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简介
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神经生物学，21世纪的明星学科。神经生物学是生物学中研究神经系统的解剖，生理， 神经生物学病理方面内容的一个分支。从上个世纪90年代以来，世界科研强国加快了对神经生物学研究的投入。美国于1990年推出了“脑的十年计划”，接着欧洲于1991年开始实施“EC脑十年计划”，然后日本于1996年也正式推出了名为"脑科学时代计划"的跨世纪大型研究计划，计划在未来20年内投入相当的研究经费。
神经科学致力于科学地研究神经系统。尽管神经科学学会成立于1969年，但是对于大脑的研究很早就已经开始。其研究范围包括对神经系统的结构，功能，进化史，发育，遗传，生物化学，生理学，药理学，
生物信息学
，
计算神经生物学
和病理学研究。传统的神经科学是生物科学的一个分支。然而，神经科学开始与其他学科有了越来越多的交叉与融合，如认知和神经心理学，计算机科学，统计学，物理学，哲学和医学科学。
大脑的结构和功能是自然科学研究中最具有挑战性的课题。近代自然科学发展的趋势表明，21世纪的自
大脑解剖图
在医学这个大的学科内，神经生物学是一门在各个水平，研究
人体神经系统
的结构、功能、发生、发育、衰老、遗传等规律，以及疾病状态下神经系统的变化过程和机制的科学。它涉及
神经解剖学
、
神经生理学
、
发育神经生物学
、
分子神经生物学
、
神经药理学
、
神经内科学
、
神经外科学
、
精神病学
等等。神经生物学的内容非常丰富，研究进展很快，作为医学生不仅要全面掌握，还要及时了解新的研究进展。
神经元
研究对象
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神经系统
为什么神经生物学的研究难度很大，但仍然吸引了许许多多科学工作者投入她的怀抱呢？
原因是与社会现实有关的。神经生物学有许多人们非常感兴趣的话题，我在这里例举一二：
智力形成
突触结构图
毒品上瘾
毒品上瘾这不仅是一个国家的社会安定层面的问题，还与一个国家的经济发展、良好道德观树立、甚至国家安全密切相关。我们国家正是被毒品打开大门的。如果我说，我了解毒品为何成瘾，我可以消除毒品成瘾，那我们的社会会作如何反应呢？
各种神经疾病
这当中尤其重要的是
老年痴呆
，这种神经疾病在发达国家的死亡率已经排在了第三位。人类的文明是建立在物质冗余的基础上的，那么人类文明越是高，物质越是冗余，像老年痴呆这类的病就越是会引起重视。所以各类神经疾病的研究会越来越受人重视。
研究的器官
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然而，需要特点强调的是，神经生物学的研究光靠生物学工作者的努力是不够的。因为神经生物学所要研究的器官——脑，是生物界中最复杂、最精密的器官，尤其是人的大脑，更是与众不同，更加发达，而人是不可以直接用来作为研究对象的。所以神经生物学的发展对于方法学的要求是很高的，他必然要求各个相关学科的交叉。这也是神经生物学很多研究至今仍处于初级阶段的原因。
但可以肯定的是神经生物学在本世纪必将取得很大的进展。人类的求知欲需要神经生物学的进步，人类的发展同样需要神经生物学的进步。
特殊性
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中枢神经系统
发展趋势
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神经系统模式图
对神经活动的细胞、分子机制的研究，在本质上，是一种
还原论
（reductionism）的分析，其合理性的基础是：神经活动可最终归结为细胞和分子水平所发生的事件。这样的分析是完全必需的，并且已经取得了巨大的成功。但是，必须清醒地认识到，困于纯粹的还原论分析，对于认识脑和神经系统这样一种高度复杂的系统无疑是跛足的。这是因为，当把复杂的系统“还原”成基本的单元后，不可避免会失去许多信息，而当把基本的单元和过程组织成复杂的系统时，又必然会产生全新的工作特点。试图从基本组分（如
基因
、
离子通道
、
神经元
、
突触
）的性质来外推脑和神经系统的活动，有其本质上的
局限性
；进行这种跨越组构层次的推论，必须慎之又慎，并必然有许多保留。
正是考虑到上述这些问题，人们开始强调用整合的观点来研究脑，并形成了神经生物学另一个重要的发展趋势。在我来看，整合的涵义是多方面的。首先，
神经活动
的多侧面性，要求多学科的研究途径，关于这一点，我已在前面谈到了。整合观点的另一层更重要的涵义是，对神经系统活动的研究必须是多层次的，这是由这门学科的研究内涵所决定的。不论是感觉、运动，还是脑的高级功能，都既有整体上的表现，而其机制的分析则又肯定涉及各种层次。在低层次（细胞、分子水平）上的工作为较高的层次的观察提供分析的基础，而较高层次的观察，又有助于引导低层次工作的推进方向及体现后者的功能意义。重要的是，把这多层次的信息“整合”起来，形成完整的认识。
在较高层次上的研究，包括对大群神经元组合成神经网络的工作原理，以及对不同脑区神经元活动如何协同以实现复杂的功能的探索。新的无创伤脑成象技术（PET，fMRI等）的开发，
多导程脑电图技术
的发展，以及行为与神经元活动相关研究的推进，反映了科学家在这方面作出的努力。
神经生物学的这些发展趋势，促成了这一领域的繁荣局面，并将在今后相当长时期内主导其发展进程。
在细胞和分子水平的研究将不断拓展和推进，对神经活动的基本过程的研究将进一步深入，并逐渐形成更完整的认识。随着更多的
新离子通道
（或亚型）的发现及其
氨基酸
序列的确定，有可能形成更准确的通道分类模式，揭示不同通道的家族关系。对神经递质的存贮、释放、调节的一系列精细过程将得以清楚的阐明。对神经递质与受体结合后的信号转导及其功能作用，将无疑会有更深入的了解，同时将会发现许多新的神经调制方式。在神经系统的发育方面，对神经元整合各种分子信号形成
突触
和组织特定的神经回路的研究，将取得重大进展；将有更多的
神经营养因子
被鉴定，相应的受体被发现，它们在发育和成熟的神经系统中的作用将被阐明。这些研究将使人们了解在发育过程中遗传突变的表述如何引起神经系统的缺损。鉴于进展主要是在低等动物的简单神经系统上取得的，人们必须去发展新的技术和方法，在分子水平上去探索
高等动物
复杂神经系统的发生、发育规律。
在感觉研究方面，研究层次的跨度更大。感觉技能发生在细胞和分子水平上，其过程的阐明将揭示感觉极高敏感度（一个光量子可使先
感受器
兴奋，毛细胞
纤毛
运动0.3nm即可达到
听阈
）的奥秘。在感觉信息加工领域中，既有细胞和分子层次上的研究（如信号的化学传送机制），也包括信号的串行、平行处理最终形成感知觉的更高层次的探索。而对运动的研究，同样具有跨层次的特点，人们将最终了解运动程序如何编制，行为如何实现。
遗传性
神经系统疾患的研究无疑将有长足的进展。从研究步伐来看，在未来几十年内，将能预测大部分疾病在个体的未来表达或定位其缺损基因，并对这些基因致病的分子机制有深入的了解。
以上所谈的大致可以从发展态势加以预测。在脑的高级功能方面，我们从眼下的研究进展，当然也可以作一点预测。例如，对于学习、记忆分子机制将会有更深入的了解；利用脑成象技术对神经元活动和精神现象间的关联的认识将不断有所进展等等。但是，我们必须清醒地意识到，在真正意义上对脑的高级功能，特别是复杂高级功能（语言、智力、思维、意识等）的认识还刚刚开始，还存在着巨大的知识上的鸿沟。这种鸿沟产生的根本原因，在于对
精神现象
变幻莫测的多样性，还缺乏有力的研究工具。精神现象固然有其物质基础，但物质的东西一旦升华为精神，就会产生许多不同的性质和特点。这就是说，人们必须创立一系列新方法，包括若干新原理的方法，跨越不同的组构层次，把神经活动的基本过程与脑高级功能关联起来。如果说，在新世纪中神经生物学要出现重大的突破，在我看来，可能是在脑的高级功能的研究上，这是一个亟待开拓的新领域。（选自
《生物化学与生物物理进展》
原文标题做了修改）
神经系统
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脑
脑的功能既重要，又神秘。人的思想、信仰、记忆、行为、情感都与大脑密不可分。脑是思维的场所，控制机体的中枢，还具有协调人体躯体感觉、
视觉
、听觉、嗅觉、运动功能的能力。正是由于有了大脑，人们才得以讲话、计数、作曲、欣赏音乐、识别几何图形、相互理解和彼此交流。大脑还具有制定计划和进行想象的能力。
脑对来自身体表面或内部器官，以及眼、耳、鼻的各种刺激进行整合，然后通过调整体位、四肢运动以及脏器的活动对上述刺激作出反应，并参与情感和觉醒程度的调节。
有人把计算机比作大脑，但到目前为止，还没有任何计算机的能力可以和大脑相比。大脑并非
永动机
，脑需要连续不断的血液、氧气和营养供应。一般而言，心脏输出的血液约1/5供给了脑。如果血供中断超过10秒钟，就可能引起意识丧失。
血氧
、血糖水平过低或血中含有有毒有害物质，可在数秒钟内引起大脑功能异常。机体的自身调节机制保护着大脑免遭损害。
在解剖上，脑可以分成大脑、小脑和脑干。
额叶主管人们的言语、情感、思想、计划，并控制机体的技巧性运动。大多数人的言语中枢位于左侧优势半球的额叶。
顶叶主管感觉，也与躯体运动有关。
枕叶主管视觉。
颞叶主管记忆、情感，它使得人们得以辨认他人或物品，进行交流和行动。
脑干的自动调节功能亦非常重要。脑干有助于调节机体的姿势、呼吸、吞咽、心跳，控制代谢速率，增加警觉性。脑干遭受严重损伤时，自动调节功能停止，死亡也就随之而至了。
小脑位于大脑之下，脑干之上，主要调节机体运动。小脑接受大脑的指令以及有关四肢位置、肌肉紧张度的信息，使机体能进行平稳，准确的运动。
脑和脊髓都被三层组织所包裹，它们是：
软脑膜：紧贴脑和脊髓，居最内层；
蛛网膜：为一透明、蜘蛛网样的脉络膜，位于中层，充当脑脊液流通的管道；
硬脑膜：呈皮革样，是最外和最坚韧的一层。
脑和脑膜位于颅腔内。颅腔由颅骨构成，对脑和脑膜具有保护作用。脑脊液在脑的表面、脑膜之间、脑室之间流动，能缓冲脑受到的冲击，减轻脑的损伤，对脑和脑膜也有保护作用。
脊髓
脊柱的结构
神经
神经系统拥有1000多亿个神经元，这些神经元遍布全身，呈线索样连结大脑和身体各部，或彼此间相互连结。神经元又叫神经细胞，由大的胞体和其延伸部分
轴突
构成。神经元有许多接受信息的分支--树突。通常，神经以电传导的方式朝某个方向传递信息，从一个神经元的轴突到下一个神经元的树突。在两个神经元的连接点（突触），传递信息的轴突释放微量的，称为神经递质的化学物质，这些物质与下一个神经元树突上的受体结合并产生新的电流。不同类型的神经释放不同种类的神经递质并通过突触来传递信息。
神经系统是一个非常复杂，可以接受或传递大量信息的通讯系统，这个系统易于受损和患病。神经变性可以引起
阿尔茨海默病
或帕金森病，脑和脊髓感染可以引起脑炎或脑膜炎，脑供血中断可以引起脑卒中，外伤或肿瘤可以引起脑和脊髓结构受损。
