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臺灣大學 潘建源. 動作電位與腦功能. 第 13 單元. 潘建源 動物學研究所暨生命科學系 生科館 Rm730. 【 本著作除另有註明外,採取 創用 CC 「姓名標示 — 非商業性 — 相同方式分享」台灣 2.5 版 授權釋出 】. Outline: 左還是右? 訊息傳遞 – 動作電位 訊息傳遞 – 神經突觸 連結重建. 延伸閱讀 小小神經科學( Neuroscience for Kids ). 臺灣大學 潘建源. 左還是右 ?. 順時針或逆時針. Video Clip. 學習傾向. 腦中不同的區域負責不同的功能嗎?.

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Presentation Transcript
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臺灣大學 潘建源

動作電位與腦功能

第 13 單元

潘建源

動物學研究所暨生命科學系

生科館 Rm730

【本著作除另有註明外,採取創用CC「姓名標示—非商業性—相同方式分享」台灣2.5版授權釋出】

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Outline:

  • 左還是右?
  • 訊息傳遞 – 動作電位
  • 訊息傳遞 – 神經突觸
  • 連結重建

延伸閱讀

小小神經科學(Neuroscience for Kids)

slide3

臺灣大學 潘建源

左還是右?

順時針或逆時針

Video Clip

slide4

學習傾向

腦中不同的區域負責不同的功能嗎?

slide5

不同腦部區域的功能

1809 Franz Joseph Gall, 骨相學(Phrenology)

不同的頭骨部位,對應不同的功能及人格特質

海頓的頭顱 Joseph Haydn (1732-1809)

為研究腦是如何執行音樂相關功能,音樂家海頓的頭在其過世之後,就被偷走以進行骨相學的研究,直至1932年方回到其埋身之墓。

slide6

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不同的腦區有不同的功能

額葉

頂葉

運動皮質區

體感皮質區

前整合區

閱讀

枕葉

視覺

味覺

語言

聽覺

嗅覺

小腦:運動

顳葉

slide7

腦功能研究

  • 腦損傷
  • 非侵入性即時觀察腦部活動
  • 核磁共振影像Magnetic Resonance Imaging, MRI
  • 正子放射圖像Positron Emission Tomography, PET
slide8

A voice region in the monkey brain

  • Petkov et al., (2008) Nat Neurosci. 11(3): 367-374.
  • 本實驗利用核磁共振影像探討猴子的聽覺區域,對不同猴子所發出的聲音的反應
  • 功能性核磁共振影像(Functional MRI, fMRI):研究腦部各區域血液的流量,代表各區域的活動程度。
  • 在聽覺區的右前方,對不同猴子所發出的相同聲音,有特別明顯的反應。
  • 演化壓力(evolutionary pressure)及社交互動
slide9

男女大不同!女性比較不會認路嗎?

Brain activation during human navigation: gender-different neural networks as substrate of performance

Grön et al. (2000) Nat. Neuro.3, 404 - 408

1. 海馬迴(hippocampus)中有所謂的位置細胞(Placing cells)與空間位置的記憶有關

2. 在空間的辨識上,海馬迴的損傷,對男性的影響大於對女性的影響,顯示男女所使用的腦區可能不同。

3. 男與女處理空間資料的方式不同。

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臺灣大學 潘建源

訊息傳遞 – 動作電位

有或無

40 mV

0.2 s

slide11

動作電位的產生

鈉(Na+)鉀(K+)離子通透性的變化

臺灣大學 潘建源

+ + + + +

+ + + + + +

+ + + + + +

+ + + + +

+ + + + +

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- - + - -

- - - - - -

- - - - - -

- - - - -

- - + + -

+ + + + +

+ + + + + +

+ + + + +

+ + + + + +

+ + + + +

1

1

休息態:內外離子分佈不平衡,通道未打開

回到休息態,準備下一次刺激

Na+

+50

動作電位

3

4

5

不同的離子通道作用,使膜電位回到休息態

0

Membrane potential (mV)

Na+

膜電位

2

2

- 50

1

閥值

部分鈉通道打開,那流入導致膜電位上升

5

1

- 100

Na+

時間 Time(msec)

K+

Na+

K+

3

4

更多鈉離子流入細胞,膜電位急遽上升

鈉通道關閉,鉀通道開啟,使膜電位下降

slide12

細胞核

臺灣大學 潘建源

蘭氏結

細胞核

動作電位傳遞

訊息方向

細胞本體

軸突

許旺氏細胞

樹突

訊息方向

髓鞘

髓鞘

蘭氏結

突觸末稍

slide13

多發性硬化症(Multiple sclerosis):自體免疫疾病(autoimmune disease),免疫細胞攻擊髓鞘細胞,影響神經傳導速率

由中央健保局的統計資料顯示,臺灣地區截至至96年12月份止,約有769人領有多發性硬化症重大傷病證明卡。女:男 ~ 5:1

slide14

臺灣大學 潘建源

訊息傳遞 – 神經突觸

當兩隻神經細胞突觸相遇時

突觸後

突觸前

潘建源實驗室

slide15

臺灣大學 潘建源

突觸連結

突觸後神經

興奮性突觸電流

突觸前神經

動作電位觸發

潘建源實驗室

slide16

Ca2+

臺灣大學 潘建源

分泌膜囊

8

突觸後電流有興奮性與抑制性,因而改變突觸後神性的可興奮性

9

神經傳導物質儲存在分泌膜囊中

去極化打開突觸前神經的鈣離子通道

動作電位傳遞至神經末稍

神經傳導物質釋放至神經縫隙中

神經傳導物質與突觸末稍上的受體結合

打開或關閉相關離子通道

7

6

1

3

2

5

將分泌膜囊回收再予以利用

神經傳導物質

4

鈣離子觸發分泌膜囊與細胞膜結合

離子

神經傳導物質

slide17

節前神經神經傳導物質,對節後神經膜電位的影響節前神經神經傳導物質,對節後神經膜電位的影響

  • 興奮性;2. 抑制性

去極化

膜電位

更極化

slide18

肉毒桿菌毒素:抑制神經傳導物質分泌,影響神經對肌肉的控制 – 撫平歲月的痕跡

美國中情局古巴檔案:曾計畫利用肉毒桿菌污染的雪笳,刺殺卡斯楚。

slide19

臺灣大學 潘建源

訊號處理

4

2

3

1

神經傳導

1. 接收訊號

2. 訊號組合

3. 動作電位編碼

4. 輸出

slide20

修復連結

神經 “義肢” (Neural Prosthetics)

slide21

電子耳

聲音 – 耳道 – 耳蝸 Cochlear – 大腦聽覺區

直接刺激耳蝸,進而活化聽覺區域

slide22

電子眼

光線 – 視網膜 – 視神經 – 腦部視覺區

許多病人是視網膜退化,然視神經仍有功能。因此可利用電直接刺激視神經,進而在腦區產生影像。

slide23

駭客任務:神經與電腦連結

  • 直入晶片於運動相關腦區
  • 紀錄頭皮相關腦區電位 – 腦波

可協助癱瘓病人獨立做一些事,並與社會重新連結。

slide24

知覺與感知

Sensation vs. Perception

相同的環境訊息

感覺器官接收相同訊號

中樞神經不同的分析方式

不同的感知