神经生物学原理PDF电子书下载

1 来自神经生物学的邀请 1

先天与后天对脑功能及行为的影响 1

1.1 人类双胞胎研究可以揭示先天与后天的影响 1

1.2 先天的例子：动物的本能行为 3

1.3 后天的例子：谷仓猫头鹰为应对视觉映像变化而对听觉映像进行调整 4

神经系统是如何组建的？ 6

1.4 神经系统含有神经元与神经胶质细胞 6

1.5 19世纪晚期通过高尔基染色，人们第一次看到了单个神经元 8

1.6 21世纪的新技术验证了神经元学说 11

1.7 脊椎动物神经元中，信息通常从树突流经 胞体再传递到轴突 12

1.8 神经元通过膜电位的变化与神经递质的释放传递信息 13

1.9 神经元在特异神经回路背景下的功能 15

1.10 特定的脑区执行特定的功能 18

1.11 脑通过映像对信息进行组织 21

1.12 脑是一个大规模并行处理器 22

神经科学一般研究方法 24

1.13 观察与测量是发现的基础 24

1.14 扰动实验揭示因果关系与机制 25

总结 26

深入阅读 26

2 神经元内的信号通路 27

神经元的细胞生物学和电学特性 28

2.1 神经元遵从分子生物学的中心法则和细胞内囊泡转运的规则 28

2.2 大部分蛋白质被主动地从胞体运输到树突和轴突，少数蛋白质在树突和轴突中合成 30

2.3 细胞骨架是神经极性的基础并指导细胞内信号通路 32

2.4 离子通道和转运蛋白介导细胞溶质的主动或被动跨膜移动 36

2.5 由于离子在细胞膜两侧的浓度不同和渗透性不同，神经元在静息状态时处于电位极化的状态 38

2.6 神经元细胞膜可以通过电路来描述 41

2.7 电路模型可以用来分析离子流过胶质细胞和神经元细胞膜的过程 44

2.8 神经元被动的电学特性：电信号随着时间改变并随着距离衰减 45

2.9 神经元的主动电学特性：在阈值之上的去极化产生动作电位 48

电信号是如何从神经元胞体传播到它的轴突末端的？ 49

2.10 动作电位是由去极化引起的Na+内流导致的 49

2.11 连续的、依赖于电压的Na+和K+电导变化可以解释动作电位 50

2.12 动作电位是“全或无”的，可以再生，并且在轴突内单向传播 52

2.13 动作电位在直径更大的轴突和有髓鞘包裹的轴突中传播更快 53

2.14 膜片钳记录技术可以研究流过单个离子通道的电流 57

2.15 克隆编码离子通道的基因让我们可以研究结构-功能的关系 59

2.16 晶体结构解释了离子通道特性的原子基础 61

总结 65

深入阅读 66

3 神经突触的信号传递 69

突触前末梢处的神经递质释放是如何调控的？ 69

3.1 到达突触前末梢的动作电位会诱发神经递质的释放 69

3.2 神经递质以囊泡为最小单位释放 70

3.3 突触囊泡与突触前膜融合释放神经递质 72

3.4 进入突触前末梢的Ca2+控制神经递质的释放 74

3.5 SNARE和SM蛋白介导突触囊泡与突触前膜的融合 76

3.6 突触结合蛋白探测胞内Ca2+浓度并触发突触囊泡融合 77

3.7 突触前膜活性区具有高度规则的结构 79

3.8 突触间隙内的神经递质被迅速酶切降解或转运至突触前细胞与胶质细胞 81

3.9 突触囊泡通过内吞作用被循环利用以维持突触传递 81

3.10 突触可被易化亦可被抑制 84

3.11 神经系统存在多种神经递质 86

神经递质如何作用于突触后神经元？ 88

3.12 乙酰胆碱在神经肌肉接头打开一种非选择性阳离子通道 88

3.13 骨骼肌的乙酰胆碱受体是配体门控型离子通道 90

3.14 离子通道型与代谢型神经递质受体 92

3.15 AMPA和NMDA谷氨酸受体的激活条件不同 93

3.16 突触后致密由支架蛋白组成 96

3.17 离子通道型GABA受体和甘氨酸受体是起抑制作用的Cl-通道 98

3.18 所有代谢型神经递质受体都激活G蛋白信号通路 100

3.19 GPCR信号转导的一个范例：β-肾上腺素能受体可激活cAMP成为第二信使 102

3.20 G蛋白的α和βγ亚基可通过激发不同的信号转导通路改变细胞膜导电性 104

3.21 代谢型受体可作用于突触前末梢调节神经递质释放 105

3.22 GPCR信号转导的重要特征是具有多种信号放大和终止机制 107

3.23 突触后去极化会引发新的基因表达 110

3.24 树突是复杂的集成设备 112

3.25 突触策略性分布于突触后神经元的特定位置 115

总结 118

深入阅读 119

4 视觉 121

视杆和视锥细胞如何检测光信号？ 121

4.1 心理物理学的研究表明人视杆细胞能够检测到单个光子 123

4.2 电生理研究确认了视杆细胞的单光子响应：光使脊椎动物感光细胞超极化 123

4.3 光激活视紫红质——一个典型的G蛋白偶联受体 125

4.4 光子引发的信号经转导的级联过程而急剧放大 126

4.5 光引发的cGMP水平的下降直接导致阳离子通道的关闭 127

4.6 复原作用使视觉系统能持续性对光照产生响应 128

4.7 适应使得视觉系统能在大范围的光照水平中检测到反差 130

4.8 视锥细胞密集分布在中央凹，负责高精度视觉 132

4.9 视锥细胞不及视杆细胞敏感，但响应更快 133

4.10 需要具有不同光谱感光度的感光细胞来感知颜色 134

4.11 人类有三种类型的视锥细胞 134

4.12 视锥细胞视蛋白的基因克隆揭示了颜色识别的分子基础 136

4.13 视锥细胞视蛋白基因的缺陷可导致人类的色盲症 137

外界光信号在视锥细胞和视杆细胞上产生的信息在视网膜上是如何进行加工的？ 137

4.14视网膜节细胞通过中央-外周感受野分析明暗反差 138

4.15双极细胞既可能被光照去极化，也可能被光照超极化，这取决于它们表达谷氨酸受体的种类 139

4.16水平细胞的侧抑制形成中心-周边的感受野 141

4.17视网膜细胞的多样性以及它们之间精确的连接造就了并行的视觉信息处理 142

4.18无长突细胞不对称的抑制产生了方向选择性视网膜节细胞 143

4.19通过比较不同光谱敏感性的视锥细胞感受颜色 146

4.20 同一个视网膜细胞、同一条视网膜通路的功能并不唯一 147

视觉信号在视皮质中如何处理？ 148

4.21 视网膜信息在LGN和视皮质中拓扑映射 150

4.22 LGN神经元具有与RGC相似的感受野 151

4.23 初级视皮质对于线条和轮廓的反应 151

4.24 视皮质神经元如何获得它们的感受野？ 152

4.25 特性相似的细胞垂直排列于视皮质内 154

4.26 信息大致从新皮质的第4层经第2/3层传入到第5/6层 156

4.27 视觉信息在平行的路径中进行加工处理 159

4.28 灵长类脸部识别细胞在颞叶皮质中构成一个特化的网络 161

4.29 将感知与决定和行动联系起来：MT神经元的微刺激造成了运动选择的偏好 163

总结 165

深入阅读 167

5 视觉系统神经回路的连接 169

视网膜节细胞如何正确找到突触后目标？ 169

5.1 视神经再生长实验说明，RGC轴突在发育中的目标位置是预设的 170

5.2 视网膜与顶盖间的一对一连接依化学亲和性建立 171

5.3 后侧顶盖排斥颞侧视网膜轴突 173

5.4 肝配蛋白ephrin梯度和Eph受体指导视觉拓扑映射 174

5.5 单一梯度不足以促使轴线形成 178

5.6 中轴线：跨越还是不跨越，这是个问题 180

经历和神经元活动对回路连接有何影响？ 182

5.7 单眼视觉剥夺会严重影响视神经皮质的发育 182

5.8 输入信号竞争足以促使目标形成空间隔离 184

5.9 V1中的眼优势小柱和LGN中的眼特异分层随着两眼输入信号的分离逐步形成 185

5.10 视觉开始前视网膜神经元显示自发兴奋波 186

5.11 视网膜波动和相关神经活动驱使眼特异输入分离的形成 187

5.12 赫布法则：相关神经活动会增强突触连接 189

5.13 一种赫布分子：NMDA受体是同步事件检测器 191

分子信号和神经元活动如何协作？ 192

5.14 肝配蛋白和视网膜波动平行作用于精密视网膜顶盖拓扑映像的建立 194

5.15 肝配蛋白和视网膜波动也平行作用于视皮质拓扑映像的建立 195

5.16 视觉系统连接的不同方面在不同程度上依赖分子信号和神经元活动 197

果蝇视觉系统的发育：细胞命运与连接特异性的关系 199

5.17 细胞之间的互作决定感光细胞的命运：以R7为例 200

5.18 多条通路共同作用调控R8和R7轴突的分层特异投射 203

总结 206

深入阅读 207

6 嗅觉、味觉、听觉及体感 209

我们如何感知气味？ 209

6.1 气味分子导致嗅觉受体神经元中环核苷酸门控通道的开放 210

6.2 钙离子协调嗅觉的恢复与适应 211

6.3 气味分子由嗅觉受体神经元的组合激活来编码 212

6.4 哺乳类有几百个编码气味受体的基因 212

6.5 气味受体基因多态性有助于解释个体对气味的感知差异 214

6.6 每个嗅觉受体神经元（ORN）表达一种气味受体 215

6.7 表达同种气味受体的ORN在鼻腔中广泛分布 216

6.8 表达同种气味受体的ORN将轴突投射到同一个嗅小球 217

6.9 嗅球回路通过侧抑制改变对气味的代表 218

6.10 嗅觉输入在不同皮质区域中有不同的组织形式 220

线虫和果蝇如何感知气味？ 222

6.11 线虫在感觉神经元层面决定嗅觉行为 224

6.12 线虫感觉神经元在气味刺激终止时激活，其下游是ON和OFF通路 225

6.13 昆虫和哺乳类的嗅觉系统有很多相似点 227

6.14 触角叶对来自ORN的输入进行转化，以提高投射神经元代表气味的效率 229

6.15 能引起先天行为的气味有专用的嗅觉处理通道 231

6.16 负责先天行为的高级中枢以刻板模式代表气味，而负责习得行为的中枢以随机模式代表 232

味觉：吃，还是不吃？ 234

6.17 哺乳动物有五类经典味觉：甜、苦、鲜、咸和酸 234

6.18 甜味和鲜味由T1R家族G蛋白偶联受体形成的异源二聚体所感知 235

6.19 苦味由含约30个T2R受体的G蛋白偶联受体家族所感知 236

6.20 特定离子通道参与酸味和咸味的感知 237

6.21 特定味觉受体细胞的激活带来特定的味觉 238

听觉：我们如何听到并定位声音？ 239

6.22 毛细胞静纤毛中的机械门控离子通道将声音转化为电信号 240

6.23 耳蜗以音调拓扑映像的形式代表声音频率 242

6.24 外毛细胞通过它们的运动性质来扩大听觉信号并锐化频率调谐 245

6.25 在到达大脑皮质前，听觉信息由脑干中多个核团处理 246

6.26 猫头鹰通过比较声音到达两耳的时间和强度来定位声源 248

6.27 哺乳动物中声音定位机制不同于猫头鹰 250

6.28 由听皮质分析的声音复杂且在生物学上有重要性 251

体感：我们如何感知身体运动、触碰、温度和疼痛？ 256

6.29 很多种感觉神经元被用于编码多样化的体感刺激 257

6.30 默克尔细胞和一些触觉神经元用Piezo2蛋白作为机械力转导通道 260

6.31 TRP通道对感知温度、化学物质及疼痛有主要贡献 263

6.32 感觉可能是中枢整合的结果：以痒与痛的区别为例 265

6.33 触觉和痛觉信号由并行通路传送入脑 267

6.34 痛觉受到外周及中枢调控 269

6.35 神经元活性与触觉感知的关联：从感觉纤维到大脑皮质 270

总结 273

深入阅读 274

7 神经系统的连接 277

神经系统连接的特异性是如何在发育中产生的？ 278

7.1 早期发育事件导致神经系统的高度模式化 278

7.2 有序的神经发生和迁移产生很多在特定位置的神经元类型 280

7.3 不对称细胞分离和细胞-细胞相互作用使细胞命运多样化 282

7.4 导向分子的转录调控将细胞命运和连接决定连接起来 283

7.5 跨过中线：导向受体的综合作用特化轴突投射的选择 287

7.6 跨越中线：中间目标的导向信号调节轴突的转向 289

7.7 细胞极性通路参与决定神经元突起成为轴突还是树突 290

7.8 局部分泌机器对树突形态发生和微管结构至关重要 292

7.9 同嗜排斥可以让轴突和树突分支之间自我回避 293

7.10 突触生成使用吸引和排斥机制进行亚细胞位点的选择 295

7.11 双向跨轴突信号指导突触构建 297

7.12 星形胶质细胞激发突触形成和成熟 299

7.13 神经活动和竞争完善神经肌肉连接 300

7.14 发育轴突修剪细化特异性连接 302

7.15 靶细胞的神经营养因子支持感觉、运动和交感神经元的存活 303

嗅觉回路的建立：神经映像是如何形成的？ 306

7.16 神经映像可以是连续的、分散的或者是两者的结合 306

7.17 小鼠气味受体通过调节导向分子的表达来指导ORN轴突投射 307

7.18 在到达靶点前ORN轴突通过排斥性相互作用为自己分类 310

7.19 神经活动依赖性调节的黏附和排斥细化嗅小球定位 311

7.20 果蝇投射神经元的谱系和产生顺序决定它们的树突定位的嗅小球 312

7.21 浓度梯度决定因子和不同的分子标签控制投射神经元树突的定位 313

7.22 ORN轴突之间的有序相互作用限制其定位选择 314

7.23 同嗜匹配分子指导突触连接对象之间的连接特异性 316

约2万个基因是如何指定1014个连接的？ 317

7.24 一些基因可以产生多种蛋白质变体 317

7.25 蛋白质浓度梯度可以指定不同的连接 319

7.26 同一个分子可以有多个功能 319

7.27 同一分子可以在多个时间和地点使用 319

7.28 连接分子的混合使用可以减少使用连接分子的数目 320

7.29 将连接决定分成多个步骤可以节省分子并提高忠实性 320

7.30 很多连接不需要在单个突触或者神经元的水平被指定 321

7.31 连接可以被神经活动和经验指导 321

总结 322

深入阅读 323

8 运动和调控系统 325

动作是怎么被控制的？ 326

8.1 肌肉收缩由肌动蛋白和肌球蛋白纤维的滑动所介导，并受胞内Ca2+调控 326

8.2 一个运动群中的运动单位被从小到大地顺次激活 327

8.3 运动神经元接收多样且复杂的输入 330

8.4 在运动过程中，肌肉的节律收缩受中枢模式发生器协调 332

8.5 在一个有代表性的中枢模式发生器中，神经元的内在性质以及它们的连接模式导致节律性输出的产生 334

8.6 脊髓用多个中枢模式发生器来控制运动 336

8.7 脑干含有特定的控制运动的核团 337

8.8 运动的精细控制需要小脑 340

8.9 基底节参与运动程序的起始和选择 342

8.10 运动皮质中的神经元群体以动态系统的方式控制自主运动 344

8.11 运动皮质神经元群体活性能用于控制神经修复装置 348

脑如何调控内脏器官的功能？ 350

8.12 交感神经系统和副交感神经系统在调节生理机能中起互补作用 350

8.13 自主神经系统是多级调控系统 352

8.14 下丘脑通过调节内稳态和激素分泌调控身体各种基本功能 353

如何调控进食？ 355

8.15 下丘脑损伤和联体实验表明，进食受到来自身体的负反馈信号的抑制 355

8.16 突变小鼠的研究发现了来自脂肪组织的负反馈信号瘦蛋白 356

8.17 弓状核中的POMC和AgRP神经元是进食调控中枢 358

8.18 多种反馈信号和神经通路共同调控进食 360

如何调控昼夜节律和睡眠？ 361

8.19 昼夜节律由一套自抑制转录反馈回路驱动，该回路从果蝇到哺乳动物演化保守 362

8.20 果蝇的光照同步化是通过昼夜节律调节因子的感光降解实现的 364

8.21 哺乳动物视交叉上核中的昼夜节律神经元整合输入信号并协调输出信号 364

8.22 睡眠是动物界的普遍现象且哺乳动物在睡眠期间呈现特定脑电图特征 367

8.23 哺乳动物的睡眠-清醒周期由多种神经递质和神经多肽系统调节 368

8.24 我们为什么要睡觉？ 372

总结 374

深入阅读 375

9 性行为 377

在果蝇中，基因如何决定性行为？ 377

9.1 果蝇求偶有一套先天的刻板性仪式 378

9.2 性行为的很多方面都需要Fruitless（Fru）基因 378

9.3 决定性别的多层基因调控使Fru发生性别特异的剪接，产生雄性特异的FruM 379

9.4 在雌蝇中表达FruM足以产生大多数的雄蝇求偶行为 380

9.5 FruM神经元的活性促进雄性求偶行为 381

9.6 FruM感觉神经元处理交配相关的感觉信号 382

9.7 FruM中枢神经元整合感觉信息并协调行为序列 384

9.8 腹神经索中的FruM神经元调控交配相关的行为输出 385

9.9 雌蝇中与FruM对应的神经元促进对追求者的接受 386

9.10 FruM和Doublesex（Dsx）调控两性间不同的程序性细胞死亡 387

9.11 Dsx和FruM控制神经元连接的性二态性 389

9.12 即使是先天行为也能被经验所改变 390

哺乳动物的性行为如何调控？ 393

9.13 Y染色体上的Sry基因通过产生睾酮来决定雄性分化 393

9.14 睾酮和雌二醇是主要的性激素 394

9.15 早期接触睾酮导致雌性表现出典型的雄性性行为 395

9.16 在啮齿类中，睾酮主要通过雌激素受体发挥它的组织效应 395

9.17 脑和性腺间的对话启动青春期的性成熟，并维持成体的性活性 396

9.18 性激素通过调控程序性细胞死亡来确定两性间不同的神经元数目 398

9.19 性激素还调控神经元连接的性二态性 399

9.20 性二态性的核团界定了从嗅觉系统到下丘脑的神经通路 400

9.21 小鼠的主要嗅觉系统为交配所必需，而辅助嗅觉系统区分性伴侣 400

9.22 同一群神经元在雌雄性中能控制多种行为 402

9.23 育崽行为受交配激活，并受下丘脑中特定的神经元群体调控 405

9.24 两种神经肽，催产素和加压素，调控配偶间的纽带以及育崽行为 407

总结 410

深入阅读 411

10 记忆、学习与突触可塑性 413

序言：什么是记忆？记忆是如何通过学习获取的？ 413

10.1 对遗忘症患者的研究：记忆可以分为外显或内隐的，短期或长期的 414

10.2 假说一：记忆存储的方式是神经回路中突触连接的强度 416

10.3 假说二：学习是通过调节突触连接实现的 418

突触可塑性是如何获得的？ 419

10.4 高频刺激引发突触效能的长时程增强（LTP） 419

10.5 CA3→CA1突触的LTP具有输入特异性、协同性和关联性 420

10.6 NMDA受体是LTP诱导过程中同时性的检测器 421

10.7 LTP表达的首要机制是将AMPA受体富集在突触后膜 422

10.8 CaMKⅡ自磷酸化建立的分子层面的记忆将LTP诱导与表达联系起来 422

10.9 长时程抑制弱化突触效能 424

10.10 脉冲时序相关可塑性能够双向调节突触效能 426

10.11 突触后神经元的树突整合也参与突触可塑性 427

10.12 突触后细胞能够产生逆向信使调控其对应的突触前细胞的神经递质释放 428

10.13 神经连接强度的长期改变包括新突触的形成 429

学习与突触可塑性之间的关系是什么？ 432

10.14 动物具有不同类型的学习 432

10.15 海兔的习惯化和敏化依赖于突触强度的改变 435

10.16 海兔的短期和长期记忆都需要cAMP参与 437

10.17 果蝇的嗅觉条件化需要cAMP信号 439

10.18 果蝇蕈状体神经元是嗅觉条件化中CS-US的汇合点 440

10.19 啮齿动物的空间学习和记忆依赖海马 445

10.20 许多改变海马LTP的操作同样改变空间记忆 445

10.21 从相关性到因果性：再议突触权值矩阵假说 447

学习是在哪里发生的？记忆又存储在大脑的什么地方？ 449

10.22 新皮质对外显记忆的长期存储起作用 450

10.23 杏仁核在恐惧条件化过程中起核心作用 452

10.24 多巴胺在奖赏学习中起重要作用 455

10.25 早年经历可以在长期记忆中留下印记以促进成年后的学习过程 458

总结 461

深入阅读 463

11 脑疾病 465

阿尔茨海默病和其他神经退行性疾病 465

11.1 阿尔茨海默病是由于大脑沉积大量淀粉样斑块和神经原纤维缠结引起的 466

11.2 淀粉样斑块主要由淀粉样前体蛋白（APP）的蛋白水解片段聚集组成 467

11.3 人类的APP和γ分泌酶中的突变造成早发家族性阿尔茨海默病 468

11.4 动物模型提供了研究致病机制的关键工具 470

11.5 载脂蛋白E（ApoE）变异是阿尔茨海默病的一个重要风险因子 472

11.6 小胶质细胞异常对晚发性阿尔茨海默病具有影响 473

11.7 如何治疗阿尔茨海默病？ 473

11.8 蛋白诱导蛋白构象改变的传播造成朊病毒病 476

11.9 错误折叠蛋白的聚集与多种神经退行性疾病有关 477

11.10 黑质多巴胺神经元死亡导致帕金森病 479

11.11 α突触核蛋白聚集和扩散是帕金森病发病的主要特征 480

11.12 线粒体异常功能是帕金森病的核心病理特征 481

11.13 治疗帕金森病：左旋多巴、深层脑部刺激和细胞替代疗法 482

11.14 多种神经退行性疾病具有共同的核心机制但显示出各自独有的特征 486

精神性疾病 487

11.15 干预多巴胺功能的药物能够在一定程度上缓解精神分裂症 487

11.16 调节单胺神经递质代谢能够治疗情绪障碍 490

11.17 调节GABA抑制作用能够减轻焦虑症 491

11.18 药物成瘾通过提高VTA多巴胺神经元的活动操纵大脑奖赏中心 493

11.19 人类遗传研究表明许多基因都与精神性疾病有关 495

神经发育性疾病 499

11.20 智力障碍和自闭症谱系障碍由多个基因突变导致 499

11.21 一个全局基因表达的调控因子MeCP2的缺陷导致雷特综合征 501

11.22 MeCP2主要在分裂后的神经元中发挥作用调控神经元的成熟和功能 502

11.23 在成年个体中重建MeCP2表达能够逆转雷特综合征小鼠模型的症状 503

11.24 缺失一个调控翻译过程的RNA结合蛋白导致脆性X染色体综合征 504

11.25 在动物模型中降低mGluR信号能够改善脆性X染色体综合征 505

11.26 突触异常是神经发育障碍和精神性疾病形成的常见细胞学机制 507

11.27 对脑疾病的研究与基础神经生物学研究相互促进 508

总结 511

深入阅读 512

12 神经系统的演化 515

演化研究的一般思想和方法 516

12.1 系统发育树将历史环境中的所有生物体关联起来 517

12.2 分支分析辨别演化改变的过程 519

12.3 基因重复、基因多样化、基因缺失、基因重排为自然选择提供了丰富的底物 521

12.4 基因表达模式的改变是演化的一个重要机制 522

12.5 自然选择可以在发育中或者成熟的神经系统的不同层次上发挥作用并提高适合度 523

神经元交流的演化 524

12.6 离子通道顺序产生并介导电信号的传递 525

12.7 髓鞘化在脊椎动物和大型无脊椎动物中独立演化 526

12.8 突触可能起源于早期后生动物的细胞连接 527

12.9 神经递质释放的机制是从分泌过程借鉴而来 529

感觉系统的演化 530

12.10 G蛋白偶联受体是真核细胞中古老的化学感受器 532

12.11 动物的化学感觉受体绝大多数是GPCR 533

12.12 昆虫利用来自两个不同家族的配体门控离子通道的协作感受气味 535

12.13 以视黄醛和视蛋白为基础的光感受装置至少两次独立地演化出来 536

12.14 光受体神经元沿着两条平行的路径演化 538

12.15 细胞种类的分化是视网膜环路演化的关键一步 541

12.16 灵长类的三色视觉起源于视锥视蛋白基因的变异和重复 542

12.17 额外视锥视蛋白的引入使双色视动物拥有更强的光谱分辨力 544

神经系统结构和发育过程的演化 546

12.18 所有两侧对称动物的体轴结构受到保守的发育机制的调节 546

12.19 保守的转录因子调控眼的发育 549

12.20 哺乳动物的新皮质在近千万年中快速扩大 550

12.21 新皮质的大小可以通过改变神经形成的机制而变化 551

12.22 皮质区域的特化可以由输入模式塑造 553

总结 556

深入阅读 558

13 研究方法 561

神经科学研究中的动物模型 561

13.1 一些无脊椎动物为电生理研究提供了巨大的、可单独识别的神经元 561

13.2 利用黑腹果蝇和秀丽隐杆线虫实现复杂的遗传操控 562

13.3 多种脊椎模式动物为研究提供了技术上的便利或特殊优势 563

13.4 小鼠、大鼠以及非人灵长类动物是哺乳动物神经学研究的重要模式动物 564

13.5 历史悠久的医学和实验心理学以及最近的基因组变革促进了人类研究 565

遗传和分子生物学技术 565

13.6 正向遗传筛选利用随机突变鉴定控制复杂生物学过程的基因 565

13.7 反向遗传学通过破坏预先指定的基因来确定其功能 567

13.8 RNA干扰（RNAi）介导的敲低能够被用来评估基因功能 571

13.9 遗传嵌合分析能够准确查明对于该基因功能最为重要的细胞 572

13.10 转基因动物中转基因的表达能够在空间和时间上得到控制 573

13.11 病毒转导和其他瞬时手段也可以用于转基因表达 575

13.12 能够访问特定神经元类型有利于功能回路的研究 576

13.13 许多强大的技术可以用来确定基因表达模式 577

13.14 基因组测序揭示了物种之间的联系并鉴定了疾病相关的遗传变异 578

解剖学技术 579

13.15 组织学分析揭示了神经系统的大体结构 579

13.16 单个神经元的可视化为理解神经系统打开了新的前景 582

13.17 对精细结构的研究能够鉴定神经内部分子的主要构成 584

13.18 绘制神经元投射图能够追踪不同脑区之间的信息流动 586

13.19 突触连接图能够揭示神经回路 588

记录和操控神经元活性 591

13.20 细胞外记录能够探测单个神经元的兴奋 591

13.21 胞内记录和全细胞膜片钳记录能够记录兴奋模式和突触传入模式 593

13.22 光学成像能够同时测定许多神经元的活性 594

13.23 神经元失活能够揭示哪些神经元对于回路功能和行为是必需的 598

13.24 激活神经元能够考察神经元活性对调节回路功能和行为的充分性 601

13.25 光遗传学能够在毫秒量级的时间内准确控制遗传学上靶定的特定神经元的活性 604

13.26 突触连接能够通过电生理和光遗传学方法确定 606

行为学分析 607

13.27 在自然环境下研究动物行为能够揭示行为谱和适应值 608

13.28 对行为学在高度控制情境下的研究有助于发现其神经学基础 608

13.29 行为实验能够用于评估基因和神经元的功能以及模拟人类疾病 610

总结和展望 613

深入阅读 615

术语表 617

索引 654