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《神经生物学原理与应用：从分子机制到系统整合》 内容简介 本书旨在为生命科学、医学、生物工程等领域的学生和研究人员提供一个全面、深入且前沿的神经生物学知识体系。它超越了对基础生理学的简单罗列，而是着重于阐述神经系统如何从最微观的分子层面组织信息，并最终在大脑中实现复杂的行为和认知功能。全书结构严谨，逻辑清晰，力求在保持科学精确性的同时，突出其在理解神经系统疾病和开发新型神经疗法中的实际应用价值。 全书共分为五大部分，系统地覆盖了神经科学的各个核心领域。 --- 第一部分：神经系统的分子与细胞基础 (The Molecular and Cellular Foundations of the Nervous System) 本部分奠定了理解整个神经系统运作的细胞生物学和生物化学基础。 第一章：神经元的结构与功能分化 详细探讨了神经元的形态学多样性，包括不同类型的树突形态、轴突长度的差异及其对信息处理的影响。深入分析了细胞骨架在维持神经元极性、轴突生长和囊泡运输中的关键作用。着重介绍了神经元谱系发生的分子调控网络，包括转录因子家族（如 Ascl1, Neurog2）如何决定特定神经元类型的命运。 第二章：离子通道的生物物理学 这是理解神经元电信号产生的基础。本章详尽描述了电压门控离子通道（钠、钾、钙通道）和配体门控离子通道的亚基结构、门控机制和药理学特性。通过Hodgkin-Huxley模型和更现代的计算模型，解释了动作电位的产生、传播和不应期现象。此外，重点讨论了与疾病相关的离子通道病（Channelopathies），如癫痫、先天性疼痛缺乏症等。 第三章：突触传递的分子机制 本章深入解析了化学突触的完整周期：从突触前泡的装载、释放（SNARE复合体的工作机制、钙依赖性触发）、到突触后受体的激活和调控。特别关注了谷氨酸受体（AMPA, NMDA, Kainate）和GABA受体的功能异构体及其在兴奋/抑制平衡中的作用。对于神经递质的合成、储存和回收过程也进行了细致的描绘。 第四章：神经胶质细胞：不只是支持者 本部分彻底颠覆了传统上将神经胶质细胞视为被动支持细胞的观点。详细阐述了星形胶质细胞在突触可塑性、血脑屏障维持和神经炎症中的主动作用。重点讨论了少突胶质细胞的髓鞘形成过程（轴突直径与传导速度的关系），以及小胶质细胞作为免疫监控者的激活状态转换及其在神经退行性疾病中的双重角色。 --- 第二部分：信息整合与信号处理 (Information Integration and Signal Processing) 本部分聚焦于单个神经元如何处理和编码信息，以及神经回路如何实现计算功能。 第五章：突触可塑性与学习记忆的细胞基础 详述了突触传递的动态变化，特别是长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）的分子通路，包括CaMKII、PKA、CREB通路的作用。区分了突触强度与突触数量的变化，并讨论了突触的形态可塑性——树突棘的形成与消除。引入了突触效率和信息熵的概念来量化突触变化对信息存储的贡献。 第六章：整合与计算：树突的复杂性 挑战了“电荷相加”的简化模型，深入探讨了树突形态如何影响信息整合。分析了被动和主动（如树突内动作电位）计算机制。通过生物物理模型，解释了局部兴奋性输入如何通过树突的非线性处理，影响胞体输出的精确性。 第七章：神经回路的功能组织 考察了基本计算单元——神经回路。以反射弧、振荡器和感觉信息处理通路（如视网膜的并行处理）为例，解析了兴奋性-抑制性（E/I）平衡在维持回路稳定性与动态性中的核心地位。讨论了电流钳制和膜片钳技术如何用于揭示真实回路中的电生理特性。 --- 第三部分：感觉、运动与自主神经系统 (Sensory, Motor, and Autonomic Systems) 本部分转向宏观系统层面，探讨特定功能系统的组织和机制。 第八章：感觉转导与编码 详细分析了听觉、视觉、触觉和嗅觉系统的物理信号到电信号的转导过程。例如，在视觉系统中，深入分析了视网膜细胞的级联放大机制和光敏色素的再生循环。在听觉系统中，阐述了耳蜗的频率分离机制和内毛细胞的机械电偶联。重点在于感官信息的编码模式（如速率编码与时间编码）。 第九章：运动控制的层级结构 描述了从皮层运动规划到脊髓反射的完整运动控制通路。重点分析了初级运动皮层（M1）、前运动区（SMA）和辅助运动区（Premotor Area）的功能划分。深入探讨了基底神经节在选择和启动运动序列中的“刹车”和“加速”机制，以及小脑在运动误差校正和时序协调中的核心作用。 第十：自主神经系统与内稳态 区分了交感、副交感和肠道神经系统的解剖结构和神经递质特征。阐述了下丘脑在整合内脏信息和调控自主反应中的中枢作用。探讨了压力反应轴（HPA轴）的神经内分泌机制及其与情绪系统的交叉影响。 --- 第四部分：认知神经科学的电生理基础 (Electrophysiological Basis of Cognitive Neuroscience) 本部分连接了细胞活动与高级认知功能。 第十一：脑电与磁场：宏观记录技术 全面介绍脑电图（EEG）、脑磁图（MEG）的物理原理、信号来源（主要来自突触后电位）及其时间分辨率优势。详述了事件相关电位（ERP）的成分（如P300、N400）如何映射认知过程的不同阶段，如注意力分配、语义加工和决策制定。 第十二：记忆的系统巩固与表征 将细胞可塑性扩展到系统层面。重点分析了海马体在情景记忆形成中的“三联体”功能：输入、编码和输出。讨论了基于LTP/LTD的神经元集合（Cell Assemblies）如何表征特定信息，以及记忆在皮层中如何通过睡眠周期进行系统巩固（Replay机制）。 第十三：意识、注意力和决策的神经振荡 探讨了不同频段的神经振荡（如Theta, Gamma波）在连接不同脑区、实现信息整合中的作用。分析了选择性注意如何在皮层中通过增强目标频率的振荡耦合来实现增强信息处理。在决策制定中，引入了积分-到阈值模型，解释了特定神经元群体活动如何累积证据并最终触发选择。 --- 第五部分：神经系统发育与病理生理学 (Neurodevelopment and Pathophysiology) 本部分关注神经系统的动态变化和疾病状态下的功能失调。 第十四：神经系统的构建与塑性 详细描述了神经发生、神经迁移、髓鞘化和突触修剪的复杂调控。重点讨论了环境因素（如早期经验、营养）如何通过表观遗传机制影响神经回路的最终结构和功能。分析了关键的分子信号（如Netrins, Slit/Robo）在引导轴突和神经元迁移中的作用。 第十五：神经退行性疾病的分子病理 聚焦于阿尔茨海默病、帕金森病和肌萎缩侧索硬化症（ALS）的神经病理学特征。从分子层面剖析了错误折叠蛋白（淀粉样蛋白、Tau蛋白、α-突触核蛋白）的聚集机制、细胞毒性及其在神经元死亡级联反应中的作用。讨论了线粒体功能障碍和氧化应激在这些疾病中的中心地位。 第十六：神经精神疾病的回路失调 从系统和回路层面上重新审视精神分裂症、抑郁症和自闭症谱系障碍。例如，在精神分裂症中，探讨皮层-纹状体-丘脑-皮层（CSTC）回路中兴奋-抑制失衡的证据。分析了不同抗抑郁药物对单胺神经递质系统的作用，并引入了更现代的、基于神经回路功能障碍的治疗新思路。 --- 本书特色： 强调计算模型： 穿插了必要的数学和计算框架，帮助读者理解电生理数据背后的信息处理逻辑，而非仅仅停留在描述层面。 整合前沿技术： 充分涵盖了光遗传学、钙成像、单细胞测序在现代神经科学研究中的应用及其带来的新见解。 跨越尺度： 实现了从离子通道的纳秒级动态到行为的宏观时间尺度间的无缝过渡。 本书适合作为大学高年级本科生、研究生及博士后研究人员的权威参考教材或核心读物。
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