第一章 绪论——医学神经生物学与行为　
　　一、神经生物学的概念与任务
　　一般说来，神经生物学和神经科学是同义词，然而更严格地讲，神经科学包括临床神经病学，而神经生物学则否。美国神经生物学学会对神经生物学下的定义说，“神经生物学是为了了解神经系统内分子水平、细胞水平和细胞与细胞之间的变化过程，以及这些过程在中枢功能控制系统内的整合作用而进行的研究。”神经生物学研究不受传统的专业学科的限制，它是一种多学科、跨学科的基本理论研究。
　　神经生物学研究的最终目的在于了解人类大脑的结构与功能，以及人类行为与心理活动的物质基础，为增进人类感觉与运动的效率，提高神经系统疾病的预防、诊断、治疗水平而服务。可见神经生物学与人类生活、工作、学习、幸福乃至整个医学的关系是非常密切的。
　　当代自然科学面临的挑战是揭示脑的奥秘，人们的感觉、思维、情感和行为都是以神经系统的活动为基础的。因此分析神经系统的结构和功能，揭示各种神经活动的基本规律，并在各个水平上阐明其机制，进而预防、诊治各种神经和精神性疾患，就成为神经生物学研究的基本内容。突触传递是神经活动的中心问题。神经元与神经元之间，神经元与效应器之间的信息传递，绝大部分是通过神经递质及其相应受体，在突触部位实现的。因此神经元、突触、神经递质和受体的研究就成为神经生物学的基础研究内容。
　　细胞和分子神经生物学的蓬勃发展，已对系统神经生物学、发育神经生物学以及临床各科的许多疾病的发病机制和防治措施等方面都产生了极其深刻的影响，而且这种影响正在迅速加深拓宽，神经生物学的发展正在为临床医师提供诊治行为性疾病的指南，可以肯定临床神经病学和精神病学的未来取决于分子神经生物学的发展。医学专业的学生学习现代神经生物学，正是为了迎接新世纪现代神经生物学和现代医学大发展的挑战，以适应并促进未来医学的发展。医学研究者和临床工作者需要了解神经生物学、了解行为和高级精神活动的神经生物学基础、了解与神经有关疾病的病因和防治进展。医学发展需要神经生物学已成为历史的必然。
　　二、神经生物学的特点
　　1.神经生物学研究是多学科的综合研究在这里不是强调某种方法或某一学科的特殊性，而是鼓励多学科的交叉合作，甚至鼓励一名科学家在精通一两种技术的基础上会使用“十八般武艺”，以便从不同的角度来解决一个问题。
　　2.神经生物学是多层次的综合研究机体对外来刺激的任何反应，都可分解为神经通路和系统水平的活动、脑内局部回路水平的活动、单个神经元（细胞）水平的活动和分子水平的活动，这是一种从分子到行为的“一条龙”研究。当今神经生物学的研究包括分子神经生物学、细胞神经生物学、发生神经生物学、系统和行为神经生物学、认知神经生物学、计算神经生物学和临床神经生物学等7个水平。
　　3.神经生物学是了解自身进而完善自身的研究人类认识自己的问题，基本上就是了解脑（神经系统）是怎样活动的问题及神经系统疾病的预防及治疗的问题。脑是产生思维与控制行为的器官。揭开脑活动的奥秘，是自古以来人们孜孜以求、锲而不舍的追求。20世纪最后十年是美国政府以国家法令形式确定的“脑的十年”。十年来分子神经生物学的发展已经加深了我们对受体-信号转导系统的理解，以及该系统在神经元内调节生理反应中作用的认识；扩大了人们对大脑发育与行为形成的理解；甚至已经开始明确在发育过程中，组装功能性神经回路的分子机制；已经让我们能将单个基因与神经细胞内的信息传导，以及动物的行为联系起来；可以探明众多神经功能性疾病的发病机理。这些新进展，最终将可以使我们能在细胞和分子水平来研究情感、知觉、学习、记忆和其他认知功能的脑机制。现代认知神经生物学的核心是认知心理学和神经生物学的结合，而这一结合极大地促进了视觉、感知、情感、动机、思维、语言和学习记忆的研究。不久前像动作规划、记忆这类难以观测的精神活动，还被认为是不可能用科学实验来分析研究的。而今天我们已经可以看到在正常和不正常的精神活动下，脑功能活动的变化，甚至能够直接研究更为复杂的认知过程。我们对精神功能的研究已不再仅仅局限于从行为上来推测了。在21世纪未来数十年里，神经生物学的发展可以让我们去揭示生物之谜——人类精神和意志活动与行为的神经生物学基础。
　　三、医学神经生物学与行为
　　医学神经生物学的一个主要任务是理解行为的物质基础。大脑是如何控制行为的？脑内上亿个神经细胞是如何相互连接的？它们的活动与行为有何关系？遗传和发育是如何影响行为的？这就是医学神经生物学作为一门医学基础课的主要任务。
　　行为是指有动机、有目的的行动。生物时时刻刻都处在外界复杂多变的环境之中，为了生存繁衍必须不断调整自己的行为，才能达到适者生存的目的。根据需要可出现摄食行为、防御行为、攻击行为、逃避行为和性行为。人类有高度发达的大脑和更加复杂的社会生活与交流，语言、文字、思维、精神、情感、学习、记忆等高级精神、.心理活动使人类的行为变得更加复杂，又出现了许多人类所特有的社会心理性行为、情感性行为和意志性行为。多年来行为学研究一直受到人们的广泛重视。
　　行为始于认知。认知过程是由感知觉、思维、注意和记忆活动组成，是精神活动中复杂的过程。认知过程是意志的基础，意志过程包括需要（need）、动机（motivation）和意志（will）。意志是指人们在需要和动机的基础上自觉地确定目标的心理过程；而人的情感（人类个体对客观事物的态度和体验的高级形式）活动则可能成为意志行为的动力或阻力；只有意志才会对行为具有发动、坚持和改变的调节控制作用，而那些经由意志、心理过程调控的行为才是意志行为。由此可见，行为是由感知觉激发，经大脑复杂整合后，通过随意运动实施的一个完整过程。深刻认识行为的物质基础的核心是揭示脑活动的奥秘，探明人类如何知觉、运动、思考和记忆，这正是神经生物学研究的目的。尽管目前尚未揭开人脑活动的奥秘，但近年来研究的发展已使我们坚信，行为的脑机制是可以研究和认识的。本书将就已有的进展作扼要的介绍。
　　行为是神经活动的外在表现，也是了解神经活动的窗口，很多与神经活动相关的疾病都会由患者的行为表现出来，而医师又常常从患者的行为表现中了解其神经损害的病理基础，进而制定正确的防治方案。因此医学神经生物学是一门主要介绍生理性和病理性行为神经机制研究成果的医学基础课程。本书着重强调行为是可以在细胞和分子水平进行研究的，我们既阐述所有行为都是神经活动的表达这一中心原理，也介绍现代神经生物学对行为研究所提供的深入认识。旨在为读者打好进一步研究和推动我国医学和神经生物学共同发展的基础，希望并鼓励医学生能用一种同时包括行为的社会和生物属性的方法，来认识和研究行为，以推动行为脑机制和新的诊断、治疗、预防方法的研究。
　　四、脑与行为
　　由神经元构筑成脑，由脑产生思维和控制行为，已成为当今生物学界的共识。大脑的组织学研究起始于意大利科学家Camillo Golgi和西班牙神经解剖学家Ramony Cajalo对大脑功能的研究起始于19世纪初德国神经解剖学家Franz Joseph Gallo大脑皮质功能定位的第一个突破来自于法国神经科医师Pierre Paul Bmca。Broca在1861年报告了一例失语患者。该患者虽然可以理解别人说的话，却既不能说也不能写，也没有任何运动功能障碍，他可以说单个的字，但不能说完整的句子。患者死后，尸检发现左侧大脑额叶后部有一个病灶（该部位就是现在著名的Broca区）。Bmca随后又研究了8个类似的患者，尸检发现，他们在左侧大脑额叶后部同一部位有病灶，因此在1864年Broca发表了一个极著名的论断：“我们用左半脑说话”。在随后的1876年，德国神经科医师Carl Wernicke报告了另一类失语症；与Broca的患者（可以理解别人的话，而自己却不会说）不同，Wernicke的患者可以说话，但不能理解别人的话。该患者病灶的部位也不在Broca区，而是在左侧颗叶后部。这样，Broca和Wernicke的研究第一次表明了大脑皮质的特定区域与特定的行为密切相关。Broca和Wernicke的发现引发了一个大脑功能定位的研究热潮。
　　20世纪初德国解剖学家KorbinianBrodmann等发现大脑皮质在形态上并不是均一的。在大脑皮质的不同部位，神经元的形态及皮质的结构是不同的。Brodmann认为不同的皮质形态对应于不同的皮质功能。因此Brodmann（1909年）根据形态将大脑皮质分为52个功能区。随后的研究表明，不同的Brodmann皮质区的确具有不同的功能。
　　对大脑皮质功能的进一步了解来自20世纪50年代加拿大神经外科医师WilderPanfield的贡献。他发现，一旦刺激Broca或Wernicke皮质区，患者便出现语言障碍。因此Panfield的发现直接证实了Broca及Wernicke的理论。
　　现代科技能够让我们直接观察完全正常个体的皮质功能。常运用的无创性显像方法是正电子发射断层扫描（positron emission tomography，PET）和功能性核磁共振显像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）。PET通过监测精神活动中大脑皮质局部血流及代谢的变化来研究皮质的功能。通过PET，Michael Posner等在1988年证实，当受试者听一个词时，Wernicke区活性增强，而当受试者说一个词时，Broca区的活性增强，当受试者看一个词时，视区活性增强，而当受试者想一个词时，Broca区、Wernicke区及其他脑区的活性均增强。
　　大脑之所以有如此复杂的功能是因为人类大脑内有数以千亿计的神经元。这些神经元相互连接构成了一个极其复杂的网络系统。这个由神经元组成的特殊信号转导网络系统介导或调节着相应的行为，因此，人类行为的复杂性决定于大量神经元形成的多种神经环路。
　　行为本身并不会遗传，遗传的是能编码蛋白质的DNA。这些基因表达于神经元，它们编码的是蛋白质参于神经环路的形成。每个细胞表达一组特殊的基因，指导特异蛋白质的产生。一条神经通路的形成及其功能的完成，需要许多种结构蛋白和调节蛋白。在人类，任何一个行为都需要多个基因的作用才能形成。行为的细微差异，不仅可由一种或一系列基因产物的存在或缺失造成，也可由不同基因产物表达的程度或特殊影响及作用而引起。因此，基因、蛋白质和神经环路的相互作用就构成行为的基础。分子遗传学为识别某一特殊行为有关的基因和确定这些基因编码的蛋白质如何控制行为提供了技术手段。人类许多复杂行为的特性都与多基因相关。常见的多基因疾病有糖尿病、冠状动脉疾病、哮喘、精神分裂症、躁狂抑郁症和癫痫等。
　　（关新民 关中晖）
　　神经元（neuron）是一类高度分化的细胞，是神经系统的结构和功能单位，严格地讲，神经元是指一个神经细胞的胞体（又称核周体，perikaryon）及其所有突起（轴突，axon和树突，dendrite）。它可以接受刺激，产生和扩布神经冲动，并将神经冲动传递给其他神经元或效应细胞。神经元实现调控功能的基础是生物信息的传送，其间既包括细胞膜的电信息传导、突触信息传递、跨膜信息转导以及胞内信使分子介导的效应，还包括不同神经元共同组成的调制环路。人类行为的复杂性主要决定于大量神经元形成的精确神经环路，甚至有时行为的一个成分也需要许多神经元参与。单个神经元的特异性不是决定因素，必须从神经元相互联系所组成的神经网络环路水平来全面地认识神经元的功能。
　　鉴于神经元已在很多相关学科做过详细介绍，这里仅就神经元与行为、神经元胞膜上电信号传导、局部神经元环路与突触微环路整合及突触区的信号传递与整合4个专题分别进行介绍。