《神經(jīng)科學(xué)奧秘》課件

神經(jīng)科學(xué)奧秘探索人類大腦的奇妙旅程，揭開神經(jīng)系統(tǒng)的復(fù)雜機制與功能。課程概述1課程目標(biāo)掌握神經(jīng)科學(xué)基礎(chǔ)知識2主要內(nèi)容腦結(jié)構(gòu)、功能與疾病研究3學(xué)習(xí)方法理論學(xué)習(xí)與案例分析相結(jié)合神經(jīng)科學(xué)簡介定義研究神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的科學(xué)研究范圍從分子到行為的多層次研究歷史發(fā)展從古代觀察到現(xiàn)代技術(shù)的演進神經(jīng)科學(xué)的重要性1解開人類智慧之謎理解意識與認(rèn)知本質(zhì)2治療腦疾病改善數(shù)億患者生活質(zhì)量3人工智能發(fā)展為類腦計算提供基礎(chǔ)神經(jīng)系統(tǒng)基礎(chǔ)中樞神經(jīng)系統(tǒng)大腦和脊髓組成負(fù)責(zé)信息處理與整合外周神經(jīng)系統(tǒng)連接中樞與身體各部位感覺和運動信息傳遞神經(jīng)元結(jié)構(gòu)樹突接收信息的分支結(jié)構(gòu)細(xì)胞體含細(xì)胞核，信息整合中心軸突傳導(dǎo)信號的長突起神經(jīng)元類型感覺神經(jīng)元將環(huán)境刺激轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號運動神經(jīng)元控制肌肉收縮與運動中間神經(jīng)元連接不同神經(jīng)元，形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)遞質(zhì)定義和功能傳遞神經(jīng)元間信息的化學(xué)物質(zhì)1主要類型谷氨酸、GABA、多巴胺等2作用機制與受體結(jié)合引起后突觸反應(yīng)3突觸傳遞化學(xué)突觸通過神經(jīng)遞質(zhì)傳遞信息電突觸通過間隙連接直接傳遞電信號突觸可塑性突觸強度隨使用改變大腦結(jié)構(gòu)概覽1大腦皮層高級認(rèn)知功能2皮層下結(jié)構(gòu)情緒與基本功能3腦干和小腦生命維持與平衡大腦皮層功能區(qū)1運動區(qū)控制身體自主運動2感覺區(qū)處理感官信息3聯(lián)合區(qū)整合多種信息額葉功能30%執(zhí)行功能計劃、決策和問題解決25%情緒調(diào)節(jié)控制沖動和情緒反應(yīng)20%人格特征社會行為和個性形成頂葉功能主要負(fù)責(zé)空間感知、注意力分配和體感信息整合枕葉功能視覺處理分析視網(wǎng)膜信號色彩識別辨別不同色調(diào)與飽和度運動感知檢測物體移動顳葉功能聽覺處理語言理解記憶形成面孔識別邊緣系統(tǒng)海馬體記憶形成和空間導(dǎo)航1杏仁核情緒反應(yīng)和恐懼條件化2扣帶回情緒調(diào)節(jié)和注意力3隔核獎賞和動機4基底神經(jīng)節(jié)結(jié)構(gòu)組成尾狀核、殼核和蒼白球運動控制協(xié)調(diào)運動啟動與抑制認(rèn)知功能程序性學(xué)習(xí)和習(xí)慣形成丘腦1感覺信息中繼傳遞感覺信號至皮層2意識調(diào)節(jié)參與覺醒與意識狀態(tài)調(diào)控3睡眠-覺醒周期影響生物節(jié)律下丘腦自主神經(jīng)調(diào)節(jié)控制心率、血壓和體溫內(nèi)分泌控制調(diào)節(jié)垂體激素分泌行為動機饑餓、口渴和性沖動腦干生命維持功能呼吸、心跳和血壓調(diào)節(jié)覺醒和注意力維持清醒狀態(tài)反射活動眨眼、吞咽和嘔吐反射小腦運動協(xié)調(diào)精細(xì)調(diào)節(jié)肌肉活動平衡控制維持身體穩(wěn)定性認(rèn)知功能參與時間感知和語言處理腦電圖（EEG）1原理測量大腦表面電活動2應(yīng)用癲癇診斷、睡眠研究3優(yōu)缺點時間分辨率高，空間分辨率低功能磁共振成像（fMRI）原理測量血氧水平依賴信號應(yīng)用腦功能定位、認(rèn)知研究優(yōu)缺點空間分辨率高，時間分辨率低正電子發(fā)射斷層掃描（PET）原理追蹤放射性示蹤劑在腦內(nèi)分布應(yīng)用代謝研究、神經(jīng)遞質(zhì)檢測優(yōu)缺點神經(jīng)化學(xué)特異性，輻射暴露風(fēng)險經(jīng)顱磁刺激（TMS）原理磁場誘導(dǎo)電流改變神經(jīng)活動應(yīng)用抑郁癥治療、腦功能研究優(yōu)缺點無創(chuàng)干預(yù)，深部結(jié)構(gòu)難達光遺傳學(xué)技術(shù)利用光敏蛋白精確控制特定神經(jīng)元活動單細(xì)胞測序1單細(xì)胞分離分離單個神經(jīng)元2RNA提取與擴增獲取基因表達信息3測序與分析繪制神經(jīng)元基因圖譜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于神經(jīng)元連接原理的計算模型1深度學(xué)習(xí)多層次特征提取與模式識別2腦啟發(fā)計算模擬腦信息處理機制3感覺系統(tǒng)：視覺1視覺通路視網(wǎng)膜→外側(cè)膝狀體→視覺皮層2視覺皮層V1-V5區(qū)域分層處理3視覺信息處理形狀、顏色、運動分析感覺系統(tǒng)：聽覺聽覺通路耳蝸→腦干→聽覺皮層聽覺皮層頻率映射與音調(diào)分析聲音定位雙耳時間差與強度差感覺系統(tǒng)：嗅覺和味覺化學(xué)感受器嗅覺和味覺受體識別分子中樞處理嗅球和島葉整合信息情緒聯(lián)系與記憶和情緒中樞直接相連運動系統(tǒng)記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)短期記憶前額葉皮層暫時激活長期記憶海馬體和皮層網(wǎng)絡(luò)鞏固工作記憶前額葉和頂葉協(xié)同處理學(xué)習(xí)與可塑性1神經(jīng)可塑性神經(jīng)連接隨經(jīng)驗改變2長期增強作用突觸強度持久性增加3長期抑制作用突觸強度持久性減弱語言的神經(jīng)基礎(chǔ)布羅卡區(qū)語言產(chǎn)生和語法處理1韋尼克區(qū)語言理解和語義處理2弓狀束連接語言區(qū)的神經(jīng)纖維3輔助區(qū)域前額葉和顳葉多區(qū)參與4注意力機制選擇性注意集中處理特定信息分散注意同時處理多項任務(wù)注意力網(wǎng)絡(luò)前額葉-頂葉-丘腦系統(tǒng)決策與獎賞系統(tǒng)30%前額葉皮層計劃和決策制定25%紋狀體獎賞預(yù)期和學(xué)習(xí)20%多巴胺系統(tǒng)信號獎賞和動機情緒的神經(jīng)基礎(chǔ)杏仁核恐懼識別和情緒記憶前額葉皮層情緒認(rèn)知評估和調(diào)節(jié)島葉內(nèi)感受和情緒覺察扣帶回情緒沖突監(jiān)測和處理社會認(rèn)知鏡像神經(jīng)元觀察行為時自動激活心理理論理解他人想法和意圖共情能力感知和分享他人情緒意識的神經(jīng)相關(guān)物1全局工作空間理論意識信息全腦共享2信息整合理論意識源于信息整合復(fù)雜度3意識的腦網(wǎng)絡(luò)前額葉-頂葉網(wǎng)絡(luò)參與睡眠與覺醒淺睡期深睡期快速眼動期晝夜節(jié)律生物鐘下丘腦視交叉上核調(diào)控1松果體分泌褪黑素影響睡眠2晝夜節(jié)律紊亂時差反應(yīng)和季節(jié)性障礙3應(yīng)激反應(yīng)下丘腦釋放促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子垂體釋放促腎上腺皮質(zhì)激素腎上腺分泌皮質(zhì)醇和腎上腺素成癮的神經(jīng)機制1獎賞系統(tǒng)中腦邊緣多巴胺通路激活2多巴胺與成癮超常多巴胺釋放與受體敏感性改變3戒斷癥狀獎賞系統(tǒng)功能失調(diào)與前額葉控制減弱神經(jīng)發(fā)育從神經(jīng)管形成到突觸建立的復(fù)雜發(fā)育過程腦可塑性發(fā)育期可塑性關(guān)鍵期特異性神經(jīng)連接形成成年期可塑性學(xué)習(xí)與經(jīng)驗引起突觸改變神經(jīng)修復(fù)損傷后部分功能重組能力神經(jīng)退行性疾病阿爾茨海默病淀粉樣蛋白斑塊和神經(jīng)纖維纏結(jié)帕金森病黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元變性亨廷頓舞蹈癥紋狀體神經(jīng)元選擇性丟失精神疾病1抑郁癥神經(jīng)遞質(zhì)失衡與神經(jīng)可塑性降低2焦慮癥杏仁核過度活躍與前額葉調(diào)控不足3精神分裂癥多巴胺異常與神經(jīng)發(fā)育障礙自閉癥譜系障礙神經(jīng)發(fā)育異常早期突觸過剩與修剪缺陷社交互動障礙社交腦網(wǎng)絡(luò)連接異常干預(yù)策略早期行為干預(yù)與支持教育腦損傷與修復(fù)1軸突再生損傷神經(jīng)纖維有限生長2功能重組健康區(qū)域代償受損功能3突觸可塑性現(xiàn)有連接強化與新連接形成神經(jīng)疾病的診斷方法影像學(xué)檢查CT、MRI、PET等結(jié)構(gòu)功能檢查神經(jīng)心理測試認(rèn)知、情緒和行為評估生物標(biāo)志物腦脊液和血液中的疾病指標(biāo)神經(jīng)疾病的治療方法60%藥物治療針對神經(jīng)遞質(zhì)和受體的藥物20%手術(shù)治療深部腦刺激和病灶切除20%康復(fù)訓(xùn)練功能恢復(fù)和行為治療腦機接口侵入式直接植入大腦的電極陣列非侵入式頭皮腦電信號采集應(yīng)用領(lǐng)域殘障輔助與神經(jīng)調(diào)控人工智能與神經(jīng)科學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型模擬神經(jīng)元連接的算法1類腦計算基于腦工作原理的計算架構(gòu)2認(rèn)知計算模擬人類認(rèn)知過程3神經(jīng)經(jīng)濟學(xué)決策神經(jīng)科學(xué)揭示決策背后的神經(jīng)機制行為經(jīng)濟學(xué)研究非理性決策模式神經(jīng)營銷應(yīng)用腦科學(xué)優(yōu)化營銷策略神經(jīng)教育學(xué)學(xué)習(xí)的神經(jīng)基礎(chǔ)記憶形成與認(rèn)知發(fā)展教育干預(yù)策略基于腦科學(xué)的教學(xué)方法終身學(xué)習(xí)成人腦可塑性與學(xué)習(xí)能力神經(jīng)倫理學(xué)1腦增強技術(shù)認(rèn)知增強的倫理界限2神經(jīng)數(shù)據(jù)隱私腦活動信息的保護3腦機接口倫理身份和自主性的挑戰(zhàn)神經(jīng)科學(xué)前沿腦圖譜計劃繪制全腦連接組和細(xì)胞圖譜精準(zhǔn)醫(yī)療個體化神經(jīng)疾病診療類腦智能新一代