认知科学与类脑计算 第三章 神经信号与突触传递 考点压缩
第三章：神经信号与突触传递 — 知识点笔记
综合来源：课件3（PDF）、课堂笔记（CSDN）、期末复习课录音
占位图
超级压缩
第三章
神经信号特征：①相似脉冲②刺激增加频率 幅度形态不变③数量/时间模式传递信息④超阈发
动作电位特征：①幅态恒定②全有或无③单向传导④不衰减 VS
局部电位：①幅态可变②可衰减③短距离④可叠加
动作电位形成：
去极化：Na受刺激开 浓度差+电位差 Na快速入 电位突高
复极化：Na堵K开K外流 浓度差+电位差 电位突降
超极化：K关慢 K继续流
突触类型：轴突-(树 轴 胞体)
化学(单宽多慢 化学-电-化学)
电(双窄少快 直接离子通过)
突触后电位的触发：
动作电位->Ca内流->前膜释放递质与后膜受体结合->改变后膜通透性->
EPSP(后膜透Na Na内流 后元兴奋 V↑ 去极化)
IPSP(后膜透Cl Cl内流 后元抑制 V↓ 超极化)
神经递质：可合成(于神经元) 可释放(存于突触前末梢并释放) 可移除(从特定位移除)
突触整合：神经计算的基本形式，整合IE输出动作电位
时空求和(多点同时IE在后膜叠加/单突触高频释放递质)
突触位置效应：①距离衰减②越近越强
分流抑制：少量近胞I抵消大量E
神经环路：①前馈兴奋(发散/汇聚)②前馈抑制(IE共同影响下一个)③反馈抑制(E->I->E)④侧向抑制(掣肘 增加并行差异 提高信号选择性)⑤相互抑制
3.1 神经信号
Edgar Adrian 的贡献
- 英国神经生物学家，1932年诺贝尔奖获得者
- 系统研究了单个神经元的放电活动
- 1928年出版《Basis of Sensation（感觉的基础）》
- 核心发现："全有或全无"原理
神经信号的基本特征
- 神经信号由一系列相似的脉冲组成
- 脉冲频率随刺激强度增加而升高，但幅度与形态保持不变
- 若未达到阈值 → 不产生动作电位；超过阈值 → 产生动作电位
- 信息通过脉冲数量及其时间模式传递，而非单个脉冲幅值
动作电位四大特征 ⭐
| 特征 | 说明 |
|---|---|
| (1) 幅度和形态恒定 | 传递过程中信号幅度和形态保持不变 |
| (2) 全有或全无 | 要么产生，要么不产生（0/1二值属性） |
| (3) 单向传导 | 沿轴突自胞体方向传导至轴突末梢 |
| (4) 不衰减传播 | 幅度不随传播距离而衰减 |
克劳德·香农（1948）：《通信的数学理论》，开创信息论
3.2 动作电位的产生过程 ⭐
四个阶段
| 阶段 | 离子机制 | 膜电位变化 |
|---|---|---|
| 极化（Polarization） | 静息状态 | Vm ≈ -70mV |
| 去极化（Depolarization） | Na⁺通道开放→Na⁺大量内流 | Vm↑上升 |
| 复极化（Repolarization） | Na⁺通道关闭+K⁺通道开放→K⁺快速外流 | Vm↓下降 |
| 超极化（Hyperpolarization） | K⁺通道持续开放 | Vm低于静息→恢复 |
详细过程：
- 神经细胞受刺激 → Na⁺通道开放 → 大量Na⁺涌入胞内 → 膜内带正电
- 去极化达到阈值电位 → 触发动作电位（发放脉冲）
- Na⁺通道关闭 + K⁺通道打开 → K⁺外流 → 膜电位下降（复极化）
- K⁺通道持续开放 → 膜电位降到比静息更低 → 随后恢复（超极化）
【图片：动作电位各阶段示意图 — 课件3 第13页】
3.3 局部电位 vs 动作电位 ⭐⭐
| 特征 | 局部电位 | 动作电位 |
|---|---|---|
| 幅度 | 可变（等级性，与刺激强度正相关） | 固定（全有全无） |
| 是否衰减 | 会衰减（衰减性传播） | 不衰减 |
| 传播距离 | 短距离 | 长距离 |
| 是否叠加 | 可以叠加（空间+时间总和） | 不可叠加 |
局部电位：少量离子通道开放形成的去极化/超极化，未达阈电位不能引发动作电位。总和达到阈值时可引发动作电位。
【图片：局部电位与动作电位对比 — 课件3 第17-18页】
3.4 突触信息传递
突触类型（按连接位置）
| 类型 | 连接位置 | 特点 |
|---|---|---|
| 轴突-树突突触 | 轴突末梢与树突/树突棘 | 最常见 |
| 轴突-胞体突触 | 轴突末梢与胞体膜 | 对兴奋性影响较强 |
| 轴突-轴突突触 | 轴突末梢与另一轴突 | 调节递质释放 |
【图片：三种突触连接类型 — 课件3 第21页】
化学突触 vs 电突触 ⭐⭐
| 特征 | 化学突触 | 电突触 |
|---|---|---|
| 结构 | 突触前膜-间隙-后膜 | 缝隙连接（Gap junction） |
| 间隙 | ~20-40nm | 极窄（~3.5nm） |
| 传递机制 | 电→化学→电（需神经递质） | 直接离子通过（不需化学转换） |
| 方向 | 单向（前→后） | 双向 |
| 速度 | 较慢（~0.5-1ms延迟） | 瞬时（几乎同步） |
| 占比 | 绝大多数 | 少数 |
【图片：化学突触与电突触结构对比 — 课件3 第22-24页】
化学突触传递过程（电→化学→电）
动作电位到达末梢 → Ca²⁺内流 → 突触囊泡融合 →
神经递质释放到间隙 → 与后膜受体结合 →
离子通道开放 → 产生突触后电位(PSP)
- 神经递质使用后被重新摄取或酶解代谢
【图片：化学突触传递详细过程 — 课件3 第25页】
3.5 突触后电位（PSP）⭐
EPSP vs IPSP
| 特征 | EPSP（兴奋性） | IPSP（抑制性） |
|---|---|---|
| 递质类型 | 兴奋性递质（如谷氨酸） | 抑制性递质（如GABA） |
| 离子通透性 | Na⁺通透性为主 | Cl⁻通透性为主 |
| 离子流动 | Na⁺内流为主 | Cl⁻内流为主 |
| 膜电位变化 | 去极化（Vm↑） | 超极化（Vm↓） |
| 效果 | 突触后神经元兴奋 | 突触后神经元抑制 |
【图片：EPSP/IPSP形成机制图 — 课件3 第27-30页】
突触后神经元动作电位的产生
- 条件：EPSP > IPSP（兴奋性输入 > 抑制性输入）
- 产生部位：轴突始段
- 动作电位产生后：一方面沿轴突传至末梢（影响下一神经元），一方面传导胞体和树突使其恢复静息电位（初始化）
3.6 神经递质与受体 ⭐
神经递质判断标准（三个条件）
| 标准 | 说明 |
|---|---|
| (1) 合成 | 在神经元中合成 |
| (2) 释放 | 储存在突触前末梢，在一定条件下大量释放，对突触后产生明确效应 |
| (3) 移除 | 存在特定机制将其从作用位点移除（再摄取/酶降解） |
主要神经递质类型
| 类别 | 举例 |
|---|---|
| 小分子递质 | 乙酰胆碱(ACh) |
| 生物胺类 | 多巴胺、去甲肾上腺素、血清素 |
| 氨基酸类 | 谷氨酸（主要兴奋性递质）、GABA（主要抑制性递质） |
| 嘌呤类 | ATP、腺苷 |
受体机制
- 谷氨酸 → AMPA受体 → Na⁺内流 → 去极化 → EPSP
- GABA → GABA受体 → Cl⁻内流 → 超极化 → IPSP
- 某些递质（ACh、去甲肾上腺素等）可降低K⁺通道电导 → 增加兴奋性 → 调节发放阈值
【图片：神经递质释放与受体结合 — 课件3 第33-35页】
3.7 突触整合 ⭐⭐
定义
单个神经元接收数千个突触输入，对EPSP和IPSP进行整合，最终以动作电位形式输出。这是神经计算的基本形式，大脑每秒约执行10¹⁰次此类计算。
两种求和方式
| 求和方式 | 定义 | 机制 |
|---|---|---|
| 空间求和 | 来自不同突触位置的EPSP/IPSP在突触后膜叠加 | 多点同时输入 |
| 时间求和 | 同一突触在短时间内多次释放递质，PSP在时间上重叠增强 | 单点高频输入 |
【图片：空间求和与时间求和示意图 — 课件3 第39页】
分流抑制（Shunting Inhibition）
- 抑制性突触输入降低局部膜电阻
- 使兴奋性突触的去极化电流在传向胞体前泄漏
- 靠近胞体的抑制性突触能以较少的IPSP抵消大量EPSP
突触位置效应
- 突触距胞体越近 → EPSP/IPSP对膜电位的影响越强
- 电信号在树突上传导时会衰减
3.8 神经环路 ⭐
单个神经元:大脑 = 字母:文章。环路模体 = 单词，架构规划 = 句子。
五种典型微环路
| 环路类型 | 机制 | 功能 |
|---|---|---|
| 前馈兴奋 | 信息流经一系列兴奋性神经元 | 信号传递与发散/会聚 |
| 前馈抑制 | 抑制性神经元接收兴奋性输入，同时抑制突触后神经元 | 快速限制兴奋 |
| 反馈抑制 | 兴奋性神经元激活抑制性神经元，后者反馈抑制前者 | 自我调控/稳定 |
| 侧向抑制 | 平行通路共同激活抑制性神经元，后者抑制所有通路 | 增强差异性/提高选择性 |
| 相互抑制 | 两个抑制性神经元相互连接 | 交替激活（如节律生成） |
【图片：五种神经微环路模式图 — 课件3 第43-47页】
伸缩反射（膝跳反射）实例
敲击髌腱 → 股四头肌拉伸 → 肌梭感受器放电 →
感觉信号传入脊髓 →
├→ 直接激活伸肌运动神经元（股四头肌收缩）
└→ 通过中间神经元抑制屈肌运动神经元（屈肌舒张）
- 涉及：感觉神经元→中间神经元→运动神经元 完整通路
- 体现了前馈兴奋 + 前馈抑制的环路机制
【图片：伸缩反射神经通路图 — 课件3 第48-49页】
随堂测试题（课件）
19世纪末，卡哈尔在显微镜下观察神经组织并绘制了大量精细的神经细胞结构图。今天，你能否像卡哈尔一样，根据所学知识画出一个神经元的结构示意图，并标注其主要结构（树突、胞体、轴突等）？
笔记中的图片索引
| 序号 | 图片内容描述 | 来源位置 |
|---|---|---|
| 图1 | Adrian实验：刺激强度与脉冲频率关系 | 课件3 第5页 |
| 图2 | 动作电位全过程（极化→去极化→复极化→超极化） | 课件3 第13页 |
| 图3 | 局部电位与动作电位叠加对比 | 课件3 第16-18页 |
| 图4 | 三种突触连接类型（轴-树/轴-体/轴-轴） | 课件3 第21页 |
| 图5 | 化学突触与电突触结构对比 | 课件3 第22-24页 |
| 图6 | 化学突触传递过程（Ca²⁺→囊泡→递质→受体） | 课件3 第25页 |
| 图7 | EPSP/IPSP形成机制 | 课件3 第27-30页 |
| 图8 | 空间求和与时间求和示意图 | 课件3 第39页 |
| 图9 | 分流抑制机制 | 课件3 第40页 |
| 图10 | 五种神经微环路模式图 | 课件3 第43-47页 |
| 图11 | 伸缩反射神经通路 | 课件3 第48-49页 |
笔记整理时间：2026年6月25日
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