脑科学原理

课程编码：180085071006P2003H 英文名称：Principle of Brain Science 课时：60 学分：3.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：WANG JINHUI

本课程《脑科学原理》是研究阐明大脑工作原理的基础的学科。脑科学原理作为专业基础课程开设的教学目的是为中国科学院大学生命科学和医学专业研究生掌握脑科学的基本概念、基本原理、脑结构特征、脑工作过程的规律、脑工作规律的原理、以及脑科学的研究策略与技术方法。通过脑科学原理的学习，研究生将具备完善的脑工作原理的知识体系，具备利用脑科学原理综合理解认知与情感等心理过程的发生与调节，具备熟练运用脑科学研究的策略与方法从事脑认知、情感、感觉、运动和心理等科学问题的研究，运用辩证的思维方式分析研究结果的真实可信度，运用脑科学原理理解脑调节生理与心理健康的策略。掌握脑科学原理对生命科学的高年本科生和研究生构建完善知识体系有着重要意义。为了达到良好的教学目的，学生需要全时参加授课学习，需要完成相关课程学习和阅读课外书籍等。

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第一章 脑科学课程中主要的基本概念与原理简介。 3学时 WANG JINHUI
第1节 神经元编程原理、突触信号传递原理、神经网络构建的规律与作用、大脑皮层功能分区的规律。
第2节 学习记忆的特征与形成原理。
第3节 认知过程的基本特征与产生机理，如联想、相像、逻辑推理、比较、计算、预测、判断、解决问题、结论与抉择等。情感与情绪的基本特征与原理，如情绪、情感反应、动机以及正性与负性情绪等。意志力与人格的特征及其机理。
第二章 脑科学研究策略与技术方法。 6学时 WANG JINHUI
第1节 因果关系策略，如分子与脑组织细胞结构功能的存在平行原则、下调原则和上调原则。基因分子操纵技术，如借助籽粒和病毒载体的生物转染或电转染等技术手段的基因敲除、表达下调和过表达等。
第2节 基因表达的定量检测，如组织或单细胞基因测序、定量PCR和原位杂交等。蛋白质表达检测，如蛋白电泳-免疫印迹和原位蛋白免疫荧光等。
第3节 神经细胞功能活动刺激，如电刺激、光遗传刺激、化学遗传刺激和药物刺激
第4节 神经细胞功能活动下调，如分子遗传敲除与敲减，药物抑制剂等。脑神经细胞功能活动记录，如细胞电学信号记录（场电位记录、细胞内记录、电压钳和膜片钳记录），细胞分子光学标记记录（双光子细胞成像）。脑神经细胞结构定性与定量，如细胞共聚焦成像。
第5节 神经递质释放与检测，如神经释放笼技术、全内反射和碳纤电极。脑结构解剖，如细胞代谢色素和荧光蛋白标记的神经示踪技术。
第6节 脑功能解剖，如脑正电子扫描成像、脑功能核磁成像和脑组织细胞代谢成像。
第三章 神经细胞膜生物学。 3学时 WANG JINHUI
第1节 神经细胞膜跨膜物质转运和跨膜信号转导过程与原理。
第2节 细胞膜蛋白功能分类，膜受体生理功能和膜离子通道的活动原理。
第3节 神经细胞膜电位的基本概念、分类及其产生的基本原理；细胞膜电位传导的原理。神经细胞的树突、胞体和轴突的结构与功能。
第4节 神经细胞的化学分类，功能分类与结构分类。神经细胞动作电位的特征、产生原理与编码的生物学意义
第四章 神经细胞联系的突触生物学。 3学时 WANG JINHUI
第1节 神经突触分类，电突触与化学突触。电信号通过电突触在细胞间传递原理，电信号传递不同类型细胞间的差异。神经信号通过化学突触的细胞间传递，神经突触和神经-肌肉接头信号传递的差异。
第2节 与神经细胞分类相一致的化学突触分类，如释放神经递质种类的分类与对突触后神经元作用的功能分类。化学突触传递的基本过程，包括神经递质释放和神经递质与受体相互作用的原理。掌握突触后受体的分类，亚型及其功能意义，如亲离子型受体介导的快速突触传递和代谢型受体偶联的细胞内信号转导。
第3节 释放不同类型神经递质的神经元胞体定位及其轴突分布，及其在完成不同脑功能中的作用，如谷氨酸能突触、γ-氨基丁酸能突触、胆碱能突触、多巴胺能突触、去甲肾上腺素能突触、五羟色胺能突触和神经肽能突触。
第五章 神经细胞和突触可塑性。 3学时 WANG JINHUI
第1节 突触传递可塑性的概念、分类和产生的原理，如短时程与长时程突触可塑性，突触传递增强与压抑，以及发育突触形成成熟可塑性与活动依赖的可塑性。突触可塑性的生物学意义。神经细胞结构与功能可塑性的概念及产生原理，如树突棘结构可塑性，神经细胞膜（动作电位产生阈值与数量）可塑性。神经细胞和突触功能由不稳态转向稳态的可塑性原理和生物学意义。神经细胞不同部位间协调可塑性和突触前后功能兼容性。
第六章 神经胶质细胞生物学。 3学时 WANG JINHUI
第1节 神经胶质细胞与神经元之间的结构功能差异。神经胶质细胞的类型，分布及其主要生理功能。星型胶质细胞的活动特性与功能原理，如维持神经细胞兴奋性和突触形成与功能，维持神经细胞与突触代谢。少突胶质细胞的结构特征与功能意义。放射状胶质细胞功能。小胶质细胞功能与生理病理学意义。神经胶质细胞的起源与发育。
第七章 神经环路及其功能意义。 3学时 WANG JINHUI
第1节 神经环路的类型、功能及其生物学意义，如线性链接、交互链接、汇聚链接、辐射链接和返回链接等。尤其是不同类型神经元组合及其神经环路的生理学功能，如兴奋性氨基酸类神经环路、抑制性神经环路、单胺类神经环路和乙酰胆碱类神经环路。突触前易化与抑制的产生原理与生物学意义，突触后易化和抑制的产生原理与生物学意义。特殊类型神经环路的功能意义，如交互支配、侧抑制和节律产生神经环路等。
第八章 脑与脊髓结构功能及其神经传导道。 3学时 WANG JINHUI
第1节 大脑结构特征和主要功能；基底神经节结构与功能；脊髓结构和主要功能；脑干结构与主要功能；小脑结构与主要功能。大脑皮质分叶与分区的功能；大脑及其半球的白质纤维联系特征；大脑皮层与小脑和基底神经节联系特征和功能意义；大脑与脑干和脊髓联系的神经传导道；脑神经的结构与功能；脊髓神经的结构与功能。
第九章 感觉功能产生原理。 3学时 WANG JINHUI
第1节 机体感觉信号产生传入的原理；尤其是感受器转变环境信息为神经信息的特征与编程原理。一般感觉信息传导通路的分类与功能特征，丘脑投射与感觉皮层工作原理。神经环路类型与感觉特征间相互关系。感觉信息在感觉器官的分解与大脑感觉皮层的重新整合。本体感觉与姿势平衡维持。
第十章 特殊感觉产生原理。 3学时 WANG JINHUI
第1节 视觉信号分解产生、传入、编码与整合原理，如视网膜感光细胞对光学信号的分解与转换，视皮层光学信号的整合；视觉形成的基本特征，如视觉后像、图像融合和侧抑制等。听觉信号的分解产生、传入、编码与整合原理，如基底膜信号选择和耳蜗毛细胞机械-电能转换，听皮层对不同频率和声调信号的整合。嗅觉信号的换能的原理。味觉信号换能的原理。
第十一章 运动控制原理。 3学时 WANG JINHUI
第1节 大脑控制机体随意运动过程的原理，如大脑皮层运动指令发出以及与基底神经节/小脑环路协调指令的发出，重点是小脑协调肌群活动维持平衡和精细活动，基底神经节调节肌紧张和运动协调。基本反射过程与原理，如本体觉反射、屈肌反射、对侧伸肌反射和肌腱反射。
第十二章 对内脏活动的调节原理。 3学时 WANG JINHUI
第1节 下丘脑与脑干对内脏活动的调节。体温稳态调节；进食平衡调节和摄水平衡调节。交感神经与副交感神经对立与协调地调节内脏功能，神经递质及其受体功能，如去甲肾上腺素能神经末梢的分布及其受体亚型的功能，乙酰胆碱能神经末梢的分布及其受体亚型的功能。交感和副交感神经协调机体能量吸收储存与使用消耗的特征和原理。神经内分泌功能原理。神经-内分泌的基本概念。下丘脑-垂体-内分泌腺轴的概念及其分泌的激素功能，如生长激素、甲状腺素和肾上腺皮质激素等。
第十三章 学习记忆产生原理。 6学时 WANG JINHUI
第1节 学习与记忆的概念和研究历史，如条件反射与操作条件反射。学习记忆的分类，如联合学习记忆与非联合学习记忆，陈述记忆与非陈述记忆，事件记忆与概念理论记忆等。学习记忆的基本特征，如记忆信息的特异性、记忆信息的联系性、记忆信息累积性、记忆信息的单元-复杂过渡性和学习记忆的发育特性等。记忆形成的基本原理，如神经可塑性与学习记忆；新突触形成和神经环路构建与学习记忆；记忆痕迹中的基本单元-联合记忆细胞。学习记忆的研究策略和常用的技术方法。记忆对感觉、运动、认知、情感和心理活动的影响。
第十四章 认知过程的原理。 3学时 WANG JINHUI
第1节 脑高级功能及其基本特征，脑电图与意识和注意力。记忆为基础的认知过程、产生原理及其神经环路，如认知过程的基本概念和产生原理，如联想、相像、理解、计算和逻辑推理等；如认知过程输出的基本概念和产生原理，如比较、鉴别、判断、解决问题、结论和抉择等。
第十五章 情感反应和情绪状态的原理。 3学时 WANG JINHUI
第1节 情感反应的特征与产生原理，如积极正性反应与消极负性反应。情绪状态的特征与产生原理，如受奖赏性情绪状态与受惩罚性情绪状态。情绪状态和情感反应相关的神经环路。情绪状态对学习效率、记忆能力和认知过程的影响。
第十六章 心理过程的脑机制。 3学时 WANG JINHUI
第1节 认知心理过程的脑工作原理。情感与情绪状态等心理过程的脑工作原理。学习记忆与心理发育的相关性，如依附和接触愉悦心理行为形成的脑机制。学习记忆与智商和心智发育的相关性，如记忆内涵影响智商与情商发育。以记忆为基础的认知和情感过程与意志力产生的原理。人格特征和分型与记忆的相关性。
第十七章 觉醒、睡眠与梦境的原理。 3学时 WANG JINHUI
第1节 觉醒状态功能与脑电特点，觉醒维持的脑机制。睡眠的分类、脑电特征及其产生原理。睡眠时相特征及其生理学意义。梦境特征、产生原理和意义。脑功能状态与入睡、睡眠质量和梦境的影响。睡眠与梦境对学习记忆、认知过程和情绪状态的影响。
第十八章 脑科学期末考试。 3学时 WANG JINHUI
第1节 考试

王晋辉，博士，中国科学院大学特聘教授，中国科学院百人计划入选者和国家杰出青年基金获得者。长期从事脑科学研究和生理学教学工作。研究方向包括大脑记忆细胞工作原理，抑郁/焦虑症的神经机制和神经细胞编程原理。以第一作者或通讯作者在SCI收录的国际期刊发表论文八十余篇。