視 覺 模 糊 頭 痛 頭 昏 眼 花 嘔 吐 癲 癇 @. 685 小 孩 被 送 上 救 護 車 大 部 分 人 在 送 醫 途 中 恢 復 正 常 150 小 孩 需 要 住 院 觀 察 2 人 需 住 院 超 過 二 星 期 4~14 歲 的 小 孩 中, 大 約 每 1000 人 有 8 個 人 會 有 這 種 危 險 的 症 狀 發 生! 1
生 物 vs 無 生 物 Response to environment 辨 識 系 統 接 受 器 Physical Factors: Sound Light Heat Gravity Chemical Factors: Taste Odor Drugs Listening in the Dark Seeing in the Darkness 2
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2004 "for their discoveries of odorant receptors and the organization of the olfactory system" Richard Axel USA Columbia University New York, NY, USA; Howard Hughes Medical Institute Linda B. Buck USA b. 1946 b. 1947 Fred Hutchinson Cancer Research Center Seattle, WA, USA; Howard Hughes Medical Institute Olfactory tract Olfactory bulb Bone Nasal cavity ~5 million olfactory neurons are located in the olfactory epithelium on the wall of the nasal cavity The cilia of the olfactory neuron have specific receptors for odorants & the signal transduction machinery needed to amplify sensory signals 3
Olfactory bulb 4. the signals are transmitted to higher regions of the brain bone 3. the signals are relayed in glomerus Olfactory receptor cells 2. Olfactory receptor cells are activated & send electrical signals 1. Ordorants bind to receptors 神 經 細 胞 一 般 來 說, 每 個 神 經 元 的 寬 度 大 約 是 10 微 米, 相 當 是 沙 咪 碗 糕 呢? 的 小 也 就 是 說 一 公 分 的 100,000,000,000 長 度 相 當 於 1000 個 神 經 元 並 排, 那 一 千 億 個 神 經 元 細 胞 有 多 長 呢? 並 排 起 來 可 以 達 到 1000 公 里 那 麼 遠 呢! 1300 克 體 重 的 2% Neurons are the oldest and longest cells in the body! 4
懷 孕 20 週 100 克 出 生 400 克 18 個 月 大 800 克 三 歲 1100 克 成 年 1300 克 神 經 發 育 初 期, 以 每 分 鐘 25 萬 個 神 經 細 胞 的 數 目 增 加, 出 生 時 幾 乎 所 有 的 神 經 元 細 胞 都 已 經 存 在, 出 生 後 腦 部 重 量 仍 會 增 加, 原 因 主 要 是 由 於 膠 原 (glia cell) 細 胞 數 目 的 增 加 腦 重 量 ( 公 斤 ) 年 齡 ( 歲 ) 男 女 鳥 類 青 蛙 猴 子 貓 咪 兔 子 Brain : Body Fish 1:5000 Birds 1:220 Mammals 1:180 Humans 1:50 人 類 金 剛 低 等 和 高 等 動 物 間 除 了 大 腦 體 積 的 差 異 之 外, 大 腦 表 面 縐 褶 的 有 無 是 很 大 的 差 異 樹 突 訊 息 傳 入 神 經 細 胞 大 小 差 異 很 大, 有 的 甚 至 可 以 長 達 1 公 尺 以 上 呢! 軸 突 神 經 細 胞 體 髓 鞘 神 經 末 梢 訊 息 傳 出 5
版權所有 請勿散佈 神經細胞和身體其他的細胞有何差異呢 神經細胞有特殊的形狀及大小 樹突與細胞體 Neurons have diverse forms 神經細胞彼此會藉由形成突觸而互相聯繫 Neurons communicate with each other at synapses 神經細胞具有產生細胞電性差異的能力 Neurons have ability to generate electricity 神經細胞具有極高的代謝活動 Neurons have high rate of metabolic activity 神經細胞具有有效的運輸系統 Neurons have an efficient transport system 主要負責接收外界的傳入訊號 軸突 主要負責將興奮的訊號傳遞到軸突末梢 軸突末梢 主要負責將興奮的訊號傳遞給後 面的動器 如另一個神經細胞或 肌肉細胞..族繁,不及備載 The Somato-dendritic Tree 細胞體形狀 多樣化的 錐狀 大腦皮質及海馬回中的 Pyramidal neurons 軟圓形 小腦皮質的 Purkinje neurons 紡垂狀的 pallidal complex 中的神經 元細胞 星狀的 脊髓中的 Motoneuron 一般來說 每個細胞體約可延伸出1~9條一級樹突 而後每條一級樹突 在繼續分支而形成樹突樹(dendritic tree) 樹突的形狀較不規則 剛 由細胞體分出時最粗 然後隨著延伸的距離越長會便得越細 在樹突樹突之上可以看到許多向外突出的卵圓形突出物 稱為dendritic spine 每個神經元細胞上dendrite spine 的數目不盡相同 有的高達 4萬~10萬個(spiny) 有的則只有極少數的dendrite spine (smooth) The Dendritic Spine 6
THE Dendrite Spine The Dendrite Spine increase the surface area available for new synapses to form Dendritic Spine Normal and Abnormal Dendrite 在 樹 突 樹 突 之 上 可 以 看 到 許 多 向 外 突 出 的 卵 圓 形 突 出 物, 稱 為 dendritic spine, 每 個 神 經 元 細 胞 上 dendritic spine 的 數 目 不 盡 相 同, 有 的 高 達 4 萬 ~10 萬 個 (spiny), 有 的 則 只 有 極 少 數 的 dendritic spine (smooth) 7
Morris water maze (by Richard Morris): spatial memory Long-term potentiation (LTP) or learning induces morphological changes in dendritic spines. Hidden platform Wading pool Most excitatory synapses in the brain terminate on dendritic spines Before learning After learning LTP (1 hr later) The Somato-dendritic Tree is the neuron s Receptive Pole 功 能 : 接 受 外 來 的 訊 號, 有 的 神 經 甚 至 可 與 傳 入 神 經 建 立 高 達 一 萬 個 突 觸!! 整 合 外 界 所 傳 來 的 興 奮 性 (EPSP) 或 抑 制 性 (IPSP) 訊 號, 若 訊 號 總 和 超 過 一 個 特 定 的 閥 值, 則 會 引 發 動 作 電 位 8
Soma: (neuronal cell body) the metabolic center 與 身 體 其 他 細 胞 具 有 相 同 的 胞 器, 如 細 胞 核 高 基 氏 體 核 糖 體, 粒 腺 體 內 質 網 等 等, 可 合 成 蛋 白 質, 為 細 胞 的 代 謝 中 樞 The Axon & axonal collaterals 和 樹 突 比 較 起 來, 軸 突 具 有 平 滑 的 外 觀, 且 整 條 軸 突 自 soma 起 始 端 到 末 梢 的 直 徑 很 均 一 軸 突 的 長 度 隨 著 神 經 的 種 類 差 異 很 大, 在 某 些 神 經 其 長 度 甚 至 可 長 達 一 公 尺 以 上 有 些 神 經 的 軸 突 會 被 膠 質 細 胞 (glia cell) 所 包 覆 而 形 成 髓 峭, 軸 突 在 兩 段 髓 峭 間 未 被 包 覆 的 區 域 稱 為 蘭 氏 結 (Nodes of Ranvier) 神 經 軸 突 的 末 梢 會 特 化 成 synaptic buttons, 藉 由 這 些 特 化 組 織, 軸 突 可 以 和 其 他 神 經 或 標 的 細 胞 ( 如 肌 肉 細 胞 ) 形 成 突 觸 (synapse), 達 到 聯 繫 的 作 用 113Years Old 1000 1 Presynaptic membranes deliver information in the form of neurotransmitters. Postsynaptic membranes receive information because they have receptors for neurotransmitters. 9
The Axon & axonal collaterals are the neuron s Transmitter Pole 功 能 : 誘 發 動 作 電 位 (Trigger action potential) 以 不 失 真 的 方 式 來 將 動 作 電 位 傳 遞 到 神 經 末 梢 特 化 的 軸 突 末 端 可 以 感 應 動 作 電 位 的 來 臨 而 釋 放 出 神 經 傳 遞 物 質 來 影 響 突 觸 後 的 神 經 或 標 的 細 胞 Axons ( 軸 突 ) 與 Dendrites ( 樹 突 ) 的 差 異 軸 突 將 訊 號 傳 出 神 經 細 胞 體 具 平 滑 的 表 面 一 個 神 經 元 細 胞 一 般 只 具 一 條 軸 突 沒 有 核 醣 體 有 時 會 有 髓 峭 細 胞 包 覆 只 有 在 軸 突 末 梢 才 有 分 支 現 象 樹 突 將 訊 號 傳 入 神 經 細 胞 體 具 粗 糙 的 表 面 (dendrite spine) 一 個 神 經 元 細 胞 往 往 具 有 很 多 條 樹 突 有 核 醣 體 沒 有 髓 峭 細 胞 包 覆 在 靠 近 細 胞 體 附 近 即 有 分 支 現 象 神 經 活 性 的 誘 導 係 因 為 神 經 本 身 細 胞 膜 電 位 由 於 細 胞 外 及 細 胞 內 各 種 離 子 經 由 離 子 通 道 的 流 動 所 引 發 而 造 成 動 作 電 位 ~ 動 作 電 位 的 產 生 ~ 動 作 電 位 : 去 極 化 : 鈉 離 子 流 入 細 胞 內 再 極 化 : 鉀 離 子 流 出 細 胞 外 10
Ion channel is. Hodgkin & Huxley, 1950s The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1963 "for their discoveries concerning the ionic mechanisms involved in excitation and inhibition in the peripheral and central portions of the nerve cell membrane" the fluxes of Na + and K + ions are through holes in the membrane Awardees of the 1963 Nobel Prize 細 胞 膜 的 雙 層 脂 質 形 成 不 通 透 的 厭 水 性 屏 障, 阻 遏 了 大 部 分 的 極 性 分 子 通 過 細 胞 膜 11
版權所有 請勿散佈 運輸蛋白 一種蛋白質可選擇性的與特 定分子或離子相互作用以便 使這些物質通過細胞膜 如神經細胞上的鈉-鉀離子幫 浦 通道蛋白 一種蛋白質可容特定分子 或離子自由通過細胞膜 進出細胞 如神經細胞上的鈉離子通 道及鉀離子通道 神經細胞如何能產生訊號以便將所接收的訊號往下傳達呢? 2+ Ca Ca Na+ 2+ Na + K + K + 大體來說 離子通道對離子的通過是具有選擇性的 如 Na+ 離子通道打開時對 Na+ 的通透性要比 K+ 高10~20倍 而 K+ 離子通道打開時對 K+ 的通透性要比 Na+ 高100倍以上 12
正 常 生 理 環 境 下 對 giant axon 進 行 刺 激 以 產 生 動 作 電 位 時, 觀 察 電 流 的 變 化 細 胞 膜 電 壓 (mv) 細 胞 膜 電 流 (ma/cm 2 ) 加 入 TEA 加 入 TTX Neuroscience, Fig 3-5 Na + K + The rapid opening of voltage-gated Na + channels allows rapid entry of Na +, moving membrane potential closer to the Na + equilibrium potential (+60 mv) The slower opening of voltage-gated K + channels allows K + exit, moving membrane potential closer to the K + equilibrium potential (-90 mv) TEA:K + 通 道 阻 斷 劑 TTX:Na + 通 道 阻 斷 劑 藍 氏 結 跳 躍 式 傳 導 癢 的 感 覺 比 正 常 人 走 路 的 速 度 還 慢 痛 或 溫 度 的 感 覺 奧 運 金 牌 選 手 的 百 米 速 度 觸 摸 的 感 覺 飛 機 起 飛 的 速 度 本 體 的 感 覺, 如 肌 肉 的 反 射 每 秒 100 公 尺 13
On the brain of a scientist: Albert Einstein Experimental Neurology, vol. 88 pages 198-204, 1985. 1955 年 8 月 18 日, 偉 大 的 物 理 及 數 學 家 愛 因 斯 坦 死 翹 翹 了, 享 年 76 歲 愛 因 斯 坦 死 前 的 一 段 話, 造 就 了 這 樣 一 個 故 事. Neuron/Glia cell 比 值 < 正 常 人 The Nervous System Has two Classes of Cells PNS Glial cell CNS Nerve Cells Glial Cells 14
Myelination Myelin sheath in the Central Nervous system Schwann cell Oligodendrocyte 15
Lipid content of plasma membrane & myelin Protein Protein Lipid Lipid 70% 軸 突 傳 出 1000 1 VS. 樹 突 傳 入 16
版權所有 請勿散佈 Presynaptic Nerve Terminal Synaptic Cleft Postsynaptic Muscle Cell 17
SYN A PSE ( 突 觸 ) 動 作 電 位 突 觸 前 神 經 末 梢 Acetyl CoA Choline Transporter Acetylcholine Choline acetyltransferase Acetylcholine ACh esterase Acetate Choline 軸 突 神 經 傳 遞 物 質 樹 突 突 觸 後 神 經 細 胞 ACh Receptor 18
青 蛙 的 心 臟 其 心 跳 速 率 會 受 迷 走 神 經 所 控 制, 刺 激 迷 走 神 經 其 心 跳 速 率 會 減 慢 The Nobel Prize in Chemistry 1936 "for their discoveries relating to chemical transmission of nerve impulses 迷 走 神 經 受 刺 激 之 後 會 釋 放 出 神 經 傳 遞 物 質 Acetylcholine 來 抑 制 心 臟 的 收 縮 速 率 Sir Henry Hallett Dale Otto Loewi United Kingdom Austria National institute for Medical Graz University Research Graz, Austria London, United Kingdom 1875~1968 1873~1961 外 加 ACh 可 以 比 擬 刺 激 迷 走 神 經 所 造 成 的 心 跳 速 率 變 慢 現 象, 顯 示 ACh 是 刺 激 迷 走 神 經 時 所 釋 放 出 來 而 改 變 心 跳 速 率 的 化 學 物 質 當 突 觸 前 神 經 受 到 刺 激 時 在 突 觸 會 有 神 經 傳 遞 物 質 釋 放 出 來 Stimulate vagal nerve Increase AP interval AP is abolished 動 作 電 位 經 Axon 傳 到 神 經 末 梢 造 成 神 經 末 梢 鈣 離 子 通 道 的 打 開 鈣 離 子 流 入 並 造 成 突 觸 泡 與 細 胞 膜 融 合 破 裂 而 釋 放 出 神 經 傳 遞 物 質 神 經 傳 遞 物 質 結 合 並 打 開 離 子 通 道, 造 成 離 子 流 動 而 促 進 或 抑 制 突 觸 後 細 胞 的 興 奮 性 19
汞 金 屬 離 子 中 毒 事 件 時 間 :1960 年 左 右 地 點 : 日 本 漁 村 Minamata Bay 症 狀 : 走 路 不 穩 躺 在 床 上 抽 動 智 商 下 降 等 等 汞 離 子 : 日 光 燈 電 池 鉛 離 子 : 油 漆 報 紙 油 墨 汽 油. 兒 童 血 鉛 含 量 高 於 歐 日 調 查 單 位 : 高 雄 醫 學 大 學 取 樣 來 源 : 高 雄 市 32 所 小 學 三 年 級 某 班 共 935 人 結 果 : 1. 血 鉛 濃 度 平 均 值 5.5 微 克 /100 毫 升, 高 於 臨 界 質 2.5 微 克 /100 毫 升 2. 學 童 血 中 鉛 含 量 濃 度 越 高 者 在 班 上 成 績 名 次 越 後 面, 尤 其 與 國 語 社 會 等 記 憶 性 課 程 相 關 性 顯 著 鉛 的 危 害 : 1. 鉛 進 入 人 體 以 後,90% 以 上 沈 積 及 累 積 在 骨 骼 系 統 中, 稍 後 可 慢 慢 釋 放 到 血 液 中, 其 半 衰 期 達 20 年 2. 對 兒 童 最 大 的 影 響 是 中 樞 神 經 的 發 育 Cone snail 當 突 觸 前 神 經 受 到 刺 激 時 在 突 觸 會 有 神 經 傳 遞 物 質 釋 放 出 來 funnel web spider (Agelenopsis aperta) w-conotoxin Agatoxin 動 作 電 位 經 Axon 傳 到 神 經 末 梢 造 成 神 經 末 梢 鈣 離 子 通 道 的 打 開 鈣 離 子 流 入 並 造 成 突 觸 泡 與 細 胞 膜 融 合 破 裂 而 釋 放 出 神 經 傳 遞 物 質 神 經 傳 遞 物 質 結 合 並 打 開 離 子 通 道, 造 成 離 子 流 動 而 促 進 或 抑 制 突 觸 後 細 胞 的 興 奮 性 20
Nicotinic ACh Receptor (acetylcholine) Strychnos Toxifera curare 百 步 蛇 21
版權所有 請勿散佈 雨傘節 神經傳導物質之去活化 擴 散 酵素代謝 回 收 ACh E A 時間 1995年3月20日 地點 東京地下鐵車站 經過 奧姆真理教恐怖份子釋放沙林毒氣 結果 12人死亡, 超過5000人中毒身體不適 Ch 時間 1938 年 世界第二次大戰 地點 德國 人物 德國科學家 Schrader, Ambros, Ririger 及 van der Linde首次製造 特性 無色無味 致死劑量 吸入0.075~0.1克 15分鐘內死亡 (相當於一顆米大小) 皮膚接觸1~1.7克 2分鐘內死亡 22
E 神 經 毒 氣 沙 林 作 用 機 轉 神 經 末 梢 A Ch E S ACh ACh ACh ACh 神 經 毒 劑 中 毒 症 狀 肌 肉 麻 痺 呼 吸 衰 竭 視 覺 模 糊 噁 心 嘔 吐 盜 汗 頭 痛 昏 迷 癲 癇 發 作 ACh 接 受 器 Atropine ACh 接 受 器 23
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