52神經(jīng)活動(dòng)的記錄與誘發(fā)

1、第二節(jié)第二節(jié) 神經(jīng)活動(dòng)的記錄與誘發(fā)神經(jīng)活動(dòng)的記錄與誘發(fā)當(dāng)神經(jīng)通路執(zhí)行證常功能時(shí)，電活動(dòng)、代謝活性和化學(xué)分泌增強(qiáng)。通過(guò)觀察在動(dòng)物感知刺激或從事各種活動(dòng)時(shí)的神經(jīng)活性，對(duì)不同腦區(qū)的功能做出推測(cè)。腦內(nèi)信息表達(dá)腦內(nèi)信息表達(dá)神經(jīng)元的興奮模式神經(jīng)元的興奮模式動(dòng)作電位動(dòng)作電位 1 1 神經(jīng)活動(dòng)的記錄神經(jīng)活動(dòng)的記錄1.1 微電極記錄：微電極記錄：微電極用來(lái)記錄單個(gè)神經(jīng)元的電活動(dòng)，微電極記錄的信號(hào)微小，必須經(jīng)過(guò)放大器處理。1.2 粗電極記錄：粗電極記錄：不能探測(cè)單個(gè)神經(jīng)元的活性，而是記錄電極所 域成千上萬(wàn)個(gè)細(xì)胞的突觸后電位的總和。 腦電圖腦電圖1.3 腦磁圖描記法：腦磁圖描記法：當(dāng)動(dòng)作電位經(jīng)過(guò)軸突時(shí)或突觸后電位通

2、過(guò)樹(shù)突、穿過(guò)神經(jīng)胞膜時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過(guò)腦磁圖掃描儀記錄下來(lái)。 1.1 微電極記錄用微弱電流直接作用于腦的個(gè)別部位而產(chǎn)生行為反應(yīng)的方法不損傷神經(jīng)元。但長(zhǎng)期記錄需要將電極固定在電插座上，然后用塑膠粘合劑貼在顱骨上。記錄5-ht神經(jīng)元和na神經(jīng)元的神經(jīng)活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)在rem睡眠時(shí)相這些神經(jīng)的放電率降低到接近零的水平。這個(gè)現(xiàn)象提示神經(jīng)元對(duì)rem睡眠有抑制作用。 1.2 粗電極記錄通常用貼在頭皮上的粗電極通過(guò)描記器記錄人腦的電活動(dòng)，描記器在移動(dòng)的記錄紙上描記出波形。這種記錄稱(chēng)作腦電圖(eeg) 。eeg常用來(lái)診斷癲癇癥、腦腫瘤或研究睡眠覺(jué)醒的階段。腦電圖的另一個(gè)用處是在可能有損腦功能的事件過(guò)程中監(jiān)控腦功能狀

3、態(tài)。有時(shí)，神經(jīng)外科醫(yī)生會(huì)把粗電極直接植入人腦，目的是為了探查導(dǎo)致頻繁抽搐的異常電活動(dòng)的來(lái)源，一旦病源被確定，外科醫(yī)生就能打開(kāi)顱骨，去除病灶-通常是既往腦損傷造成的疤痕組織。腦電圖腦電圖 19世紀(jì)后期，電測(cè)量和電記錄技術(shù)的發(fā)展，成為推動(dòng)當(dāng)代神經(jīng)科學(xué)的最大動(dòng)力之一 德國(guó)精神科醫(yī)生hans berger發(fā)現(xiàn)人腦存在持續(xù)的電活動(dòng)，而且可以記錄。腦電圖腦電圖 自發(fā)腦電活動(dòng)大腦皮層連續(xù)的節(jié)律性電位變化。 腦電圖（electroencephalogram，eeg）。廣義: 凡是外加一種特定的刺激作用于機(jī)體，在給予刺激或撤消刺激時(shí)，在神經(jīng)系統(tǒng)任何部位引起的電位變化 。 狹義： 凡是外加一種特定的刺激，作用于感

4、覺(jué)系統(tǒng)的某一部位，在給予刺激或撤消刺激時(shí)，在腦區(qū)引起的電位變化。腦電圖包含有多個(gè)頻率成分，一般劃分為四個(gè)波段腦電圖包含有多個(gè)頻率成分，一般劃分為四個(gè)波段節(jié)律類(lèi)別節(jié)律類(lèi)別頻率（頻率（hz）振幅（微伏）振幅（微伏） 明顯部位明顯部位心理狀態(tài)心理狀態(tài) alpha波812 50150枕、頂葉清醒、安靜、閉目 beta 波14301030前中央回和額葉皮層興奮 theta波47100150頂葉和顳葉睡眠 delta 波0.5320200額和顳葉深睡1.3 腦磁圖腦磁圖腦磁圖腦磁圖 是在腦殼上的磁強(qiáng)計(jì)測(cè)到的腦電活動(dòng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)a.腦磁圖裝置腦磁圖裝置超導(dǎo)量子干涉儀（超導(dǎo)量子干涉儀（squid）：）：傳感器電

5、子計(jì)算機(jī)優(yōu)勢(shì)：優(yōu)勢(shì)：meg可以記錄自發(fā)和誘發(fā)的腦活動(dòng)。時(shí)間分辨率可達(dá)毫秒級(jí)。局限性：局限性：設(shè)備過(guò)于高昂應(yīng)用用來(lái)找出待切除的抽搐病灶；用于實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)評(píng)不同感覺(jué)刺激，執(zhí)行不同行為或認(rèn)知任務(wù)過(guò)程時(shí)的腦區(qū)活動(dòng) 2 2 腦代謝記錄和突觸活動(dòng)記錄腦代謝記錄和突觸活動(dòng)記錄2.1檢測(cè)離子：特定腦區(qū)的神經(jīng)活動(dòng)增加，細(xì)胞膜上離子泵活動(dòng)增多，這一腦區(qū)的代謝率也會(huì)增高，這種代謝率的增高可以被檢測(cè)。2.2放射自顯影技術(shù)實(shí)驗(yàn)者通過(guò)給動(dòng)物注射放射性2-dg來(lái)測(cè)定代謝活性，這種放射性2-dg會(huì)累積在代謝旺盛的神經(jīng)細(xì)胞中，用照相乳劑覆蓋后一段時(shí)間顯影。具體做法：將具放射活性的2-脫氧葡萄糖 (2-dg)注人動(dòng)物血流中。 2

6、-dg被細(xì)胞攝取，細(xì)胞越活躍，消耗的葡萄糖越多，攝取的2-dg的濃度也越高。但2-dg不能被細(xì)胞代謝，仍留在細(xì)胞內(nèi)。實(shí)驗(yàn)者處死動(dòng)物后取腦組織制成顯微切片，腦片被制成顯微切片后置于黑暗的房間里，用感光劑(一種攝影膠卷上的物質(zhì))處理。幾周后，帶有感光劑的切片就像底片一樣沖洗 出來(lái)。具放射活性的2-dg同x線和光線一樣使感光劑曝光，呈銀色的點(diǎn)狀顆粒。2.3 特殊染色核蛋白法神經(jīng)元被激活后，核內(nèi)特定基因啟動(dòng)，產(chǎn)生特定的蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)位于細(xì)胞核膜上，染色發(fā)現(xiàn)這些核蛋白，則提示該神經(jīng)細(xì)胞剛剛被激活過(guò)。如fos是被激活的神經(jīng)元產(chǎn)生的核蛋白之一。在對(duì)雌性大鼠性行為所涉及的神經(jīng)環(huán)路的研究中，這一研究課題中使

7、用fos來(lái)觀察在雌鼠的性行為中哪些神經(jīng)元被激活。將雌鼠與雄鼠放在一起，便其交配。然后取出鼠腦制片，對(duì)fos蛋白染色。剛剛交配過(guò)鼠的杏仁內(nèi)側(cè)核中的神經(jīng)元里有許多黑點(diǎn)，提示該核蛋白存在。這些神經(jīng)元可能是被交配行為中生的生理刺激激活的。fos蛋白的存在提示定位腦活性區(qū)域。2.4 正電子發(fā)射斷層掃描正電子發(fā)射斷層掃描（positron emission tomography, pet） pet： pet原理原理根據(jù)神經(jīng)活動(dòng)中所放出的帶電正離子，使某些在神經(jīng)活動(dòng)中使用的化學(xué)物質(zhì)帶放射性，然后注入病人體內(nèi)。如病人接受放射性的2-dg注射(最終這種化學(xué)物質(zhì)降解，排出細(xì)胞外，該劑量對(duì)人體是無(wú)害的)，當(dāng)2-dg

8、的放性分子衰減時(shí)，機(jī)器發(fā)射亞原子物質(zhì)正電子，接受信號(hào)。計(jì)算機(jī)判斷哪一部分腦區(qū)吸收了放射性物質(zhì)，生成腦斷層圖像，呈現(xiàn)這一層面不同區(qū)域的代謝活性。 優(yōu)勢(shì)：優(yōu)勢(shì)：能在人腦中測(cè)量特定腦區(qū)的代謝活性，得到這些活性物質(zhì)代謝速率的機(jī)能動(dòng)態(tài)圖像?？臻g分辨率較高。局限性：局限性：損傷性設(shè)備費(fèi)用高昂：即要求每一臺(tái)pet配備一臺(tái)加速器。通過(guò)回旋加速器產(chǎn)生的放射核素，合成能發(fā)射正電子的放射性示蹤物 2.5 功能性磁共振成像fmri 從90年代開(kāi)始，發(fā)展不同的用mri測(cè)量腦的局部血流的技術(shù)， fmri是腦成像的最新進(jìn)展，工程師對(duì)原有的mri儀器進(jìn)行改造，使其能夠快速獲得影像，并通過(guò)探測(cè)腦血流含氧量檢測(cè)局部腦區(qū)代謝。 與

9、pet相比， fmri的辨析度更高，成像更快，能夠呈現(xiàn)有關(guān)特定腦區(qū)活性更精細(xì)的信息fmri技術(shù)技術(shù)各種技術(shù)的比較各種技術(shù)的比較1. 時(shí)間分辨率時(shí)間分辨率fmri、pet的時(shí)間分辨率受“血液動(dòng)力學(xué)”因素的制約；永遠(yuǎn)不能達(dá)到像eeg，meg那樣高的毫秒級(jí)的時(shí)間分辨率。2.空間分辨率空間分辨率 fmri可以獲得較高的空間分辨率空間分辨率。 eeg、erp的空間分辨率不如fmri， pet。3.損傷性損傷性 fmri：無(wú)損傷erp：無(wú)損傷pet：放射性某些特殊情況下 (例如監(jiān)測(cè)顱內(nèi)出血和腦外傷病人腦內(nèi)化學(xué)物質(zhì))，微透析也能用于人類(lèi)。雖然pet掃描器很昂貴，但它的用途廣泛，可以用于定位任何發(fā)射正電子的放

10、射性物質(zhì)。第4章序言中有人自己注射了受污染的違法藥物，這種藥物破壞了多巴胺能神經(jīng)元，他們出現(xiàn)類(lèi)似帕金森病的癥狀。最近，神經(jīng)外科醫(yī)生用立體定位手術(shù)將胚胎多巴胺能神經(jīng)元移植到其中一些病人的基底節(jié)。用pet掃描，這個(gè)病人每次掃描前1小時(shí)接受一次放射性l-dopa注射（l-dopa是多巴胺前體，被多巴胺能神經(jīng)元神經(jīng)末梢攝取，轉(zhuǎn)化為多巴胺）。最后圖像中區(qū)域放射性提示了基底節(jié)中有神經(jīng)末梢分泌多巴胺。圖像還顯示了在病人移植術(shù)前(a圖)和術(shù)后(b圖)的區(qū)域放射性。移植手術(shù)顯著緩解了他的癥狀。 4 4 神經(jīng)活動(dòng)的誘發(fā)神經(jīng)活動(dòng)的誘發(fā)人為改變腦區(qū)的活性來(lái)觀察對(duì)動(dòng)物行為的影響。激活神經(jīng)元可以通過(guò)電刺激或化學(xué)刺激。電刺

11、激是指給插入腦中的導(dǎo)線通電。化學(xué)刺激通常是向腦內(nèi)注射少量興奮性氨基酸如紅藻氨酸或谷氨酸等。腦內(nèi)注射通常用一種長(zhǎng)期固定于動(dòng)物顱骨的裝置完成，這樣動(dòng)物的行為觀察就可以分?jǐn)?shù)次進(jìn)行。將金屬管 (導(dǎo)向管)置于動(dòng)物腦中，并將其頂端固定于顱骨上。用一個(gè)較細(xì)的特定長(zhǎng)度的導(dǎo)管插入這個(gè)導(dǎo)向管內(nèi)，然后將化學(xué)物注人腦內(nèi)。這樣動(dòng)物可以自由活動(dòng)，能夠觀察到藥物的注射對(duì)行為的影響 。 化學(xué)刺激的優(yōu)缺點(diǎn)化學(xué)刺激的優(yōu)缺點(diǎn)主要缺點(diǎn)：操作比電刺激復(fù)雜，需要導(dǎo)管、專(zhuān)門(mén)的注射泵或注射器和消毒過(guò)的興奮性氨基酸溶液。優(yōu)點(diǎn)：激活神經(jīng)細(xì)胞而非軸突，比電刺激更加有選擇性。因?yàn)橹挥邪w(和樹(shù)突)上有谷氨酸受體，所以可以肯定注入特定腦區(qū)的興奮性氨基酸激活的是該區(qū)的細(xì)胞，而非穿過(guò)該區(qū)的其他神經(jīng)元的軸突。 5 5 腦內(nèi)電刺激的行為效應(yīng)腦內(nèi)電刺激的行為效應(yīng) 對(duì)自由活動(dòng)的動(dòng)物進(jìn)行腦部刺激常會(huì)導(dǎo)致行為改變。例如，刺激下丘腦會(huì)激發(fā)進(jìn)食，飲水，攻擊或逃跑等行為，提示下丘腦參與這些行為控制。刺激部分尾狀核常妨礙正在進(jìn)行的行為，參與動(dòng)機(jī)抑制。腦刺激可以作為習(xí)得任務(wù)甚至可以作為獎(jiǎng)賞或懲罰