《神經生物學》是2007年9月科學出版社出版的圖書，作者是丁斐。
基本介紹
- 作者：丁斐
- ISBN：9787030198662
- 頁數：517
- 定價：58.00元
- 出版社：科學出版社
- 出版時間：2007年9月
簡介,研究對象,智力形成之謎,毒品上癮之謎,各種神經疾病之謎,研究的器官,特殊性,發展趨勢,神經系統,腦,脊髓,神經,
簡介
神經生物學，21世紀的明星學科。神經生物學是生物學中研究神經系統的解剖，生理， 神經生物學病理方面內容的一個分支。從上個世紀90年代以來，世界科研強國加快了對神經生物學研究的投入。美國於1990年推出了“腦的十年計畫”，接著歐洲於1991年開始實施“EC腦十年計畫”，然後日本於1996年也正式推出了名為"腦科學時代計畫"的跨世紀大型研究計畫，計畫在未來20年內投入相當的研究經費。
神經科學是專門研究神經系統的結構、功能、發育、遺傳學、生物化學、生理學、藥理學及病理學的一門科學。對行為及學習的研究都是神經科學的分支。
對人腦研究是個跨領域的範疇，當中涉及分子層面、細胞層面、神經小組、大型神經系統，如視覺神經系統、腦幹、腦皮層。
神經科學致力於科學地研究神經系統。儘管神經科學學會成立於1969年，但是對於大腦的研究很早就已經開始。其研究範圍包括對神經系統的結構，功能，進化史，發育，遺傳，生物化學，生理學，藥理學，生物信息學，計算神經生物學和病理學研究。傳統的神經科學是生物科學的一個分支。然而，神經科學開始與其他學科有了越來越多的交叉與融合，如認知和神經心理學，計算機科學，統計學，物理學，哲學和醫學科學。
大腦的結構和功能是自然科學研究中最具有挑戰性的課題。近代自然科學發展的趨勢表明，21世紀的自
然科學重心將在生命科學，而神經生物學和分子生物學將是21世紀生命科學研究中的兩個最重要的領域，必將飛速發展。分子生物學的奠基人之一，諾貝爾獎獲得者沃森宣稱：“20世紀是基因的世紀，21世紀是腦的世紀。”
大腦解剖圖
大腦解剖圖在醫學這個大的學科內，神經生物學是一門在各個水平，研究人體神經系統的結構、功能、發生、發育、衰老、遺傳等規律，以及疾病狀態下神經系統的變化過程和機制的科學。它涉及神經解剖學、神經生理學、發育神經生物學、分子神經生物學、神經藥理學、神經內科學、神經外科學、精神病學等等。神經生物學的內容非常豐富，研究進展很快，作為醫學生不僅要全面掌握，還要及時了解新的研究進展。
這些研究工作雖然至今為止並沒有在神經生物學領域取得重大進展，沒有解開智力形成之謎，沒有解開毒品上癮之謎，沒有解開老年痴呆症治療之謎，但卻在潛移默化中推動了神經科學的發展，為本世紀神經生物學的騰飛打好了基礎。
神經元
神經元研究對象
由於研究對象是異常複雜、異常精貴的，神經生物學雖然沒有方法上的突破帶來的重大研究成果，但還是吸引了全世界最優秀的科學工作者的目光。這從神經生物學的幾個主打雜誌的影響因子上可以看出：《自然神經科學》的影響因子是15,《神經元》的影響因子是14,《神經科學雜誌》的影響因子是8，此外，《科學》期刊上還有專門的神經生物學專題，其中的文章數量在生物學領域幾乎是最多的。
神經系統
神經系統為什麼神經生物學的研究難度很大，但仍然吸引了許許多多科學工作者投入她的懷抱呢？
原因是與社會現實有關的。神經生物學有許多人們非常感興趣的話題，我在這裡例舉一二：
智力形成之謎
如果說農耕社會講求的是人口與土地，我可以這么說，資本主義社會及更高層的社會講求的是智力。因為資本主義社會及更高層的社會形態，它形成發展的原動力在於創造新的經濟成長點，而這一切都要通過新的創意與將這些創意付諸實施的好的頭腦。所以不僅家長們重視孩子的智力提高，甚至國家的決策層也同樣重視與智力提高密切相關的教育。
突觸結構圖
突觸結構圖毒品上癮之謎
毒品上癮這不僅是一個國家的社會安定層面的問題，還與一個國家的經濟發展、良好道德觀樹立、甚至國家安全密切相關。我們國家正是被毒品打開大門的。如果我說，我了解毒品為何成癮，我可以消除毒品成癮，那我們的社會會作如何反應呢？
各種神經疾病之謎
這當中尤其重要的是老年痴呆，這種神經疾病在已開發國家的死亡率已經排在了第三位。人類的文明是建立在物質冗餘的基礎上的，那么人類文明越是高，物質越是冗餘，像老年痴呆這類的病就越是會引起重視。所以各類神經疾病的研究會越來越受人重視。
研究的器官
然而，需要特點強調的是，神經生物學的研究光靠生物學工作者的努力是不夠的。因為神經生物學所要研究的器官——腦，是生物界中最複雜、最精密的器官，尤其是人的大腦，更是與眾不同，更加發達，而人是不可以直接用來作為研究對象的。所以神經生物學的發展對於方法學的要求是很高的，他必然要求各個相關學科的交叉。這也是神經生物學很多研究至今仍處於初級階段的原因。
但可以肯定的是神經生物學在本世紀必將取得很大的進展。人類的求知慾需要神經生物學的進步，人類的發展同樣需要神經生物學的進步。
特殊性
作為生命科學的一個分支學科，神經生物學是比較特殊的。首先，它的研究離不開生命科學的一些基本研究材料與方法。神經生物學的材料與生物學的其它學科一樣，是動物，從低等的果蠅到高等的小鼠、人。神經生物學的研究方法同樣離不開核酸的分析與蛋白質的分析，分子生物學的PCR、免疫組化、western blot也是神經生物學的主要研究方法。但除此之外，神經生物學有它自身的特點，那就是神經科學所要重點研究器官——腦是高等生物最複雜的，同時神經元幾乎是最難培養的細胞，所以神經生物學研究更需要一些特殊的研究方法。電生理是用電刺激的方法來研究神經迴路、神經元在特殊生理條件下的反應。膜片鉗是用於測量離子通道活動的精密檢測方法。神經細胞、神經網路的遺傳與發育研究，自1993年Zieglgansberger W和Tolle TR提出系統生物學方法研究神經疼痛（pain）的疾病機理以來，細胞信號傳導網路與基因表達調控的系統生物學已經成為神經生物學研究的重要內容。
中樞神經系統
中樞神經系統發展趨勢
作為神經生物學近幾十年發展的目擊者，在細胞和分子水平的許多重大的研究成果給我留下的印象是深刻的。對腦的不少重要部位神經迴路信號傳遞及其化學基礎已形成相當清楚的圖景。組織培養、細胞培養，以及組織薄片方法，使人們能把複雜的神經迴路還原成簡單的單元進行分析。膜片鉗位技術和重組DNA技術等，使我們對神經信號發生、傳遞的基本單元——離子通道的結構、功能特性及運轉方式的認識完全改觀。對突觸部位發生的細胞和分子事件，如神經遞質的合成、維持、釋放，以及與相應受體的相互作用的研究進展令人矚目。對神經元、神經系統發展的細胞、分子機制的認識已大大拓展。在腦的高級功能方面，我們已經可以開始談論記憶的分子基礎。對困擾人們已久的若干神經系統疾病的基固定位已經成功，在分子水平對致病原因已進行了細緻的分析。如此等等，不勝枚舉。
神經系統模式圖
神經系統模式圖對神經活動的細胞、分子機制的研究，在本質上，是一種還原論（reductionism）的分析，其合理性的基礎是：神經活動可最終歸結為細胞和分子水平所發生的事件。這樣的分析是完全必需的，並且已經取得了巨大的成功。但是，必須清醒地認識到，困於純粹的還原論分析，對於認識腦和神經系統這樣一種高度複雜的系統無疑是跛足的。這是因為，當把複雜的系統“還原”成基本的單元後，不可避免會失去許多信息，而當把基本的單元和過程組織成複雜的系統時，又必然會產生全新的工作特點。試圖從基本組分（如基因、離子通道、神經元、突觸）的性質來外推腦和神經系統的活動，有其本質上的局限性；進行這種跨越組構層次的推論，必須慎之又慎，並必然有許多保留。
正是考慮到上述這些問題，人們開始強調用整合的觀點來研究腦，並形成了神經生物學另一個重要的發展趨勢。在我來看，整合的涵義是多方面的。首先，神經活動的多側面性，要求多學科的研究途徑，關於這一點，我已在前面談到了。整合觀點的另一層更重要的涵義是，對神經系統活動的研究必須是多層次的，這是由這門學科的研究內涵所決定的。不論是感覺、運動，還是腦的高級功能，都既有整體上的表現，而其機制的分析則又肯定涉及各種層次。在低層次（細胞、分子水平）上的工作為較高的層次的觀察提供分析的基礎，而較高層次的觀察，又有助於引導低層次工作的推進方向及體現後者的功能意義。重要的是，把這多層次的信息“整合”起來，形成完整的認識。
在較高層次上的研究，包括對大群神經元組合成神經網路的工作原理，以及對不同腦區神經元活動如何協同以實現複雜的功能的探索。新的無創傷腦成象技術（PET，fMRI等）的開發，多導程腦電圖技術的發展，以及行為與神經元活動相關研究的推進，反映了科學家在這方面作出的努力。
神經生物學的這些發展趨勢，促成了這一領域的繁榮局面，並將在今後相當長時期內主導其發展進程。
在細胞和分子水平的研究將不斷拓展和推進，對神經活動的基本過程的研究將進一步深入，並逐漸形成更完整的認識。隨著更多的新離子通道（或亞型）的發現及其胺基酸序列的確定，有可能形成更準確的通道分類模式，揭示不同通道的家族關係。對神經遞質的存貯、釋放、調節的一系列精細過程將得以清楚的闡明。對神經遞質與受體結合後的信號轉導及其功能作用，將無疑會有更深入的了解，同時將會發現許多新的神經調製方式。在神經系統的發育方面，對神經元整合各種分子信號形成突觸和組織特定的神經迴路的研究，將取得重大進展；將有更多的神經營養因子被鑑定，相應的受體被發現，它們在發育和成熟的神經系統中的作用將被闡明。這些研究將使人們了解在發育過程中遺傳突變的表述如何引起神經系統的缺損。鑒於進展主要是在低等動物的簡單神經系統上取得的，人們必須去發展新的技術和方法，在分子水平上去探索高等動物複雜神經系統的發生、發育規律。
在感覺研究方面，研究層次的跨度更大。感覺技能發生在細胞和分子水平上，其過程的闡明將揭示感覺極高敏感度（一個光量子可使先感受器興奮，毛細胞纖毛運動0.3nm即可達到聽閾）的奧秘。在感覺信息加工領域中，既有細胞和分子層次上的研究（如信號的化學傳送機制），也包括信號的串列、平行處理最終形成感知覺的更高層次的探索。而對運動的研究，同樣具有跨層次的特點，人們將最終了解運動程式如何編制，行為如何實現。
遺傳性神經系統疾患的研究無疑將有長足的進展。從研究步伐來看，在未來幾十年內，將能預測大部分疾病在個體的未來表達或定位其缺損基因，並對這些基因致病的分子機制有深入的了解。
以上所談的大致可以從發展態勢加以預測。在腦的高級功能方面，我們從眼下的研究進展，當然也可以作一點預測。例如，對於學習、記憶分子機制將會有更深入的了解；利用腦成象技術對神經元活動和精神現象間的關聯的認識將不斷有所進展等等。但是，我們必須清醒地意識到，在真正意義上對腦的高級功能，特別是複雜高級功能（語言、智力、思維、意識等）的認識還剛剛開始，還存在著巨大的知識上的鴻溝。這種鴻溝產生的根本原因，在於對精神現象變幻莫測的多樣性，還缺乏有力的研究工具。精神現象固然有其物質基礎，但物質的東西一旦升華為精神，就會產生許多不同的性質和特點。這就是說，人們必須創立一系列新方法，包括若干新原理的方法，跨越不同的組構層次，把神經活動的基本過程與腦高級功能關聯起來。如果說，在新世紀中神經生物學要出現重大的突破，在我看來，可能是在腦的高級功能的研究上，這是一個亟待開拓的新領域。（選自《生物化學與生物物理進展》原文標題做了修改）
神經系統
腦、脊髓和全身的周圍神經共同構成神經系統。神經系統又可分成中樞神經系統和周圍神經系統兩個部分。前者包括腦和脊髓，後者由遍布全身的神經網路組成，具有聯繫腦、脊髓和身體各部的作用。
腦
腦的功能既重要，又神秘。人的思想、信仰、記憶、行為、情感都與大腦密不可分。腦是思維的場所，控制機體的中樞，還具有協調人體軀體感覺、視覺、聽覺、嗅覺、運動功能的能力。正是由於有了大腦，人們才得以講話、計數、作曲、欣賞音樂、識別幾何圖形、相互理解和彼此交流。大腦還具有制定計畫和進行想像的能力。
腦對來自身體表面或內部器官，以及眼、耳、鼻的各種刺激進行整合，然後通過調整體位、四肢運動以及臟器的活動對上述刺激作出反應，並參與情感和覺醒程度的調節。
有人把計算機比作大腦，但到目前為止，還沒有任何計算機的能力可以和大腦相比。大腦並非永動機，腦需要連續不斷的血液、氧氣和營養供應。一般而言，心臟輸出的血液約1/5供給了腦。如果血供中斷超過10秒鐘，就可能引起意識喪失。血氧、血糖水平過低或血中含有有毒有害物質，可在數秒鐘內引起大腦功能異常。機體的自身調節機制保護著大腦免遭損害。
在解剖上，腦可以分成大腦、小腦和腦幹。
大腦包括左、右兩個大腦半球，並由稱為胼胝體的神經纖維連線起來。大腦半球可進一步分成額葉、頂葉、枕葉、顳葉等。
額葉主管人們的言語、情感、思想、計畫，並控制機體的技巧性運動。大多數人的言語中樞位於左側優勢半球的額葉。
頂葉主管感覺，也與軀體運動有關。
枕葉主管視覺。
顳葉主管記憶、情感，它使得人們得以辨認他人或物品，進行交流和行動。
基底節位於大腦底部，是數群聚集在一起的神經元，能夠協調軀體的運動。丘腦下部與人體睡眠、覺醒、體溫調節和水鹽平衡有關。
腦幹的自動調節功能亦非常重要。腦幹有助於調節機體的姿勢、呼吸、吞咽、心跳，控制代謝速率，增加警覺性。腦幹遭受嚴重損傷時，自動調節功能停止，死亡也就隨之而至了。
小腦位於大腦之下，腦幹之上，主要調節機體運動。小腦接受大腦的指令以及有關四肢位置、肌肉緊張度的信息，使機體能進行平穩，準確的運動。
腦和脊髓都被三層組織所包裹，它們是：
軟腦膜：緊貼腦和脊髓，居最內層；
蛛網膜：為一透明、蜘蛛網樣的脈絡膜，位於中層，充當腦脊液流通的管道；
硬腦膜：呈皮革樣，是最外和最堅韌的一層。
腦和腦膜位於顱腔內。顱腔由顱骨構成，對腦和腦膜具有保護作用。腦脊液在腦的表面、腦膜之間、腦室之間流動，能緩衝腦受到的衝擊，減輕腦的損傷，對腦和腦膜也有保護作用。
脊髓
脊髓起源於腦幹末端，向下沿脊柱長軸延伸，其功能為連結腦和身體各部並傳遞信息。像腦被顱骨保護一樣，脊髓被椎骨保護著。腦通過脊髓內的上下行神經纖維與身體各部發生聯繫。每個脊椎都和其上、下椎體形成開口，即椎間孔。脊神經從椎間孔發出。脊髓腹側發出的脊神經為運動支，傳遞從腦到肌肉的信息。脊髓背側發出的神經，稱為感覺支，把機體遠端的信息傳遞到大腦。周圍神經由單根神經纖維構成，某些周圍神經很小（直徑小於0.4mm），某些則很大（直徑大於6.5mm）。
脊柱的結構
脊柱的結構周圍神經也包括溝通腦幹和內臟、血管的神經，即所謂植物神經系統。它們調節機體的非意識活動，如心跳、呼吸、胃酸分泌、食物通過消化道的速度等等。
神經
神經系統擁有1000多億個神經元，這些神經元遍布全身，呈線索樣連結大腦和身體各部，或彼此間相互連結。神經元又叫神經細胞，由大的胞體和其延伸部分軸突構成。神經元有許多接受信息的分支--樹突。通常，神經以電傳導的方式朝某個方向傳遞信息，從一個神經元的軸突到下一個神經元的樹突。在兩個神經元的連線點（突觸），傳遞信息的軸突釋放微量的，稱為神經遞質的化學物質，這些物質與下一個神經元樹突上的受體結合併產生新的電流。不同類型的神經釋放不同種類的神經遞質並通過突觸來傳遞信息。
較大的神經軸突被一種起絕緣作用的髓鞘所包裹，這種髓鞘的功能非常類似於電線絕緣層。當該絕緣層遭到破壞或不完全時，神經傳遞速度就減慢甚至停止。多發性硬化和吉-巴綜合徵就是上述原因引起的疾病。
神經系統是一個非常複雜，可以接受或傳遞大量信息的通訊系統，這個系統易於受損和患病。神經變性可以引起阿爾茨海默病或帕金森病，腦和脊髓感染可以引起腦炎或腦膜炎，腦供血中斷可以引起腦卒中，外傷或腫瘤可以引起腦和脊髓結構受損。
