探索腦神經(jīng)科學起源

1、神經(jīng)科學的起源探索腦,主編：Mark F.Bear,Barry W.Connors,Michael A.Pardiso主譯：王建軍主講：沈字玲，qq81075717，生理教研室,一、史前腦外科證據(jù)7000年前 “環(huán)鉆術”,第一節(jié) 神經(jīng)科學起源,頭骨上留有手術痕跡，說明手術是在活人身上進行的，其目的很可能是治病而非殺人，而且并非死后的一種宗教行為。,第一章 神經(jīng)科學導論,從復原的5000年前古埃及內(nèi)科醫(yī)生的記錄來看，他們已經(jīng)

2、認識到許多腦損傷的癥狀。但是他們?nèi)詫⑿呐K（而非腦）視為靈魂居所和記憶儲存庫。 考古發(fā)現(xiàn)，當時的死者盡管尸體保存完好，但是腦卻被從鼻腔中取出丟棄。這種將心臟視為意識和思維居所的觀點直到時代才受到強有力的挑戰(zhàn)。,二、古希臘人對腦的認識,1. Hippocrates (460-377BC)西方醫(yī)學之父，歐洲、西方醫(yī)學奠基人,仰賴醫(yī)神阿波羅·埃斯克雷波斯及天地諾神為證，鄙人敬謹直誓，愿以自身能力及判斷力所及，遵守此約。

3、凡授我藝者，敬之如父母，作為終身同業(yè)伴侶，彼有急需，我接濟之。視彼兒女，猶我兄弟，如欲受業(yè)，當免費無條件傳授。凡我所知，無論口授書傳，俱傳之吾與吾師之子及發(fā)誓遵守此約之生徒，此外不傳他人。 　 我愿盡余之能力與判斷力所及，遵守為病家謀利益之信條，并檢柬一切墮落和害人行為，我不得將危害藥品給與他人，并不作該項之指導，雖有人請求亦必不與之。尤不為婦人施墮胎手術。我愿以此純潔與神圣之精神，終身執(zhí)行我職務。凡患結石者，我不施手術，此則有待于專

4、家為之。 　無論至于何處，遇男或女，貴人及奴婢，我之唯一目的，為病家謀幸福，并檢點吾身，不作各種害人及惡劣行為，尤不作誘奸之事。凡我所見所聞，無論有無業(yè)務關系，我認為應守秘密者，我愿保守秘密。尚使我嚴守上述誓言時，請求神祗讓我生命與醫(yī)術能得無上光榮，我茍違誓，天地鬼神實共亟之。,Hippocrates“四體液學說”：人體由血液、粘液、黃膽汁和黑膽汁四種體液組成，四種體液的不同配合使人具不同的體質(zhì)。把疾病看作發(fā)展著的現(xiàn)象，認為醫(yī)師醫(yī)治

5、的不僅是病而是病人；改變了當時醫(yī)學以巫術和宗教為根據(jù)的觀念。,Hippocrates對于腦的認識：腦不僅參與對環(huán)境的感知，而且還是智慧的發(fā)祥地。,2.Aristotle（384-322BC） 古希臘哲學家，科學家和教育家，柏拉圖的學生，亞歷山大的老師,Aristotle對于腦的認識： 心臟是智慧之源 腦是“散熱器”，被火熱的心沸騰了的血液在腦中被降溫,三、羅馬帝國時代對腦的認識,1.希臘醫(yī)師和作家Galen（公元130

6、-200） 是一位為角斗士治療傷病的醫(yī)生,他接受了Hippocrates腦功能的觀點Galen的觀點來自于他對動物大量細致的解剖,（1）大腦接收感覺，形成記憶的關鍵是將感知“刻印”于腦；小腦是支配肌肉的。,2.Galen的推測,腦對感知的接收記錄和對運動的控制，都是由體液通過神經(jīng)到達和離開腦室的流動實現(xiàn)。神經(jīng)是一種類似于血管的中空管道。,（2）腦功能的腦室定位觀點（延續(xù)了1500年）,四、文藝復興至19世紀初對腦的認識,1.文藝

7、復興時期,法國數(shù)學家、哲學家Rene Descarles（1596-1650）西方現(xiàn)代哲學思想的奠基人，解析幾何之父,Descarles的觀點：腦功能“液壓-機械論”的主要提倡者認為人與其他動物不同，擁有智慧和一顆上帝賜予的心靈?！耙簤?機械論”無法解釋人類所有行為，由腦控制的人類行為至多就是動物具有的那些行為而已人類特有的智慧獨立于腦之外，智慧是一種精神實體,2. 17-18世紀，科學家從Galen理論中取得突破,發(fā)現(xiàn)腦由兩種

8、結構組成：灰質(zhì)和白質(zhì),灰質(zhì)和白質(zhì)的結構分別與什么功能相關？ 發(fā)現(xiàn)白質(zhì)是軀體神經(jīng)的延續(xù)性結構，因此認為白質(zhì)中含有神經(jīng)纖維，這些纖維起到向灰質(zhì)傳遞信息，以及傳遞灰質(zhì)發(fā)出的信息的作用。,3. 18世紀末，神經(jīng)解剖學發(fā)展迅速,發(fā)現(xiàn)有中樞神經(jīng)系統(tǒng)，包括腦和脊髓。并有周圍神經(jīng)，構成全身神經(jīng)網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)腦回和腦裂,4. 19世紀,在這100年，人類對腦功能的了解遠遠超過此前記載的知識總和。為現(xiàn)代神經(jīng)科學的發(fā)展奠定了堅實的基礎。我們從4方面對人類1

9、9世紀取得的關鍵性進展做一概述。,（1）神經(jīng)“電纜論”,1751年，Benjamin Franklin出版《電的實驗和觀察》，宣告了對電現(xiàn)象的全新認識。世紀之交，意大利科學家Luigi Galvani和德物學家Emil du Bois-Reymond證明神經(jīng)受電刺激會引起肌肉顫動，腦本身也能產(chǎn)生電流。,這些發(fā)現(xiàn)取代了“神經(jīng)是一種流動的液體與腦相聯(lián)系”的觀點。于是新觀點是：神經(jīng)是一些“電纜”，它們將電信號傳入和傳出腦。,未解決的問題：引

10、起肌肉運動的信號和來自皮膚感覺的信號是否同一神經(jīng)電纜？,現(xiàn)象：切斷某一神經(jīng)，造成受該神經(jīng)影響的區(qū)域感覺和運動同時消失。推論：引起肌肉運動的信號和來自皮膚感覺的信號是沿同一神經(jīng)電纜雙向進行？？？,當時解剖發(fā)現(xiàn):一根神經(jīng)中包含許多神經(jīng)纖維，每一根都可能作為單獨個體，將信息傳到不同方向。神經(jīng)纖維進入脊髓前分成兩個分支。背根進入脊髓后部，腹根則進入前部。,1810年，蘇格蘭醫(yī)生Charles Bel和法生理學家Francois Mage

11、ndie解決了這個難題。方法：分別切斷實驗動物的背根和腹根，同時觀察切斷神經(jīng)的后果。結果：切斷腹根引起肌肉麻痹， 背根負責將感覺信息傳入脊髓。,結論：每根神經(jīng)都是許多“電纜”的復合體，其中一些將信息傳入腦和脊髓，另外一些將信息傳出到肌肉。每根纖維信息傳遞表現(xiàn)嚴格的單向性。這兩類纖維在全長絕大部分包裹在一起，只是當進入或離開脊髓時才獨立出來。,（2）特定的功能在腦不同部位的定位,研究方法：實驗性切除法（毀損腦的特定部位，觀察由此

12、引起的感覺和運動障礙）1823年，法生理學家Marie-Jean-Pierre Flourens采用該方法證實小腦在確實在運動的協(xié)調(diào)上起作用，同時推斷，大腦與感覺和感知有關。,那么腦表面的那些隆起又意味著什么？,顱相學及對其的質(zhì)疑,認為顱骨上的隆起反映了腦表面的隆起，一個人的性格傾向，例如大度性、遮掩性和破壞性等都與腦的大小相關聯(lián)。,Broca根據(jù)臨床病例和尸體解剖發(fā)現(xiàn)了不同的語言功能定位于大腦不同區(qū)域。,法國神經(jīng)科醫(yī)生Paul Br

13、oca是將科學的天平牢固扭向大腦功能定位一側的第一人。,我們現(xiàn)在知道，大腦有非常明確的分部，這些不同的區(qū)域執(zhí)行了不同的功能。,Broca區(qū)損傷引起運動性失語。,（3）神經(jīng)系統(tǒng)的進化,1859年，英生物學家Charles Darwin出版《物種起源》一書?！斑M化論”：所有生命物種均起源于共同的祖先，物種之間的差異源自于自然選擇的過程。作為可遺傳性狀之一的行為同樣可以遺傳。,人和狗等哺乳動物對危險和恐懼的行為反應基本相同：瞳孔放大、心跳加

14、速、發(fā)根直立。,按照Darwin的觀點，反應模式的相似表明不同物種恐懼反應的腦機制雖然不完全一樣，但也基本相似。,不同物種的神經(jīng)系統(tǒng)進化源于共同的祖先，而且不同物種的神經(jīng)系統(tǒng)具有共同的作用機制，這一思想為將動物實驗的結果運用于人類提供了理論基礎。,因此有了如下的例子:槍烏賊巨大神經(jīng)軸突上獲得的電沖動傳導知識同樣適用于人類；大鼠獲得重復性自我攝取可卡因的機會時，表現(xiàn)出與人類吸毒成癮相同的癥狀，所以用大鼠研究成癮藥物對神經(jīng)系統(tǒng)的作用是有

15、價值的。今天，絕大多數(shù)神經(jīng)科學家在希望獲得對人類某一生理機制的了解時都是采用動物模型。,另一方面，物種的許多行為性狀與其生活環(huán)境有高度的特異性。比如：枝頭靈活攀援的猴子具有敏銳的視覺；習慣在地洞中穿梭的老鼠沒有良好視覺，但其嘴邊觸須具有高度進化的觸覺功能。每一物種腦的結構和功能反映了其對環(huán)境的適應，為科學家分析不同腦區(qū)功能定位提供了實驗依據(jù)。,（4）神經(jīng)元：腦組織的基本功能單位,19世紀早期，科學家第一次有機會在高放大倍率下觀察動

16、物的腦組織。,1839年，德動物學家Theodor Schwann提出了現(xiàn)在已經(jīng)廣為人知的細胞理論，即一切組織均由稱為細胞的纖維單位所構成。,盡管神經(jīng)細胞已得到確認和描述，但圍繞單個“神經(jīng)細胞”是否是腦功能的基本單位這一觀點仍存有爭議。 神經(jīng)細胞有一些纖細投射(突起)。最初科學家無法肯定來自不同神經(jīng)細胞的突起是否會像微血管那樣融合到一起，如果可以，由不同神經(jīng)細胞相互連接形成的“神經(jīng)網(wǎng)路”才可能是腦功能的基本單位。,Than