【正文】 解神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)分子水平、細(xì)胞水平、細(xì)胞間的變化過(guò)程，以及這些過(guò)程在中樞功能控制系統(tǒng)內(nèi)的整合作用而進(jìn)行的研究。（美國(guó)神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì)）廣義的定義是研究腦的結(jié)構(gòu)和功能的科學(xué)，還包括認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)等。1概要基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)：側(cè)重基礎(chǔ)理論–神經(jīng)生物學(xué)：研究人和動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能、及其相互關(guān)系的科學(xué)，是在分子水平上、細(xì)胞水平上、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或回路水平上乃至系統(tǒng)和整體水平上闡明神經(jīng)系統(tǒng)特別是腦的物質(zhì)的、能量的、信息的基本活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。(認(rèn)識(shí)腦)由六個(gè)研究分支：分子神經(jīng)生物學(xué)（化學(xué)物質(zhì)）、細(xì)胞神經(jīng)生物學(xué)（細(xì)胞、亞細(xì)胞）、系統(tǒng)神經(jīng)生物學(xué)、行為神經(jīng)生物學(xué)（學(xué)習(xí)記憶、情感、睡眠、覺(jué)醒等）、發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)、比較神經(jīng)生物學(xué)– 計(jì)算神經(jīng)科學(xué)：應(yīng)用數(shù)學(xué)理論和計(jì)算機(jī)模擬方法來(lái)研究腦功能的學(xué)科。(創(chuàng)造腦)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(保護(hù)腦)2研究方向認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的最終目的是在于闡明人類大腦的結(jié)構(gòu)與功能，以及人類行為與心理活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，在各個(gè)水平（層次）上闡明其機(jī)制，增進(jìn)人類神經(jīng)活動(dòng)的效率，提高對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾患的預(yù)防、診斷、治療服務(wù)水平。基本目標(biāo)：揭示神經(jīng)元間各種不同的連接形式，為闡明行為的腦的機(jī)制奠定基礎(chǔ)。在形態(tài)學(xué)和化學(xué)上鑒別神經(jīng)元間的差異，了解神經(jīng)元如何產(chǎn)生、傳導(dǎo)信號(hào)，以及這些信號(hào)如何改變靶細(xì)胞的活動(dòng)。闡明神經(jīng)元特殊的細(xì)胞和分子生物學(xué)特性。認(rèn)識(shí)實(shí)現(xiàn)腦的各種功能（包括高級(jí)功能）的神經(jīng)回路基礎(chǔ)。闡明神經(jīng)系統(tǒng)疾患的病因、機(jī)制，探索治療的新手段。3當(dāng)前研究開(kāi)展情況世界各國(guó)普遍重視腦科學(xué)研究，美國(guó)101屆國(guó)會(huì)通過(guò)一個(gè)議案，“命名1990年1月1日開(kāi)始的十年為腦的十年”。1995年夏，國(guó)際腦研究組織IBRO在日本京都舉辦的第四屆世界神經(jīng)科學(xué)大會(huì)上提議把下一世紀(jì)（21世紀(jì)）稱為“腦的世紀(jì)”。歐共體成立了“歐洲腦的十年委員會(huì)”及腦研究聯(lián)盟。日本推出了“腦科學(xué)時(shí)代”計(jì)劃綱要。中國(guó)提出了“腦功能及其細(xì)胞和分子基礎(chǔ)”的研究項(xiàng)目，并列入了國(guó)家的“攀登計(jì)劃”。日本在1996年制定為期二十年的“腦科學(xué)時(shí)代——腦科學(xué)研究推進(jìn)計(jì)劃”了解腦——闡明腦功能– 闡明產(chǎn)生感知、情感和意識(shí)的腦區(qū)結(jié)構(gòu)和功能（功能定位、認(rèn)知、運(yùn)動(dòng)、情感、學(xué)習(xí)，思維、直覺(jué)、自我意識(shí)）– 闡明腦通訊功能（語(yǔ)言信息在腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中表達(dá)的機(jī)制，人類獲得語(yǔ)言能力的過(guò)程、語(yǔ)言、思想和智力之間的關(guān)系）保護(hù)腦——征服腦疾患– 控制腦發(fā)育和衰老過(guò)程（識(shí)別與發(fā)育及腦分化相關(guān)的基因家族、發(fā)展調(diào)節(jié)腦發(fā)育和分化的技術(shù)手段，促進(jìn)人類大腦健康發(fā)育和防止發(fā)育異常，控制人腦衰老）– 神經(jīng)性精神性疾病的康復(fù)和預(yù)防（藥物成癮性、修復(fù)受損腦組織、單內(nèi)因性疾病的發(fā)病機(jī)制、神經(jīng)組織移植和基因療法，老年性癡呆、帕金森氏病、精神分裂癥的治療和預(yù)防的方法）創(chuàng)造腦——開(kāi)發(fā)腦型計(jì)算機(jī)– 發(fā)展腦型器件和結(jié)構(gòu)（具有學(xué)習(xí)和記憶能力的神經(jīng)元芯片、智力認(rèn)知功能，具有智力、情感和意識(shí)的腦型計(jì)算機(jī)）– 腦型信息產(chǎn)生和處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)（支持人類機(jī)能的機(jī)器人系統(tǒng)）4主要研究進(jìn)展分子和細(xì)胞水平的神經(jīng)科學(xué)發(fā)展迅猛 每一神經(jīng)元所進(jìn)行的信息處理都是經(jīng)過(guò)突觸實(shí)行細(xì)胞間的通訊而完成的。具體說(shuō)，突觸前細(xì)胞產(chǎn)生的沖動(dòng)，通過(guò)釋放神經(jīng)遞質(zhì)作用于突觸后細(xì)胞膜位點(diǎn)上的特異性受體，從而引起后一細(xì)胞興奮性的改變。 受體由蛋白質(zhì)分子組成，與神經(jīng)遞質(zhì)分子結(jié)合后，控制神經(jīng)細(xì)胞的離子通道開(kāi)閉，（直接或經(jīng)由第二信使間接），調(diào)制后一細(xì)胞的輸出，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元整合作用。（空間和時(shí)間上的整合） 神經(jīng)調(diào)質(zhì)間接地經(jīng)由一系列生物化學(xué)過(guò)程來(lái)調(diào)制突觸后神經(jīng)元的活動(dòng)，其作用起始時(shí)間較慢，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。神經(jīng)遞質(zhì)和調(diào)質(zhì)分布在特定的神經(jīng)通路或核團(tuán)里，因此神經(jīng)系統(tǒng)同時(shí)依靠神經(jīng)回路和化學(xué)調(diào)制兩種形式進(jìn)行信息處理。 遞質(zhì)和調(diào)質(zhì)有近百種，有待鑒定的可能性更多?？煞譃槟憠A類、單胺類（多巴胺、5HT、NAD）、氨基酸（谷氨酸、甘氨酸、r氨基丁酸）和神經(jīng)肽。調(diào)質(zhì)包括胺類、和許多神經(jīng)肽。共存和共釋放，使化學(xué)信號(hào)的傳遞非常復(fù)雜。 神經(jīng)肽，239個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，在較低濃度下即能緩慢地改變附近神經(jīng)元的膜的性質(zhì)，從而興奮或抑制這些神經(jīng)元。研究并確定種類繁多的神經(jīng)肽的生物學(xué)作用，是一個(gè)重要任務(wù)之一。 受體是蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)與碳水化合物或脂類的結(jié)合體，主要部分在膜內(nèi)，結(jié)合位點(diǎn)在膜外。功能有二：識(shí)別特異性的遞質(zhì)或調(diào)質(zhì)分子并與它們結(jié)合成復(fù)合體；改變細(xì)胞離子通道開(kāi)閉狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)化學(xué)——電信息的轉(zhuǎn)換。 受體分兩類：第一類是載離子受體，離子通道蛋白，nAch，GAGB，Gly受體，蛋白質(zhì)構(gòu)象變化，改變離子通道的開(kāi)閉狀態(tài)，介導(dǎo)快速突觸傳遞過(guò)程（幾毫秒）分子有亞基組成。第二類受體都是單條肽鏈，結(jié)合后觸發(fā)一些列生化反應(yīng)：激活G蛋白，激活A(yù)C，促進(jìn)cAMP的合成， cAMP的擴(kuò)散促成胞內(nèi)白蛋白激酶K的活化，改變離子通道m(xù)Ach、NAD、5HT等。 神經(jīng)信號(hào)的基本形式：分級(jí)的膜電位漲落、動(dòng)作電位。膜片鉗技術(shù)：研究神經(jīng)膜離子通道，1012A單個(gè)離子通道的離子電流變化。電壓門(mén)控通道、Na+，K+，Ca2+，化學(xué)門(mén)控通道nAch重組DNA技術(shù)：研究膜上的微量蛋白分子——各類通道蛋白的分子結(jié)構(gòu)。Na+通道是由1820個(gè)氨基酸組成的多肽鏈。 色覺(jué)三色學(xué)說(shuō)的神經(jīng)生理基礎(chǔ)，人的三種視網(wǎng)膜視錐細(xì)胞視色素基因獲得分離 學(xué)習(xí)記憶的細(xì)胞和分子水平的機(jī)制研究獲得重要進(jìn)展——海馬結(jié)構(gòu)與學(xué)習(xí)記憶密切相關(guān)，LTP反映了一種突觸效率的變化，即可塑性。短期記憶不需要新蛋白質(zhì)的合成，而長(zhǎng)期記憶所需的基因產(chǎn)物必須是新合成的。視覺(jué)的腦機(jī)制——重大突破 把研究感覺(jué)信息處理過(guò)程作為揭示腦的奧秘的突破口，其中以視覺(jué)系統(tǒng)的研究最為突出。 視網(wǎng)膜的光感受器水平：已克隆出視色素蛋白基因；光電換能過(guò)程的第二信使是cAMP（Ca2+），黑暗中， cAMP+Na+通道蛋白〉Na通道開(kāi)放，Na+持續(xù)內(nèi)流（暗電流），光感受器細(xì)胞去極化；光照引起視色素分解，使視盤(pán)膜上的GTP結(jié)合蛋白分子火化，后者再激活PDE，迅速分解cAMP，引起Na+通道關(guān)閉，暗電流驟降，光感受器細(xì)胞膜超極化，這樣光能——〉神經(jīng)電信號(hào) 視網(wǎng)膜，復(fù)雜的信息處理（外周腦），研究相當(dāng)清楚。視網(wǎng)膜這個(gè)兩維的、多層次信息處理的最后結(jié)果，是經(jīng)由視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞以動(dòng)作電位脈沖調(diào)頻的方式，傳遞給腦的。感受野：視通路中任一神經(jīng)元都在視網(wǎng)膜（或視野）上有一個(gè)代表區(qū)域。同心圓拮抗型感受野，包括給光—中心和撤光—中心兩類，為心理學(xué)馬赫帶現(xiàn)象提供生理學(xué)基礎(chǔ) 非同心圓的RF的細(xì)胞對(duì)快速運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)方向以及某些圖形特征產(chǎn)生反應(yīng) 初級(jí)視皮層（紋狀皮層），在整個(gè)大腦皮層研究最透徹的一部分，面積最大的區(qū)域。功能柱：具有相同感受野位置和生理功能的細(xì)胞按垂直于皮層表面的柱狀結(jié)構(gòu)有序地排列起來(lái)。功能柱內(nèi)細(xì)胞具有相同的最優(yōu)方位、相同的眼優(yōu)勢(shì)、相同的最優(yōu)空間頻率。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)入新的高潮人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有腦的一些基本性質(zhì)，如能夠?qū)W習(xí)和記憶，神經(jīng)元之間的連接強(qiáng)度具有“用進(jìn)廢退”的可塑性、細(xì)胞的集合由連接強(qiáng)度達(dá)最大值的細(xì)胞組成，可以從事某一模式的學(xué)習(xí)和記憶，并形成交替集合從事概念的抽象、部分輸入就能激活整個(gè)細(xì)胞集合等。 Aldan領(lǐng)導(dǎo)的研究組按照條件反射中發(fā)射中發(fā)生的學(xué)習(xí)過(guò)程所出現(xiàn)的神經(jīng)細(xì)胞電學(xué)特性和分子特性的變化，研制了一種DYSTAL動(dòng)態(tài)穩(wěn)定聯(lián)想學(xué)習(xí)。該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)沒(méi)有任何預(yù)先編過(guò)的輸入/輸出關(guān)系程序，它能學(xué)習(xí)、記憶、辨識(shí)模式。第一次使計(jì)算機(jī)人工網(wǎng)絡(luò)以儲(chǔ)存記憶的內(nèi)表象成為可能。 用900個(gè)“神經(jīng)元”組成的Hopfield網(wǎng)絡(luò)解決復(fù)雜的“推銷員應(yīng)沿什么最優(yōu)路線出差許多城市才可使其旅途最短”的問(wèn)題，只需百萬(wàn)分之一秒便可求解300城市的問(wèn)題，比微機(jī)快10萬(wàn)倍，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化1萬(wàn)倍 由100個(gè)加工單位分三層排列的閱讀程序NETtalk問(wèn)世，可以閱讀字母，發(fā)出語(yǔ)句聲音來(lái) 光學(xué)神經(jīng)計(jì)算機(jī)，辨別人像 各種算法為闡明腦和神經(jīng)系統(tǒng)的工作原理提供了啟示。發(fā)育生物學(xué)的崛起 脊椎動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育起源于胚胎背中線的外胚層加厚，在其下方的脊索和中胚層的誘導(dǎo)下形成神經(jīng)板，繼而其邊緣組織形成神經(jīng)嵴。誘導(dǎo)作用機(jī)制？ 中心問(wèn)題：成熟的神經(jīng)系統(tǒng)特有的高度特異性聯(lián)系模式是如何產(chǎn)生的。包括神經(jīng)元怎樣得知其本身在三維神經(jīng)系統(tǒng)中的位置信息？當(dāng)軸突生長(zhǎng)時(shí)這種位置信息如何表達(dá)？細(xì)胞又如何識(shí)別其靶細(xì)胞或終止區(qū)域？基因如何知識(shí)腦的發(fā)育？軸突末端由高度運(yùn)動(dòng)性的生長(zhǎng)錐，錐上有絲狀的假足。生長(zhǎng)錐在軸突生長(zhǎng)時(shí)識(shí)別路徑和靶細(xì)胞方面可能起著關(guān)鍵作用。 識(shí)別靶細(xì)胞的原因是：生長(zhǎng)著的軸突表面存在著某種細(xì)胞化學(xué)標(biāo)記物，在其相對(duì)應(yīng)的靶細(xì)胞中有對(duì)應(yīng)的標(biāo)記物使軸突識(shí)別并形成突觸。 過(guò)量神經(jīng)元的死亡可能與靶區(qū)神經(jīng)生長(zhǎng)因子的有限有關(guān)。 早期發(fā)育主要由遺傳因素決定，框架建立后，環(huán)境因素影響增大。關(guān)鍵期、可塑性神經(jīng)和精神疾病的研究進(jìn)展 老年性癡呆癥：記憶和推理能力喪失，神經(jīng)元喪失、神經(jīng)纖維纏結(jié)。Ach選擇性減少，記憶進(jìn)行性喪失。常染色體顯性遺傳病，第21號(hào)染色體接近中央?yún)^(qū)的地方。亨廷頓舞蹈病：遺傳病。失去對(duì)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的控制，基因定位在4號(hào)染色體短臂，紋狀體失去GAGB能神經(jīng)元的抑制。 多巴胺以被確定與覺(jué)醒和快感有關(guān)。過(guò)量引起思維喪失、幻覺(jué)和某些精神分裂癥狀，缺少引起帕金森癥，病人四肢和頭震顫不已，面部無(wú)表情 先天性肌源性疾病，重癥肌無(wú)力，后天的自身免疫病，異?？贵w與神經(jīng)—肌肉接頭處終板區(qū)Ach受體結(jié)合，致使不能產(chǎn)生足夠的肌肉收縮力。多發(fā)性神經(jīng)纖維瘤 視網(wǎng)膜神經(jīng)膠質(zhì)瘤腦的意識(shí)功能 丘腦的功能：丘腦是產(chǎn)生意識(shí)的核心器官，丘腦能夠合成發(fā)放丘覺(jué)，當(dāng)丘覺(jué)發(fā)放出來(lái)也就產(chǎn)生了意識(shí)。丘覺(jué)是先天遺傳在丘腦中，可以自由發(fā)放，也可以由樣本點(diǎn)亮。 樣腦的功能：丘腦之外的大部分腦結(jié)構(gòu)都是樣腦，包括大腦皮質(zhì)、基底核、下丘腦、杏仁核等。樣腦的主要功能就是交換產(chǎn)出樣本，樣本的作用就是點(diǎn)亮丘覺(jué)產(chǎn)生意識(shí)。5主要研究方法解剖學(xué)方法采用通常的組織染色方法可以在光學(xué)顯微鏡下觀察神經(jīng)系統(tǒng)各種組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，即神經(jīng)元的不同形態(tài)，以及它們間連接的一般情況。運(yùn)用電子顯微鏡可以進(jìn)一步了解神經(jīng)元和突觸的精細(xì)結(jié)構(gòu)。問(wèn)題：神經(jīng)系統(tǒng)是怎樣布線的，即個(gè)別的神經(jīng)細(xì)胞的突起如何排列？伸展得多遠(yuǎn)？那些突起和那些突起相連結(jié)，高爾基銀染法對(duì)神經(jīng)機(jī)制的認(rèn)識(shí)奠定了基礎(chǔ)，在廣泛使用。神經(jīng)活性物質(zhì)進(jìn)行染色：熒光、放射性標(biāo)記生理學(xué)方法①運(yùn)用微電極細(xì)胞外記錄、細(xì)胞內(nèi)記錄技術(shù)對(duì)單個(gè)神經(jīng)元活動(dòng)分析。片膜鉗技術(shù)對(duì)離子通道進(jìn)行深入的研究。②細(xì)胞外記錄：30年代后期發(fā)展起來(lái)的。用金屬絲電極15微米記錄幅度較大的瞬間性動(dòng)作電位，對(duì)神經(jīng)元的功能起了重要作用。③細(xì)胞內(nèi)記錄：～，內(nèi)充高濃度氯化鉀或醋酸鉀以導(dǎo)電。能記錄動(dòng)作電位，小的分級(jí)電位，同時(shí)能監(jiān)視膜電位的變化。此外，能注入物質(zhì)，進(jìn)行形態(tài)學(xué)分析。缺點(diǎn)是造成細(xì)胞損傷，記錄時(shí)間、小細(xì)胞受限。④膜片鉗技術(shù)：70年代后期，Neher 和Sakmann 發(fā)展了一種新的紀(jì)錄方法，可以用來(lái)記錄單個(gè)離子通道的活動(dòng)。分子生物學(xué)方法①重組DNA技術(shù)：分析離子通道蛋白的結(jié)構(gòu)和功能、生理特性；②應(yīng)用單克隆抗體和遺傳突變體。系統(tǒng)生物學(xué)方法20世紀(jì)中頁(yè)貝塔朗菲創(chuàng)立了一般系統(tǒng)論，1993年Zieglgansberger W和Tolle TR發(fā)表神經(jīng)系統(tǒng)疾病研究的系統(tǒng)生物學(xué)方法，隨著生物信息學(xué)的發(fā)展、基因組計(jì)劃的成功，以及神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)與基因表達(dá)調(diào)控的研究，系統(tǒng)生物學(xué)采用實(shí)驗(yàn)、計(jì)算與工程的系統(tǒng)論方法，成為腦科學(xué)研究的發(fā)展現(xiàn)代趨勢(shì)。