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神经信息系统的组成成份

      脊椎动物的神经系统高度集中,90%以上的神经细胞(神经元)胞体都分布在脑和脊髓中,因此神经系统对信息的加工整合主要发生在脑和脊髓中。不过,从本质上看,所有神经系统都是由神经通路即神经细胞(神经元)及其之间的连接(突触)组成。神经系统各组织或器官的结构的不同只是神经元和突触连接的类型与数目的不同而已。因此,我们在这里有必要先分析其组成和连接的形成。

1.     神经元

神经元是神经组织的基本结构单位,人类神经系统大约有1.0×10 11以上个神经元(神经细胞)。神经元分为细胞体(胞体)、树突和轴突(图2—8)。树突和轴突都是从细胞体伸出的突起,树突短而多分支,胞体中的尼氏体是一种可以被碱性染料染色的含有核糖体的颗粒,能伸入到树突中。树突和胞体表面富有小棘状突起,是与其他神经元的轴突形成突触的部位。一个神经元一般只有一个轴突,轴突比树突长,不含尼氏体,表面无棘状突起,轴突的末端有许多大小分支,小分支末端膨大,是和效应器或其它神经元连接之处。轴突外面包有由施旺氏细胞膜形成的神经膜,许多轴突还包有髓鞘,周围神经系统的髓鞘位于轴突和神经膜之间,是神经发育中由部分施旺细胞胞质发展成的。中枢神经系统的轴突没有神经膜,只有髓鞘,其髓鞘则由神经胶质细胞形成。神经膜有保护作用,髓鞘的主要成分是磷脂,据认为起绝缘作用。机体中的神经都是集合在一起的,这有助于提高信息传递效率和节省能耗。胞体集中形成神经节或形成中枢神经系统的灰质。树突或轴突并行形成神经束,也称为神经纤维,神经纤维由并行的轴突或树突构成,其外面由结缔组织缠绕形成。它里面的每一根纤维都是高度绝缘的。解剖时看到的银白色的神经,实际上就是由许多条神经纤维共同组成的巨大神经。这类似于粗大的电缆内部由无数条细电线组成,而每一根电线就是一条神经纤维,其中的金属丝就是轴突;而其外面的塑料绝缘外皮就相当于神经膜及其绝缘的髓鞘。

图2—8  不同类型的神经元

2.     突触

突触是神经元的轴突末端与另一神经元的接受表面共同形成的结构,在无脊椎动物中,轴突大多与其他神经元的树突形成突触。有两类突触:电突触和化学突触。电突触的轴突末端(突触前膜)和另一神经元的接受表面(突触后膜)之间的缝隙(突触间隙)很小,不足2μm,神经电信号可以直接通过,传导没有方向之分,形成电突触的任一方发生兴奋,都可将电信号传递给对方。电突触是低等动物神经系统如网状神经和链状神经的主要突触形式。脊椎动物的突触主要是化学突触,化学突触的突触间隙比较宽,约有20~50nm,神经信息不能直接通过,需要神经递质(化学信号)的介导。在脊椎动物中,多数情况下,轴突直接与其他神经元胞体表面形成突触(图2—9)。每一个神经元总是和多个神经元相连,一个典型的神经元可形成1,000  -10,000  个突触,既包括其自身的胞体和树突与多个神经的轴突连接,也包括其自身的轴突的多个分支与另外多个神经元的胞体和树突的连接。神经元之间以多线连接形成了错综复杂的网络,这就使神经系统能够对神经信息的强度进行各种组合。一般而言,一个突触前细胞的刺激量不足以引起突触后细胞的反应,即不足以产生足够的神经递质,只有在几个细胞的共同作用下,才能使突触后细胞获得足够的信息量,引起兴奋。一个突触后细胞可同时与几个突触前细胞分别构成兴奋性突触和抑制性突触。因此,如果这些突触同时作用,其作用有可能被互相抵销。如果抑制性突触发生作用,要使突触后细胞兴奋,就需要兴奋性突触前细胞提供更强的刺激。总之,一个神经元就是一个整合器,随时都在接受各种信息,随时都在加工信息,对信息分类整理,并决定对信息是响应(兴奋)还是沉默(抑制)。

图2—9  突触类型

3.神经元受体

受体是信号接受器,在上一节的细胞通讯原理中已阐述过细胞膜上受体的基本情况。在此仅介绍神经元受体。根据在突触中的位置分为突触前膜受体和突触后膜受体,按接受信号的不同又可分为多种。一切神经调节物质的作用都取决于其效应神经元细胞表面上受体的性质。目前用分子生物学方法已经克隆了大多数神经元受体,根据它们结合神经调节物后启动神经元内信号途径的不同分为两大类:门控离子通道型和G—蛋白偶联型。

(1)门控离子通道型:已经证明属于门控离子受体的有N-胆碱受体、5-HT3受体、氨基酸受体等。其中N-胆碱受体和谷氨酸受体研究得最充分,有一些已经被纯化和克隆。

(2)G—蛋白偶联型:这是一个庞大的家庭,包括m-胆碱受体、NA受体、DA受体、5-HT受体、组织胺受体、神经肽受体、嗅觉受体等,它们绝大多数已被克隆(100多种)。



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