神經(jīng)元的信息傳遞課程目標(biāo)了解神經(jīng)元的基本結(jié)構(gòu)掌握各部分形態(tài)和功能理解信息傳遞的電生理基礎(chǔ)靜息電位和動(dòng)作電位的形成掌握神經(jīng)元間的信息傳遞突觸結(jié)構(gòu)和功能認(rèn)識(shí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形成神經(jīng)元的基本結(jié)構(gòu)樹突接收信息的分支細(xì)胞體神經(jīng)元的控制中心軸突傳導(dǎo)信息的通道突觸信息傳遞的接口神經(jīng)元的主要組成部分樹突短而分支多表面積大接收信號(hào)細(xì)胞體含有細(xì)胞核合成蛋白質(zhì)整合信號(hào)軸突單一長(zhǎng)突起髓鞘包裹傳導(dǎo)信號(hào)樹突的功能1信息接收接收來(lái)自其他神經(jīng)元的信號(hào)2信號(hào)整合匯集多個(gè)信號(hào)輸入3放大信號(hào)通過(guò)樹突棘增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度4空間分布不同區(qū)域樹突接收不同來(lái)源信號(hào)軸突的特征結(jié)構(gòu)特點(diǎn)單一長(zhǎng)突起末端分支形成軸突終末含有軸漿運(yùn)輸系統(tǒng)髓鞘包裹由少突膠質(zhì)細(xì)胞形成形成郎飛結(jié)增加傳導(dǎo)速度功能作用傳導(dǎo)動(dòng)作電位遠(yuǎn)距離信號(hào)傳遞釋放神經(jīng)遞質(zhì)細(xì)胞體的作用整合信息綜合處理來(lái)自樹突的信號(hào)基因表達(dá)控制蛋白質(zhì)合成代謝活動(dòng)提供能量支持產(chǎn)生電信號(hào)啟動(dòng)動(dòng)作電位神經(jīng)元的類型感覺神經(jīng)元傳遞感覺信息從外周到中樞運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元傳遞運(yùn)動(dòng)指令從中樞到肌肉中間神經(jīng)元連接其他神經(jīng)元形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)星形膠質(zhì)細(xì)胞支持神經(jīng)元維持穩(wěn)態(tài)感覺神經(jīng)元結(jié)構(gòu)特點(diǎn)假單極細(xì)胞信息流向外周→中樞功能作用感知環(huán)境刺激位于背根神經(jīng)節(jié)，負(fù)責(zé)將感覺信息從外周傳入中樞神經(jīng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元位置脊髓前角特征胞體大，軸突長(zhǎng)傳遞中樞→肌肉作用控制肌肉收縮中間神經(jīng)元90%數(shù)量占比神經(jīng)系統(tǒng)中最多的神經(jīng)元類型1000+連接數(shù)單個(gè)中間神經(jīng)元可形成的突觸連接10cm軸突長(zhǎng)度局部環(huán)路中的平均長(zhǎng)度連接感覺和運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元，形成復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，參與信息處理神經(jīng)元的電生理基礎(chǔ)靜息電位膜內(nèi)外電位差：-70mV動(dòng)作電位電信號(hào)快速變化離子交換Na+、K+通過(guò)通道流動(dòng)信號(hào)傳導(dǎo)沿軸突單向傳播靜息電位細(xì)胞內(nèi)濃度(mM)細(xì)胞外濃度(mM)靜息時(shí)膜內(nèi)外離子分布不均，形成約-70mV的電位差動(dòng)作電位去極化Na+內(nèi)流，膜電位上升復(fù)極化K+外流，膜電位下降超極化暫時(shí)低于靜息電位恢復(fù)期返回靜息狀態(tài)離子通道的作用電壓門控鈉通道對(duì)膜電位變化敏感電壓門控鉀通道開放較慢，關(guān)閉緩慢配體門控通道受神經(jīng)遞質(zhì)調(diào)控去極化和復(fù)極化過(guò)程閾值達(dá)到膜電位升至-55mV去極化Na+通道開放，Na+內(nèi)流復(fù)極化K+通道開放，K+外流恢復(fù)原狀Na+/K+泵重建離子梯度不應(yīng)期絕對(duì)不應(yīng)期持續(xù)1-2msNa+通道失活不能產(chǎn)生新動(dòng)作電位相對(duì)不應(yīng)期持續(xù)3-4ms部分Na+通道恢復(fù)需更強(qiáng)刺激才能激活生理意義保證信號(hào)單向傳導(dǎo)限制最大放電頻率防止過(guò)度興奮局部電位和閾值局部電位可以是去極化或超極化，振幅小，只能局部擴(kuò)散閾值是引發(fā)動(dòng)作電位所需的最小去極化水平，約為-55mV神經(jīng)元間的信息傳遞電信號(hào)傳導(dǎo)動(dòng)作電位沿軸突傳播抵達(dá)突觸前膜激活突觸前終末化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換釋放神經(jīng)遞質(zhì)受體結(jié)合引起突觸后電位突觸的結(jié)構(gòu)突觸前膜含突觸小泡有主動(dòng)區(qū)結(jié)構(gòu)儲(chǔ)存和釋放遞質(zhì)突觸間隙寬度20-40nm連接前后膜遞質(zhì)擴(kuò)散區(qū)域突觸后膜含受體蛋白有突觸后致密物接收化學(xué)信號(hào)突觸前膜突觸小泡儲(chǔ)存神經(jīng)遞質(zhì)主動(dòng)區(qū)小泡錨定和釋放位點(diǎn)鈣通道控制遞質(zhì)釋放突觸小泡循環(huán)回收和再填充過(guò)程突觸間隙20nm寬度神經(jīng)元間的物理間隔0.2ms遞質(zhì)擴(kuò)散時(shí)間從釋放到結(jié)合的平均時(shí)間5000粘附分子維持突觸結(jié)構(gòu)的連接蛋白數(shù)量充滿細(xì)胞外基質(zhì)，含有黏附分子和酶類，維持突觸結(jié)構(gòu)并調(diào)控遞質(zhì)濃度突觸后膜受體密集區(qū)高濃度受體蛋白聚集突觸后致密物骨架支撐結(jié)構(gòu)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)二級(jí)信使級(jí)聯(lián)反應(yīng)接收神經(jīng)遞質(zhì)信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或生化信號(hào)化學(xué)突觸動(dòng)作電位到達(dá)軸突末梢去極化鈣離子內(nèi)流激活釋放機(jī)制遞質(zhì)釋放小泡與膜融合受體激活引起突觸后反應(yīng)電突觸基本結(jié)構(gòu)縫隙連接細(xì)胞間直接連通六聚體通道蛋白功能特點(diǎn)雙向傳遞傳導(dǎo)速度快同步活動(dòng)無(wú)延遲效應(yīng)神經(jīng)遞質(zhì)的類型1234氨基酸類谷氨酸GABA甘氨酸胺類多巴胺5-羥色胺組胺肽類內(nèi)啡肽P物質(zhì)神經(jīng)肽Y其他乙酰膽堿ATP一氧化氮興奮性神經(jīng)遞質(zhì)類型主要遞質(zhì)作用位置生理作用氨基酸谷氨酸中樞神經(jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)記憶膽堿乙酰膽堿神經(jīng)肌肉接頭肌肉收縮單胺多巴胺獎(jiǎng)賞回路情緒調(diào)節(jié)抑制性神經(jīng)遞質(zhì)γ-氨基丁酸(GABA)中樞主要抑制性遞質(zhì)增加氯離子通透性抗焦慮藥物靶點(diǎn)甘氨酸脊髓主要抑制性遞質(zhì)控制運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元活動(dòng)調(diào)節(jié)疼痛傳導(dǎo)5-羥色胺部分突觸呈抑制作用調(diào)節(jié)睡眠和情緒抗抑郁藥物靶點(diǎn)神經(jīng)遞質(zhì)的合成和儲(chǔ)存合成途徑酶催化特定前體物質(zhì)軸漿運(yùn)輸從胞體到軸突末梢包裝儲(chǔ)存裝入突觸小泡遞質(zhì)池形成儲(chǔ)備池和可釋放池神經(jīng)遞質(zhì)的釋放過(guò)程1動(dòng)作電位到達(dá)電壓門控Ca2+通道開放鈣離子內(nèi)流Ca2+濃度瞬間升高膜融合SNARE蛋白介導(dǎo)小泡融合遞質(zhì)釋放通過(guò)融合孔釋放到間隙鈣離子在神經(jīng)遞質(zhì)釋放中的作用Ca2+濃度(μM)遞質(zhì)釋放量(相對(duì)單位)鈣離子是遞質(zhì)釋放的直接觸發(fā)因子，濃度與釋放量呈非線性關(guān)系突觸小泡的融合和釋放錨定階段小泡靠近突觸前膜主動(dòng)區(qū)?？侩A段SNARE復(fù)合物形成融合階段鈣離子觸發(fā)膜融合釋放階段遞質(zhì)擴(kuò)散到突觸間隙神經(jīng)遞質(zhì)與受體的結(jié)合特異性識(shí)別鎖鑰匹配原理構(gòu)象變化受體蛋白結(jié)構(gòu)改變通道開放允許特定離子通過(guò)信號(hào)放大激活下游信號(hào)通路離子通道型受體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)跨膜多亞基復(fù)合物中央離子通道配體結(jié)合區(qū)域主要類型尼古丁型乙酰膽堿受體NMDA谷氨酸受體GABAA受體5-HT3受體功能特點(diǎn)快速反應(yīng)（毫秒級(jí)）直接改變膜電位介導(dǎo)快速突觸傳遞G蛋白偶聯(lián)受體遞質(zhì)結(jié)合與受體胞外域結(jié)合G蛋白激活GTP取代GDP效應(yīng)器激活如腺苷酸環(huán)化酶二級(jí)信使產(chǎn)生如cAMP、IP3、DAG生化級(jí)聯(lián)反應(yīng)蛋白激酶活化突觸后電位突觸后膜產(chǎn)生的局部電位變化，包括興奮性和抑制性幅度?。?.1-5mV），可以空間和時(shí)間整合興奮性突觸后電位（EPSP）形成機(jī)制Na+、Ca2+通道開放正離子內(nèi)流膜去極化特點(diǎn)振幅約0.5-1mV持續(xù)5-15ms可以累加常見遞質(zhì)谷氨酸乙酰膽堿5-羥色胺(部分)抑制性突觸后電位（IPSP）形成原理Cl-內(nèi)流或K+外流膜電位變化超極化或穩(wěn)定在靜息電位功能作用抑制神經(jīng)元放電主要遞質(zhì)GABA和甘氨酸時(shí)間和空間整合空間整合不同突觸輸入同時(shí)作用同步性增強(qiáng)線性或非線性相加時(shí)間整合相近時(shí)間內(nèi)連續(xù)輸入膜電位時(shí)間累加受膜時(shí)間常數(shù)影響突觸可塑性1短時(shí)程可塑性突觸前機(jī)制主導(dǎo)持續(xù)秒至分鐘2中時(shí)程可塑性突觸后修飾持續(xù)數(shù)分鐘至小時(shí)3長(zhǎng)時(shí)程可塑性基因表達(dá)改變持續(xù)數(shù)天至終生長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（LTP）誘導(dǎo)高頻刺激激活突觸早期機(jī)制Ca2+內(nèi)流激活CaMKII3表達(dá)AMPA受體數(shù)量增加4維持蛋白質(zhì)合成和結(jié)構(gòu)改變長(zhǎng)時(shí)程抑制（LTD）1Hz誘導(dǎo)頻率低頻刺激引發(fā)-40%突觸效能突觸強(qiáng)度持續(xù)降低48h+持續(xù)時(shí)間可維持?jǐn)?shù)天由低頻刺激誘導(dǎo)，鈣離子濃度溫和上升，激活蛋白磷酸酶，導(dǎo)致AMPA受體內(nèi)吞和突觸效能下降突觸可塑性在學(xué)習(xí)和記憶中的作用感知學(xué)習(xí)感覺神經(jīng)環(huán)路重塑記憶形成海馬LTP記憶存儲(chǔ)皮層突觸變化記憶提取神經(jīng)元通路再激活神經(jīng)元信息傳遞的調(diào)節(jié)強(qiáng)度調(diào)節(jié)遞質(zhì)釋放量變化方向調(diào)節(jié)突觸抑制與促進(jìn)時(shí)間調(diào)節(jié)放電模式改變模式調(diào)節(jié)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接改變神經(jīng)調(diào)質(zhì)的作用釋放特點(diǎn)擴(kuò)散性釋放影響范圍廣作用持久常見神經(jīng)調(diào)質(zhì)內(nèi)源性大麻素一氧化氮神經(jīng)肽類調(diào)節(jié)方式影響突觸傳遞效率改變神經(jīng)元興奮性調(diào)節(jié)突觸可塑性突觸前調(diào)節(jié)遞質(zhì)合成調(diào)節(jié)限速酶活性控制前體物質(zhì)可得性合成速率變化遞質(zhì)釋放調(diào)節(jié)Ca2+流入變化突觸小泡可用性釋放概率改變自身調(diào)節(jié)自身受體反饋突觸前抑制去敏感化機(jī)制突觸后調(diào)節(jié)受體數(shù)量調(diào)節(jié)合成、轉(zhuǎn)運(yùn)、降解變化受體敏感性調(diào)節(jié)磷酸化修飾改變親和力受體分布調(diào)節(jié)突觸內(nèi)外側(cè)定位變化錨定蛋白調(diào)節(jié)PSD蛋白結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)多個(gè)神經(jīng)元通過(guò)突觸連接形成的功能性網(wǎng)絡(luò)具有反饋調(diào)節(jié)、信息整合和模式識(shí)別等功能神經(jīng)環(huán)路的形成神經(jīng)元產(chǎn)生神經(jīng)干細(xì)胞分化軸突導(dǎo)向生長(zhǎng)錐尋路突觸形成目標(biāo)識(shí)別與連接突觸修剪無(wú)效連接消除環(huán)路成熟功能穩(wěn)定反饋和前饋調(diào)節(jié)前饋抑制提高信號(hào)時(shí)間精度減少背景噪聲增強(qiáng)信號(hào)對(duì)比度反饋抑制防止過(guò)度興奮維持網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性產(chǎn)生振蕩活動(dòng)神經(jīng)元信息傳遞的時(shí)空特性時(shí)間特性毫秒級(jí)精確傳遞空間特性定向傳導(dǎo)與分布概率特性釋放與響應(yīng)隨機(jī)性神經(jīng)元信息傳遞具有高度時(shí)空特異性，既能精確定位又能快速傳導(dǎo)信息編碼頻率編碼放電頻率攜帶信息時(shí)間編碼放電精確時(shí)間點(diǎn)群體編碼多個(gè)神經(jīng)元協(xié)同爆發(fā)編碼脈沖串模式頻率編碼刺激強(qiáng)度(%)放電頻率(Hz)刺激強(qiáng)度與神經(jīng)元放電頻率呈非線性相關(guān)，編碼信息強(qiáng)度時(shí)間編碼精確定時(shí)毫秒級(jí)放電時(shí)間點(diǎn)相位編碼與背景振蕩相位關(guān)系首次放電編碼首個(gè)動(dòng)作電位時(shí)間點(diǎn)放電間隔模式連續(xù)放電時(shí)間間隔群體編碼分布式編碼多個(gè)神經(jīng)元共同表征信息同步編碼神經(jīng)元群體的同步活動(dòng)動(dòng)態(tài)編碼時(shí)間演變的活動(dòng)模式神經(jīng)元信息傳遞的病理變化突觸病理突觸結(jié)構(gòu)異常遞質(zhì)釋放減少受體功能障礙電活動(dòng)異常過(guò)度興奮異常抑制節(jié)律改變網(wǎng)絡(luò)功能障礙連接性改變信息整合異常神經(jīng)環(huán)路失調(diào)神經(jīng)退行性疾病中的信息傳遞異常疾病病理變化信息傳遞異常主要癥狀阿爾茨海默病淀粉樣蛋白沉積膽堿能系統(tǒng)功能下降記憶喪失帕金森病多巴胺神經(jīng)元丟失基底節(jié)回路異常運(yùn)動(dòng)障礙亨廷頓病紋狀體神經(jīng)元變性GABA能傳遞減弱舞蹈樣動(dòng)作精神疾病與神經(jīng)元信息傳遞抑郁癥