第二章-認(rèn)知的神經(jīng)PPT課件

.,1,AlbertEinstein的腦天地是一大宇宙，人身是一小天地,第二章認(rèn)知的神經(jīng)基礎(chǔ),.,2,第一節(jié)神經(jīng)及神經(jīng)系統(tǒng),一、神經(jīng)元的構(gòu)造和功能腦（brain）是人類一切高級(jí)行為的物質(zhì)基礎(chǔ)。腦由100160億神經(jīng)細(xì)胞構(gòu)成，神經(jīng)細(xì)胞與人體其它組織器官的細(xì)胞不同，它具有特殊的構(gòu)造和功能，具有極度的敏感性，可被輸入刺激所激活，引起神經(jīng)沖動(dòng)，進(jìn)行沖動(dòng)傳導(dǎo)。神經(jīng)細(xì)胞是構(gòu)成神經(jīng)的基本單位，又稱神經(jīng)元。,.,3,神經(jīng)元的大小、形狀和它們所具有的功能各不相同。細(xì)胞體、樹(shù)突和軸突三部分構(gòu)成。樹(shù)突是從細(xì)胞體周圍發(fā)出的分支，多而短，呈樹(shù)枝狀，其功能是接收傳入的信號(hào)。軸突是從細(xì)胞體發(fā)出的一根較長(zhǎng)的分支，它的周圍包以由髓磷脂組成的髓鞘，具有絕緣作用，以防止神經(jīng)沖動(dòng)向周圍擴(kuò)散。軸突末端有許多分支狀的球形小突起，稱為終球。終球的功能是將神經(jīng)沖動(dòng)傳至另一個(gè)神經(jīng)元。,.,4,.,5,神經(jīng)元的各種類型腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),.,6,二、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞,在神經(jīng)元和神經(jīng)元之間，存在大量的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞總數(shù)大約在1000億左右，是神經(jīng)元數(shù)量的10倍。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的作用：為神經(jīng)元的生長(zhǎng)發(fā)育提供了支架。清除神經(jīng)元間過(guò)多的神經(jīng)遞質(zhì)，為神經(jīng)元輸送營(yíng)養(yǎng)。在神經(jīng)元周圍形成絕緣層。當(dāng)髓鞘受到損害時(shí)，可引起復(fù)視、震顫、麻痹等鞘膜性疾病。,.,7,三、突觸的傳導(dǎo)功能,突觸傳遞有兩種基本機(jī)制：電傳遞和化學(xué)傳遞，分別通過(guò)電突觸和化學(xué)突觸來(lái)實(shí)現(xiàn)。神經(jīng)遞質(zhì)存在于腦、脊髓、外周神經(jīng)，甚至某些腺體中。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)腦中存在著50種以上的神經(jīng)遞質(zhì)。,.,8,軸突突觸,神經(jīng)遞質(zhì),突觸間隙,線粒體,受體,突觸前膜,突觸后膜,突觸,突觸囊泡,.,9,幾種重要的神經(jīng)遞質(zhì),乙酰膽堿與記憶活動(dòng)有關(guān)。阿爾茨海默病患者記憶機(jī)能受損與乙酰膽堿的喪失有關(guān)。乙酰膽堿對(duì)睡眠和喚醒也起著重要作用。一個(gè)人醒著的時(shí)候，乙酰膽堿能使神經(jīng)的活性增強(qiáng)（Rockland，2000）。多巴胺與學(xué)習(xí)和注意有關(guān)，也與獎(jiǎng)勵(lì)和強(qiáng)化等動(dòng)機(jī)過(guò)程有關(guān)。精神病患者的多巴胺水平很高，治療精神分裂癥的藥物通常采用抑制多巴胺的活性（Wurtman，1999）。帕金森病人多巴胺水平很低。,.,10,血清素在飲食行為、體重調(diào)節(jié)、攻擊性和沖動(dòng)性行為調(diào)節(jié)中起重要作（Rockland，2000）。谷氨酸影響學(xué)習(xí)和記憶的重要神經(jīng)遞質(zhì)。,.,11,四、神經(jīng)環(huán)路結(jié)構(gòu)的可塑性,神經(jīng)環(huán)路由神經(jīng)元的軸突、樹(shù)突以及突觸所構(gòu)成。神經(jīng)環(huán)路可塑性涉及突觸可塑性、樹(shù)突可塑性、軸突可塑性以及神經(jīng)細(xì)胞自身可塑性等方面，其中突觸的可塑性是整個(gè)神經(jīng)環(huán)路可塑性的核心。突觸的可塑性：（1）突觸功能可塑性：已經(jīng)存在的突觸連接強(qiáng)度的增加或減弱；（2）突觸結(jié)構(gòu)可塑性：突觸的形成或消亡。,.,12,1樹(shù)突的可塑性,.,13,樹(shù)突的軸干上分布著許多微小的突起；樹(shù)突突起：樹(shù)突棘和絲狀偽足；樹(shù)突棘分為細(xì)的棘、短而粗的棘和蘑菇狀的棘三種；樹(shù)突結(jié)構(gòu)可塑性主要是指樹(shù)突棘的可塑性：形態(tài)和數(shù)量的改變。形態(tài)改變指樹(shù)突棘頭部幾何形態(tài)的變大或變小;數(shù)量改變則指樹(shù)突棘的形成或消亡,表現(xiàn)為棘的更新與密度變化。,.,14,樹(shù)突棘形態(tài)和數(shù)量的改變具有重要的認(rèn)知加工意義。突觸活動(dòng)的增加或減少可以引起細(xì)的棘發(fā)生改變,被認(rèn)為是“學(xué)習(xí)棘”;蘑菇狀的棘具有穩(wěn)定性,被稱為“記憶棘”;突觸活動(dòng)增強(qiáng)能導(dǎo)致細(xì)的棘轉(zhuǎn)變成蘑菇狀的棘。(Kasaietal,2010),.,15,長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)與長(zhǎng)時(shí)程抑制分別與樹(shù)突棘的長(zhǎng)期增長(zhǎng)和萎縮相關(guān)；棘的形態(tài)與突觸強(qiáng)度相關(guān),其形態(tài)變化反應(yīng)突觸強(qiáng)度的改變；樹(shù)突棘數(shù)量的增加或減少伴隨著突觸的更新；新突觸的形成預(yù)示著大腦記憶儲(chǔ)存能力的提高和長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)。樹(shù)突棘數(shù)量的變化則反應(yīng)了神經(jīng)連接的改變。,.,16,個(gè)體發(fā)育的樹(shù)突可塑性,在動(dòng)物出生后的早期發(fā)育過(guò)程中,大腦皮層的突觸密度迅速增加,隨后大量丟失,直至青春期結(jié)束。在成年階段,突觸數(shù)量則保持相對(duì)穩(wěn)定直至生命終止。無(wú)論任何發(fā)育階段,都有小部分樹(shù)突棘長(zhǎng)期維持穩(wěn)定,這可能是哺乳動(dòng)物皮層發(fā)育的普遍規(guī)律，為基本皮層功能和終生記憶儲(chǔ)存提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。,.,17,樹(shù)突棘的長(zhǎng)度與頭部直徑等形態(tài)特征在發(fā)育階段和成年階段均存在著可塑性，由于棘的形態(tài)反應(yīng)突觸強(qiáng)度的變化，這為短時(shí)間的信息儲(chǔ)存提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；這種可塑性也可能與傷害和經(jīng)驗(yàn)等引起的皮層神經(jīng)環(huán)路的暫時(shí)改變有關(guān)。,.,18,豐富環(huán)境下的樹(shù)突可塑性,(1)空間限制、環(huán)境單調(diào)、籠子小以及無(wú)社會(huì)性交往等;(2)大籠子,有玩具、巢穴、障礙物、群養(yǎng)以及給予充分的解決問(wèn)題的機(jī)會(huì)和復(fù)雜的社交環(huán)境等。豐富環(huán)境涵蓋感覺(jué)刺激、學(xué)習(xí)、運(yùn)動(dòng)、社交以及興趣等多種成分。,.,19,豐富環(huán)境可以提高海馬的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng),影響基因表達(dá)、細(xì)胞增殖和存活率,以及突觸形成和神經(jīng)元形態(tài)，從而提高認(rèn)知表現(xiàn)和學(xué)習(xí)。豐富環(huán)境能增加皮層和海馬某些區(qū)域的錐體神經(jīng)元樹(shù)突的分叉、樹(shù)突棘的密度以及突觸的數(shù)量和長(zhǎng)度的增加。出生前的豐富環(huán)境也能提升大鼠的某些特異性行為。豐富環(huán)境可以讓先前存在的樹(shù)突棘變得不穩(wěn)定，可以引起新的樹(shù)突棘形成；豐富環(huán)境對(duì)樹(shù)突棘可塑性的影響與學(xué)習(xí)訓(xùn)練的效果相同。,.,20,感覺(jué)剝奪后的樹(shù)突可塑性,活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)對(duì)神經(jīng)連接模式以及行為的影響會(huì)貫穿動(dòng)物一生,經(jīng)驗(yàn)和神經(jīng)活動(dòng)對(duì)突觸形成,尤其是神經(jīng)環(huán)路的構(gòu)建具有關(guān)鍵作用(Bhattetal,2009)；黑暗飼養(yǎng)、單眼剝奪和雙眼剝奪是研究視覺(jué)皮層可塑性普遍采用的三種范式。發(fā)育早期，成年期感覺(jué)剝奪引起的可塑性與關(guān)鍵期的可塑性在某些方面具有相似性,關(guān)鍵期在某些方面并非驟然結(jié)束,而是以漸進(jìn)的形式逐漸關(guān)閉的。,.,21,認(rèn)知功能障礙與樹(shù)突可塑性,樹(shù)突棘的形態(tài)和數(shù)量與神經(jīng)功能密切相關(guān),改變樹(shù)突棘的形態(tài)結(jié)構(gòu)，干擾樹(shù)突棘的形成或消亡都可能對(duì)神經(jīng)環(huán)路產(chǎn)生影響,甚至導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙。樹(shù)突棘形態(tài)或密度的改變會(huì)導(dǎo)致許多神經(jīng)和精神疾病，例如,脆性X綜合癥(FXS),(Panetal,2010)；樹(shù)突棘形態(tài)和數(shù)量的異常也會(huì)導(dǎo)致其它的大腦神經(jīng)紊亂或疾病,如成癮、恐懼、抑郁、蛋白粒子病、癲癇、缺血癥和中風(fēng)等(Bhattetal,2009)。,.,22,與年齡有關(guān)的神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)理可能與樹(shù)突棘的結(jié)構(gòu)變化有關(guān),如阿爾茲海默癥，患者表現(xiàn)出某種程度上的樹(shù)突棘丟失和樹(shù)突軸直徑下降。認(rèn)知功能康復(fù)訓(xùn)練可以有效改善細(xì)的樹(shù)突棘數(shù)量；在衰老的大腦中需要細(xì)的樹(shù)突棘以重建或恢復(fù)突觸可塑性與學(xué)習(xí)潛力。,.,23,高級(jí)認(rèn)知加工的樹(shù)突可塑性,學(xué)習(xí)和記憶等高級(jí)認(rèn)知加工過(guò)程伴隨樹(shù)突可塑性。無(wú)論是在青春期還是成年期,學(xué)習(xí)均可引起新樹(shù)突棘的快速形成,并導(dǎo)致先前存在的舊樹(shù)突棘快速消亡；不同的運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)，引起不同棘的形成和消亡，證實(shí)不同的記憶編碼在不同的突觸群中(Xuetal,2009;ZivTask3:說(shuō)出名詞，讓被試說(shuō)出看到或聽(tīng)到的名詞，該過(guò)程包括單詞感知和言語(yǔ)運(yùn)動(dòng)；Task4:產(chǎn)生動(dòng)詞，如看到“錘子”，則可說(shuō)出“敲打”;控制任務(wù):要求被試注視一個(gè)十字符號(hào)，作為基線水平。,.,79,采用減法設(shè)計(jì)以言語(yǔ)感知（看和聽(tīng)）狀態(tài)下的區(qū)域腦血流減去基線水平的區(qū)域腦血流得到的是純粹的感知狀態(tài)下的區(qū)域腦血流；以言語(yǔ)運(yùn)動(dòng)任務(wù)時(shí)的區(qū)域腦血流減去相應(yīng)的言語(yǔ)感知狀態(tài)下的區(qū)域腦血流得到的是純粹的“說(shuō)出名詞”的區(qū)域腦血流；以完成聯(lián)想任務(wù)時(shí)的區(qū)域腦血流減去言語(yǔ)運(yùn)動(dòng)任務(wù)的區(qū)域腦血流得到的是純粹的“產(chǎn)生動(dòng)詞”的區(qū)域腦血流。,.,80,.,81,功能性磁共振成像,1936年，氧合血紅蛋白與脫氧血紅蛋白的磁化率不同；1982年，論證了脫氧血紅蛋白的磁共振信號(hào)衰減速度比氧合血紅蛋白快；1986年，腦活動(dòng)時(shí)神經(jīng)元活動(dòng)、能量代謝和血流動(dòng)力學(xué)變化(腦血流、腦血流容積、以及血氧變化)三者之間存在密切聯(lián)系。,.,82,功能性磁共振成像與PET的基本思想是一致的，功能性磁共振成像不需要放射性物質(zhì)，而是要求被試在磁共振機(jī)器中完成一個(gè)認(rèn)知任務(wù)。該機(jī)器生成一個(gè)磁場(chǎng)誘使氧分子內(nèi)的微粒發(fā)生變化，越活躍的區(qū)域需要越多的有氧血液，所消耗氧氣的差異成為功能性磁共振成像測(cè)量的基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算機(jī)分析，形成腦活動(dòng)生理機(jī)能最準(zhǔn)確的信息。,.,83,五、近紅外功能成像(fNIRS),動(dòng)態(tài)檢測(cè)腦功能的方法?？梢詼y(cè)量腦活動(dòng)時(shí)氧合血紅蛋白、脫氧血紅蛋白和細(xì)胞色素氧化酶等的變化，同時(shí)得到與刺激相關(guān)的細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外活動(dòng)的改變；可以同時(shí)檢測(cè)神經(jīng)元活動(dòng)、能量代謝以及血液動(dòng)力學(xué)的變化；時(shí)間分辨率較高，簡(jiǎn)便易行、價(jià)格低廉和無(wú)損傷性等特點(diǎn)。發(fā)現(xiàn)了不同腦區(qū)間存在自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)整合的新證據(jù)(Lu,Zhu,JNM,2010)。,.,84,.,85,六、MEG技術(shù),MEG（magnetoencephalography）腦磁圖也叫腦磁圖儀，是一種應(yīng)用腦功能圖像檢測(cè)技術(shù)對(duì)人體實(shí)施無(wú)侵襲、無(wú)損傷的大腦研究和臨床應(yīng)用設(shè)備。MEG有助于解答以下問(wèn)題：腦部正在進(jìn)行什么活動(dòng)？它來(lái)自腦的什么區(qū)域？腦的不同部位承擔(dān)何種職能？在目前所有的腦部掃描方法中，MEG對(duì)神經(jīng)細(xì)胞的解析度最高。,.,86,七、穿顱磁刺激技術(shù)（TMS）,TMS（transcranialmagneticstimulation），“TMS”是根據(jù)電磁感應(yīng)的原理，大腦是一個(gè)“電力器官”，利用脈沖磁場(chǎng)激活大腦神經(jīng)線路，可緩解壓力、增進(jìn)認(rèn)知、克服疲勞。,.,87,腦是由眾多神經(jīng)細(xì)胞相互連接所構(gòu)成的器官，神經(jīng)細(xì)胞間通過(guò)脈沖放電和神經(jīng)遞質(zhì)相互傳遞信息。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)戴在頭上的頭部磁刺激線圈在頭皮附近啟動(dòng)時(shí)，一個(gè)迅速變化的強(qiáng)磁場(chǎng)就會(huì)不受阻礙地穿過(guò)頭部皮膚和頭骨，在大腦神經(jīng)系統(tǒng)引起感應(yīng)電場(chǎng)，感應(yīng)電場(chǎng)引起神經(jīng)細(xì)胞膜兩側(cè)的離子濃度變化和膜的穿透性變化，從而使神經(jīng)細(xì)胞膜極化而產(chǎn)生神經(jīng)電脈沖，激活大腦中控制疲勞和清醒的特殊區(qū)域,.,88,應(yīng)用,基礎(chǔ)研究上，使健康者的腦部產(chǎn)生暫時(shí)性的“功能關(guān)閉”，了解人類語(yǔ)言和空間感等基本神經(jīng)機(jī)制；提高人的認(rèn)知能力，如學(xué)習(xí)和記憶能力；改變?nèi)说纳锕?jié)律以適應(yīng)特殊情況的需要,如戰(zhàn)爭(zhēng)；,.,89,臨床應(yīng)用方面，用于診斷和治療由神經(jīng)系統(tǒng)功能損傷引