什么是神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)？

神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)是一門腦和神經(jīng)系統(tǒng)的研究，包括脊髓、中樞神經(jīng)及外周神經(jīng)。在前沿科研中，有些最令人激動(dòng)的問(wèn)題集中在腦是如何形成和組織的，以及它是如何發(fā)揮作用的。此外，防治神經(jīng)障礙是當(dāng)今現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的重點(diǎn)，如慢性疼痛及精神疾病、神經(jīng)發(fā)育障礙和神經(jīng)退行性疾病。我們將主要關(guān)注于腦，但下文討論的很多原理也適用于脊髓，在某些情況下，甚至適用于中樞和外周神經(jīng)。

神經(jīng)發(fā)育

神經(jīng)發(fā)育著重于掌控腦發(fā)育的分子和細(xì)胞活動(dòng)。中樞神經(jīng)系統(tǒng) (CNS)（即腦和脊髓）發(fā)育從神經(jīng)嵴的形成開(kāi)始，神經(jīng)嵴會(huì)早在人第 3 孕周 (GW) 時(shí)折疊成神經(jīng)管。神經(jīng)管的融合會(huì)形成神經(jīng)上皮，神經(jīng)上皮是一種由多能干細(xì)胞構(gòu)成的單細(xì)胞層。不同級(jí)別的信號(hào)會(huì)在神經(jīng)管的背部、腹側(cè)、前段和后段產(chǎn)生不同的神經(jīng)上皮微環(huán)境。這些獨(dú)特的神經(jīng)上皮祖細(xì)胞 (NEP) 會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)管區(qū)域化，并隨時(shí)間的推移增殖、遷移和分化，最終導(dǎo)致在腦和脊髓內(nèi)形成獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。NEP 沿著神經(jīng)管前后軸和背腹軸的位置分布定義了其特性，并通過(guò)暴露在區(qū)域模式信號(hào)下將類似的特性傳遞給子代細(xì)胞。

到第 5 孕周時(shí)，開(kāi)始產(chǎn)生神經(jīng)元（即神經(jīng)發(fā)生），在第 8 孕周和第 25 孕周之間達(dá)到頂峰，并且大部分到妊娠中期結(jié)束。胚胎神經(jīng)發(fā)生出現(xiàn)在沿心室分布的特殊區(qū)域，腦脊液在這個(gè)區(qū)域循環(huán)。這些 NEP 快速穩(wěn)定增殖的特殊區(qū)域稱為胚區(qū)。神經(jīng)發(fā)育的一個(gè)主要原理是，神經(jīng)祖細(xì)胞的多能性隨時(shí)間的推移和細(xì)胞分裂周期數(shù)而逐步受限。因此，細(xì)胞僅在其發(fā)育史后期才會(huì)受命運(yùn)限制。這樣，到第 8 孕周時(shí)，一旦發(fā)生多輪細(xì)胞分裂，神經(jīng)前體細(xì)胞便開(kāi)始分化成有絲分裂期后的神經(jīng)元。這些命運(yùn)受限的有絲分裂期后的神經(jīng)元從心室附近的發(fā)源地遷移到皮層板，皮層板是一個(gè)會(huì)產(chǎn)生部分將來(lái)的腦皮層（稱為新皮層）的瞬時(shí)結(jié)構(gòu)。神經(jīng)元遷移在第 12 孕周和第 20 孕周之間抵達(dá)高峰，并在第 29 孕周完成。因此，新皮層分層或細(xì)分為 6 個(gè)不同的層，這早在妊娠期間就已進(jìn)行編碼。一旦神經(jīng)元遷移開(kāi)始，便會(huì)由內(nèi)向外地繼續(xù)分層，較深的層（即更靠近心室的層）會(huì)在淺表層（即更靠近軟腦膜的層）之前形成。

與神經(jīng)發(fā)生相似，CNS 內(nèi)的（大）神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞再生或生成也發(fā)生在胚胎發(fā)育期間。NEP 中，星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的再生高峰發(fā)生在妊娠第 20 孕周和第 40 孕周之間，以及在神經(jīng)發(fā)生高峰過(guò)了之后。小膠質(zhì)細(xì)胞隨著時(shí)間的推移不斷產(chǎn)生和成熟，在第 9 孕周開(kāi)始定殖，并繼續(xù)擴(kuò)增至第 22 孕周。在第 35 孕周時(shí)可觀察到分化的小膠質(zhì)細(xì)胞。

胚胎發(fā)育期間發(fā)生的另一個(gè)過(guò)程是在神經(jīng)元之間形成突觸連接。最早可在大約第 8 孕周（脊髓）和第 9-10 孕周（腦）中觀察到突觸。在腦中形成皮層板后，皮層突觸發(fā)生逐漸增強(qiáng)，在第 28 孕周達(dá)到頂峰。死后神經(jīng)解剖研究和磁共振成像 (MRI) 均表明，此時(shí)的神經(jīng)元會(huì)連接成一個(gè)未發(fā)育的網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)在妊娠結(jié)束時(shí)促進(jìn)主要纖維通路的產(chǎn)生。因此，腦連接體的基本框架通常在妊娠期結(jié)束時(shí)就已形成。但在整個(gè)生命期間，突觸連接會(huì)因經(jīng)歷和環(huán)境變化而顯示出動(dòng)態(tài)變化。

雖然新皮層擴(kuò)張、髓鞘形成和突觸形成在妊娠期間已完成，但腦生長(zhǎng)在出生后仍然很強(qiáng)勁。事實(shí)上，到 6 歲時(shí)，腦最終才達(dá)到成人容量的 90%，在青少年時(shí)期增長(zhǎng)了 4 倍。特殊皮層區(qū)域的生長(zhǎng)會(huì)超過(guò)這個(gè)年齡，直到成年。突觸連接在出生后不斷重組是神經(jīng)可塑性的一個(gè)基本原理，但明顯的是，在胚胎發(fā)育期間形成的框架會(huì)為出生后的神經(jīng)結(jié)果和功能奠定基礎(chǔ)。

神經(jīng)和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞類型

如上所述，神經(jīng)元和大膠質(zhì)細(xì)胞（即星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞）從常見(jiàn)的祖細(xì)胞群分化而來(lái)。但小膠質(zhì)細(xì)胞則由在 CNS 之外產(chǎn)生的、但因正常血流和心室系統(tǒng)而在腦中繁殖的巨噬細(xì)胞發(fā)育而來(lái)。

長(zhǎng)期以來(lái)，神經(jīng)元一直被認(rèn)為是 CNS 的“主要”細(xì)胞，但神經(jīng)膠質(zhì)卻起著更多支持的作用。但很多最近的研究表明神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)均在腦功能的調(diào)節(jié)中起著主要作用，因此會(huì)在深層次方面導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)疾病。通常，腦細(xì)胞類型可根據(jù)其形態(tài)和獨(dú)特蛋白的表達(dá)進(jìn)行檢測(cè)。下面，我們將更詳細(xì)地探討這些主要的細(xì)胞群。

神經(jīng)元

神經(jīng)元是 CNS 的特殊細(xì)胞，能夠處理電化學(xué)信號(hào)，因而可以接受和傳輸電脈沖。這些細(xì)胞通常顯示為一個(gè)復(fù)雜形態(tài)結(jié)構(gòu)，這個(gè)結(jié)構(gòu)包含一個(gè)細(xì)胞體（也稱胞體）、獲取信息的分支突起（稱為樹(shù)突）以及一可以或不可以長(zhǎng)距離地發(fā)出信息給其他神經(jīng)元的長(zhǎng)細(xì)突起（也稱軸突）。

神經(jīng)元可根據(jù)其表達(dá)的神經(jīng)遞質(zhì)類型、極性、形態(tài)、解剖定位和傳遞信息的方向細(xì)分為以下各組：

神經(jīng)傳遞類型：根據(jù)其釋放的神經(jīng)遞質(zhì)是否會(huì)去極化（即陽(yáng)性更強(qiáng)）或超極化（即陰性更強(qiáng)）與其相互作用的靶神經(jīng)元，神經(jīng)元可分為興奮性或抑制性神經(jīng)元。 極性：根據(jù)軸突和樹(shù)突相對(duì)于胞體的方向，興奮性神經(jīng)元可劃分為 4 個(gè)主要群組： 單極：僅含 1 個(gè)突起；僅在昆蟲(chóng)中較常見(jiàn) 雙極：含 2 種典型延伸 — 1 個(gè)軸突和 1 個(gè)基樹(shù)突，最終分支成樹(shù)狀突起 多極：含 1 個(gè)軸突和很多樹(shù)突 假單極：含 1 種同時(shí)作為軸突和樹(shù)突的延伸 形態(tài)：胞體的形狀和大小，以及突起的極性，都可用于進(jìn)一步細(xì)分興奮性神經(jīng)元。 解剖定位：神經(jīng)元在 CNS 內(nèi)的位置賦予了神經(jīng)元具體的特征，因此劃分某種特殊的神經(jīng)元時(shí)，要考慮的重要特性增加了一個(gè)。 信息流：由于其特殊突起，神經(jīng)元在傳遞信息中自然有了方向性。 傳入神經(jīng)元：將信息從某個(gè)器官或特定組織帶到 CNS 的神經(jīng)元 傳出神經(jīng)元：將信息從 CNS 帶到某個(gè)器官或特定組織的神經(jīng)元 中間神經(jīng)元：在 CNS 內(nèi)將信息從一個(gè)神經(jīng)元傳遞給另一個(gè)的神經(jīng)元

實(shí)質(zhì)上，這些特征結(jié)合起來(lái)可用來(lái)對(duì) CNS 中的任何神經(jīng)元進(jìn)行檢測(cè)和分類，給出有關(guān)該種特殊神經(jīng)元的功能和連接性的確鑿信息。重要的是，可發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元胞體的 CNS 區(qū)域被稱為“灰質(zhì)”，而可發(fā)現(xiàn)軸突的 CNS 區(qū)域則稱為“白質(zhì)”。更多關(guān)于白質(zhì)的信息將在少突膠質(zhì)細(xì)胞和許旺細(xì)胞部分進(jìn)行討論。

小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞

星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞均是免疫相關(guān)細(xì)胞。雖然一度被認(rèn)為只在腦中出現(xiàn)有害刺激時(shí)才會(huì)產(chǎn)生免疫應(yīng)答，但星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞均在調(diào)節(jié)神經(jīng)元激活和突觸通訊中顯現(xiàn)出新的作用。

小膠質(zhì)細(xì)胞是位于 CNS 的免疫細(xì)胞。它們?cè)从谒柘担⒃谂咛バ纬稍缙跐B入腦，在那里它們迅速增殖并發(fā)育成熟，從而定殖在白質(zhì)和灰質(zhì)中。在發(fā)育期間以及在成體神經(jīng)發(fā)生區(qū)域，小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)調(diào)節(jié)復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的組裝。它們通過(guò)修剪來(lái)消除多余的神經(jīng)元、突觸和樹(shù)突。它們還含有某些神經(jīng)遞質(zhì)受體，并在神經(jīng)元釋放神經(jīng)遞質(zhì)時(shí)輔助形成突觸可塑性。另外，當(dāng)神經(jīng)元釋放過(guò)量的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)時(shí)，它們可預(yù)防興奮性毒性。

小膠質(zhì)細(xì)胞還在疾病狀態(tài)下發(fā)揮主要作用，尤其是對(duì)于蛋白聚集物發(fā)揮主要作用的神經(jīng)退行性疾病。這些包括阿爾茨海默病 (AD)、帕金森病 (PD) 和肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥 (ALS)。在健康狀態(tài)下，小膠質(zhì)細(xì)胞存在于休眠庫(kù)中。如果腦發(fā)生炎癥或急性創(chuàng)傷，小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)被激活，并通過(guò)釋放促炎性分子來(lái)產(chǎn)生炎癥應(yīng)答。在某些情況下，有細(xì)胞碎片時(shí)，小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)通過(guò)吞噬作用來(lái)清除這些碎片。這是一種典型的急性應(yīng)答，會(huì)隨時(shí)間的推移而消退。但在疾病狀態(tài)下，聚集蛋白類或其他長(zhǎng)期有害刺激產(chǎn)生的慢性炎癥會(huì)產(chǎn)生一種稱為膠質(zhì)細(xì)胞增生的慢性促炎性反應(yīng)，這種反應(yīng)對(duì)神經(jīng)元、星形膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的健康極為不利。因此，雖然小膠質(zhì)細(xì)胞在發(fā)生急性不良事件時(shí)可幫助保護(hù)腦，但疾病狀態(tài)導(dǎo)致的小膠質(zhì)細(xì)胞激活延長(zhǎng)會(huì)促成疾病進(jìn)展。

與小膠質(zhì)細(xì)胞不同，星形膠質(zhì)細(xì)胞是在 CNS 中產(chǎn)生的。它們還被認(rèn)為會(huì)產(chǎn)生腦免疫，因?yàn)樗鼈冎С謽?gòu)成血腦屏障的內(nèi)皮細(xì)胞的功能，并在有害刺激下有反應(yīng)。星形膠質(zhì)細(xì)胞有助于損傷后 CNS 的瘢痕形成和修復(fù)。另一方面，神經(jīng)元與星形膠質(zhì)細(xì)胞之間的強(qiáng)烈相互作用可進(jìn)一步使 CNS 中星形膠質(zhì)細(xì)胞的功能變得多樣化。例如，星形膠質(zhì)細(xì)胞可緩沖某些能影響神經(jīng)元功能的離子的胞外濃度，并對(duì)某些神經(jīng)遞質(zhì)及自身釋放的神經(jīng)遞質(zhì)（即膠質(zhì)遞質(zhì)）產(chǎn)生反應(yīng)。另外，神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞在代謝方面還有很大的聯(lián)系。星形膠質(zhì)細(xì)胞為神經(jīng)元提供營(yíng)養(yǎng)支持，并通過(guò)釋放一種關(guān)鍵的中間物來(lái)輔助主要神經(jīng)遞質(zhì)的生物合成。與小膠質(zhì)細(xì)胞一樣，星形膠質(zhì)細(xì)胞在突觸發(fā)生和突觸維持方面均發(fā)揮著作用。與小膠質(zhì)細(xì)胞類似，慢性疾病狀態(tài)也會(huì)導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞激活延長(zhǎng)和星形膠質(zhì)細(xì)胞增生。同樣，星形膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)的病變是很多神經(jīng)退行性疾病的特征，包括阿爾茨海默病 (AD) 和亨廷頓氏舞蹈病 (HD)。

星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞之間的交互作用進(jìn)一步導(dǎo)致各自功能在健康和疾病狀態(tài)下的調(diào)節(jié)、惡化或消亡，增加了它們對(duì)整體腦功能的影響。

少突膠質(zhì)細(xì)胞和許旺細(xì)胞

少突膠質(zhì)細(xì)胞 (OL) 是 CNS 中產(chǎn)生髓磷脂的細(xì)胞。一般而言，少突膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生始終在神經(jīng)發(fā)生之后，并且通常與神經(jīng)元一樣源于相同的腦和脊髓區(qū)域。成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生一種富含脂質(zhì)的膜（稱為髓磷脂），可隔離軸突，并提升神經(jīng)元間電信號(hào)的傳導(dǎo)速度。髓鞘形成的過(guò)程始于第 12 孕周（脊髓）和第 14 孕周（腦），僅在出生后第一年便會(huì)強(qiáng)勁發(fā)育，并持續(xù)到生命的第三十年。許旺細(xì)胞相當(dāng)于少突膠質(zhì)細(xì)胞，但位于外周神經(jīng)系統(tǒng)。

髓鞘形成是一個(gè)微調(diào)后可增強(qiáng)神經(jīng)元通訊的動(dòng)態(tài)過(guò)程。在整個(gè)生命期間，腦中會(huì)保留著一個(gè)少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞的再生庫(kù)，以確保在需要時(shí)產(chǎn)生新的少突膠質(zhì)細(xì)胞。受到損傷而導(dǎo)致髓磷脂丟失，或在神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)變化后需要髓磷脂重構(gòu)時(shí)，均可能觸發(fā)少突膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)生。但盡管有了這些前體細(xì)胞，與年齡有關(guān)的髓鞘形成減少與癡呆發(fā)病和認(rèn)知功能減退有關(guān)。另外，在 AD 和多發(fā)性硬化 (MS) 等神經(jīng)退行性疾病細(xì)胞中已觀察到髓磷脂丟失。

神經(jīng)系統(tǒng)功能

神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)的相互作用可調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)功能。下面，我們來(lái)探討神經(jīng)元中調(diào)節(jié)電信號(hào)傳遞的胞內(nèi)活動(dòng)，以及外神經(jīng)系統(tǒng)的輸入，這兩種也調(diào)節(jié) CNS 功能。

突觸活動(dòng)

正如以上討論的，神經(jīng)元是能處理電化學(xué)信號(hào)的特殊細(xì)胞。神經(jīng)元含有允許信號(hào)輸入和輸出的突起（即樹(shù)突和軸突）。發(fā)出信號(hào)的神經(jīng)元稱為突觸前細(xì)胞，而接受信號(hào)的神經(jīng)元?jiǎng)t稱為突出后細(xì)胞，并且 2 之間的胞外間隙稱為突觸。

突觸前細(xì)胞中的配體和電壓門控離子通道允許會(huì)影響胞內(nèi)神經(jīng)元電壓（也稱膜電位）的離子涌入。通常，一個(gè)神經(jīng)元的休眠膜電位為 -50 到 -70 mV。陽(yáng)離子快速涌入細(xì)胞會(huì)去極化突觸前神經(jīng)元，而且當(dāng)它達(dá)到一個(gè)特定閥值時(shí)，神經(jīng)元就會(huì)觸發(fā)動(dòng)作電位。這是一種對(duì)電位變化產(chǎn)生的全有或全無(wú)反應(yīng)，它通過(guò)整個(gè)軸突傳播，直至到達(dá)突觸前末端，在那里神經(jīng)遞質(zhì)小泡已準(zhǔn)備好進(jìn)行由鈣介導(dǎo)的對(duì)接到突觸前膜的過(guò)程。在其中電壓門控鈣通道的作用下，當(dāng)鈣離子涌入突觸前末端時(shí)，含有神經(jīng)遞質(zhì)的突觸囊泡會(huì)結(jié)合膜，并讓這些分子釋放到胞外。這些神經(jīng)遞質(zhì)隨后穿過(guò)突觸，并結(jié)合突觸后細(xì)胞樹(shù)突上部（稱為脊柱）的突觸后受體。

根據(jù)所釋放的神經(jīng)遞質(zhì)及其結(jié)合的受體，突觸后細(xì)胞在陰離子或陽(yáng)離子涌入后會(huì)被抑制或激發(fā)。如果陽(yáng)離子去極化突觸后細(xì)胞，那么它會(huì)觸發(fā)動(dòng)作電位。但如果這些離子超極化突觸后細(xì)胞或未能去極化這種細(xì)胞，則不會(huì)觸發(fā)動(dòng)作電位，而且也不會(huì)傳遞信號(hào)。在突觸前細(xì)胞中，一旦動(dòng)作電位通過(guò)，細(xì)胞會(huì)通過(guò)能使胞內(nèi)環(huán)境正常化的離子通道和 ATP 依賴性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的作用進(jìn)行重新極化。短暫的超極化階段不會(huì)觸發(fā)新動(dòng)作電位，這稱為不應(yīng)期。一旦這個(gè)時(shí)期過(guò)去，細(xì)胞會(huì)被再一次去極化。突觸前細(xì)胞的快速觸發(fā)會(huì)影響突觸后細(xì)胞上的受體庫(kù)，導(dǎo)致相互作用重構(gòu)。這是一種突觸可塑性。其他形式包括突觸剪切以及通過(guò)神經(jīng)膠質(zhì)作用進(jìn)行的調(diào)節(jié)。

晝夜節(jié)律

晝夜節(jié)律是一種在 24 小時(shí)的周期內(nèi)對(duì)某種生物的其他生物功能賦予周期性的生物過(guò)程。晝夜節(jié)律行為的一個(gè)主要例子是睡眠-覺(jué)醒周期。這個(gè)周期是腦處理的光信號(hào)所產(chǎn)生的。在腦中，下丘腦中一小組神經(jīng)元起著主要晝夜節(jié)律起搏器的功能，控制著睡眠-覺(jué)醒周期的定時(shí)，這是代謝和記憶鞏固等其他行為的一個(gè)重要的間接調(diào)節(jié)器。因此，在可提供反饋來(lái)支持 CNS 功能的調(diào)節(jié)方式中，腦可作為晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)的依據(jù)。

感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)

感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)非常依賴于外周神經(jīng)的作用。在皮膚上開(kāi)始產(chǎn)生感覺(jué)的刺激物會(huì)穿過(guò)一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中的神經(jīng)會(huì)在脊髓和腦中形成突觸。腦中編碼感覺(jué)和運(yùn)動(dòng)功能的區(qū)域均組織在與身體各具體區(qū)域相對(duì)應(yīng)的位置圖中，這個(gè)圖稱為侏儒圖。神經(jīng)從外周到腦的路徑是受限的，因此，如果感覺(jué)或運(yùn)動(dòng)功能受影響，可以使用精確的解剖圖來(lái)確定病變可能在的位置。

內(nèi)分泌系統(tǒng)

內(nèi)分泌系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)相互交錯(cuò)。激素調(diào)節(jié)腦功能的很多方面，并調(diào)控直接或間接影響腦的很多過(guò)程，例如進(jìn)食與代謝、神經(jīng)遞質(zhì)合成與釋放、血管功能與血流，甚至分娩。激素會(huì)影響某些神經(jīng)元回路，進(jìn)一步加強(qiáng)行為或?qū)е滤南?。另外，雌激素引起的腦性別分化是腦發(fā)育期間的一個(gè)突出因素，而且絕經(jīng)后女性的雌激素水平變化可能與年齡相關(guān)的腦功能變化有關(guān)。因此，內(nèi)分泌系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的互聯(lián)性是影響整體功能的另一種調(diào)節(jié)水平。

神經(jīng)系統(tǒng)疾病

神經(jīng)系統(tǒng)疾病包含的多種類別將在下文作簡(jiǎn)要探討。

神經(jīng)退行性疾病

“神經(jīng)退化”一詞通常是指導(dǎo)致神經(jīng)元或神經(jīng)膠質(zhì)丟失的 CNS 疾病。神經(jīng)退化與年齡相關(guān)疾?。ˋD、PD、失智癥）、神經(jīng)系統(tǒng)自身免疫攻擊 (MS)、影響 CNS 細(xì)胞健康的基因突變（HD、早發(fā)型 AD/PD、ALS）有關(guān)，或甚至可由腦分子組侵襲（慢性創(chuàng)傷性腦炎）引起。下面將討論這些疾病中的幾種。

5.1a 阿爾茨海默病 (AD)

阿爾茨海默病 (AD) 大約影響著全球 5000 萬(wàn)人，這一數(shù)字預(yù)計(jì)將在未來(lái)十年穩(wěn)定增長(zhǎng)，這將成為一個(gè)日益增長(zhǎng)的全球公共衛(wèi)生負(fù)擔(dān)。

AD 的標(biāo)志是胞內(nèi)外蛋白聚集，導(dǎo)致臨床上稱為斑塊和纏結(jié)的病情。隨著這些病理性蛋白種類的聚集，多個(gè)腦區(qū)域會(huì)出現(xiàn)廣泛的神經(jīng)元丟失，導(dǎo)致認(rèn)知功能逐漸衰退。如上所述，這不僅會(huì)影響 AD 細(xì)胞中的神經(jīng)元，還會(huì)嚴(yán)重影響神經(jīng)膠質(zhì)。但它們是 AD 的主要效應(yīng)物還是次要關(guān)聯(lián)物尚不清楚。

雖然 AD 通常被認(rèn)為是一種與衰老相關(guān)的疾病，但某些基因的突變也會(huì)導(dǎo)致早發(fā)型 AD。研究這些具體突變已被用作一種工具來(lái)鑒定和檢測(cè)可能導(dǎo)致兩種 AD 發(fā)病的主要分子因素。在治療中靶向這些基因及其蛋白產(chǎn)物，并開(kāi)發(fā)針對(duì)有害蛋白聚集物的疫苗，這些是開(kāi)發(fā)來(lái)對(duì)抗 AD 的最廣泛使用的策略之 2。到目前為止，還沒(méi)有治愈 AD 的方法。

5.1b 帕金森病 (PD)

與 AD 相似，帕金森病 (PD) 是一種與年齡相關(guān)的疾病，也是一種遺傳性疾病。蛋白聚集也是 PD 的一個(gè)標(biāo)志，但這些聚集物的病因比 AD 更多樣。這是因?yàn)榧易逍曰蛟绨l(fā)型 PD 的基因突變遠(yuǎn)比 AD 多，這使得 PD 的療法開(kāi)發(fā)更加復(fù)雜。PD 最早表現(xiàn)為一種運(yùn)動(dòng)疾病，但進(jìn)展性神經(jīng)退化最終會(huì)導(dǎo)致認(rèn)知減退。

5.1c 多發(fā)性硬化 (MS)

對(duì)于多發(fā)性硬化 (MS)，免疫系統(tǒng)攻擊腦和脊髓中神經(jīng)元軸突周圍的髓鞘，導(dǎo)致神經(jīng)元通訊不良和軸突自身的退化。MS 會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)能力變化，并會(huì)對(duì)視力、疼痛處理、言語(yǔ)和情緒產(chǎn)生更廣泛的影響。MS 的確切病因尚不清楚，但女性患上這種病的幾率高出兩倍，種族和環(huán)境因素也是風(fēng)險(xiǎn)因素。

5.1d 肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥 (ALS)

肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥 (ALS) 尤其會(huì)影響腦和脊髓中支配肌肉的神經(jīng)元。這些神經(jīng)元稱為運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的進(jìn)展性退化和丟失會(huì)導(dǎo)致 CNS 無(wú)法控制肌肉運(yùn)動(dòng)。這會(huì)導(dǎo)致說(shuō)話、運(yùn)動(dòng)、進(jìn)食和最終的呼吸能力喪失。90 -95% 的 ALS 病例是散發(fā)性的，而 5% - 10% 的 ALS 病例則是家族性的。雖然 ALS 的具體病因尚不清楚，但特定突變以及神經(jīng)傳遞、免疫應(yīng)答和蛋白處理的變化與這種病的發(fā)生有關(guān)。

神經(jīng)發(fā)育障礙

與神經(jīng)退行性疾病不同，神經(jīng)發(fā)育障礙出現(xiàn)在 CNS 發(fā)育期間。這些可以是遺傳性（自閉癥、唐氏綜合癥和脆性 X 綜合征）、環(huán)境引起（胎兒乙醇綜合征）、或完全特發(fā)性（自閉癥）障礙。

5.2a 自閉癥

自閉癥是一種神經(jīng)發(fā)育障礙，因?yàn)樗捎扇焉锲陂g或青春期早期的 CNS 發(fā)育變化引起。基因突變、環(huán)境因素、某些感染或出生時(shí)缺氧均會(huì)導(dǎo)致自閉癥。自閉癥是一種高度復(fù)雜的疾病，并且在受影響的個(gè)體中表現(xiàn)不同。通常，自閉癥表現(xiàn)為社會(huì)互動(dòng)和交流困難，還有重復(fù)性行為。這些常見(jiàn)的特點(diǎn)從輕微到嚴(yán)重不等，伴有一系列其他癥狀，例如焦慮、多動(dòng)、感覺(jué)處理問(wèn)題、癲癇發(fā)作、睡眠障礙、胃腸道疾病和情緒變化等。

5.2b 唐氏綜合癥 (DS)

唐氏綜合征 (DS) 是最常見(jiàn)的常染色體非整倍體疾病。在美國(guó)，約有 400,000 人患有 DS，每年有 5,300 名 DS 嬰兒出生。DS 也稱為 21 三體綜合癥，并且完全遺傳的。它被認(rèn)為是一種神經(jīng)發(fā)育障礙，因?yàn)榛加?DS 的人會(huì)出現(xiàn) CNS 發(fā)育和生長(zhǎng)改變，從而導(dǎo)致認(rèn)知變化?；加?DS 的人的神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)分裂和成熟速度均較慢，因此在 DS 患者的一生中，神經(jīng)元通訊和功能會(huì)發(fā)生廣泛變化。另外，染色體 21 上一個(gè)特定 AD 相關(guān)基因會(huì)出現(xiàn)三倍化，因此患有 DS 的人也更容易患有 AD。

精神疾病

精神疾病通常在神經(jīng)傳遞不平衡時(shí)出現(xiàn)。精神分裂癥就是這類疾病的一個(gè)例子。精神分裂癥是一種慢性遺傳或環(huán)境性精神病，表現(xiàn)為可能由神經(jīng)遞質(zhì)水平改變或妊娠期間腦發(fā)育變化而引起的神經(jīng)元通訊改變。另外，在青春期發(fā)生的內(nèi)分泌變化會(huì)觸發(fā)精神分裂癥發(fā)作，但確切的病因尚不清楚。精神分裂癥的根本病因尚不清楚，因此治療要對(duì)癥，并且治療范圍可包括抗精神病藥物、精神療法等。

疼痛疾病

疼痛疾病表現(xiàn)為嚴(yán)重到妨礙日常機(jī)能的慢性疼痛。雖然一些疼痛疾病被認(rèn)為與心理因素有關(guān)，但一些是由于外周神經(jīng)（即外周神經(jīng)病變）和/或 CNS 健康的改變而引起的。例如，外周神經(jīng)病變可由受傷、遺傳病因、毒素暴露或代謝疾?。ㄈ缣悄虿。┮?。另一種疼痛疾病是纖維肌痛，表現(xiàn)為會(huì)引起重復(fù)神經(jīng)刺激的廣泛肌肉骨骼疼痛，這會(huì)誘導(dǎo)突觸可塑性，從而改變腦對(duì)疼痛刺激的神經(jīng)傳遞和處理。

神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)是如何研究的？

通常使用模型系統(tǒng)、死后人組織或患者顯影技術(shù)來(lái)進(jìn)行神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)研究。下面將探討模型系統(tǒng)和具體的組織技術(shù)。

模型系統(tǒng)

研究神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)采用的最典型模型系統(tǒng)是魷魚(yú)巨軸突。這個(gè)系統(tǒng)集聚吸引力，因?yàn)檩S突易分離，無(wú)需顯微鏡即可觀察。關(guān)于動(dòng)作電位傳遞和神經(jīng)遞質(zhì)釋放的典型研究是用魷魚(yú)巨軸突進(jìn)行的。更現(xiàn)代的模型生物包括果蠅、蠕蟲(chóng)、斑馬魚(yú)、小鼠、大鼠、白鼬以及非人靈長(zhǎng)類。果蠅、蠕蟲(chóng)和嚙齒動(dòng)物提供了一種獨(dú)特的系統(tǒng)，在這樣的系統(tǒng)中，可進(jìn)行基因操作來(lái)分離某個(gè)神經(jīng)回路的重要方面，或分離可能對(duì)機(jī)能至關(guān)重要的某種特定蛋白。另外，在這些生物中可誘導(dǎo)已知能引起某些疾病的突變，而且可研究 CNS 功能的很多方面，包括生理學(xué)、分子生物學(xué)、解剖學(xué)和行為學(xué)。另外，還可以使用任何這些生物及健康和患病人的細(xì)胞來(lái)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)研究建模。

技術(shù)

神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)包括基本的細(xì)胞和分子技術(shù)、電生理學(xué)評(píng)估，以及利用抗體技術(shù)原位可視化系統(tǒng)的顯影技術(shù)。

尤其是，原位組織染色是一種高度靈活、穩(wěn)定和信息豐富的方法，可用于檢測(cè)目的蛋白及其亞細(xì)胞定位，以及顯現(xiàn)這些蛋白是如何相互作用的。可以分離和檢測(cè)個(gè)別神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)群，以及它們的軸突、樹(shù)突、受體和神經(jīng)遞質(zhì)含量。另外，可以選擇性標(biāo)記疾病狀態(tài)下的出現(xiàn)改變的蛋白。Cell Signaling Technology 擁有大量可用于這種原位檢測(cè)的神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)工具以及檢測(cè)目的蛋白的其他方法。

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