认知神经科学进展—进化的观点.ppt

进化论及其发展 摩尔根 果蝇实验 (20世纪初)： 发现性状分离源于染色体重组 完善了进化论的遗传依据 现代进化论 注重遗传学因素 关注社会文化的影响 图2 摩尔根的红白眼果蝇性状分离实验 进化的基本概念 进化的动力是自然选择 进化是以物种表现型的变异来实现的 表现型： 能够观测到的特质或一系列特征。包括： 形态结构：手、脚、心脏、肾… 神经结构：外侧膝状体、新皮质… 神经特性：视网膜神经细胞开关… 生物行为：松鼠贮藏食物的行为… 表现型由生物基因型和环境共同产生，进化演变最终由基因决定 进化的机制 基因突变 (mutation) 影响生物发展的、在生物基因结构上发生的突然变化 突变结果既有可能是负性正性的，也有可能是中性的。 基因重组 (recombination) 现有基因的等位基因位置发生变化 基因漂流 (genetic flow) 相同物种中个体迁移到某个特定群体，并形成杂交 基因隔离 (genetic isolation) 某个群体因为陆地或水体的变化而被孤立，不能与群体之外的个体交配 图3 基因突变导致镰刀型贫血症 目录 进化的理论 研究进化学的方法 进化的形式 进化的神经生物学基础 研究进化学的方法：比较神经解剖学 概念 目标 具体应用 比较神经解剖学: 概念 通过跨物种之间神经结构的比较，研究神经系统形成的原因，同时也强调基因和环境对生物进化的作用。 来源于Brodman 对跨物种之间大脑皮质细胞结构的比较。 图4 Broadman描述的新皮质：（a）人脑的细胞结构学分区，（b）狨猴的细胞结构学分区，（c）食蚁刺的细胞结构分区。不同的黑白纹理区代表不同的区域，具有不同的细胞结构表明。 Brodman采用Franz Nissl染色法对人 类大脑和其它哺乳动物的大脑皮质进 行了区分。发现BA17在他所能检测的 物种上都能找到，说明它们是从同一 个祖先进化而来。此外，BA22只存在 于灵长类动物身上。 比较神经解剖学: 目标 溯源 探索大脑和行为进化的历史 如，大脑是如何拥有现在的组织的？ 规则 了解引起神经系统发生变化的机制。 如，神经系统的发育受到哪些限制。 推广 将从一种物种中发现的组织和功能原理推广到包括人类的其它物种的研究中去。 比较神经解剖学: 具体应用 探寻同源 同源是指其结构、行为或者基因来自共同的祖先 人的手和猴的手、蝙蝠的翅膀是同源的（具有相同的组织结构） 猕猴的MT区和枭猴、婴猴是同源的（具有相同的脑结构） 区分同形 同形是指具有相同的外形，但不来自同一个祖先的结构 蝙蝠的翅膀和苍蝇的翅膀同形不同源 大脑结构中也有同形不同源，如啮齿类动物和有袋类动物的桶状区域 图5 对刷尾负鼠和家鼠桶状皮质进行细胞染色后的比较 比较神经解剖学: 具体应用 采用外群体比较法，依据简约性原则对未知群体得出最准确判断 外群体比较法：通过检验一个群体的亲近姐妹群确定它们是否具有相同的结构。 简约性原则：指研究者在对一个外群体进行比较后，最后的假说就是用最少的转换次数来解释某种现象的假说。 例一 通过外群体比较法推论人类是否拥有A特质 图6 外群体比较可用于推论未知群体，如共同的祖先或无法研究的现存群体（人类）。类人猿与人类关系亲缘较近，新大陆猴、旧大陆猴与人类亲缘较远。如果我们队人类大脑的某种特点（A）特质感兴趣，虽然我们无法直接研究，但我们可以通过外群体比较得出比较正确的推论。相对正确的推论。 例二 对猫和灵长类动物运动区的比较 猫和枭猴运动区的比较。尽管这两个运动区都可以对运动刺激作出反应， 但是它们不是同源的，因为猫和灵长类动物的亲缘关系过远且缺乏二者中间的族群。 这两个区是同形的，可能是因为 用于检测运动物体的选择压力是相 同的的。 图7 以确定的（a）猫和（b)灵长类均存在的一个运动区。猫的这个区域叫做后内侧薛氏（PMLS）区，灵长类的这个区域叫做MT区。 例三 比较法可以确定MT区在何时在灵长类动物上进化 视觉组织和MT区的相对位置在婴 猴、枭猴和猕猴是相似的。MT区的 细胞结构外观以及与初级视觉区的直 接连接进一步支持了MT区在所有的灵长 类动物上是同源的这一假说。 MT区在树鼬这一亲缘关系较远的群 体上投射为TD区。暂无证据表明它们 同源。 目前看来，MT区似乎是在原猴（婴 猴）以前早期灵长目的分支，在树鼬 之后所出现的。 图8 比较法可以确定（蓝色）何时在灵长类动物上进化。灰色阴影代表皮质上的沟裂。 对比较神经解剖学方法的评价 有一套系统的理论，能跨物种的比较动物神经系统，探索进化的根源。 动物的形体和结构变化很大，试图确定大脑组织的相似性和独特性是很困难的。 人类和其它灵长类动物的前联合