性突触，对下一个神经元产生抑制效应的为抑制性突触。

近几年在突触领域有一个比较热点的话题，那就是所谓的沉默突触。一般而言，信号从一个神经元传递到另一个神经元需要经过突触这一关卡，突触前的神经元兴奋后释放出谷氨酸，在突触后膜上需有相应受体感受到，信号才得以完整地传递。神经科学家在脑内发现一类只有突触结构而没有信息传递功能的突触，这种突触被称为为沉默突触。一般认为，在婴儿大脑内，沉默突触的比例大于具有功能的突触，在一定转化条件下，它们大量变为不再“沉默”的功能突触，这种转化可能是突触成熟及学习和记忆的基础。一些研究认为在成年人脑中仍存在不少沉默突触，如能实现转化，它们可能就是大脑的潜能。

经典的学说认为，沉默突触是由于突触后膜只表达NMDA受体但缺乏AMPA谷氨酸受体，无法感受到信号，因而不具有信号传递功能。但最近有研究小组发现，在突触发育早期，有一类沉默突触并不是由于突触后膜缺乏AMPA谷氨酸受体，而是由于突触前神经元不能释放神经递质谷氨酸，两个神经元之间信号无法传递了。如果增加突触前神经元的活动，便可以将这种沉默突触快速转化为有功能的突触。进一步的研究还首次发现，这种转化是由于激活了突触前神经元小GC蛋白CDCC42，从而促进了神经递质谷氨酸释放。

该研究组在三年中对一千组大鼠神经元进行分析，通过给神经元加上一定的电刺激，成功激活了沉默突触，使它们开始传递信息。该研究表明：多给予以外部刺激、增加它们的活动，便有望帮助它们恢复功能。而这样的电刺激其实也是模拟人类平时脑细胞的活动情况，人类在遇到丰富多变的外部环境和勤于思考的时候，脑中也会出现类似的刺激，多思考就能激活更多沉默的突触，使它们完成信息传递的任务。

沉默突触如何向功能突触转化，影响突触可塑性的机制

以往的观点认为，突触必须要有活性才能成熟和存活，而没有活性突触不能成熟，并最终被清除，但随着研究的深入，发现有些突触具有传递信息的结构，但没有生理功能，在某些条件下，如给予某些刺激或药物，它们能转化为有功能的突触，这类突触即沉默突触。最新研究显示，沉默突触不仅在发育前存在，在成年个体也存在。与功能性突触相比，沉默性突触只表达有N-甲基-D-天冬氨酸，或者NMDA受体和α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异唑丙酸（α受体都不表达。AMPA 受体是由谷氨酸1-4 四个亚型组成的复合物，其亚型共同的结构特点是

具有胞外长N末端、三个跨膜结构及胞浆内 C 末端。

通过受体亚型的胞内C末端和大量胞质蛋白的相互作用从而控制突触膜上AMPA 受体的迁移定位。研究发现，相对于NMDA 受体的稳定，突触后膜上的AMPA 受体状态和数目是高度可变的，这种突触后的AMPA 受体动力学变化对突触传递效能起着十分重要的作用，而突触传递效能的变化是突触可塑性的主要表现。

研究表明，AMPA 受体突触后膜的插入和钙离子通道的打开，是沉默突触向功能突触转化的重要环节。具体过程如下：突触前释放的谷氨酸与AMPAR 结合后激活AMPAR，Na+内流，触发突触后神经元膜电位的去极化。而NMDAR 的激活不仅需要谷氨酸的结合，而且需要很强的突触后膜去极化来去除Mg2+对通道的阻断作用；NMDAR 的激活使Ca2+内流，进而激活一系列细胞内Ca2+依赖性信号通路，触发LTP 和LTD。不同Ca2+浓度和不同亚细胞区域的Ca2+激活不同底物钙调蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)或蛋白磷酸酶1(PP1)。

CaMKⅡ触发胞内AMPAR 转运到突触后膜表面，产生LTP，而PP1 和／或神经钙蛋白诱发AMPAR 进入突触后胞浆，产生LTD。AMPA 受体通过胞饮和胞吐作用在细胞质和细胞膜表面循环，实现沉默突触向功能突触的转化。因此，诱导AMPA 受体移位、插入，从而增加AMPA 受体数目，调控NMDA 受体级联反应是激活NMDA 和AMPA 受体共同表达，促进沉默突触转化为功能突触的关键环节。

我对神经生物学的理解与思考

我认为神经生物学是一门非常深奥的学科，因为他所研究的对象之一大脑便是生物体最复杂的结构之一，但是神经生物学的前景也非常广阔，通过对大脑的研究，可以解决困扰人类的老年痴呆症，可以了解智力的形成机制从而探讨后天提升人类智力的可能。通过对神经的研究还可以使许多瘫痪的病人重新站起来。

我认为神经生物学的研究可以扩展到计算机领域，通过研究人脑的工作机制创造出一种神经计算机，这种计算机的容量以及运算速度应该会很快。