腦研究的前沿與展望

自序

前言



第1章腦功能與腦研究1


1.1腦的調節功能和認知功能1


1.2神經科學、神經生物學與腦科學2


1.3腦研究中的方法論3


1.4腦功能與腦疾病4


1.5腦研究的特點7


1.6神經世界和真實世界8


1.7新神智科學的興起14

1.8近、現代腦科學的發展滿足不了社會要求17

[專欄]名詞解釋18

參考文獻18

第2章離子通道與神經傳導20


2.1引言20


2.2離子通道20


2.3離子通道的三維結構24


2.4離子通道研究的未來26


2.5軸突功能28


2.6軸突上的電壓門控離子通道30


2.7軸突上的配基門控受體33


2.8軸突動作電位的發動36


2.9動作電位沿著軸突的傳導40


2.10軸突的非通常活動42


2.11軸突功能的病理學42

參考文獻44

第3章突觸的化學傳遞與遞質受體45


3.1引言45


3.2遞質小泡的胞外排47


3.3小泡釋放中的膜融合49


3.4小泡釋放機器的空間組構52


3.5胞內吞與小泡再迴圈55


3.6五聚體配基門控離子通道： 乙醯膽鹼受體63

[專欄]術語譯名72


3.7AMPA受體72


3.8抑制性突觸78


參考文獻80
第4章GABAA受體介導的位相性與張力性抑制82


4.1GABAA受體的位相性和張力性啟動82


4.2GABAA受體的位相性啟動和抑制85


4.3GABAA受體的張力性啟動與抑制88


4.4GABAA受體亞單位及受體亞型91


4.5GABAA受體介導的位相性和張力性抑制的調製98


4.6中樞神經系統突觸外區GABAA受體與腦功能異常101


4.7研究突觸外區GABAA受體的意義108

參考文獻108
第5章神經元間的電學調製作用109


5.1引言109


5.2縫隙連接110


5.3假突觸相互作用112


5.4電場對神經元的生物學效應116


5.5神經元間的電學調製119

參考文獻120
第6章神經調質、神經肽與神經調製作用121


6.1引言121


6.2神經遞質對哺乳類大腦皮層神經元的調製作用123


6.3神經肽引起的神經細胞電變化126


6.4哺乳動物中樞神經系統的神經肽131


6.5神經肽如何在神經回路的啟動中起作用133


6.6神經肽與G蛋白偶聯受體136


6.7神經肽的釋放137


6.8神經肽如何實現調製作用143


6.9多種神經肽的共存148


6.10星狀膠質細胞和神經肽151


6.11神經調製和腦功能調製152

參考文獻156
第7章腦電節律性活動及其與神智的相關159


7.1引言159


7.2局部場電位元166


7.3節律性振盪與同步化169


7.4神經元、神經網路與同步振盪174


7.5大腦皮層的狀態179


7.6顱內腦電圖和人類認知研究188


7.7內部腦狀態與神智活動190

[專欄]名詞解釋200

參考文獻201
第8章神經系統的雜訊與狀態204

8.1雜訊與狀態204

8.2神經元的電壓波動207

8.3神經元網路中的突觸雜訊213

8.4雜訊的好處： 神經元電壓波動的功能意義216

8.5神經元的上、下慢振盪狀態220

8.6興奮和抑制的平衡——高電導狀態223

[專欄]名詞解釋230

參考文獻231
第9章力學神經生物學233

9.1引言233

9.2細胞組成成分的力學特徵236

9.3突觸部位的物理耦合241

9.4外傷性損傷244

9.5研究力學生物學的工具及方法244

9.6軸突傳導動作電位時的機械活動247

9.7下丘腦神經垂體系統的形態可塑性251

9.8展望腦功能的力學生物學252

[專欄]名詞解釋253

參考文獻254
第10章腦功能成像255

10.1研究腦功能的重要手段255

10.2正電子發射斷層掃描256

10.3磁共振成像260

10.4功能性磁共振成像264

10.5彌散張量成像269

10.6認知的功能成像271

10.7認知神經成像的未來發展281

10.8解碼神智286

10.9技術和方法學挑戰291

10.10今後展望294

[專欄]名詞解釋295

參考文獻296
第11章清醒人腦的電刺激297

11.1引言297

11.2人腦直接電刺激298

11.3細胞水準的微刺激300

11.4皮層接受刺激後的信號傳播302

11.5矛盾的行為效應305

11.6人腦直接電刺激的生理學308

11.7電刺激人腦扣帶回308

11.8清醒人腦電刺激與醫學上的神經調製作用312

[專欄]名詞解釋313

參考文獻313
第12章光遺傳學與腦研究315

12.1光遺傳學的興起315

12.2視蛋白316

12.3光遺傳學探針技術的改進319

12.4活體動物的光遺傳學研究320

12.5光遺傳學技術與其他技術的結合321

12.6光遺傳學技術用於神經回路分析321

12.7光遺傳學的發展326

參考文獻329
第13章知覺與內部代表331

13.1知覺的內部代表的內涵331

13.2初級視覺皮層的代表333

13.3臉孔選擇細胞335

13.4位置細胞342

13.5網格細胞347

[專欄]名詞解釋360

13.6亞裡斯多德的“總感覺”361

13.7捆綁問題362

13.8視知覺的錯覺366

13.9知覺問題上的神經科學與藝術： 旁觀者的分享367

參考文獻369
第14章意識的神經相關370

14.1意識與覺察370

14.2視覺覺察374

14.3有意識知覺、無意識知覺和無意識本能行為384

14.4心理學與神經科學的交匯： 用神經成像方法研究大體神經元工作空間390

14.5無意識神智過程391

14.6知覺的大體紊亂395

14.7意識研究的生物學前景396

[專欄]名詞解釋399

參考文獻400
第15章意識與全身麻醉402

15.1全身麻醉劑402

15.2全身麻醉劑在細胞水準的作用405

15.3全身麻醉與人類腦功能成像413

15.4睡眠和全身麻醉415

15.5全身麻醉與腦的功能狀態421

15.6全身麻醉的腦機制426

[專欄]術語譯名427

參考文獻428

第16章情緒與杏仁核429

16.1情緒和心境的神經基礎429

16.2情緒理論的歷史430

16.3重要情緒腦區433

16.4情緒理論437

16.5情感神經科學的未來439

16.6恐懼性條件反應和杏仁核440

16.7杏仁核的外源性神經連接445

16.8恐懼學習時的神經網路振盪性活動449

16.9杏仁核突觸網路的可塑性453

參考文獻457

第17章下丘腦、攝食及其他459

17.1生存需要作為研究動機過程的切入點459

17.2對攝食行為神經回路的尋訪463

17.3下丘腦的黑皮質素和瘦素465

17.4弓狀核以外腦區與攝食472

17.5厭食症的神經回路478

17.6饑餓回路480

17.7攻擊行為483

17.8與進食相關聯的神經回路的軟線路489

17.9結束語490

參考文獻490

第18章內態感、內臟腦、腦島491

18.1什麼是內態感？491

18.2身體狀態的神經作圖495

18.3內態感的細胞基礎500

18.4內臟活動對腦和行為的影響503

18.5疾病行為509

18.6軀體感覺系統的情感性輸入和酬報性輸入514

18.7C觸覺傳入活動的皮層加工518

18.8皮膚是一個社會性器官522

18.9前腦島皮層與意識的潛在神經相關524

18.10前扣帶皮層和前腦島皮層啟動的新近發現527

18.11前腦島皮層的作用533

[專欄]名詞解釋534

參考文獻535

第19章催產素與社會行為536

19.1引言536

19.2催產素的作用機制538

19.3哺乳動物神經系統中的催產素與加壓素神經元544

19.4齧齒類的社會行為548

19.5催產素與田鼠的雙親行為及親近行為555

19.6人腦催產素和精氨酸加壓素與行為566

19.7催產素與基本認知過程572

19.8轉化醫學與催產素的治療應用前景579

參考文獻581

第20章腦與社會行為583

20.1引言583

20.2鏡像神經元系統583

20.3人類鏡像神經元系統和模仿586

20.4鏡像神經元系統研究的展望596

20.5社會認知與腦區的相關597

20.6自我瞭解(評價)604

20.7內側額葉與社會認知的研究前景608

20.8抉擇608

參考文獻609

第21章展望腦研究611

21.1引言611

21.2研究作為腦功能基礎的基本神經過程613

21.3神經元的細胞周圍調製616

21.4整體性腦功能622

21.5精確神經生物學624

21.6意識、知覺(內態感)與腦627

21.7腦神智功能的表達源自何種物質過程630

21.8有了科學的設想，還要有好的方法632

參考文獻633

索引636

圖版

進入21世紀以來，中國的科學技術發展進入到一個重要的躍升期。我們科學技術自主創新的源頭，正是來自科學向未知領域推進的新發現，來自科學前沿探索的新成果。學術著作是研究成果的總結，它的價值也在於其原創性。

著書立說，乃是科學研究工作不可缺少的一個組成部分。著書立說，既是豐富人類知識寶庫的需要，也是探索未知領域、開拓人類知識新疆界的需要。特別是在科學各門類的那些基本問題上，一部優秀的學術專著常常成為本學科或相關學科取得突破性進展的基石。

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學術著作的出版，既是為了總結、積累，更是為了交流、傳播。交流傳播了，總結積累的效果和作用才能發揮出來。為了在中國傳播科學而於1915年創辦的《科學》雜誌，在其自身發展的歷程中，一直也在盡力促進中國學者的學術著作的出版。

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出版者注：在2017年，專著學術叢書又增加了第四個系列品種——《專著：自然資源》。

隨著中國科學研究向世界前列的挺進，我們相信，在系列的學術專著之中，一定會有更多中國學者推陳出新、標新立異的佳作問世，也一定會有傳世的名著問世！


《科學》雜誌編委會主編

2011年5月