神经生物学的前世今生
卢志恒
化工学院2011级学号:20110702032 生物工程(一)班
摘要:基于神经生物学在未来的美好的发展前景,为使人们加深对脑科学的了解,本文从脑的高级功能出发简要介绍了本学科的,基本内容,历史发展,研究概况,研究方法,研究方向及未来趋势,较全面的介绍了神经生物学。
关键字:脑;神经;心理学;抑郁症;高级功能
神经生物学就是研究神经的,有脑、脊髓和周围神经。
专门研究神经系统的结构、功能、发育、遗传学、生物化学、生理学、药理学及病理学的一门科学。
对行为及学习的研究都是神经科学的分支。
对人脑研究是个跨领域的范畴,当中涉及分子层面、细胞层面、神经小组、大型神经系统,如视觉神经系统、脑干、脑皮层。
大脑是宇宙中最复杂的东西,人们对大脑至今仍不甚了解,它的魅力和其极致诱惑力最显著地体现就是:它是怎样产生人类复杂而又美妙的思想的?人类的思想算的上是宇宙的一大奇迹,而它是怎样产生的?在那方寸的大脑里到底发生了什么?这应该就是研究大脑的动机之一了。
人类对脑好奇的时间也不是很短了,但真正对脑做研究的时间却不长。
对于思想,人们最初是以为心是最主要的。
从很多留存的成语,古汉语或古英语中可以看的出来。
我不知道后来的人们怎么发现脑袋的作用的,但这应该算是一个伟大的发现。
对人类而言,细胞会在受精后大约三个星期的过程中从受精细胞发展出神经细胞和脑[1],对脑的研究现在有很的吸引人的地方,如与精神病学有关的,研究与抑郁症有关的大脑,神经层面的原因,与人们对毒品的成瘾原因,人类智能的形成原因,还有从大脑的处理信息的方式上受到启发而设计与人神经网络模型相关的计算机,算法,研制人工智能的系统,就像黑客帝国里的一样,现在已经有了一些结果,麻省理工做的最好。
很渴望的能达成的目标就是制出与人类智能匹敌的系统和解开人类思想的最深处的原因,分别是是计算机领域的和精神认知领域的。
而很实际的目标则是医治人类的各种神经和心脑血管疾病。
研究方法,随着时代的发展,神经科学在不断进步,对于神经科学领域的研究方法,也在不断发展,而一门学科研究所用的技术方法,往往体现着这门学科的思想。
每当技术方法出现新的革命性的发展,必然导致认识水平的上升一个新的台阶,神经解剖学研究技术,也经历了很多变化,传统的技术方法有以下几种。
Golgi法,1873 年,意大利细胞学家 Camillo Golgi在《Gazzetta Medica Italiana》杂志上发表了一篇题为“脑灰质结构”的短文,文中介绍了他经过长时间系列的尝试性研究,终于找到了一种用金属浸染的方法能清楚地观察到神经组织的成分,这就是“黑色反应”的发现。
这种染色法是将神经组织在重铬酸钾溶液中被固定,并以硝酸银沉着于神经组织而使之显色。
这一染色法至今仍被广泛应用,并被称为 Golgi 染色法。
Cajal法,大约一个世纪以前,神经科学之父卡哈尔(Santiago Ramon y Cajal)在Golgi染色法的基础上创造了还原硝酸银染色法,从而观察到神经的细微结构;神经学由此开始以细胞形态来划分神经元的种类,比如大脑新皮质的神经元依据其形态可分为锥体细胞 (Pyramidal cell)、颗粒细胞(Granular cell)和梭形细胞 (Fusiform cell)三大类。
Nissl法,Franna Nissl (1860-1919) 1892年创立了Nissl染色法,以发现Nissl 小体和Nissl变性而闻名。
Weigert法,Weigert于1898年建立的弹力纤维染色法,能够显示出很纤细的弹力纤维,被病理实验室视为常规的弹力纤维染色法。
但Weigert液的配制过程繁杂:盐基性品红、间苯二酚(雷锁辛)和蒸馏水混合后,加热至沸腾,缓慢加入三氯化铁水溶液,玻璃棒须不断搅拌,继续煮沸2~5 min,冷却后过滤,弃去滤液,将滤纸和沉淀物置干燥箱内烘干后,再加95%乙醇,水浴煮溶沉淀物,拿出滤纸,冷却后过滤,补足蒸发的乙醇量,最后加入浓盐酸,摇匀备用。
Nauta法是50年代后期才成熟的一种选择银染变性神经纤维的方法,对神经束路学的研究起了很大的推动作用[2]。
人类是如何认识脑的?可以从不同水平进行脑的研究,如:观测大脑对整体行为的调控、认识某些脑区或核团的结构和机能的关系、剖析特定的神经网络或神经局部回路、研究神经细胞的发育和衰老等等,研究可以用损伤法,电刺激脑技术,孤立脑[3]。
对脑的智能的研究,脑并不是把感觉器官所接收到的全部信息都存储起来,
而只是存储一些经过学习获得并对生物体具有某种意义的信息[4]。
现在已经知道一些脑损伤可能导致健忘症。
如:缺氧;车祸或工作中的脑部外伤性损害;病毒、细菌或是寄生虫;脑部血管疾病等[5]。
脑对人类心理的影响,不论我们是否处于压力之下,另一陈旧但系统性的问题,却束缚了我们实现心里的目标,大多数人都时不时“心不在焉,想入非非”[6]。
Slater 的研究,单卵双生子共同出现焦虑症状者为65%,双卵双生子为13%,单卵双生子同患焦虑症的一致率为50%,双卵双生子的同病一致率为2.5%[7]。
最高层次的研究就是结合认知科学成为认知神经科学,其专家被称为认知心理学家。
一些研究人员相信认知神经科学提供对思维及知觉的全面了解,甚至可以代替心理学。
一些研究认为自杀行为有其神经生物学基础,但在考虑生物学因素时也必须考虑环境因素、社会心理因素及其个人因素的重要影响[8]。
上世纪60年代一位美国医生因为发展了针对精神病人的脑前额叶切除手术,使得狂躁的病人变得极为温顺,而获得了诺贝尔生理及医学奖,一部美国电影《飞越疯人院》讲述了经过这种手术后的精神病人的状况,现在看来是极为不人道的,后来有了新的药物治疗的方法,这种手术治疗也就被舍弃。
神经科学致力于科学地研究神经系统。
尽管神经科学学会成立于1969年,但是对于大脑的研究很早就已经开始。
其研究范围包括对神经系统的结构,功能,进化史,发育,遗传,生物化学,生理学,药理学,生物信息学,计算神经生物学和病理学研究。
传统的神经科学是生物科学的一个分支。
然而,近年来神经科学开始与其他学科有了越来越多的交叉与融合,如认知和神经心理学,计算机科学,统计学,物理学,哲学和医学科学。
未来方向,可以从目前的发展态势加以预测。
在脑的高级功能方面,我们从眼下的研究进展,当然也可以作一点预测。
例如,对于学习、记忆分子机制将会有更深入的了解;利用脑成象技术对神经元活动和精神现象间的关联的认识将不断有所进展等等[9]。
但是,我们必须清醒地意识到,在真正意义上对脑的高级功能,特别是复杂高级功能(语言、智力、思维、意识等)的认识还刚刚开始,还存在着巨大的知识上的鸿沟,这种鸿沟产生的根本原因,在于对精神现象变幻莫测的多样性,还缺乏有力的研究工具,在治疗上,心理疾病或需要进行心理干预的躯体疾病患者常存在免疫系统的功能异常。
免疫系统包括细胞免疫和体液免疫,由
于机体存在多种免疫因子,心理治疗对免疫系统影响的研究缺乏系统性,结果不一[10]。
近年来,基因、分子、细胞、影像等实验证据表明抑郁症是和应激密切相关的反复发作的慢性脑疾病。
其主要临床症状涉及情绪、奖赏、认知等高级脑功能。
随着抑郁症神经生物学研究的深入。
基因与环境相互作用导致神经可塑性改变将成为揭示“抑郁大脑”的重要途径,为抑郁症的预防与治疗提供新思路和新途径[11]。
参考文献:
[1](德)马德亚著,韩平译.头脑秘境.长春:吉林出版集团有限责公司,2010.11
[2]李继硕.神经科学基础.北京:高等教育出版社,2002,101-103
[3]孙久荣.脑科学导论.北京:北京大学出版社,2001.12,7-14
[4]丁斐.神经生物学.北京:科学出版社,2007,279-280
[5](美)埃尔克诺恩·歌尔德伯格著,郭威译.智慧之矛盾.上海:上海科学技术文献出版,2009.1,78-80
[6](美)马库斯著,陈进译.乱乱脑.北京:中国人民大学出版社,2009,136-138
[7] 袁勇贵.抑郁症和焦虑症的神经生物学研究.中国临床康复.2002年9 月第6 卷第17期,2516-2517
[8] 陈建梅,况利. 青少年儿童自杀行为的流行病学特点[J]. 重庆医学,2005,34(1),125
[9] 关于世纪之交神经生物学发展的思考———中国科学院院士杨雄里教授访谈录 .生物化学与生物物理进展.北京:科学出版社,2000,27(2),115-118
[10] 王纯,张宁.心理治疗的神经生物学影响. Chinese Mental Health Journal,Vol 22,No.11,2008,856-858
[11] 毛榕榕,田孟,徐林.抑郁的大脑:抑郁症的神经生物学研究和抗抑郁新药研发. Chinese Journal of Nature V01.31 No.3。