发育神经生物学脑的形成
神经生物学：脑发育与神经细胞发生
The origin of microglia
胎儿卵黄囊
Immunity 44, March 15, 2016
Nat Rev Immunol. 2011;11(11):775-87.
- 细胞分化：细胞表现出神经元特征的过程。
- 神经前体细胞（neuroblast）首先发出突起（ neurites），在 它到达最终固定位置时已经分化完成。 树突数目在后期具有 可变性，这有赖于环境的变化。
（二）妊娠期胎儿大脑的发育
胎儿神经细胞发育的第一个高峰：怀孕10-18周 胎儿神经细胞发育的第二个高峰：第30周起为大脑细胞
增殖的第二个高峰，也是神经系统和人体生物电系统功能 的发育完善阶段。
一旦婴儿降临人间，大脑神经细胞数目已接近成人水平， 大脑神经细胞140亿个，且具备了一生的大脑神经细胞。
大脑发育还有一个特点，就是一次性定型， 一旦错过了高峰期以后就再也无法弥补了。
巨脑回畸形
脑小畸形
无脑畸形
胎儿神经管缺陷（neural tube defects，NTDs）
叶酸缺乏 同型半胱氨酸代谢紊乱
神经管缺陷 AFP大量进入羊水 母体血液中AFP浓度增加 测定母体AFP水平可检出 约90%的开放性神经管缺陷
（一）妊娠期胎儿的发育特征
（二）妊娠期胎儿大脑的发育
妊娠20天左右，胚胎的大脑原基存在，神经管成为大脑雏形。 2个月时，下方延髓逐渐形成。 3个月（10周-18周）时，神经细胞发育进入第一个高 峰期，一周平均生产五、六千万个神经细胞。 4-5个月时，脑细胞仍处于高峰期，记忆装置开始形成并发生功 能，胎儿可听到母亲的声音，每次听到母亲声音就会感到安心。
(Fletcher et al., J. Neurosci., 1994)
大脑发育和记忆的神经生物学基础
大脑发育和记忆的神经生物学基础大脑发育和记忆与我们的日常生活息息相关。
在这个科技发达、信息爆炸的时代，人们对于大脑如何工作的认识正在不断深入。
我们理解大脑如何从胚胎阶段到成熟的复杂器官，如何产生新的神经元、神经突触和神经通路，以及它如何在各种外部刺激下发挥作用。
大脑的发育可以分为三个主要的阶段。
首先是神经发生阶段，这个时期内神经元和神经胶质细胞的生成和迁移是最为重要的。
接下来是突触形成和整合阶段，这个时期内神经元之间的联结和整合机制得到巩固。
最后是突触消退和重塑阶段，这个时期内神经回路的优化和弱化机制变得十分显著。
神经发生阶段是神经生物学最基础的研究领域之一。
神经元和神经胶质细胞从神经管领域不断的分化和迁移，最终形成复杂的神经网络。
这是一个极其动态的过程，各种细胞因为自身具有的生物学属性和环境的影响不断地进行相互作用和改变。
神经前体细胞的分化和神经元的定向迁移因为神经元的种类不同而有所区别。
一些分子信号分子会调节神经元轴突和树突的生长和导向。
一些基础研究对于个体神经元和神经胶质细胞的分化机制进行了深入研究。
在神经元的形成和整合的过程中，突触起到了至关重要的作用。
体外实验表明，神经元在接触到神经元之后会不断地塑形和改变，以适应外部刺激。
突触活动通过神经传导物质的释放和受体的结合来传递。
这个过程不仅影响了单个神经元的功能和表现，也影响着他们之间的相互作用和整合。
神经元之间的可塑性是学习和记忆以及其他神经功能产生的基础。
神经元之间的联结和移位可以通过强化和削弱来进行各种调整和优化，以适应不同的生理和环境。
最后是突触消退和重塑阶段。
突触消退通常指的是神经元过程中的死亡和神经元树突之间的断裂。
但同时也存在一些可以帮助神经元维持和重建连接的分子机制。
神经元细胞会分泌一些神经营养因子来促进创伤修复，并减轻细胞死亡导致的损害。
神经元的长寿和稳定基本上依赖于它们周围的环境和外部刺激。
进一步探究和理解突触消退和重塑机制将有助于解决各种神经退行性疾病。
神经生物学第四章 神经系统的发育和再生
神经胚：原肠胚的外胚层经过发育，经神经板（neural plate）、 神经褶（neural fold）、神经沟(neural groove)，最后形成神 经管（neural tube)，这就是神经胚的形成，经历上述变化的胚 胎称为神经胚。简而言之，已经形成神经管的胚胎叫神经胚。
影响神经嵴细胞多能性的因素： ➢ 在胚胎的位置：颈部神经嵴细
胞 副交感神经元， 胸部 交 感神经元,交换位置后则反之. ➢ 生长因子 ➢ 细 胞 外 基 质 （ extracellular matrix) ➢ 激素
7、外胚层板（ectodermal placode） 在神经管开始愈合时，由胚胎头部神经管下 方特定区域外胚层增厚形成的。
4、树突的发育和分化（出生后开始分化）
树突的发育：在发育的时间上，树突往往与传入 神经的生长和突触连接的形成平行发育。
树突分化的影响因素： ➢ 传入神经对树突分化的作用 ➢ 感觉神经的丧失也能影响树突的形成
5、 局部地域有序投射 形成的特异性
当生长的轴突到达 其靶组织后，它们扩 展开并找到各自特异 的靶区位点，形成局 部地域有序投射 （topographically ordered projection）。如视 网膜顶盖（中脑四叠 体）投射图
3、轴突的过度增生和撤消： 一些轴突的投射在起初比成熟的时期较少具有特异
性，存在过度增生。
1）轴突的早期过度增生； 2）许多在成体中明显是单侧的通道，在发育的早 期是双侧的如视网膜的发育，成熟时一般是交叉投射；
3）成年动物中，只有少数皮层区产生皮层脊髓投 射，而在年幼的动物中，在一些广泛的区域产生投射， 随着动物的成熟而撤消。
生物学中的发育生物学和神经科学
生物学中的发育生物学和神经科学是两个非常重要的领域。
发育生物学研究生物个体的生长和发育过程，探寻胚胎到成体的转化过程，而神经科学则关注的是神经系统、神经细胞以及神经信号的功能、发展和疾病等方面。
本文将分别探讨这两个领域的基础知识和进展，以及它们的关系和相互作用。
一、发育生物学1. 发育生物学基础概念发育生物学研究的是生命的起始和终结过程。
胚胎发育包括受精卵、胚胎发育和胎儿期三个阶段。
在胚胎发育的过程中，细胞逐渐分化，形成各种不同类型的细胞和组织器官，形成为一个完整的生命体。
2. 细胞分化与命运决定在胚胎发育的过程中，都是起始于卵子受精成为一细胞的一系列连续生物过程。
由于卵子本身具有触发分化的因素，卵子在受精后迅速分化形成细胞团。
在不断的细胞分裂的过程中，细胞逐渐分化成不同的细胞类型，定向形成各种不同的器官和组织。
这些器官和组织包括皮肤、眼睛、肝、肺、肾、肌肉和神经等等。
3. 胚胎转化和细胞迁移发育生物学研究中，胚胎转变和细胞迁移是非常重要的两个方面。
胚胎转变是指从原生态到胚胎状态的过程，而细胞迁移则是指细胞在胚胎内部或者跨过组织界线的移动。
这两个过程对于生物的发育和形态的形成都具有至关重要的意义。
二、神经科学1. 神经细胞和神经信号神经系统是人体的重要系统之一。
神经细胞是神经体系的基本单位，包括神经元和神经胶质细胞。
神经信号是指神经细胞所产生的电化学信号，用于向其他细胞传递信息和控制各种生理过程。
2. 神经系统的发展和功能神经系统的发育是指神经细胞和神经网络的生长和形成，具有至关重要的意义。
神经系统对于人体的自主调节、传递、感知和反应都起到至关重要的作用。
神经系统的功能异常和疾病会导致不同程度的障碍和缺陷，如头痛、失眠、抑郁、中风、帕金森病和阿尔兹海默症等等。
3. 神经科学的进展和应用神经科学的进展和应用目前在不断推进，包括神经生物学、神经理论和神经技术等方面。
目前，研究人员已经能够对脑部进行精密的成像、探讨神经细胞的发育和神经信号的转化等等。
发育神经生物学中的分子机制
发育神经生物学中的分子机制发育神经生物学是指研究神经系统的发育过程的一门学科，包括神经元的生成、迁移、成熟以及神经突触的形成等过程。
神经系统的发育过程非常复杂，涉及到众多的分子机制，在此我们将着重探讨其中的一些关键分子机制，以便更好地理解神经系统的发育过程。
一、轴突导向分子轴突导向分子是一类在神经系统发育过程中起着重要作用的分子。
它们通过指示轴突生长方向，促进轴突定向生长，最终形成正确的神经回路。
其中一个具有代表性的轴突导向分子是Netrin-1，它通过和其受体DCC的结合，激活回路信号通路，促进轴突生长。
另一个具有代表性的轴突导向分子是Slit，与其受体Robo结合后，抑制轴突的侧向生长。
这些分子的相互作用构建了一个复杂的调控网络，为神经系统的正确发育提供了基础。
二、突触形成分子在神经元成熟后，形成正确的神经突触是神经系统发育的关键步骤。
突触形成分子主要包括粘附分子和信号分子两类。
其中一个代表性的突触粘附分子是Neuroligin，它在突触的双方神经元细胞膜之间起到桥梁作用，促进突触的形成。
另一个代表性的突触信号分子是神经生长因子（NGF），它通过与其受体Trk的结合，激活神经元内信号通路，促进突触的发生。
突触形成分子的作用将神经元与神经元、神经元与细胞之间的相互作用调控得非常精细，为神经系统存储、处理信息提供了基础。
三、神经元分化分子在神经系统发育的过程中，神经元的生成是极为关键的步骤。
在这个过程中，特定的分子参与了神经元分化的调控。
其中一个代表性的神经元分化分子是Pax6，它参与了神经元和非神经元前体细胞的分化过程。
另一个代表性的神经元分化分子是Neurogenin，它能够启动神经元的分化，为神经系统发育提供了基础。
四、神经元死亡分子在神经系统发育过程中，神经元的生成远远多于神经元的存活。
部分神经元会在发育过程中死亡，这是神经系统发育不可避免的一部分。
在神经元死亡过程中，神经元死亡分子发挥着重要的作用。
神经生物学解析记忆形成过程
神经生物学解析记忆形成过程记忆是我们日常生活中不可或缺的一部分。
它让我们能够回想起过去的经历和知识，帮助我们做出决策，并且促进我们的学习能力。
而记忆的形成过程则是一个神秘而复杂的领域，需要神经生物学来解析。
记忆的形成可以分为三个主要阶段：编码、存储和检索。
编码是指将信息转化为大脑中的神经活动形式；存储是指将这些神经活动持久地保存下来；而检索则是指当我们需要使用记忆时，从存储区域取回信息。
编码阶段是记忆形成的第一步。
在接收到感知信息后，大脑会将其转化为神经电信号，在神经元之间相互传递。
这种电信号会通过神经突触的连接来传递，并且会引起突触间的化学反应。
这些化学反应可以加强或减弱突触传递信号的能力，从而改变神经元之间的连接强度。
这种长期增强的突触传递称为长时程增强（LTP），它被认为是记忆编码的关键机制之一。
存储阶段是指将编码的信息保存在大脑中的过程。
长时程增强是记忆存储的主要机制之一。
当突触传递信号增强时，神经元之间的连接会加强，从而形成新的神经元回路。
这些新的回路被认为是存储记忆的基础。
除了长时程增强外，还有一种记忆存储机制称为长时程抑制（LTD）。
LTD可以减弱突触传递信号的能力，并降低突触连接强度。
这种机制可以帮助大脑忘记不必要的信息，以便更好地记忆重要的信息。
在存储阶段，记忆信息被脑部的不同区域分别存储。
根据研究，大脑的海马体和相关区域被认为是短期记忆的存储中心，而长期记忆的存储发生在大脑的皮质区域。
这些区域之间通过神经回路相互连接，形成记忆信息的整体网络。
检索是将存储的记忆信息取回的过程。
当我们需要使用某个记忆时，大脑会通过激活相关的神经回路来检索这个记忆。
这种激活过程可以在大脑中重新激活之前存储的神经活动，从而使记忆信息再次可用。
记忆形成过程中，神经递质也起着重要的作用。
神经递质是一种化学物质，可以在神经元之间传递信号。
多巴胺是一种重要的神经递质，它与奖赏和记忆形成密切相关。
研究表明，当我们经历愉快的事情时，多巴胺会被释放，并加强相关神经回路之间的连接。
脑回路形成的分子与神经生物学机制
脑回路形成的分子与神经生物学机制随着神经科学的迅速发展，我们对大脑内部的神经生物学机制有了越来越深入的认识。
而一个最受关注的问题就是脑回路形成的分子与神经生物学机制。
脑回路是大脑神经元之间相互连接的微观结构。
它们的持续性和发展是神经科学领域的一个重要研究方向。
神经元的可塑性在理解脑回路形成的分子与神经生物学机制之前，我们需要首先了解神经元的可塑性。
神经元的可塑性是神经元的一种特性，指神经元的连接和功能能够随着学习和记忆等各种体验的改变而发生持久性变化的能力。
可塑性使得我们可以适应各种环境和刺激，对维持大脑正常功能至关重要。
神经元的可塑性是一种相对较宽泛的概念，可以分为突触可塑性和神经元可塑性两种。
突触可塑性突触是神经元之间传递信息的关键。
突触可塑性指的是突触的连接和功能能够根据神经元之间的经验活动改变持续性的能力。
将信息从一个神经元传递到另一个神经元的过程中，需要依靠突触的化学和电学信号传递。
神经元活动时，会产生脑外围神经系统发放神经递质的信号。
这些神经递质会经过突触释放到接受器上，从而改变神经元间连接的强度和功能。
突触的可塑性机制包括长时程增强(LTP)和长时程抑制(LTD)。
前者通常是由高频神经冲动引起突触强度的增强，可能是由于NMDA受体和AMPA受体等多种受体的同时激活而引起的。
后者则是由于低频神经冲动引起突触抑制，可能是由于一些突触抑制机制的激活所引起的。
神经元可塑性神经元可塑性指的是整个神经元的增塑或负增塑程度的改变。
这种可塑性可能来源于突触的增强或减弱，也可能来源于其他方面，如神经元内部的自身调节机制。
神经元可塑性在儿童和青少年期间发生变化最大，而在成年期间有所降低。
神经元可塑性和学习记忆神经元可塑性和突触可塑性的变化是学习和记忆的主要生物学机制之一。
神经元可塑性和突触可塑性的增强使得神经元能够更好地适应周遭环境和情境，从而帮助我们在学习和记忆方面表现更好。
神经元可塑性机制的分子基础神经元可塑性和突触可塑性的分子基础仍然存在很多争议。
神经生物学中的记忆形成过程
神经生物学中的记忆形成过程神经科学研究了人类和动物的大脑如何进行学习和记忆的过程。
记忆是人类认知功能中至关重要的一部分，它使我们能够保存和回忆起过去的经历和信息。
神经生物学揭示了记忆是如何在大脑中形成的，本文将探讨神经生物学中的记忆形成过程。
1. 神经元的学习能力大脑中的基本单位是神经元，它们通过电信号传递信息。
神经元之间的连接称为突触。
当一个神经元处于兴奋状态时，它会向下游神经元释放化学物质（神经递质），从而改变突触的传递效率。
这种突触传递的变化称为突触可塑性。
2. 短期记忆短期记忆是一种暂时存储和处理信息的能力。
当我们暂时记住一个电话号码或处理一个简单的数学问题时，我们正在使用短期记忆。
在神经生物学中，短期记忆是通过突触的电学和化学变化实现的。
这些变化使得神经元在一段时间内保持兴奋状态，从而维持信息的存储。
3. 长期记忆长期记忆是将信息保存在大脑中以供以后引用的能力。
长期记忆与突触可塑性密切相关。
当一个神经元被重复刺激时，突触会发生结构和功能的改变，这些改变会持续很长时间，从而形成长期记忆。
这种过程被称为长时程增强（LTP）。
4. 海马体和记忆海马体是大脑中与学习和记忆密切相关的结构。
研究发现，海马体对于将短期记忆转化为长期记忆至关重要。
在神经生物学中，长期记忆的形成主要发生在海马体中。
海马体通过调节突触可塑性来实现记忆的形成。
5. 记忆的巩固与提取记忆的巩固是指将新信息稳定地存储在大脑中的过程。
在巩固阶段，海马体与其他脑区的连接强化，从而促进记忆的持久存储。
而记忆的提取是指回忆和再次访问存储的信息。
当我们试图回忆某个事件或知识时，大脑中的不同区域开始互相通信，从而将相关信息提取到意识层面。
6. 记忆的遗忘尽管记忆的形成是一个复杂的过程，但大脑也有机制来遗忘不需要的信息。
遗忘可能是由于突触连接的衰减或被覆盖新信息所致。
神经生物学家仍在努力研究记忆遗忘的分子机制。
总结：神经生物学研究揭示了记忆形成的神经机制。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(a) 大脑半球向后、向两侧生长膨大，以至遮盖住间脑。 (b) 嗅球从两个大脑半球的腹侧长出。
中脑的分化
中脑在脑的发育中变化 较小。
中脑发育为 顶盖(tectum) 被盖(tegmentum) 中脑中央为中脑水管(cerebral aqueduct)，充满脑脊液。
后脑的分化
后脑分化成3部分： 小脑(cerebellum) 脑桥(pons) 延髓(medulla ) 后脑头端的分化
神经发育与行为
基因组成 围产期 种群特性 胚胎环境 环境触发 自然选择 发育 神经机制 激素
神经系统发育基本过程
诱导（包括对神经板形成的原发诱导及早期脑脊 髓形成的次发诱导） 增殖（包括对原发诱导的反应及作为神经系的某 些特殊部分的形态发育和生长的开端） 神经元及神经胶质的分化（包括结构分化及功能 成熟分化） 细胞的迁移
Noggin、Chordin和Follistatin是在“组织者”上新发现的 神经诱导因子，它们并不直接作用于被诱导的外胚层细胞。 生物化学研究证明这些神经诱导因子能直接结合BMP，以致 BMP不再能激活其外胚层细胞上的受体，因而干扰了BMP 的信号传导，背部胚胎的外胚层细胞则不再被诱导为表皮， 却表现出神经型细胞的本来面目。这表明“组织者”的神经诱 导因子实为表皮诱导因子BMP的抑制因子。 有关神经胚形成分子机制的研究有助于了解许多先天性疾病 的病因并进而考虑其预防。 胚胎可能接触到的许多可能干扰正常信号传导的物质， 如酒精和镇静药，可能引起胚胎神经系统的病理分化。 像脊柱裂、无脑畸形和其他脑畸形。
神经诱导的“默认模型”
神经管的分化
3个初级脑泡 神经管前部形成3个初级 脑泡： 前脑(forebrain) 中脑(midbrain) 菱脑或后脑 (hindbrain)
前脑的分化
前脑分化形成 端脑(telencephalon) 间脑(diencephalon) 视泡(optic vesicles) 最终 发育为眼
生物的重复结构现象
歌德
同源异形
同源转化
基因重复和同源异形基因
同源盒
后脑的分节控制
脑的分节由同源盒基因和化学信号协同控制
基 本 保 持 三 层 结 构
边缘层—白质 套层—脊髓灰质 管腔—中央管
两侧壁套层神经母细胞和成胶质细胞的迅速增生而增厚 顶板 神经管顶壁和底壁薄而窄 底板
腹侧—两基板 背侧—两翼板
神经管发育畸形
Normal
Anencephaly
spinal bifida
中枢神经系统畸形
–中枢神经系统畸形绝大部分是由于神经管发育缺陷或神经管 前后孔未闭引起,占总先天畸形发病率的17％.主要是无脑畸 形、隐性脊柱裂、脊髓脊膜膨出，脑积水等。此外，脑过小 畸形、胼胝体不发育、苯丙酮尿症、精神发育迟滞等均属神 经系统的发育异常，但较少见。 –遗传因素：包括单基因遗传性疾患，多基因遗传性疾患及染 色体病； –环境因素：包括药物和环境化学物质、微生物感染、电离辐 射、母体疾病等因素。此外，营养因素如已知某些维生素缺 乏，特别是叶酸缺乏可影响神经管的正常封闭。
原肠期外胚层特定区域可分化成神经组织
背唇诱导神经管的产生
Spemann和Mangold在 1924年发现：组织者
神经诱导因子Noggin的发现
Richard Harland, 1993
神经诱导因子敲除
WT
noggin-/-
noggin-/chordin-/-
外胚层表皮诱导因子BMP
外胚层发育为神经板是由于“特定部位”即组织者与预定为神经板 的外胚层区域间信号传导的结果，即外胚层细胞在没有这种信号 传导的情况下则发育成表皮。 进入九十年代后，新的证据证明外胚层成为表皮需要特定的信号 传导，而神经胚形成则无需信号传导，因此表皮诱导或神经抑制 比神经诱导的提法更确切。 BMP（骨形态发生蛋白，bone morphogenetic protein）是外 胚层的表皮诱导因子，它是一类外胚层自分泌的生长因子。 当原肠胚的外胚层小块培养于没有“组织者”的条件下，自身的 BMP将使之分化成表皮（细胞）， 当把外胚层小块打散为细胞培养时，也没有“组织者”，它 们 却分化为神经型细胞，因为BMP被稀释破坏而无效。 BMP是表皮的诱导因子。没有这一因子，“神经”的面目就暴露。
分化成小脑和脑桥。 中央是第四脑室(fourth ventricle)， 充满脑脊液。
后脑尾端的分化
分化成延髓。 中央是第四脑室(fourth ventricle)，充满脑脊液。
脊髓的分化
脊髓中央蝴蝶状的区域为灰质， 分为：背角(dorsal horm)、 腹角(ventral horm) 中间带(intermediate zone)。 周围是白质： 白质传导束(white matter columns) 中央处狭长孔道为脊髓中央管 (spinal canal)。
神经环路的构建
人胚胎的早期发育
囊胚
胚泡
原肠化
原肠形成
神经管的形成
神经板发育成神经管的过程称为神经胚形成 (neurulation)。（对于人，大约是怀孕的22天 左右）
(A) 神经板期 (B) 神经褶期 (C) 神经管期
神经胚形成的电镜扫描图象
(Smith and Schoenwolf, 1997)
轴突导向与突触发生 突触连接精细化（包括突触消除、神经元凋亡） 神经环路结构与功能的建立 行为的发育 以上这些过程又相互关联，交叉重叠，相互影响 ，形成神经系统发育分化的复杂性。
Outline
神经诱导及神经管的形化 神经管极性与分节的机制
发育神经生物学：脑的形成
周煜东 浙江大学神经科学研究所
Email: yudongzhou@
发育神经生物学
发育神经生物学Development Neurobiology的 研究对象是神经系统的生长和变化，通过研究神 经环路的产生及其在成熟过程中被修正的机制， 使我们更深刻地认识脑的功能，并为一些神经系 统疾病的防治提供理论依据。