神經(jīng)生物學(xué)(新版)課件：第九講-神經(jīng)科學(xué)進展

腦科學(xué)展望腦科學(xué)展望腦科學(xué)的定義

腦科學(xué)又稱神經(jīng)科學(xué)（Neuroscience)，其作為一門獨立學(xué)科僅有四十余年的歷史，但它與神經(jīng)生理、神經(jīng)解剖、神經(jīng)生物化學(xué)和神經(jīng)藥理學(xué)卻有很久的淵源。腦科學(xué)的定義腦科學(xué)又稱神經(jīng)科學(xué)（Neuroscien第一部分腦研究歷史第一部分腦研究歷史腦科學(xué)開發(fā)腦開發(fā)人腦增強智能模擬人腦機器人保護腦壽命延長PD,AD,中風(fēng)高速交通顱腦,脊髓外傷生活節(jié)奏焦慮,抑郁,精神病生活質(zhì)量鎮(zhèn)痛祛痛社會開放吸毒問題認識腦分子細胞網(wǎng)絡(luò)全腦

(離體研究)(無創(chuàng)在體研究)Patch（電）EEGRIA(化學(xué)）PETPCR(基因）fMRIConfocal(形態(tài)）行為變化腦科學(xué)開發(fā)腦保護腦認識腦一、認識腦神經(jīng)生物學(xué)：研究神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能及其相互關(guān)系。是在分子、細胞、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或回路、系統(tǒng)和整體水平上闡明神經(jīng)系統(tǒng)特別是腦的基本活動規(guī)律的科學(xué)。一、認識腦神經(jīng)生物學(xué)：研究神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能及其相互關(guān)系。百年諾貝爾獎回顧百年諾貝爾獎回顧19061.神經(jīng)元學(xué)說創(chuàng)立Golgi用鍍銀法染色，第一次在顯微鏡下觀察到了神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞，為研究神經(jīng)科學(xué)提供了最基本的組織學(xué)方法?？ü?西班牙)R.Cajal(1852-1934)高爾基（意）Golgi,Camillo(1843-1926)

Cajal在掌握了Golgi的方法后，建立了還原硝酸銀染色法，可以顯示出神經(jīng)元樹突，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元之間沒有原生質(zhì)的聯(lián)系，認為神經(jīng)元是整個神經(jīng)活動的最基本單位，從而使復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)有了進一步研究的切入口。19061.神經(jīng)元學(xué)說創(chuàng)立Golgi用鍍銀法染色，第一次在顯神經(jīng)元(neuron)與神經(jīng)膠質(zhì)細胞(neuroglia)是構(gòu)成神經(jīng)系統(tǒng)的主要細胞成分。神經(jīng)元(neuron)與神經(jīng)膠質(zhì)細胞(neuroglia)2.電信號變化C.S.Sherrington分析研究膝跳反射，認為“反射”是神經(jīng)系統(tǒng)基本的活動形式。首先提出“突觸”的概念；并指出脊髓中管理伸肌的運動神經(jīng)元發(fā)生興奮時，管理屈肌的運動神經(jīng)元必然發(fā)生抑制。由此，把神經(jīng)系統(tǒng)的活動看作是有客觀規(guī)律指導(dǎo)，而不是神秘不可測的。謝靈頓（英）Ｃ.Ｓ.Sherrington（1857-1952）19322.電信號變化C.S.Sherrington分析研究膝艾德里安（英）EdgarAdrian（1889-1977）EdgarAdrian在單根神經(jīng)纖維上記錄到電活動，即神經(jīng)沖動。證明這些傳人神經(jīng)沖動可以到達大腦，引起腦電變化，也可以通過中樞聯(lián)系經(jīng)傳出神經(jīng)支配肌肉收縮，從而把謝靈傾的反射學(xué)說具體化了。把謝靈頓的生理學(xué)概念用電生理方法加以證實傳入傳出艾德里安（英）EdgarAdrian在單根神經(jīng)纖維上記錄到霍奇金（英）AlanHodgkin(1914-1998)赫胥利（英）AndrewHuxley(1917-2012)?？藸査梗ò模㎎.C.Eccles(1903-1997)J.C.Eccles師從謝靈頓從事反射活動的研究。記錄到神經(jīng)與肌肉接頭處的終板電位；證明突觸部位不僅有興奮性遞質(zhì)，還有抑制性遞質(zhì)，證實了謝靈頓晚年強調(diào)的抑制性突觸的存在。1963動作電位的離子機制霍奇金（英）赫胥利（英）?？藸査梗ò模㎎.C.Eccles19363.神經(jīng)化學(xué)遞質(zhì)的發(fā)現(xiàn)Loewi1921年證明迷走神經(jīng)興奮時釋放遞質(zhì)Ach的雙蛙心實驗勒韋（德）O.Loewi（1873-1961）19363.神經(jīng)化學(xué)遞質(zhì)的發(fā)現(xiàn)Loewi1921年證明迷走戴爾（英）H.H.Dale（1875-1968）Dale在證明副交感神經(jīng)末梢能分泌出乙酰膽堿（Ach)，而且證明交感神經(jīng)的節(jié)前纖維和運動神經(jīng)的末梢也都能分泌Ach。把神經(jīng)化學(xué)研究方法與神經(jīng)生理研究結(jié)合起來，牢固地建立了突觸的化學(xué)傳遞學(xué)說。前神經(jīng)元后神經(jīng)元神經(jīng)末梢戴爾（英）Dale在證明副交感神經(jīng)末梢能分泌出乙酰膽堿（AcN1N1交感神經(jīng)副交感神經(jīng)軀體運動神經(jīng)AChAChACh

AChNE

M1-5

N1①膽堿能纖維④少數(shù)節(jié)后纖維①膽堿能纖維②膽堿能纖維③大多數(shù)節(jié)后纖維

M1-5AChN2周圍膽堿能纖維N1N1交感副交感軀體運AChAChAChNEM1-5N1970他們共同發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)遞質(zhì)及其儲存、釋放和激活的過程?？ù?英)B.Katz（1911-）奧伊勒(瑞典…)U.VonEuler（1905-1983）阿克塞爾羅德(美)J.Axelrod（1912-2004）B.Katz主要研究神經(jīng)和肌肉功能，在神經(jīng)肌肉接頭處發(fā)現(xiàn)了微終板電位，為“量子釋放”理論打下基礎(chǔ).1970他們共同發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)遞質(zhì)及其儲存、釋放和激活的過程。卡N1交感神經(jīng)NE

N1④少數(shù)節(jié)后纖維①膽堿能纖維

M1-5Euler發(fā)現(xiàn)去甲腎上腺素（NE）是交感神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)傳遞介質(zhì)Axelrod闡明了兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)的代謝過程，為治療高血壓、帕金森氏病藥物的研制開創(chuàng)了新途徑。N1交感NEN1④少數(shù)節(jié)后纖維①膽堿能纖維M1-5Eul19914.離子通道和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)Neher和Sakmann發(fā)現(xiàn)了細胞中單離子通道的活動態(tài)。他們應(yīng)用膜片鉗技術(shù)，記錄到了細胞膜上單個離子通道的電流量，證實了離子通道的改變，可影響細胞內(nèi)、外離子濃度，從而調(diào)節(jié)細胞的功能。內(nèi)爾（德）E.Neher(1944～)伯特·薩克曼（德）B.Sakmann（1942-）patchclamprecordingtechnique

19914.離子通道和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)Neher和Sakmann發(fā)他們的研究首次表明氣體NO分子可以穿過細胞膜而發(fā)揮信使作用，提出了生物信號傳遞的新理論。1998NO作為信號傳遞分子伊格納羅(美)L.J.Ignrro(1941～)穆拉德(美)F.Murad(1936～)弗奇戈特(美)R.F.Furchgott(1916～)他們的研究首次表明氣體NO分子可以穿過細胞膜而發(fā)揮信使作用，Carlsson發(fā)現(xiàn)了多巴胺（DA）是腦內(nèi)的一種神經(jīng)遞質(zhì)，這種物質(zhì)對于控制人類身體運動和精神活動具有非常重要的作用，缺失該遞質(zhì)會導(dǎo)致類似帕金森氏病的癥狀。2000卡爾森(瑞典)A.Carlsson(1922-)Carlsson發(fā)現(xiàn)了多巴胺（DA）是腦內(nèi)的一種神經(jīng)遞質(zhì)，這Kandel

發(fā)現(xiàn)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的磷酸化可以加強突觸傳遞效率，構(gòu)成了短期記憶的基礎(chǔ)；多次強烈的突觸傳遞活動，可影響神經(jīng)元內(nèi)的蛋白質(zhì)合成代謝，改變突觸的結(jié)構(gòu)，形成長時程記憶的基礎(chǔ)?？驳聽?美）E.R.Kandel(1929-)Kandel發(fā)現(xiàn)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的磷酸化可以加強突觸傳遞效率，5.感覺和知覺Gullstrand通過眼屈光度的研究，建立了常用的眼睛光學(xué)模型——高爾斯特蘭簡化眼。視覺古爾斯特蘭德(瑞典)A.Gullstrand(1862-1930)19115.感覺和知覺Gullstrand通過眼屈光度的研究，建立了Wald從事視覺升華的研究，包括對遺傳性色盲的生化機制哈特蘭(美）H.K.Hartline（1903-1983）沃爾德(美)G.Wald（1906-1997）格蘭尼特（瑞典)R.A.Granit（1900-1991）1967Granit從事視網(wǎng)膜電生理的研究Hartline用電生理方法研究魚復(fù)眼之間存在相互抑制的作用Wald從事視覺升華的研究，包括對遺傳性色盲的生化機制哈特蘭toopticnervesclerachoroidretinachoroida.Locationofretinab.MicrographofretinalightraysaxonsofganglioncellsblindspotopticnerveganglioncelllayerbipolarcelllayerrodcellandconecelllayertoopticnervesclerachoroidretR.Barany對前庭器官進行了生理與病理學(xué)的研究，探明前庭器官功能及其疾病的診斷方法。巴拉尼（奧地利）R.Barany（1876-1936)位置覺1914R.Barany對前庭器官進行了生理與病理學(xué)的研究，探明前貝凱希（美）G.V.Bakesy(1899-1972)V.Bakesy發(fā)現(xiàn)耳蝸感音的物理機制，外界聲波使內(nèi)耳基底膜振動，從而使毛細胞電位發(fā)生變化，激發(fā)耳蝸神經(jīng)產(chǎn)生沖動，傳至腦而產(chǎn)生聽覺。1961聽覺貝凱希（美）V.Bakesy發(fā)現(xiàn)耳蝸感音的物理機制，外界聲波巴克（美）LindaB.Buck（1947-)阿克塞爾（美）RichardAxel（1946-）2004闡明了人類嗅覺系統(tǒng)的工作方式人體約有1000個基因用來編碼氣味受體細胞膜上的不同氣味受體，每個氣味受體細胞會對有限的幾種相關(guān)分子作出反應(yīng)。盡管氣味受體只有約1000種，但它們可以產(chǎn)生大量的組合，形成大量的氣味模式，這也就是人們能夠辨別和記憶約１萬種不同氣味的基礎(chǔ)。嗅覺巴克（美）阿克塞爾（美）2004闡明了人類嗅覺系統(tǒng)的工作方式1981腦功能側(cè)化Sperry1952年進行了分裂腦的研究，將貓和猴大腦兩半球之間的胼胝體切斷，發(fā)現(xiàn)兩半球各自保留自身的學(xué)習(xí)能力，但兩半球之間不再能進行信息傳遞。以后又將癲癇病人聯(lián)系左右腦的胼胝體切斷作為治療措施，并進行細致研究，發(fā)現(xiàn)左腦偏重抽象思維，右腦偏重空間認知。6.神經(jīng)系統(tǒng)的高級功能斯佩里(美)R.W.Sperry（1913-）1981腦功能側(cè)化Sperry1952年進行了分裂腦的研究，左半腦：邏輯理解、記憶、時間、語言、書寫、判斷、排列、分類、邏輯、分析、推理、抑制、五感(視、聽、嗅、觸、味覺)等。思維方式具有連續(xù)性、延續(xù)性和分析性。左腦可以稱作“意識腦”、“學(xué)術(shù)腦”、“語言腦”。右半腦：空間形象記憶、直覺、情感、身體協(xié)調(diào)、視知覺、美術(shù)、音樂節(jié)奏、想像、靈感、頓悟等。思維方式具有無序性、跳躍性、直覺性等。右腦又稱作“本能腦”、“潛意識腦”、“創(chuàng)造腦”、“藝術(shù)腦”。左半腦：右半腦：如果你看見這個舞女是順時針轉(zhuǎn)，說明你用的是右腦

如果是逆時針轉(zhuǎn)，說明你用的左腦

如果你看見這個舞女是順時針轉(zhuǎn)，說明你用的是右腦

如果是逆時他們的研究表明:(1)大腦不同部位有職能分工，視覺皮層以細胞柱為功能單位，分別有方位優(yōu)勢柱和左眼或右眼作為優(yōu)勢眼)，對視覺信息進行加工;(2)出生早期視覺皮層的發(fā)育受環(huán)境影響，具有很大的可塑性。大腦視覺信息加工和發(fā)育的可塑性威塞爾(瑞典)T.Wiesel(1924-)休伯爾(美)

D.Hubel(1926-2013)方位優(yōu)勢柱1981年與Sperry共享他們的研究表明:大腦視覺信息加工和發(fā)育的可塑性威塞爾(瑞典)構(gòu)成大腦定位系統(tǒng)的細胞JohnO'Keefe（英國）May-BrittMoser（挪威）EdvardI.Moser（挪威）他們發(fā)現(xiàn)人類大腦內(nèi)存在著一種定位系統(tǒng)，就像是一個“內(nèi)部GPS”，為我們確定空間方向；他們也從細胞水平上闡釋了這種高級認知功能的原理。構(gòu)成大腦定位系統(tǒng)的細胞JohnO'KeefeMay-Bri1971年John

O′Keefe首發(fā)現(xiàn)當大鼠處于室內(nèi)的特定位置時，大鼠的大腦海馬體區(qū)域中的一種神經(jīng)細胞就會持續(xù)處于激活狀態(tài)；當將大鼠置于其它位置時，其它的神經(jīng)細胞也會被激活，因此John

O′Keefe認為這些“位置細胞”可以構(gòu)成一幅空間地圖。2005年May-BrittMoser和Edvard

Moser在大腦定位系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了另外的關(guān)鍵組分，他們發(fā)現(xiàn)了一種“網(wǎng)格細胞”，這些神經(jīng)細胞可以產(chǎn)生一種空間坐標系并且可以幫助進行精確地定位及目標的尋找，隨后的研究揭示了網(wǎng)格細胞如何實現(xiàn)位置的確定和導(dǎo)航。1971年John

O′Keefe首發(fā)現(xiàn)當大鼠處于室內(nèi)的特內(nèi)嗅皮層網(wǎng)格細胞可以和內(nèi)嗅皮層中的其它細胞識別動物頭部的方向以及房間的邊界，從而在大腦海馬體中形成空間細胞的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這些細胞網(wǎng)絡(luò)回路就會形成一種復(fù)雜深入的定位系統(tǒng)。內(nèi)嗅皮層網(wǎng)格細胞可以和內(nèi)嗅皮層中的其它細胞識別動物頭部的方向他們揭開了胚胎如何由一個細胞發(fā)育成完美的特化器官,如腦和腿的遺傳秘密，也樹立了科學(xué)界對動物基因控制早期胚胎發(fā)育的模式。神經(jīng)發(fā)育生物學(xué)的內(nèi)容廣泛，包括出生前的胚胎發(fā)育，出生后的生長、成熟、老化、退變、凋亡和損傷后的再生修復(fù)等，而且由于技術(shù)上的困難對神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育了解還很少，所以該研究是近年來研究進展最為緩慢的領(lǐng)域，他們的重大發(fā)現(xiàn)成為神經(jīng)發(fā)育生物學(xué)的歷史轉(zhuǎn)折點。7.發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)劉易斯（美）EdwardB.Lewis(1928-)尼斯萊因-福爾哈德（德）ChristianeNusslein-Volhard（1942-)威斯喬斯（美）C.Nusslein(1942-)1995他們揭開了胚胎如何由一個細胞發(fā)育成完美的特化器官,如腦和腿的哺乳類神經(jīng)系統(tǒng)的頭尾和腹背發(fā)育受一些基因的控制ActaPaediatr90:707-15.2001哺乳類神經(jīng)系統(tǒng)的頭尾和腹背發(fā)育受一些基因的控制ActaPa他們不僅發(fā)現(xiàn)腦中可產(chǎn)生肽類激素和腦垂體激素，而且在研究蛋白質(zhì)和各種肽類激素相互作用方面也取得顯著成果，并創(chuàng)立了放射免疫分析學(xué)（RIA），在方法學(xué)上提供了依據(jù)。8.神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)耶洛RosalynYalow(1921-)（美）沙利AndrewV.Schally(1926-)（美）吉耶曼RogerGuillemin(1924-)（美）19771941年的RosalynYalow他們不僅發(fā)現(xiàn)腦中可產(chǎn)生肽類激素和腦垂體激素，而且在研究蛋白質(zhì)Guillemin與Schally同時證明了腎上腺皮質(zhì)素釋放因子（CRF）的存在；Guillemin從30萬頭羊的下丘腦純化出促性腺激素釋放激素（LRH）Yalow創(chuàng)立了放射免疫分析法Guillemin與Schally同時證明了腎上腺皮質(zhì)素釋放9.神經(jīng)營養(yǎng)因子（NGF）1953年Levi-Montalcini發(fā)現(xiàn)了NGF；1960年Cohen提取純化NGF，證明其生物活性；1970年Cohen證明NGF是個復(fù)合蛋白；1984年NGF的研究重點從周圍神經(jīng)系統(tǒng)拓展到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，乃至非神經(jīng)系統(tǒng)；90年代國內(nèi)外多家制藥公司和藥物研究機構(gòu)相繼開始進行NGF開發(fā)研究。1986NGF：能夠促進神經(jīng)細胞存活、生長、分化的一類蛋白質(zhì)因子李維-蒙塔西妮（意）RitaLevi-Montalcini(1909-)斯坦利·高根（美）StanleyCohen(1922-)9.神經(jīng)營養(yǎng)因子（NGF）1953年Levi-MontalRitaLevi-MontalciniRitaLevi-Montalcini1944陰極射線示波器10.方法學(xué)創(chuàng)新發(fā)展了陰極射線示波器，可以記錄神經(jīng)纖維上微小的電位變化。證明神經(jīng)纖維越粗，傳導(dǎo)沖動的速度越快，并因此將神經(jīng)纖維分為A、B、C三類。這一方法學(xué)的進步，為深人細致的電生理研究打下堅實基礎(chǔ)。厄蘭格(美)J.Erlanger(1874-1965)蓋塞(美)H.S.Gasser(1888-1963)1944陰極射線示波器10.方法學(xué)創(chuàng)新發(fā)展了陰極射線示波器，發(fā)明了腦立體定位儀，可以根據(jù)三維座標將電極插人動物腦的特定核團進行刺激或損毀，從而開啟了在自由活動的動物上進行腦深部(研究的大門。赫斯（瑞士）W.R.Hess(1881-1973)A.C.Moniz(1874-1955)葡萄牙腦立體定位儀1949發(fā)明了腦立體定位儀，可以根據(jù)三維座標將電極插人動物腦的特定核應(yīng)該獲諾貝爾獎的研究：LTP（LongtermPotentiation，長時程增強）腦功能成像應(yīng)該獲諾貝爾獎的研究：LTP（LongtermPoteTimBlissin1973在高等動物中，1973年，英國的布理斯(TimBliss)和挪威的洛默(TerjeL?mo)發(fā)現(xiàn)LTP，是神經(jīng)可塑性機理的重要發(fā)現(xiàn)和主要模型。其后二十多年內(nèi)，LTP已在腦內(nèi)多個部位觀察到，并有證據(jù)顯示與一些學(xué)習(xí)記憶有關(guān)。1.LTP研究TimBlissin1973在高等動物中，1973年神經(jīng)生物學(xué)(新版)課件：第九講-神經(jīng)科學(xué)進展MarcRaichle

將正電子掃描(PET)做活體人影像檢測；Seiji

Ogawa利用功能性核磁共振成像(fMRI)技術(shù)進行腦功能研究。

他們的工作是生物醫(yī)學(xué)影像的重要發(fā)展2.PET和fMRI研究Seiji

Ogawa(日本)MarcRaichle(美國)MarcRaichle將正電子掃描(PET)做活體人影MRI設(shè)備MRI設(shè)備fMRI掃描fMRI掃描神經(jīng)生物學(xué)(新版)課件：第九講-神經(jīng)科學(xué)進展二、保護腦臨床神經(jīng)科學(xué)：側(cè)重醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用研究與神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)的疾病，及其診斷、治療方法、技術(shù)等。二、保護腦臨床神經(jīng)科學(xué)：側(cè)重醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用研究與神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)的

世界衛(wèi)生組織的資料顯示，全球現(xiàn)有約4.5億人患有神經(jīng)精神疾病，包括抑郁癥、躁狂癥、精神分裂癥、神經(jīng)發(fā)育障礙疾病如兒童自閉癥等。據(jù)預(yù)測，在未來20年中，抑郁癥將可能排在世界疾病負擔(疾病所致的經(jīng)濟負擔)的第2位。我國目前精神疾病患者約1600萬人，神經(jīng)精神疾病在我國疾病總負擔中排名首位，約占疾病總負擔的20%。世界衛(wèi)生組織的資料顯示，全球現(xiàn)有約4.5億人患有神經(jīng)精神（一）精神疾病的機理與防治神經(jīng)癥抑郁癥精神分裂癥的神經(jīng)基礎(chǔ)精神分裂癥（一）精神疾病的機理與防治神經(jīng)癥抑郁癥精神分裂癥的神經(jīng)基礎(chǔ)精（二）神經(jīng)病的機理與防治阿爾茨海默?。ˋlzheimer’sdisease,AD）：65歲以上約5%,85歲以上20%正常腦AD腦帕金森?。≒arkinson’sdisease,PD）：65歲以上患病率1700/10萬（二）神經(jīng)病的機理與防治阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s(三)脊髓損傷的治療(三)脊髓損傷的治療Sciencevol288:9,June2000外側(cè)痛覺系統(tǒng)：痛感覺：背角深層-外側(cè)丘腦-初級與次級體感皮層內(nèi)側(cè)痛覺系統(tǒng)：痛情緒：背角淺層-內(nèi)側(cè)丘腦-島葉-前扣帶回（四）痛覺AscendingpathwaysofpainSciencevol288:9,June2000外側(cè)Locationofbrainactivitycorrelatedwithbothinducedcocainecravingandanger.Cocainecraving(yellow)Anger(blue)NeuralActivityRelatedtoDrugCravinginCocaineAddiction（五）藥物成癮PETstudyLocationofbrainactivitycor扣帶前回前額葉眶回海馬伏隔核腹側(cè)背蓋區(qū)伏隔核前額葉扣帶前回前額葉眶回海馬伏隔核腹側(cè)背蓋區(qū)伏隔核前額葉計算神經(jīng)科學(xué)：應(yīng)用數(shù)學(xué)理論和計算機模擬方法來研究腦功能的學(xué)科。三、開發(fā)腦計算神經(jīng)科學(xué)：應(yīng)用數(shù)學(xué)理論和計算機模擬方法來研究腦功能的學(xué)科腦機交互

ComputationalBraininterface,BCI始于上世紀70年代；在90年代中期得到快速發(fā)展；1999年，PhillipKennedy第一次將電極植入猴子腦內(nèi)進行腦機交互實驗。/nature/focus/brain/

/wiki/Brain-computer_interface

腦機交互

ComputationalBraininter有一天，你可以用意念遙控一臺機器人，與你自己打乒乓球！RobotDo美國北卡羅來納州日本京都MonkeyThink有一天，你可以用意念遙控一臺機器人，與你自己打乒乓球！RoNATURE|Vol453|19June2008“意念”操縱機械臂抓取食物通過微型探頭深入到大腦運動皮層，搜集大腦皮層的神經(jīng)元活動數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過探頭傳到終端，計算機軟件解讀信號后，機械式手臂根據(jù)解讀信號做出動作。關(guān)鍵問題：電極安全植入人體大腦的辦法NATURE|Vol453|19June2008“腦電波的應(yīng)用腦電波的應(yīng)用機器鼠的主要功能是搜尋：把它放置在一個陌生的環(huán)境，它能夠象真實的老鼠一樣，慢慢探測周圍環(huán)境是否有人類威脅或是否有食物。胡須能夠探測洞口大小，視力能夠觀察辨別事物。不過老鼠的嗅覺系統(tǒng)還沒有設(shè)計到機器鼠身上。法國機器鼠

Psikharpax機器鼠的主要功能是搜尋：把它放置在一個陌生的環(huán)境，它能夠象真撞到墻時，它會從傳感器得到電子刺激。再遇到類似情況時，它就會記住。這一開創(chuàng)性研究旨在探索自然智能和人造智能的分界問題，可能有助人類弄清楚記憶和學(xué)習(xí)機能的根本構(gòu)架。首先，取出鼠腦，在培養(yǎng)狀態(tài)下解離神經(jīng)細胞，然后進行神經(jīng)細胞培養(yǎng)。培養(yǎng)基容器長寬均為8厘米，與一個擁有60個電極的電子矩陣相連接?！笆竽X”機器人撞到墻時，它會從傳感器得到電子刺激。再遇到類似情況時，它就會第二部分

當代腦研究的狀況第二部分

當代腦研究的狀況1970-2000年的30年間，美國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會的會員人數(shù)增長了近30倍,2000年達到28000人左右，年會的論文摘要增長了近100倍，2000年已達到巧15000篇左右，遍及神經(jīng)科學(xué)研究的各個領(lǐng)域。美國神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展1970-2000年的30年間，美國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會的會員人開創(chuàng)者:張錫鈞(協(xié)和),馮德培(協(xié)和,上海生理所),張香桐(上海生理所,腦所).兩大事件:1950:巴甫洛夫“條件反射”學(xué)說

1966-1976:“文化革命”期間主要做“針刺麻醉”研究方向:⑴痛與鎮(zhèn)痛北大,中醫(yī)研究院復(fù)旦大學(xué)、中科院神經(jīng)科學(xué)研究所⑵視覺復(fù)旦大學(xué)中科院生物物理研究所⑶神經(jīng)內(nèi)分泌第四軍醫(yī)大學(xué)(垂體前葉)

第四軍醫(yī)大學(xué)(甾體受體),北大(神經(jīng)免疫) (4)腦網(wǎng)絡(luò)北京師范大學(xué)（功能和結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)）中國神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展開創(chuàng)者:張錫鈞(協(xié)和),馮德培(協(xié)和,上海生理1989年，美國政府以立法形式率先推出“腦的十年”計劃，投入140億美元；1991年，歐洲出臺了“歐洲腦十年”計劃；1992年，中國提出了“腦功能及其細胞和分子基礎(chǔ)”的研究項目，并列入了國家的“攀登計劃”；1996年，日本也制定了為期20年的“腦科學(xué)時代”計劃；1998年，韓國制定了為期10年的“21世紀腦技術(shù)計劃。在我國，認知神經(jīng)科學(xué)近年來也得到了高度重視。在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》中，“腦科學(xué)與認知科學(xué)”被列為我國科技中長期發(fā)展規(guī)劃的八大前沿科學(xué)領(lǐng)域之一。

世界各國腦科學(xué)研究計劃世界各國腦科學(xué)研究計劃奧巴馬在白宮東廳，宣布大腦研究計劃這項計劃全稱為“推進創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計劃。2013年4月2日，美國總統(tǒng)奧巴馬要求國會明年投入1億美元用于此研究項目。奧巴馬在白宮東廳，宣布大腦研究計劃這項計劃全稱為“推進創(chuàng)新2014年10月日本制定了“腦科學(xué)時代”計劃，主要利用狨猴這種更接近人類的靈長類動物（可在一定程度上彌補因為鼠類和人類腦結(jié)構(gòu)不同所造成的研究結(jié)論的缺陷），深入研究老年性癡呆和精神分裂癥等神經(jīng)精神類疾病。2015年11月4日歐洲人腦計劃（HBP）獲得歐盟委員會認可，可以獲得至少延續(xù)至2019年的經(jīng)費支持。耗資10億歐元，為期10年的歐盟人類腦計劃將聚焦神經(jīng)科學(xué)和計算機科學(xué)交叉研究。2014年10月日本制定了“腦科學(xué)時代”計劃，主要利用狨猴這時至今日，“中國腦計劃”還沒有正式啟動，但是腦研究計劃已經(jīng)被列入“十三五”規(guī)劃，上海、北京等地也已先后啟動腦研究計劃，力圖在競爭日益激烈的腦科學(xué)研究中占據(jù)一席之地。目前，中國腦計劃已逐步形成以腦認知原理的基礎(chǔ)研究、腦重大疾病、類腦人工智能這三方面緊密交織的研究為“一體”“兩翼”的研究格局。時至今日，“中國腦計劃”還沒有正式啟動，但是腦研究計劃已經(jīng)被2011年以來，GoogleX實驗室實施了“谷歌大腦”工程，構(gòu)建一個龐大的系統(tǒng)用于模擬人類的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過深度學(xué)習(xí)等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和觀看YouTube視頻等方式，不斷學(xué)習(xí)識別人臉、貓臉以及其他事物。Facebook建立了多個人工智能研究中心，以求建造能夠理解海量數(shù)據(jù)的人工智能機器。2014年5月，百度開始實施“百度大腦”計劃，希望能融合“深度學(xué)習(xí)”算法、數(shù)據(jù)建模、大規(guī)模圖形處理器并行化平臺等技術(shù)實現(xiàn)讓更加“智能”的搜索。科大訊飛在2014年8月宣布啟動“訊飛超腦”計劃，目標就是要實現(xiàn)一個真正的中文的認知智能計算引擎。2014年6月，愛奇藝在全球范圍內(nèi)率先建立起首個基于視頻數(shù)據(jù)理解人類行為的視頻大腦——愛奇藝大腦，希望機器能夠理解視頻的內(nèi)容，幫助人們制作、生產(chǎn)、運營和消費視頻。神經(jīng)科學(xué)+”的時代2011年以來，GoogleX實驗室實施了“谷歌大腦”工程，腦研究計劃的主要研究內(nèi)容1、新的研究技術(shù)的開發(fā)——美國的腦計劃主要關(guān)注該類研究。2、腦疾病的認識和治療策略——日本和中國的腦計劃主要關(guān)注該類問題。3、腦的精細結(jié)構(gòu)研究——多個國家的腦計劃均涉及該類問題。4、腦的高級功能的認識——該類研究是中國腦計劃的重點研究內(nèi)容。5、人工智能——該類研究是大型企業(yè)的研究重點，力圖從計算機、大數(shù)據(jù)等非生物學(xué)角度，認識人工智能，從而間接推進對于人腦的高級功能的認知。腦研究計劃的主要研究內(nèi)容1、新的研究技術(shù)的開發(fā)——美國的腦計當代腦科學(xué)新進展1.分子和細胞水平的神經(jīng)科學(xué)發(fā)展迅猛2.感覺信息加工的重大突破——視覺的腦機制3.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究進入新的高潮4.發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)的崛起5.神經(jīng)和精神疾病的研究進展驚人6.整體和無創(chuàng)傷條件下的研究當代腦科學(xué)新進展1.分子和細胞水平的神經(jīng)科學(xué)發(fā)展迅猛第三部分

未來腦的研究第三部分

未來腦的研究腦科學(xué)的發(fā)展趨勢總的：在細胞和分子水平廣泛開展腦研究從整合的觀點研究腦具體以下幾個方面：分子、細胞、突觸、回路、系統(tǒng)、行為多水平結(jié)合；細胞、分子神經(jīng)生物學(xué)與認知、臨床神經(jīng)科學(xué)整合；計算神經(jīng)科學(xué)與腦生物學(xué)契合。腦科學(xué)的發(fā)展趨勢總的：⑴神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，特別是人腦的發(fā)育、腦的移植和再生；⑵神經(jīng)膠質(zhì)細胞的功能；⑶從分子到行為各層次上，闡明學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)；⑷神經(jīng)系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)的關(guān)系；⑸精神病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的機理與防治；⑹腦神經(jīng)回路網(wǎng)絡(luò)特有的組織結(jié)構(gòu)及其神經(jīng)信息處理的機制；⑺人工智能型計算機系統(tǒng)的開發(fā)和研制等。未來神經(jīng)科學(xué)可能的突破性：⑴神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育，特別是人腦的發(fā)育、腦的移植和再生；⑵神經(jīng)（一）神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、再生和移植1.神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育⑴增殖（Proliferation）⑵遷移（Migration）⑶分化（Differentiation）⑷聚集（Aggregation）⑸突觸形成和重排（Synaptogenesisandrearrangement）⑹神經(jīng)元死亡（NeuronDeath）⑺髓鞘化（Myelination）（Schuurmans,2002）（一）神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育、再生和移植1.神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育⑴增殖室管下區(qū)（subventricularzone，SVZ）顆粒下層（subgranularzone，SGZ）2.成年腦內(nèi)神經(jīng)發(fā)生室管下區(qū)（subventricularzone，SVZ）23.神經(jīng)再生3.神經(jīng)再生4.腦移植腦組織移植治弱智成人腦細胞被植入實驗鼠大腦后可生長出新的神經(jīng)細胞。這一發(fā)現(xiàn)有望為尋找阿爾茲海默氏癥等神經(jīng)退化性疾病的新療法鋪平道路4.腦移植腦組織移植治弱智成人腦細胞被植入實驗鼠大腦后可在突觸成熟過程中，膠質(zhì)細胞釋放的可溶性接觸依賴因子影響突觸后致密物質(zhì)的成分。突觸的連接需要膠質(zhì)細胞去保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定(Pfrieger,2002)。星形膠質(zhì)細胞可以七倍增加中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元之間成熟的有功能的突觸數(shù)目(Ullianetal.,2004)。星形膠質(zhì)細胞可誘導(dǎo)成年神經(jīng)干細胞的神經(jīng)發(fā)生(Songetal.,2002)。膠質(zhì)細胞也被認為是突觸的伴侶，動態(tài)的調(diào)節(jié)突觸的傳遞(Newman,2003)（二）膠質(zhì)細胞的功能在突觸成熟過程中，膠質(zhì)細胞釋放的可溶性接觸依賴因子影響突觸后（三）從分子到行為各層次上，闡明學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)60代后期，創(chuàng)立分子生物學(xué)的先驅(qū)中有一批認為分子生物學(xué)基本原理已經(jīng)解決，而決定轉(zhuǎn)向神經(jīng)生物學(xué)。其中克里克(FrancisCrick)研究大腦高級功能、布任訥(SydneyBrenner)研究線蟲行為(他的學(xué)生用線蟲在發(fā)育和細胞凋亡等領(lǐng)域有重要發(fā)現(xiàn))、而加州理工學(xué)院的本澤(SeymourBenzer)開始用果蠅研究行為。1973年Bliss和L?mo發(fā)現(xiàn)LTP后，一直認為是神經(jīng)可塑性機理的重要發(fā)現(xiàn)和主要模型。其后二十多年內(nèi)，LTP已在腦內(nèi)多個部位觀察到，并有證據(jù)顯示與一些學(xué)習(xí)記憶有關(guān)。日本的依藤發(fā)現(xiàn)長期性減弱作用(LTD)，也是學(xué)習(xí)記憶的重要基礎(chǔ)。（三）從分子到行為各層次上，闡明學(xué)習(xí)與記憶的神60代后期，創(chuàng)（四）神經(jīng)系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)的關(guān)系（四）神經(jīng)系統(tǒng)與免疫系統(tǒng)的關(guān)系進入八十年代后，神經(jīng)免疫內(nèi)分泌學(xué)漸趨成形，這主要基于下述事實：①眾多的神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)肽及激素于在體和離體條件下可影響免疫細胞及免疫應(yīng)答的各環(huán)節(jié)。②免疫細胞膜上及胞內(nèi)有多種神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)肽或激素的受體的表達。③免疫細胞可合成某些神經(jīng)肽或激素。④神經(jīng)細胞及內(nèi)分泌細胞均可合成及分泌免疫分子(如細胞因子等)，且細胞因子對內(nèi)分泌影響亦極為廣泛。⑤神經(jīng)內(nèi)分泌及免疫系統(tǒng)間存在雙向往返的反饋聯(lián)系。⑥許多臨床疾病的發(fā)生和發(fā)展與神經(jīng)免疫和內(nèi)分泌系統(tǒng)間的交互作用密切相關(guān)。進入八十年代后，神經(jīng)免疫內(nèi)分泌學(xué)漸趨成形，這主要基于下述事實（五）人工智能型計算機系統(tǒng)的開發(fā)和研制等人腦機交互的實現(xiàn)黑客首次攻擊人類大腦引發(fā)美國FBI擔憂

（五）人工智能型計算機系統(tǒng)的開發(fā)和研制等人腦機交互的實現(xiàn)神經(jīng)生物學(xué)(新版)課件：第九講-神經(jīng)科學(xué)進展未來下列領(lǐng)域可能最先取得突破：膠質(zhì)細胞的功能意識、注意、語言等腦高級功能的神經(jīng)機制未來下列領(lǐng)域可能最先取得突破：膠質(zhì)細胞的功能50世紀的人！50世紀的人！腦科學(xué)展望腦科學(xué)展望腦科學(xué)的定義

腦科學(xué)又稱神經(jīng)科學(xué)（Neuroscience)，其作為一門獨立學(xué)科僅有四十余年的歷史，但它與神經(jīng)生理、神經(jīng)解剖、神經(jīng)生物化學(xué)和神經(jīng)藥理學(xué)卻有很久的淵源。腦科學(xué)的定義腦科學(xué)又稱神經(jīng)科學(xué)（Neuroscien第一部分腦研究歷史第一部分腦研究歷史腦科學(xué)開發(fā)腦開發(fā)人腦增強智能模擬人腦機器人保護腦壽命延長PD,AD,中風(fēng)高速交通顱腦,脊髓外傷生活節(jié)奏焦慮,抑郁,精神病生活質(zhì)量鎮(zhèn)痛祛痛社會開放吸毒問題認識腦分子細胞網(wǎng)絡(luò)全腦

(離體研究)(無創(chuàng)在體研究)Patch（電）EEGRIA(化學(xué)）PETPCR(基因）fMRIConfocal(形態(tài)）行為變化腦科學(xué)開發(fā)腦保護腦認識腦一、認識腦神經(jīng)生物學(xué)：研究神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能及其相互關(guān)系。是在分子、細胞、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或回路、系統(tǒng)和整體水平上闡明神經(jīng)系統(tǒng)特別是腦的基本活動規(guī)律的科學(xué)。一、認識腦神經(jīng)生物學(xué)：研究神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能及其相互關(guān)系。百年諾貝爾獎回顧百年諾貝爾獎回顧19061.神經(jīng)元學(xué)說創(chuàng)立Golgi用鍍銀法染色，第一次在顯微鏡下觀察到了神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞，為研究神經(jīng)科學(xué)提供了最基本的組織學(xué)方法。卡哈爾(西班牙)R.Cajal(1852-1934)高爾基（意）Golgi,Camillo(1843-1926)

Cajal在掌握了Golgi的方法后，建立了還原硝酸銀染色法，可以顯示出神經(jīng)元樹突，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元之間沒有原生質(zhì)的聯(lián)系，認為神經(jīng)元是整個神經(jīng)活動的最基本單位，從而使復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)有了進一步研究的切入口。19061.神經(jīng)元學(xué)說創(chuàng)立Golgi用鍍銀法染色，第一次在顯神經(jīng)元(neuron)與神經(jīng)膠質(zhì)細胞(neuroglia)是構(gòu)成神經(jīng)系統(tǒng)的主要細胞成分。神經(jīng)元(neuron)與神經(jīng)膠質(zhì)細胞(neuroglia)2.電信號變化C.S.Sherrington分析研究膝跳反射，認為“反射”是神經(jīng)系統(tǒng)基本的活動形式。首先提出“突觸”的概念；并指出脊髓中管理伸肌的運動神經(jīng)元發(fā)生興奮時，管理屈肌的運動神經(jīng)元必然發(fā)生抑制。由此，把神經(jīng)系統(tǒng)的活動看作是有客觀規(guī)律指導(dǎo)，而不是神秘不可測的。謝靈頓（英）Ｃ.Ｓ.Sherrington（1857-1952）19322.電信號變化C.S.Sherrington分析研究膝艾德里安（英）EdgarAdrian（1889-1977）EdgarAdrian在單根神經(jīng)纖維上記錄到電活動，即神經(jīng)沖動。證明這些傳人神經(jīng)沖動可以到達大腦，引起腦電變化，也可以通過中樞聯(lián)系經(jīng)傳出神經(jīng)支配肌肉收縮，從而把謝靈傾的反射學(xué)說具體化了。把謝靈頓的生理學(xué)概念用電生理方法加以證實傳入傳出艾德里安（英）EdgarAdrian在單根神經(jīng)纖維上記錄到霍奇金（英）AlanHodgkin(1914-1998)赫胥利（英）AndrewHuxley(1917-2012)埃克爾斯（澳）J.C.Eccles(1903-1997)J.C.Eccles師從謝靈頓從事反射活動的研究。記錄到神經(jīng)與肌肉接頭處的終板電位；證明突觸部位不僅有興奮性遞質(zhì)，還有抑制性遞質(zhì)，證實了謝靈頓晚年強調(diào)的抑制性突觸的存在。1963動作電位的離子機制霍奇金（英）赫胥利（英）埃克爾斯（澳）J.C.Eccles19363.神經(jīng)化學(xué)遞質(zhì)的發(fā)現(xiàn)Loewi1921年證明迷走神經(jīng)興奮時釋放遞質(zhì)Ach的雙蛙心實驗勒韋（德）O.Loewi（1873-1961）19363.神經(jīng)化學(xué)遞質(zhì)的發(fā)現(xiàn)Loewi1921年證明迷走戴爾（英）H.H.Dale（1875-1968）Dale在證明副交感神經(jīng)末梢能分泌出乙酰膽堿（Ach)，而且證明交感神經(jīng)的節(jié)前纖維和運動神經(jīng)的末梢也都能分泌Ach。把神經(jīng)化學(xué)研究方法與神經(jīng)生理研究結(jié)合起來，牢固地建立了突觸的化學(xué)傳遞學(xué)說。前神經(jīng)元后神經(jīng)元神經(jīng)末梢戴爾（英）Dale在證明副交感神經(jīng)末梢能分泌出乙酰膽堿（AcN1N1交感神經(jīng)副交感神經(jīng)軀體運動神經(jīng)AChAChACh

AChNE

M1-5

N1①膽堿能纖維④少數(shù)節(jié)后纖維①膽堿能纖維②膽堿能纖維③大多數(shù)節(jié)后纖維

M1-5AChN2周圍膽堿能纖維N1N1交感副交感軀體運AChAChAChNEM1-5N1970他們共同發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)遞質(zhì)及其儲存、釋放和激活的過程。卡茨(英)B.Katz（1911-）奧伊勒(瑞典…)U.VonEuler（1905-1983）阿克塞爾羅德(美)J.Axelrod（1912-2004）B.Katz主要研究神經(jīng)和肌肉功能，在神經(jīng)肌肉接頭處發(fā)現(xiàn)了微終板電位，為“量子釋放”理論打下基礎(chǔ).1970他們共同發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)遞質(zhì)及其儲存、釋放和激活的過程?？∟1交感神經(jīng)NE

N1④少數(shù)節(jié)后纖維①膽堿能纖維

M1-5Euler發(fā)現(xiàn)去甲腎上腺素（NE）是交感神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)傳遞介質(zhì)Axelrod闡明了兒茶酚胺類神經(jīng)遞質(zhì)的代謝過程，為治療高血壓、帕金森氏病藥物的研制開創(chuàng)了新途徑。N1交感NEN1④少數(shù)節(jié)后纖維①膽堿能纖維M1-5Eul19914.離子通道和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)Neher和Sakmann發(fā)現(xiàn)了細胞中單離子通道的活動態(tài)。他們應(yīng)用膜片鉗技術(shù)，記錄到了細胞膜上單個離子通道的電流量，證實了離子通道的改變，可影響細胞內(nèi)、外離子濃度，從而調(diào)節(jié)細胞的功能。內(nèi)爾（德）E.Neher(1944～)伯特·薩克曼（德）B.Sakmann（1942-）patchclamprecordingtechnique

19914.離子通道和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)Neher和Sakmann發(fā)他們的研究首次表明氣體NO分子可以穿過細胞膜而發(fā)揮信使作用，提出了生物信號傳遞的新理論。1998NO作為信號傳遞分子伊格納羅(美)L.J.Ignrro(1941～)穆拉德(美)F.Murad(1936～)弗奇戈特(美)R.F.Furchgott(1916～)他們的研究首次表明氣體NO分子可以穿過細胞膜而發(fā)揮信使作用，Carlsson發(fā)現(xiàn)了多巴胺（DA）是腦內(nèi)的一種神經(jīng)遞質(zhì)，這種物質(zhì)對于控制人類身體運動和精神活動具有非常重要的作用，缺失該遞質(zhì)會導(dǎo)致類似帕金森氏病的癥狀。2000卡爾森(瑞典)A.Carlsson(1922-)Carlsson發(fā)現(xiàn)了多巴胺（DA）是腦內(nèi)的一種神經(jīng)遞質(zhì)，這Kandel

發(fā)現(xiàn)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的磷酸化可以加強突觸傳遞效率，構(gòu)成了短期記憶的基礎(chǔ)；多次強烈的突觸傳遞活動，可影響神經(jīng)元內(nèi)的蛋白質(zhì)合成代謝，改變突觸的結(jié)構(gòu)，形成長時程記憶的基礎(chǔ)?？驳聽?美）E.R.Kandel(1929-)Kandel發(fā)現(xiàn)細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的磷酸化可以加強突觸傳遞效率，5.感覺和知覺Gullstrand通過眼屈光度的研究，建立了常用的眼睛光學(xué)模型——高爾斯特蘭簡化眼。視覺古爾斯特蘭德(瑞典)A.Gullstrand(1862-1930)19115.感覺和知覺Gullstrand通過眼屈光度的研究，建立了Wald從事視覺升華的研究，包括對遺傳性色盲的生化機制哈特蘭(美）H.K.Hartline（1903-1983）沃爾德(美)G.Wald（1906-1997）格蘭尼特（瑞典)R.A.Granit（1900-1991）1967Granit從事視網(wǎng)膜電生理的研究Hartline用電生理方法研究魚復(fù)眼之間存在相互抑制的作用Wald從事視覺升華的研究，包括對遺傳性色盲的生化機制哈特蘭toopticnervesclerachoroidretinachoroida.Locationofretinab.MicrographofretinalightraysaxonsofganglioncellsblindspotopticnerveganglioncelllayerbipolarcelllayerrodcellandconecelllayertoopticnervesclerachoroidretR.Barany對前庭器官進行了生理與病理學(xué)的研究，探明前庭器官功能及其疾病的診斷方法。巴拉尼（奧地利）R.Barany（1876-1936)位置覺1914R.Barany對前庭器官進行了生理與病理學(xué)的研究，探明前貝凱希（美）G.V.Bakesy(1899-1972)V.Bakesy發(fā)現(xiàn)耳蝸感音的物理機制，外界聲波使內(nèi)耳基底膜振動，從而使毛細胞電位發(fā)生變化，激發(fā)耳蝸神經(jīng)產(chǎn)生沖動，傳至腦而產(chǎn)生聽覺。1961聽覺貝凱希（美）V.Bakesy發(fā)現(xiàn)耳蝸感音的物理機制，外界聲波巴克（美）LindaB.Buck（1947-)阿克塞爾（美）RichardAxel（1946-）2004闡明了人類嗅覺系統(tǒng)的工作方式人體約有1000個基因用來編碼氣味受體細胞膜上的不同氣味受體，每個氣味受體細胞會對有限的幾種相關(guān)分子作出反應(yīng)。盡管氣味受體只有約1000種，但它們可以產(chǎn)生大量的組合，形成大量的氣味模式，這也就是人們能夠辨別和記憶約１萬種不同氣味的基礎(chǔ)。嗅覺巴克（美）阿克塞爾（美）2004闡明了人類嗅覺系統(tǒng)的工作方式1981腦功能側(cè)化Sperry1952年進行了分裂腦的研究，將貓和猴大腦兩半球之間的胼胝體切斷，發(fā)現(xiàn)兩半球各自保留自身的學(xué)習(xí)能力，但兩半球之間不再能進行信息傳遞。以后又將癲癇病人聯(lián)系左右腦的胼胝體切斷作為治療措施，并進行細致研究，發(fā)現(xiàn)左腦偏重抽象思維，右腦偏重空間認知。6.神經(jīng)系統(tǒng)的高級功能斯佩里(美)R.W.Sperry（1913-）1981腦功能側(cè)化Sperry1952年進行了分裂腦的研究，左半腦：邏輯理解、記憶、時間、語言、書寫、判斷、排列、分類、邏輯、分析、推理、抑制、五感(視、聽、嗅、觸、味覺)等。思維方式具有連續(xù)性、延續(xù)性和分析性。左腦可以稱作“意識腦”、“學(xué)術(shù)腦”、“語言腦”。右半腦：空間形象記憶、直覺、情感、身體協(xié)調(diào)、視知覺、美術(shù)、音樂節(jié)奏、想像、靈感、頓悟等。思維方式具有無序性、跳躍性、直覺性等。右腦又稱作“本能腦”、“潛意識腦”、“創(chuàng)造腦”、“藝術(shù)腦”。左半腦：右半腦：如果你看見這個舞女是順時針轉(zhuǎn)，說明你用的是右腦

如果是逆時針轉(zhuǎn)，說明你用的左腦

如果你看見這個舞女是順時針轉(zhuǎn)，說明你用的是右腦

如果是逆時他們的研究表明:(1)大腦不同部位有職能分工，視覺皮層以細胞柱為功能單位，分別有方位優(yōu)勢柱和左眼或右眼作為優(yōu)勢眼)，對視覺信息進行加工;(2)出生早期視覺皮層的發(fā)育受環(huán)境影響，具有很大的可塑性。大腦視覺信息加工和發(fā)育的可塑性威塞爾(瑞典)T.Wiesel(1924-)休伯爾(美)

D.Hubel(1926-2013)方位優(yōu)勢柱1981年與Sperry共享他們的研究表明:大腦視覺信息加工和發(fā)育的可塑性威塞爾(瑞典)構(gòu)成大腦定位系統(tǒng)的細胞JohnO'Keefe（英國）May-BrittMoser（挪威）EdvardI.Moser（挪威）他們發(fā)現(xiàn)人類大腦內(nèi)存在著一種定位系統(tǒng)，就像是一個“內(nèi)部GPS”，為我們確定空間方向；他們也從細胞水平上闡釋了這種高級認知功能的原理。構(gòu)成大腦定位系統(tǒng)的細胞JohnO'KeefeMay-Bri1971年John

O′Keefe首發(fā)現(xiàn)當大鼠處于室內(nèi)的特定位置時，大鼠的大腦海馬體區(qū)域中的一種神經(jīng)細胞就會持續(xù)處于激活狀態(tài)；當將大鼠置于其它位置時，其它的神經(jīng)細胞也會被激活，因此John

O′Keefe認為這些“位置細胞”可以構(gòu)成一幅空間地圖。2005年May-BrittMoser和Edvard

Moser在大腦定位系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了另外的關(guān)鍵組分，他們發(fā)現(xiàn)了一種“網(wǎng)格細胞”，這些神經(jīng)細胞可以產(chǎn)生一種空間坐標系并且可以幫助進行精確地定位及目標的尋找，隨后的研究揭示了網(wǎng)格細胞如何實現(xiàn)位置的確定和導(dǎo)航。1971年John

O′Keefe首發(fā)現(xiàn)當大鼠處于室內(nèi)的特內(nèi)嗅皮層網(wǎng)格細胞可以和內(nèi)嗅皮層中的其它細胞識別動物頭部的方向以及房間的邊界，從而在大腦海馬體中形成空間細胞的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這些細胞網(wǎng)絡(luò)回路就會形成一種復(fù)雜深入的定位系統(tǒng)。內(nèi)嗅皮層網(wǎng)格細胞可以和內(nèi)嗅皮層中的其它細胞識別動物頭部的方向他們揭開了胚胎如何由一個細胞發(fā)育成完美的特化器官,如腦和腿的遺傳秘密，也樹立了科學(xué)界對動物基因控制早期胚胎發(fā)育的模式。神經(jīng)發(fā)育生物學(xué)的內(nèi)容廣泛，包括出生前的胚胎發(fā)育，出生后的生長、成熟、老化、退變、凋亡和損傷后的再生修復(fù)等，而且由于技術(shù)上的困難對神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育了解還很少，所以該研究是近年來研究進展最為緩慢的領(lǐng)域，他們的重大發(fā)現(xiàn)成為神經(jīng)發(fā)育生物學(xué)的歷史轉(zhuǎn)折點。7.發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)劉易斯（美）EdwardB.Lewis(1928-)尼斯萊因-福爾哈德（德）ChristianeNusslein-Volhard（1942-)威斯喬斯（美）C.Nusslein(1942-)1995他們揭開了胚胎如何由一個細胞發(fā)育成完美的特化器官,如腦和腿的哺乳類神經(jīng)系統(tǒng)的頭尾和腹背發(fā)育受一些基因的控制ActaPaediatr90:707-15.2001哺乳類神經(jīng)系統(tǒng)的頭尾和腹背發(fā)育受一些基因的控制ActaPa他們不僅發(fā)現(xiàn)腦中可產(chǎn)生肽類激素和腦垂體激素，而且在研究蛋白質(zhì)和各種肽類激素相互作用方面也取得顯著成果，并創(chuàng)立了放射免疫分析學(xué)（RIA），在方法學(xué)上提供了依據(jù)。8.神經(jīng)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)耶洛RosalynYalow(1921-)（美）沙利AndrewV.Schally(1926-)（美）吉耶曼RogerGuillemin(1924-)（美）19771941年的RosalynYalow他們不僅發(fā)現(xiàn)腦中可產(chǎn)生肽類激素和腦垂體激素，而且在研究蛋白質(zhì)Guillemin與Schally同時證明了腎上腺皮質(zhì)素釋放因子（CRF）的存在；Guillemin從30萬頭羊的下丘腦純化出促性腺激素釋放激素（LRH）Yalow創(chuàng)立了放射免疫分析法Guillemin與Schally同時證明了腎上腺皮質(zhì)素釋放9.神經(jīng)營養(yǎng)因子（NGF）1953年Levi-Montalcini發(fā)現(xiàn)了NGF；1960年Cohen提取純化NGF，證明其生物活性；1970年Cohen證明NGF是個復(fù)合蛋白；1984年NGF的研究重點從周圍神經(jīng)系統(tǒng)拓展到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，乃至非神經(jīng)系統(tǒng)；90年代國內(nèi)外多家制藥公司和藥物研究機構(gòu)相繼開始進行NGF開發(fā)研究。1986NGF：能夠促進神經(jīng)細胞存活、生長、分化的一類蛋白質(zhì)因子李維-蒙塔西妮（意）RitaLevi-Montalcini(1909-)斯坦利·高根（美）StanleyCohen(1922-)9.神經(jīng)營養(yǎng)因子（NGF）1953年Levi-MontalRitaLevi-MontalciniRitaLevi-Montalcini1944陰極射線示波器10.方法學(xué)創(chuàng)新發(fā)展了陰極射線示波器，可以記錄神經(jīng)纖維上微小的電位變化。證明神經(jīng)纖維越粗，傳導(dǎo)沖動的速度越快，并因此將神經(jīng)纖維分為A、B、C三類。這一方法學(xué)的進步，為深人細致的電生理研究打下堅實基礎(chǔ)。厄蘭格(美)J.Erlanger(1874-1965)蓋塞(美)H.S.Gasser(1888-1963)1944陰極射線示波器10.方法學(xué)創(chuàng)新發(fā)展了陰極射線示波器，發(fā)明了腦立體定位儀，可以根據(jù)三維座標將電極插人動物腦的特定核團進行刺激或損毀，從而開啟了在自由活動的動物上進行腦深部(研究的大門。赫斯（瑞士）W.R.Hess(1881-1973)A.C.Moniz(1874-1955)葡萄牙腦立體定位儀1949發(fā)明了腦立體定位儀，可以根據(jù)三維座標將電極插人動物腦的特定核應(yīng)該獲諾貝爾獎的研究：LTP（LongtermPotentiation，長時程增強）腦功能成像應(yīng)該獲諾貝爾獎的研究：LTP（LongtermPoteTimBlissin1973在高等動物中，1973年，英國的布理斯(TimBliss)和挪威的洛默(TerjeL?mo)發(fā)現(xiàn)LTP，是神經(jīng)可塑性機理的重要發(fā)現(xiàn)和主要模型。其后二十多年內(nèi)，LTP已在腦內(nèi)多個部位觀察到，并有證據(jù)顯示與一些學(xué)習(xí)記憶有關(guān)。1.LTP研究TimBlissin1973在高等動物中，1973年神經(jīng)生物學(xué)(新版)課件：第九講-神經(jīng)科學(xué)進展MarcRaichle

將正電子掃描(PET)做活體人影像檢測；Seiji

Ogawa利用功能性核磁共振成像(fMRI)技術(shù)進行腦功能研究。

他們的工作是生物醫(yī)學(xué)影像的重要發(fā)展2.PET和fMRI研究Seiji

Ogawa(日本)MarcRaichle(美國)MarcRaichle將正電子掃描(PET)做活體人影MRI設(shè)備MRI設(shè)備fMRI掃描fMRI掃描神經(jīng)生物學(xué)(新版)課件：第九講-神經(jīng)科學(xué)進展二、保護腦臨床神經(jīng)科學(xué)：側(cè)重醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用研究與神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)的疾病，及其診斷、治療方法、技術(shù)等。二、保護腦臨床神經(jīng)科學(xué)：側(cè)重醫(yī)學(xué)臨床應(yīng)用研究與神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)的

世界衛(wèi)生組織的資料顯示，全球現(xiàn)有約4.5億人患有神經(jīng)精神疾病，包括抑郁癥、躁狂癥、精神分裂癥、神經(jīng)發(fā)育障礙疾病如兒童自閉癥等。據(jù)預(yù)測，在未來20年中，抑郁癥將可能排在世界疾病負擔(疾病所致的經(jīng)濟負擔)的第2位。我國目前精神疾病患者約1600萬人，神經(jīng)精神疾病在我國疾病總負擔中排名首位，約占疾病總負擔的20%。世界衛(wèi)生組織的資料顯示，全球現(xiàn)有約4.5億人患有神經(jīng)精神（一）精神疾病的機理與防治神經(jīng)癥抑郁癥精神分裂癥的神經(jīng)基礎(chǔ)精神分裂癥（一）精神疾病的機理與防治神經(jīng)癥抑郁癥精神分裂癥的神經(jīng)基礎(chǔ)精（二）神經(jīng)病的機理與防治阿爾茨海默?。ˋlzheimer’sdisease,AD）：65歲以上約5%,85歲以上20%正常腦AD腦帕金森?。≒arkinson’sdisease,PD）：65歲以上患病率1700/10萬（二）神經(jīng)病的機理與防治阿爾茨海默?。ˋlzheimer’s(三)脊髓損傷的治療(三)脊髓損傷的治療Sciencevol288:9,June2000外側(cè)痛覺系統(tǒng)：痛感覺：背角深層-外側(cè)丘腦-初級與次級體感皮層內(nèi)側(cè)痛覺系統(tǒng)：痛情緒：背角淺層-內(nèi)側(cè)丘腦-島葉-前扣帶回（四）痛覺AscendingpathwaysofpainSciencevol288:9,June2000外側(cè)Locationofbrainactivitycorrelatedwithbothinducedcocainecravingandanger.Cocainecraving(yellow)Anger(blue)NeuralActivityRelatedtoDrugCravinginCocaineAddiction（五）藥物成癮PETstudyLocationofbrainactivitycor扣帶前回前額葉眶回海馬伏隔核腹側(cè)背蓋區(qū)伏隔核前額葉扣帶前回前額葉眶回海馬伏隔核腹側(cè)背蓋區(qū)伏隔核前額葉計算神經(jīng)科學(xué)：應(yīng)用數(shù)學(xué)理論和計算機模擬方法來研究腦功能的學(xué)科。三、開發(fā)腦計算神經(jīng)科學(xué)：應(yīng)用數(shù)學(xué)理論和計算機模擬方法來研究腦功能的學(xué)科腦機交互

ComputationalBraininterface,BCI始于上世紀70年代；在90年代中期得到快速發(fā)展；1999年，PhillipKennedy第一次將電極植入猴子腦內(nèi)進行腦機交互實驗。/nature/focus/brain//wiki/Brain-computer_interface

腦機交互

ComputationalBraininter有一天，你可以用意念遙控一臺機器人，與你自己打乒乓球！RobotDo美國北卡羅來納州日本京都MonkeyThink有一天，你可以用意念遙控一臺機器人，與你自己打乒乓球！RoNATURE|Vol453|19June2008“意念”操縱機械臂抓取食物通過微型探頭深入到大腦運動皮層，搜集大腦皮層的神經(jīng)元活動數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過探頭傳到終端，計算機軟件解讀信號后，機械式手臂根據(jù)解讀信號做出動作。關(guān)鍵問題：電極安全植入人體大腦的辦法NATURE|Vol453|19June2008“腦電波的應(yīng)用腦電波的應(yīng)用機器鼠的主要功能是搜尋：把它放置在一個陌生的環(huán)境，它能夠象真實的老鼠一樣，慢慢探測周圍環(huán)境是否有人類威脅或是否有食物。胡須能夠探測洞口大小，視力能夠觀察辨別事物。不過老鼠的嗅覺系統(tǒng)還沒有設(shè)計到機器鼠身上。法國機器鼠

Psikharpax機器鼠的主要功能是搜尋：把它放置在一個陌生的環(huán)境，它能夠象真撞到墻時，它會從傳感器得到電子刺激。再遇到類似情況時，它就會記住。這一開創(chuàng)性研究旨在探索自然智能和人造智能的分界問題，可能有助人類弄清楚記憶和學(xué)習(xí)機能的根本構(gòu)架。首先，取出鼠腦，在培養(yǎng)狀態(tài)下解離神經(jīng)細胞，然后進行神經(jīng)細胞培養(yǎng)。培養(yǎng)基容器長寬均為8厘米，與一個擁有60個電極的電子矩陣相連接?！笆竽X”機器人撞到墻時，它會從傳感器得到電子刺激。再遇到類似情況時，它就會第二部分

當代腦研究的狀況第二部分

當代腦研究的狀況1970-2000年的30年間，美國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會的會員人數(shù)增長了近30倍,2000年達到28000人左右，年會的論文摘要增長了近100倍，2000年已達到巧15000篇左右，遍及神經(jīng)科學(xué)研究的各個領(lǐng)域。美國神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展1970-2000年的30年間，美國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會的會員人開創(chuàng)者:張錫鈞(協(xié)和),馮德培(協(xié)和,上海生理所),張香桐(上海生理所,腦所).兩大事件:1950:巴甫洛夫“條件反射”學(xué)說

1966-1976:“文化革命”期間主要做“針刺麻醉”研究方向:⑴痛與鎮(zhèn)痛北大,中醫(yī)研究院復(fù)旦大學(xué)、中科院神經(jīng)科學(xué)研究所⑵視覺復(fù)旦大學(xué)中科院生物物理研究所⑶神經(jīng)內(nèi)分泌第四軍醫(yī)大學(xué)(垂體前葉)

第四軍醫(yī)大學(xué)(甾體受體),北大(神經(jīng)免疫) (4)腦網(wǎng)絡(luò)北京師范大學(xué)（功能和結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)）中國神經(jīng)科學(xué)的發(fā)展開創(chuàng)者:張錫鈞(協(xié)和),馮德培(協(xié)和,上海生理1989年，美國政府以立法形式率先推出“腦的十年”計劃，投入140億美元；1991年，歐洲出臺了“歐洲腦十年”計劃；1992年，中國提出了“腦功能及其細胞和分子基礎(chǔ)”的研究項目，并列入了國家的“攀登計劃”；1996年，日本也制定了為期20年的“腦科學(xué)時代”計劃；1998年，韓國制定了為期10年的“21世紀腦技術(shù)計劃。在我國，認知神經(jīng)科學(xué)近年來也得到了高度重視。在《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006～2020年）》中，“腦科學(xué)與認知科學(xué)”被列為我國科技中長期發(fā)展規(guī)劃的八大前沿科學(xué)領(lǐng)域之一。

世界各國腦科學(xué)研究計劃世界各國腦科學(xué)研究計劃奧巴馬在白宮東廳，宣布大腦研究計劃這項計劃全稱為“推進創(chuàng)新神經(jīng)技術(shù)腦研究計劃。2013年4月2日，美國總統(tǒng)奧巴馬要求國會明年投入1億美元用于此研究項目。奧巴馬在白宮東廳，宣布大腦研究計劃這項計劃全稱為“推進創(chuàng)新2014年10月日本制定了“腦科學(xué)時代”計劃，主要利用狨猴這種更接近人類的靈長類動物（可在一定程度上彌補因為鼠類和人類腦結(jié)構(gòu)不同所造成的研究結(jié)論的缺陷），深入研究老年性癡呆和精神分裂癥等神經(jīng)精神類疾病。2015年11月4日歐洲人腦計劃（HBP）獲得歐盟委員會認可，可以獲得至少延續(xù)至2019年的經(jīng)費支持。耗資10億歐元，為期10年的歐盟人類腦計劃將聚焦神經(jīng)科學(xué)和計算機科學(xué)交叉研究。2014年10月日本制定了“腦科學(xué)時代”計劃，主要利用狨猴這時至今日，“中國腦計劃”還沒有正式啟動，但是腦研究計劃已經(jīng)被列入“十三五”規(guī)劃，上海、北京等地也已先后啟動腦研究計劃，力圖在競爭日益激烈的腦科學(xué)研究中占據(jù)一席之地。目前，中國腦計劃已逐步形成以腦認知原理的基礎(chǔ)研究、腦重大疾病、類腦人工智能這三方面緊密交織的研究為“一體”“兩翼”的研究格局。時至今日，“中國腦計劃”還沒有正