生物物理 BioPhy2-1教材

第二章神經(jīng)生物物理——神經(jīng)電生理現(xiàn)象及理論2.1

神經(jīng)科學(xué)的研究目標(biāo)了解腦從分子、細(xì)胞、網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)回路和全腦水的平進(jìn)行研究，分析神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，揭示各種神經(jīng)活動(dòng)的基本規(guī)律，闡明腦的基本工作原理。保護(hù)腦闡明神經(jīng)系統(tǒng)疾患的病因、機(jī)制，預(yù)防和治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病。開(kāi)發(fā)腦進(jìn)一步開(kāi)發(fā)人腦的潛力，增強(qiáng)智能，模擬腦的工作原理，設(shè)計(jì)制造新型的智能電腦。人腦是宇宙中已知的最復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，大約有1011個(gè)神經(jīng)元，研究神經(jīng)元及神經(jīng)系統(tǒng)，

是人類探索人腦奧秘的基礎(chǔ)！2.2

神經(jīng)元電生理模型和神經(jīng)元間的通訊方式第一節(jié)、神經(jīng)元及其電生理特性第二節(jié)、靜息電位第三節(jié)、動(dòng)作電位以及HH方程第四節(jié)：離子通道隨機(jī)性誘發(fā)的自發(fā)動(dòng)作電位的溫度效應(yīng)研究（科研前沿）第五節(jié)、神經(jīng)元間的通訊方式——突觸突起樹(shù)突軸突髓鞘突觸前終末胞體細(xì)胞核神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)1.胞體2.突起（a）神經(jīng)元膜結(jié)構(gòu)：脂質(zhì)雙層液態(tài)鑲嵌模型糖類

細(xì)胞外液

糖脂

糖蛋白

膽固醇

末梢蛋白整合蛋白細(xì)胞質(zhì)

細(xì)胞骨架纖維

細(xì)胞外基質(zhì)纖維

樹(shù)突軸突突觸二、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞周圍神經(jīng)系統(tǒng)許氏細(xì)胞衛(wèi)星細(xì)胞中樞神經(jīng)系統(tǒng)星型膠質(zhì)細(xì)胞少突膠質(zhì)細(xì)胞小膠質(zhì)細(xì)胞（一）神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的特征：有突起，但無(wú)樹(shù)突和軸突之分，不形成突觸；不能產(chǎn)生動(dòng)作電位。（二）神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的功能：

1、支持作用：中樞神經(jīng)系統(tǒng)沒(méi)有結(jié)締組織，星性膠質(zhì)細(xì)胞以其長(zhǎng)突起交織成網(wǎng)，支持神經(jīng)元。

2、修復(fù)和再生作用：神經(jīng)元一般無(wú)再生能力，膠質(zhì)細(xì)胞可以再生。

3、免疫應(yīng)答作用：星型膠質(zhì)細(xì)胞作為抗原呈遞細(xì)胞

4、物質(zhì)代謝和營(yíng)養(yǎng)作用：星性膠質(zhì)細(xì)胞的血管周足和突起；釋放神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子

5、絕緣和屏障作用：星型膠質(zhì)細(xì)胞的血管周足參與血腦屏障的形成6、穩(wěn)定細(xì)胞外的K+濃度：星性膠質(zhì)細(xì)胞通過(guò)膜上的鈉－鉀泵可攝取細(xì)胞外過(guò)多的K+7、攝取和分泌神經(jīng)遞質(zhì)：有助于維持合適的神經(jīng)遞質(zhì)濃度

小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞

星形膠質(zhì)細(xì)胞

少突膠質(zhì)細(xì)胞

室管膜細(xì)胞

第二節(jié)靜息電位一、離子的通透性和膜電位

細(xì)胞的膜電位是由細(xì)胞膜對(duì)特異離子的相對(duì)通透性和離子的跨膜濃度梯度決定的，這兩個(gè)因素稱為電化學(xué)梯度。1.平衡電位和董南平衡

靜息電位是指神經(jīng)元未受刺激時(shí)，存在于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差。在所有被測(cè)量的神經(jīng)元中，其靜息電位都在-30mV~-90mV之間，膜內(nèi)負(fù)膜外正。平衡電位

細(xì)胞膜電位的建立與離子在膜內(nèi)外分布的濃度梯度和膜內(nèi)外的電學(xué)梯度有關(guān)，這兩個(gè)因素稱為電化學(xué)梯度。插入對(duì)K+選擇性通透的通道細(xì)胞膜內(nèi)、外離子濃度的分布當(dāng)小室內(nèi)外達(dá)到新平衡時(shí)：這一平衡關(guān)系稱為董南平衡(DonnanorGibbs-Donnanequilibrium)細(xì)胞膜內(nèi)、外離子濃度的分布0.045Na+-K+泵去極化復(fù)極化恢復(fù)期靜息期刺激1Hodgkin–Huxley神經(jīng)元模型膜電位某種粒子或過(guò)程處于正確位置時(shí)才能打開(kāi)鉀通道的概率

鈉通道活化過(guò)程參數(shù)，

鈉通道失活化過(guò)程參數(shù)

根據(jù)Hodgkin-Huxley模型，編程模擬動(dòng)作電位Vm

和門控參數(shù)n、m、h

隨時(shí)間t

的變化，并作圖顯示:上述“文獻(xiàn)和計(jì)算機(jī)模擬程序”見(jiàn)：/（生物物理研究所）教學(xué)資源