SCIENCE EDUCATION > Advanced Biology

神经科学的基本知识

本文集提供了神经科学领域的导论, 探索五主要的研究分支: 生理学;神经;细胞和分子神经科学;行为神经科学;和发育神经科学。

  • Neuroscience

    09:16
    神经生理学导论

    神经生理学被广泛定义为研究神经系统功能的学科。在该领域中,科研人员在整个器官,细胞网络,单个细胞甚至亚细胞结构水平上研究中枢和周边神经系统。这种广泛学科的统一特征是其关注的是神经元内部以及之间电脉冲产生和传播的机理。该学科不仅对我们了解人类进行思考的神秘过程很重要,而且对于诊断和治疗与神经系统障碍相关的疾病也很重要。

    本短片将对神经生理学领域作一个介绍,先简单介绍神经生理学的研究历史,包括一些标志性的研究,例如伽伐尼现象中抽搐的青蛙腿和艾尔克斯发现的化学突触。然后是介绍神经生理学家所提出的一些核心问题,接下来会概述用于回答这些问题用到的一些重要的实验工具。展示的方法包括从研究单细胞的膜片钳技术到测量横跨脑部大区域的活动的技术,如脑电图

  • Neuroscience

    09:42
    膜片钳电生理技术

    神经元细胞膜上有离子通道,它们控制电荷流入和流出细胞,从而调节神经元激发。一种用于研究这些通道的生物物理学特性的极为有用的技术被称为膜片钳记录。在这种方法中,神经科学家把抛光的玻璃微吸管置于细胞上通过吸力形成高电阻封接。这个过程分隔了一小“片“包含一种或多种离子通道的膜。通过微吸管中的电极,研究人员可以“钳制”或控制膜的电属性,这对分析通道活动很重要。该电极还能记录跨膜电压的变化,或离子通过膜的流动。

    本短片首先回顾了膜片钳电生理学的原理,介绍了必要的设备,描述了各种类型的膜片钳测量模式,其中包括全细胞式,细胞粘附式,穿孔式,内翻外式和外翻外式膜片钳。接下来,概述了一个典型的全细胞膜片钳实验的关键步骤,并做了电流 -

  • Neuroscience

    08:42
    神经元钙成像

    钙离子在神经元功能中起着重要的作用:它们作为细胞内的信号可触发响应,如改变基因表达和突触囊泡中神经递质的释放。由于细胞内有离子泵在各种信号刺激下选择性地运输这些离子,胞内钙浓度是高度动态的。钙成像利用钙离子流的优势,在活神经细胞上直接可视化钙信号。

    本短片首先概要介绍了钙成像技术中的主要试剂,即被称为钙指示剂的染料。讨论部分介绍了常用的染料Fura-2,以及荧光比率型和非荧光比率型钙指示剂的基本工作原理。接着介绍了一个典型的钙成像实验,从细胞和染料的准备,到荧光图像的采集和分析。最后介绍了钙成像的几个实验应用,例如对神经元网络活动和感觉信息处理的研究。

  • Neuroscience

    10:15
    神经解剖学导论

    神经解剖学研究神经系统的结构以及它们是如何与功能相关联的。 神经解剖学的一个焦点是中枢和外周神经系统内的宏观结构,如大脑表面上的皮层的褶皱。然而,该领域的科学家对神经元和神经胶质细胞,这两个神经系统的主要细胞类型,之间的微观关系也感兴趣。

    本短片简单介绍了解剖学研究的历史,它可追溯到公元前4世纪,当时的哲学家首先提出假说认为灵魂存在于大脑而非心脏。然后我们概述了神经解剖学家所问的核心问题,其中包括细胞结构,即神经元和神经胶质的分布在脑功能中所扮演的角色,

  • Neuroscience

    08:27
    啮齿动物的立体定位手术

    立体定向(或立体)手术是一种用来操作活体动物大脑的方法。该技术使得研究人员能够通过使用立体定位图谱准确地定位大脑内的深层结构。立体定位图谱提供了每个脑区相对于颅骨上的解剖学标志的三维坐标。将颅骨暴露后,麻醉的动物被固定在被称为立体定位仪的专门仪器上,该仪器能使实验工具精确放置在定好的坐标上。立体定位手术是一项用途广泛的技术,可用来产生损伤,操纵基因表达,或将实验试剂施加到大脑里。

    本视频文章概述了立体定位手术的原理,包括使用立体定位图谱和立体定位仪的说明,并介绍了读取测量探头移动的游标刻度的方法。随后的讨论概括了手术过程所需的步骤。最后,展示了该技术的广泛应用,如插入电极探针以测量大脑活动以及脑组织的遗传操作方法。

  • Neuroscience

    08:55
    神经组织的组织学染色

    为了检测组织和器官中的细胞,结构和分子的布局,研究人员使用一种被称为组织学染色的方法。在该技术中,感兴趣的组织被用化学固定剂保存并切片,或切成非常薄的切片。然后应用各种染色技术为这些看起来均一的切片提供对比度。在神经解剖学的研究中,组织学技术被经常用来观察和研究神经系统组织。

    这段视频着重于神经组织的组织学染色技术。概述了常见的大脑组织染色,包括那些特异性标记神经元细胞体的方法,如尼氏染色,和那些有选择地突出显示髓鞘化的轴突的方法,如罗克沙尔固蓝染色。还讨论了免疫组化技术,该技术利用抗体和特定细胞蛋白之间的特异性相互作用。接下来,描述了制备用于染色的脑组织样品,包括固定,包埋,切片和复水组织的基本步骤。本短片还提供了免疫组织染色后进行尼氏染色的逐步过程,以及这些技术的实际应用。

  • Neuroscience

    08:45
    行为神经学导论

    行为神经学是研究神经系统如何引导行为,以及大脑的各种功能区和网络如何与特定行为和相关疾病状态相互关联。了行为神经科学家所问的一些基本问题,其中涉及到研究神经关联,或特定的脑区,它们被激活后会引起某项功能。接下来讨论了利用人类和动物研究对象来回答这些问题的主要方法,如操作性条件反射和脑功能成像。最后展示了这些技术的实验室应用,包括用斯金纳箱训练动物,和利用脑电图来探讨人类的神经系统疾病。

  • Neuroscience

    07:42
    Morris水迷宫

    Morris水迷宫是用于研究空间学习和记忆的最广泛使用的行为学测试之一。在这个任务的初始阶段,老鼠要从水池中出来,必须游到一个平台上。该平台随后被隐藏在水面下,这样该动物需要记住平台的位置才能出来。这个简单但功能强大的迷宫设计可用于测定认知功能,研究神经退行性疾病的动物模型,和测试潜在的药物疗法。

    本短片介绍了Morris水迷宫和使用它的基本原则,包括讨论在迷宫中测试不同类型的记忆,设计和进行实验时要考虑的关键因素,以及准备和操作实验的步骤。短片还分析了迷宫的几个应用,比如研究放射治疗如何可能导致记忆障碍的。最后,介绍了其他类型的水迷宫,如八臂迷宫,以显示这个迷宫是如何能适用于研究不同类型的记忆的。

  • Neuroscience

    09:15
    fMRI:功能磁共振成像

    功能磁共振成像(fMRI)技术是一种非侵入性影像学技术,用于研究健康个体和大脑状态异常的群体的人脑功能和认知。功能磁共振成像利用磁共振信号来检测当执行一个特定任务时神经元激活引起的血流变化。它能得以实现,是因为血液中的血红蛋白根据它是否结合氧气具有不同的磁特性。当执行特定任务时,含氧血液流入到负责该功能的脑区,而这个流入随后可用特定的MRI扫描仪参数检测得到。这种现象被称为血氧浓度相依对比(BOLD)效果,可以用于创建脑活动的图谱。

    本短片首先简要概述了如何获得MRI和fMRI信号。然后,回顾了基本的实验设计,这包括先建立一个刺激呈现模式,它是专门设计来检测将被定位的功能。接下来,介绍了进行功能磁共振成像扫描的关键步骤,包括受试者的安全和准备扫描仪。再演示了用于数据处理的常用步骤,包括预处理和用一般线性模型进行的统计学分析。最后,概述了功能磁共振成像的某些特定的应用,如研究心理障碍疾病的脑功能异常,以及将功能磁共振成像与其他成像模式,如弥散张量成像(DTI)结合使用。

  • Neuroscience

    11:24
    细胞和分子神经科学导论

    细胞和分子神经科学是在神经科学中最新和发展最快的分支学科之一。通过研究基因,信号分子,以及细胞形态的影响,该领域的研究人员发现了正常脑发育和功能的关键因素,以及许多病理状况的根本原因。

    本视频介绍了细胞和分子神经科学的奇妙世界,先从具有里程碑意义的研究的年表开始,从1953年发现的DNA到最近的突破,如离子通道的克隆。接下来介绍了该领域的关键问题,如基因如何影响神经元活动,以及神经系统是如何被经验修饰的。这之后我们简要说明了用于分析神经元遗传物质,操纵基因的表达,和观察神经元及其部分的一些主要的方法。最后,我们呈现了分子和细胞神经科学的多个应用,演示细胞和分子生物学方法是如何可用于分析神经元群体,并探讨其功能的。

  • Neuroscience

    08:43
    原代神经元培养物

    大脑的复杂构造使得神经科学家们通常需要使用一个简单的系统来进行实验操作和观察。一种有效的方法是获得原代培养物,即解剖神经系统组织,将其解离成单细胞,再在体外培养这些细胞。原代培养物使得能方便地对神经元和神经胶质细胞进行遗传操作和延时成像等必要的实验手段。此外,这些培养物还提供了一个可完全控制的环境,能用于研究复杂的现象,如细胞间的相互作用。

    本短片概述了得到原代神经元培养物的主要步骤,包括选择和解剖感兴趣的组织,机械和化学分解组织以产生单细胞悬浮液,将细胞铺板,以及在适当的培养液中维持培养物。短片还介绍了几个典型实验,以显示如何使用培养的细胞来研究在活神经元中蛋白质的运输,形态的变化,及进行电生理学研究。

  • Neuroscience

    08:03
    神经元转染方法

    转染–将遗传物质转入细胞的过程 -为转染可用于沉默特定蛋白质的表达或驱动外源或修饰蛋白质的表达,它在研究支配神经元功能的细胞和分子进程中极其有用。然而,成熟的神经元有许多特性,使它们难以被转染,因此需要专门的技术来遗传操作这种细胞类型。本短片讲述了转染神经元的原理和理论依据。讨论了神经元转染的三种常见的方法,其中包括核转染,基因枪,和病毒转导。除了描述这每个技术是如何克服神经元转染中的障碍,短片还对如何操作这三种方法进行了说明。最后,短片介绍了神经元转染的多种应用,例如表达荧光标记的管蛋白使得可对神经元的形态进行观察,还可通过选择性基因沉默来产生帕金森氏病的细胞培养物模型。

  • Neuroscience

    09:24
    发育神经生物学导论

    发育神经生物学是探索神经系统从早期胚胎阶段到成人期如何形成的领域。虽然已经知道,神经前体细胞按照增殖,分化,迁移和成熟这些可预测的阶段发展,但控制通过每个阶段的机制尚未完全了解。研究发育不仅对于理解复杂的结构是如何组装的很重要,而且对鉴定和治疗神经失调也很重要。由于损伤修复过程类似于发育中那些过程,该领域也是了解中枢神经系统组织何时以及如何再生的有利资源。

    本短片对发育神经生物学领域进行了简要概述,包括一些主要实验,它们加深了我们对控制早期神经组织形成以及将这些细胞更进一步分化到互不相关的神经元亚类的机制的了解。讨论部分着重于发育生物学家想知道的核心问题,随后演示了他们用来研究这些问题的方法。最后展示了这些技术的应用,以提供深入了解它们对今天的发育神经学家的意义。实验演示范围包括对完整胚胎大脑的遗传操作,将干细胞分化有目的地分化成为神经系统的细胞,和可以定量特定的发育事件,如定量神经元之间新连接的形成的染色技术。

  • Neuroscience

    08:05
    小鼠子宫内电穿孔

    子宫内电穿孔是研究引导神经发育中的细胞增殖,分化,迁移和成熟的分子机制的一项重要技术。电穿孔利用电脉冲在细胞膜上产生瞬时孔隙,快速和有靶向地将物质导入到细胞中。神经生物学中的应用,如调查特定基因是如何参与神经系统的发育和发育中神经元之间是如何建立连接的。

  • Neuroscience

    07:45
    神经组织的外值体培养

    脊椎动物神经系统的精细结构产生于一系列涉及细胞分化,细胞迁移和细胞形态变化的复杂事件。研究这些过程对于我们了解神经系统功能,诊断和治疗发育异常导致的疾病极为重要。然而,神经组织相对无法得到实验处理,尤其是在哺乳动物的胚胎内。因此,许多科学家利用外植体培养,来在“器官型培养”的环境下研究神经发育过程,也就是将组织从生物体中取出,但仍保留其复杂的细胞结构。概括地说,获得外植体培养物就是仔细分离出神经组织,然后将其浸没在精心设计的生长培养基中,进行体外培养。

    本短片将首先简要介绍神经外植体培养,包括它与其他体外方法相比的优势,和维持健康组织的重要考虑因素。接着,提供了一个从胚胎小鼠大脑建立起外植体培养的通用方法,概述从母体上分离胚胎和解剖大脑过程。本短片还包括了薄片培养的介绍,用该方法得到的神经系统的薄切片使得能更容易地观察发育中的细胞。最后,将演示这些技术的一些应用以说明它们是如何被用来回答神经发育领域的重要问题的。

JoVE IN THE CLASSROOM

PROVIDE STUDENTS WITH THE TOOLS TO HELP THEM LEARN.

JoVE IN THE CLASSROOM