神经生物物理学研究的概况及展望.doc

课程名称： 主讲教师： 学号 姓名 成绩 ： 神经生物物理学研究的概况及展望 摘 要：当今感官和神经系统研究潮流的特点是其明确的目的性。首先在于临床和保健的需要。与生物物理学科关系密切的研究，例如神经的递质、受体、离子通道等，为此项研究开辟了广阔的前景。各种物理手段对脑病的检测和治疗也受到高度重视。其次，工程技术，特别是智能计算机的研究，要求了解脑的功能及结构原理。再其次，脑的高级功能研究，包括认知、学习、记忆、智力等神经生物学研究和模型研究，不但具临床意义，对最终认识脑功能也是不可缺少的。 关键词：脑研究、神经生物物理学、研究概况、展望 研究的意义和内容 在生命进化的漫长历程中，出现了能对内外环境变化作出反应的神经系统。神经系统连同有关的感觉器官在高等动物，特别是在人体内得到了高度发展，其结构上的标志是出现了大脑皮层。在功能上，大脑是最有效的信息处理、存贮和决策机构。人类在认识和改造世界的同时也在不断加深对自身的认识。现代分子生物学的出现对生命之树盘根错节的关系在分子水平上作了阐述。但是，人对自身这个能够认识和改造世界的大脑仍迷惑不解。从探索脑正常功能的角度，脑研究所要解决的问题可以归纳为:人和动物如何感知周围世界?脑是怎么把信息存贮起来，又加以利用的?脑是如何计划并支配行动的?思维是如何产生的，如何作出推理、判断和决策? 对脑研究的关心并不只是神经生物学工作者特有的兴趣，很多其他专业的科学家，包括在自己领域里已作出突出贡献的科学家也转而投人脑的研究。诺贝尔奖获得者英国科学家克里克(任.日.C「ick)说:’’没有哪一种研究对人类的重要性超过对人自己脑的研究，我们对宇宙的全部看法都有赖于这种研究”，说出了脑研究的深远哲学意义。为了推动脑研究，1989年美国国会通过了85名议员联合提出的议案，把90年代定为“脑的十年”。现在人们把脑研究说成是人类自身研究的核心问题，是人类所要攻克的最后堡垒之一。 不可否认，在历史上和现代，很多人研究脑是由于他们对理论的执着的探索精神和对揭露脑奥秘的浓厚兴趣，但现在则主要是由于它对改善人类的健康和创造手段方面有巨大的实际意义。首先，脑的基础研究与临床医学有密切关系。仅就美国而言，常年有5000万人受脑功能失调或脑功能丧失的影响，每年要为脑病治疗和康复花费巨额费用。开展脑基础研究可以借助于分子生物学技术，防止和治疗诸如亨廷顿舞蹈症和早老性痴呆等遗传性神经失调症，可以从根本上治疗神经化学缺陷造成的失调，例如巴金森氏症;借助于正电子发射断层术等无损伤测量技术，可以观察不同脑区的活动，确定功能障碍的部位，研究递质在脑内的行为，以及诸如记忆等脑内复杂活动的神经基础。脑基础研究对治疗老年人的神经性、精神性、心理性失调和能力丧失，对了解滥用药物对脑功能的影响及制订防范措施也都有不可估量的潜力。其次，脑及有关的感觉器官，作为一种无与伦比的信息加工、贮存和决策系统，是很多计算机科学家和其他技术科学家模拟的对象。在感觉系统，特别是在视觉系统中发现的侧抑制原理，感受野的概念，皮层功能柱结构，和并行、分层次处理信息的方式是神经系统的普遍原则，对设计新型计算机具有宝贵的启示。 在这个领域内，各学科互相渗透，互相配合，已形成了一个研究内容广泛(从分子水平到整体的意识和行为)的新学科一一神经科学。神经科学是由一个器官系统而不是根据研究方法或研究水平定义的学科，这个特点决定了它与其它很多学科有所交叉和重叠。另一方面，生物物理学是以物理学的思想、理论和方法研究生物现象的学科，涉及到生物学的各个分支学科，是神经科学不可或缺的组成部分。仔细考察可以看出神经科学与生物物理学重叠主要涉及如下内容:离子通道;感受器机制;突触机制，递质和受体;与信息处理有关的研究;行为及其控制;脑功能的物理测量。 研究的概况 （一）、离子通道研究 神经系统的功能主要是通过电信号在神经网络中的活动实现的，而电信号则是神经细胞膜内外离子穿过膜运动引起的。可见研究神经细胞膜上的离子通道的结构和性质非常重要。离子通道功能部分由孔道、门和受体组成。化学和电压门控性离子通道多属于内在受体通道。这种通道的所有功能都集中在一个蛋白质大分子上。遥远受体通道的受体与孔道不在同一个蛋白质大分子上。其门控是受第二信使或细胞内递质启动的。现已知神经细胞膜上至少有7种KZ+通道，3种Na+通道和3种ca+通道。一般地说，离子通道的研究内容主要包括:通道分子结构与功能关系、通道门控机理和调制机理和各种生物活性物质对通道的作用、结合特点和开关动力学研究。 1、电压门控的离子通道 离子通道的开或关由膜电位控制。现已能将分离纯化了的钠通道，重组到人工膜上而保留通道功能。钠通道蛋白的a亚基有1820个氨基酸残基。它有