神經(jīng)形態(tài)學(xué)方法賈棟

腦細(xì)胞，主要包括神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。腦細(xì)胞不可再生，一旦發(fā)育完成后，再也不會(huì)增殖。人的一生就只有出生時(shí)那個(gè)數(shù)目的腦細(xì)胞可供利用，大約140億個(gè)。腦細(xì)胞處在一種連續(xù)不斷地死亡且永不復(fù)生增殖的過程，死一個(gè)就少一個(gè)，直至消亡殆盡。人到20歲之后,大腦開始衰老，腦細(xì)胞就開始以每天10萬個(gè)速度遞減，人們一直認(rèn)為大腦只開發(fā)了10%左右，這種謬論統(tǒng)治了人類將近100年，最近的核磁共振顯示，人類大腦的每個(gè)地方都是高效利用的，大腦開發(fā)率高達(dá)100%，并不存在所謂的沉睡，閑置細(xì)胞。第一頁，共59頁。一般人認(rèn)為，腦細(xì)胞密密麻麻地排列著，如電路一般，微弱的電流流過這些腦細(xì)胞并傳達(dá)著大腦的命令。事實(shí)上并非如此，細(xì)胞與細(xì)胞之間并不直接連結(jié)，中間均存在著小小的縫隙。充當(dāng)導(dǎo)線作用的是彌散在細(xì)胞與細(xì)胞之間的神經(jīng)遞質(zhì)，它們充當(dāng)著腦內(nèi)信息的傳遞者。這種神經(jīng)遞質(zhì)分泌于突觸前體，大腦的各個(gè)地方，大腦通過電沖動(dòng)經(jīng)神經(jīng)傳播到神經(jīng)突觸，神經(jīng)突觸釋放神經(jīng)遞質(zhì)向全身傳遞指令，于是身體也分泌同樣的神經(jīng)遞質(zhì)，通過這種神經(jīng)遞質(zhì)接受信息的細(xì)胞根據(jù)命令采取行動(dòng)。也有人把腦細(xì)胞比作一個(gè)微小的生物電池，隨時(shí)準(zhǔn)備放電。荷電的元素稱為離子，它們?cè)谀X細(xì)胞內(nèi)外的數(shù)量不等，從而在細(xì)胞膜兩側(cè)形成微小的電位差。人類腦細(xì)胞內(nèi)部記錄到的電位要比外部低70毫伏（以-70mV表示），這種電位稱為靜息電位，這種細(xì)胞膜“外正內(nèi)負(fù)”狀態(tài)稱為極化。從另一個(gè)腦細(xì)胞傳來的信息改變了靜息電位，使其負(fù)值改變，到達(dá)一個(gè)稱為閾的水平，引起放電。人類腦細(xì)胞的閾約為-55mV，當(dāng)達(dá)到此值時(shí)，腦細(xì)胞就產(chǎn)生一種沿軸突傳播的電變化，稱為動(dòng)作電位或神經(jīng)沖動(dòng)。神經(jīng)沖動(dòng)引起遞質(zhì)釋放的同時(shí)，還伴有電位變化。腦是由腦細(xì)胞（神經(jīng)元）構(gòu)成的一種網(wǎng)絡(luò)組織，是通過腦細(xì)胞之間的信號(hào)傳導(dǎo)來發(fā)揮功能的。顯然，腦的基本結(jié)構(gòu)單位非常單純而明確。換言之，腦由單一功能的神經(jīng)元和支持神經(jīng)元功能的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞組成。神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞主要包括星形膠質(zhì)細(xì)胞和施旺細(xì)胞。星形膠質(zhì)細(xì)胞因其形狀類似于海星而得名，它與血管內(nèi)皮細(xì)胞是構(gòu)成血腦屏障的重要物質(zhì)。而施旺細(xì)胞呈薄片狀纏繞在軸突上，形成所謂的髓鞘。髓鞘部分不導(dǎo)電，因此具有較好的電纜特性，大大提高了動(dòng)作電位的傳導(dǎo)速度，可以使腦細(xì)胞之間的信息傳遞處于超導(dǎo)狀態(tài)。經(jīng)科學(xué)測(cè)算，有神經(jīng)髓鞘和沒有神經(jīng)髓鞘兩種情況下的神經(jīng)傳導(dǎo)速度會(huì)相差大約一萬倍之巨。當(dāng)神經(jīng)髓鞘出現(xiàn)斷層或受損時(shí)，記憶、思維等心智活動(dòng)的時(shí)效速率會(huì)大大降低。第二頁，共59頁。近日，據(jù)國外媒體報(bào)道，德國著名物理學(xué)家和其領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種超高分辨率的顯微鏡，這種神奇的顯微鏡可窺探活腦細(xì)胞的活動(dòng)，這一科研成果為成功研制新一代精神治療藥物鋪平了道路，相關(guān)論文“NanoscopyinaLivingMouseBrain，”刊登在了國際著名雜志Science上。自從科學(xué)家開始研究大腦，他們希望能夠更好地觀察腦內(nèi)活動(dòng)。研究人員之前只能在電子顯微鏡下觀察死亡的細(xì)胞，但他們從來沒有能夠在高分辨率的設(shè)備下微觀地觀察一個(gè)活的動(dòng)物的腦細(xì)胞在內(nèi)部運(yùn)作的狀態(tài)。現(xiàn)在，由于著名物理學(xué)家斯特凡？赫爾（StefanHell）和他在德國馬克斯？普朗克研究所的同事們的研究成果，這個(gè)夢(mèng)想得以實(shí)現(xiàn)。赫爾和他的團(tuán)隊(duì)近日在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇論文，描述他們的這一奇妙發(fā)現(xiàn)。赫爾和同事已花費(fèi)多年時(shí)間研究超高分辨率顯微鏡，名稱為“受激發(fā)射損耗(STED)”顯微鏡。在近日的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，他們切掉了一只老鼠的頭骨的一小部分，然后用一個(gè)玻璃窗取代，然后利用STED顯微鏡對(duì)玻璃窗內(nèi)的情況進(jìn)行觀察，使這一研究發(fā)展到一個(gè)全新的水平，使科學(xué)家更容易地看到大腦內(nèi)的微觀環(huán)境。該研究團(tuán)隊(duì)首次從基因方面改造小鼠，使某些腦細(xì)胞發(fā)熒光。然后重點(diǎn)研究發(fā)熒光的細(xì)胞，他們?cè)赟TED顯微鏡上增加了軟件，完全清除不亮的部分。結(jié)果顯示，存在于一個(gè)活生生的老鼠大腦外部部分的神經(jīng)元的超高分辨率實(shí)時(shí)圖像。新的顯微鏡提供清晰的圖像，分辨率下降到70納米，清晰度是普通顯微鏡的四倍，足以讓科學(xué)家看到樹突棘（dendriticspines）的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，這可能有助于研究人員理解它們的運(yùn)動(dòng)機(jī)制。研究人員很可能將發(fā)現(xiàn)新型顯微鏡許多不同的用途。其中一個(gè)突出的領(lǐng)域，幾乎肯定會(huì)涉及到作用于突觸內(nèi)的精神治療藥物，可能將能夠使更好地針對(duì)特定疾病的藥品的研究獲得突破。然而，任何新的科學(xué)突破的一個(gè)缺點(diǎn)是，許多自然趨勢(shì)都受激勵(lì)的推動(dòng)，不知道接下來會(huì)發(fā)生什么。在這種情況下，赫爾和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始考慮進(jìn)一步的研究方法，使研究人員能夠在這種高分辨率的圖像中研究任何活腦細(xì)胞，而不只是表面上的腦細(xì)胞。（第三頁，共59頁。神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域涉及多學(xué)科、多層次的研究，該領(lǐng)域的相關(guān)研究方法范圍廣，數(shù)量多，程度深淺不一，主要包括了神經(jīng)細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、神經(jīng)形態(tài)學(xué)技術(shù)、電生理實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及相關(guān)動(dòng)物模型技術(shù)等。第四頁，共59頁。5第五頁，共59頁。第六頁，共59頁。第七頁，共59頁。第八頁，共59頁。第九頁，共59頁。第一節(jié)傳統(tǒng)的神經(jīng)解剖學(xué)研究技術(shù)的形成過程及其基本內(nèi)容第十頁，共59頁。

19世紀(jì)中葉，由于化學(xué)工業(yè)的興起，產(chǎn)生了大量化學(xué)染料，把它們用于神經(jīng)組織的染色，使認(rèn)識(shí)腦的結(jié)構(gòu)成為可能。第十一頁，共59頁。第十二頁，共59頁。第十三頁，共59頁。第十四頁，共59頁。第二節(jié)標(biāo)記法的出現(xiàn)—20世紀(jì)70年代神經(jīng)解剖學(xué)研究方法的革命性變化第十五頁，共59頁。第十六頁，共59頁。第十七頁，共59頁。第十八頁，共59頁。第十九頁，共59頁。第二十頁，共59頁。第二十一頁，共59頁。一、HRP標(biāo)記方法1.辣根過氧化物酶(horseradishperoxidase,HRP)2.HRP的特點(diǎn)：分子量40kD，直徑3nm3.HRP的純度值（RZ值=405nm/275nm吸收值）第二十二頁，共59頁。第二十三頁，共59頁。第二十四頁，共59頁。二、其它研究神經(jīng)纖維聯(lián)系的示蹤方法1.熒光素示蹤技術(shù)2.同位素示蹤技術(shù)3.PHA-L、CTb、BDA等的示蹤技術(shù)第二十五頁，共59頁。第二十六頁，共59頁。第二十七頁，共59頁。第二十八頁，共59頁。FG注射區(qū)FG逆標(biāo)神經(jīng)元第二十九頁，共59頁。PHA-L順標(biāo)示蹤結(jié)果第三十頁，共59頁。第三十一頁，共59頁。第三節(jié)免疫學(xué)與組織化學(xué)原理結(jié)合的結(jié)晶——化學(xué)神經(jīng)解剖學(xué)第三十二頁，共59頁。第三十三頁，共59頁。第三十四頁，共59頁。第三十五頁，共59頁。第三十六頁，共59頁。第三十七頁，共59頁。第三十八頁，共59頁。第三十九頁，共59頁。第四十頁，共59頁。第四十一頁，共59頁。第四十二頁，共59頁。第四十三頁，共59頁。第四十四頁，共59頁。第四十五頁，共59頁。第四十六頁，共59頁。第四十七頁，共59頁。第四十八頁，共59頁。第四十九頁，共59頁。第五