《神经信息学基础》 电子科技大学研究生精品课程 绪论 夏阳 神经信息教育部重点实验室 电子科技大学医学院 xiayang@uestc.edu.cn 966
绪 论 夏阳 神经信息教育部重点实验室 电子科技大学医学院 xiayang@uestc.edu.cn 《神经信息学基础》 电子科技大学研究生精品课程
人脑是生物干百万年进化的结晶 ■140亿神经元和1015个突 ·是人体内结构和功能最 触连结而成的精巧完善 为复杂的网络，可堪称 的信息处理和决策系统 最为复杂的电路系统 电子技大学研光生课程”神经信县学基础
n 140亿神经元和1015个突 触连结而成的精巧完善 的信息处理和决策系统 人脑是生物千百万年进化的结晶 n 是人体内结构和功能最 为复杂的网络,可堪称 最为复杂的电路系统 电子科技大学研究生课程"神经信息学基础
Motor Somatic 不同物种的脑在形状和大小上都有明显不同 sensory Rat Visual Rabbit 0 Auditory Rabbit Sheep Human Visual Cat Sensorimotor Dolphin Chimpanzee Olfactory bulb Auditory Cat Human Visual Human Sensorimotor Dolphin Olfactory枝大学研究生课程”神经 bulb uditory Rat
不同物种的脑在形状和大小上都有明显不同 电子科技大学研究生课程"神经信息学基础
是不是脑越大越聪明？ 70国 25 种类 鲸 象 大猩猩 海豚 人 百灵鸟 猴 脑重 9000g 6000g 540g 1600g 1450g 脑/体比 1/10000 1/1000 1/500 1/100 1/50 1/12 1/8 人脑的重要生理数据 指标 重量 血流量 氧耗量 脑/体比 2-3% 15-20% 25% 电子科技大学研光生课程”神经信思学基础
是不是脑越大越聪明？ 人脑的重要生理数据 指标 重量 血流量 氧耗量 脑/体比 2-3% 15-20% 25% 种类 鲸 象 大猩猩 海豚 人 百灵鸟 猴 脑重 9000g 6000g 540g 1600g 1450g 脑/体比 1/10000 1/1000 1/500 1/100 1/50 1/12 1/8 电子科技大学研究生课程"神经信息学基础
神经科学的发展历史 近100多年来与神经科学有关的诺贝尔奖获得者 1850 1900 1950 2000 1926 C.Golgi(意) 徒手切脑片 银染神经元 神经元染色方法 态 1934 R.Cajal(西班牙) 染出神经末梢，发现神 经元之间无原生质联系 “神经元学说” 1952 C.S.Sherrington ( ·“突触”定名 “反射”概念 反射学说 电生理 E.D.Adrian 。“交互”抑制 生理 1977 •感觉神经纤维电活动 (艾德里安，英) •传入冲动大脑诱发电位 电生理 •神经控制骨骼肌运动机制 1961 O.Loewi(勒维，德/英) •蛙心灌流实验 神经化学 (乙酰胆碱) ·“迷走物质” 1968 H.Dale(英) 神经化学 •神经末梢分泌 ·乙酰胆碱ACh 1965 J.Erlanger(厄兰格，美) 阴极射线示波器 方法学创新 1963 H.S.Gasser(盖塞，美) 神经纤维的分类ABC 电生理 W.R.Hess(赫斯，瑞士) 自思学基础 1973 脑立体定位仪 hypothalamus
近100多年来与神经科学有关的诺贝尔奖获得者 C.S.Sherrington (英) C.Golgi (意) 1926 1934 神经元染色方法 R.Cajal (西班牙) “神经元学说” 形 态 1952 •“突触”定名 •“反射”概念 •“交互”抑制 反射学说 生 理 电 生 理 1977 •感觉神经纤维电活动 •传入冲动大脑诱发电位 •神经控制骨骼肌运动机制 E.D.Adrian (艾德里安，英) 电生理 1961 O.Loewi (勒维，德/英) （乙酰胆碱）神经化学 •蛙心灌流实验 •“迷走物质” 1968 H.Dale (英) •神经末梢分泌 •乙酰胆碱ACh 神经化学 1965 1963 J.Erlanger (厄兰格,美) H.S.Gasser (盖 塞,美) •阴极射线示波器 •神经纤维的分类ABC 1973 W.R.Hess (赫斯,瑞士) •脑立体定位仪 hypothalamus 方法学创新 电生理 徒手切脑片 银染神经元 染出神经末梢，发现神 经元之间无原生质联系 1850 1900 1950 2000 神经科学的发展历史 电子科技大学研究生课程"神经信息学基础
近100多年来与神经科学有关的诺贝尔奖获得者 1850 1900 1950 2000 1963 J.C.Eccles(艾克尔斯，澳) ·细胞内微电极 •突触后电位 突触 A.L.Hodgkin(英 Cambridge •抑制性递质 动作电位机制 1999 •电压钳技术 A.F.Huxley(英) ·动作电位的离子学说 Cambridge 电生理 •数学方程表述 1970B.Katz（卡兹，德英) ·NM终板电位 •递质“量子释放” 1983 U.Von Euler(欧拉， 瑞典 •交感神经递质 神经药理学 神经化学 (儿茶酚胺) •去甲肾上腺素 J.Axelrod(阿克塞尔罗德， 美) •儿茶酚胺代谢 影响CAs的药物 分子药理学 1981 RW.Sperry(斯佩里，美) “脑功能侧化” 加美) 信息加工 D.Hubel(休贝尔， •大脑视觉信息加工 T.Wiesel(威塞尔，瑞典/美) •视觉系统发育的可塑性 方 膜单 1991 E.Neher(奈尔，德) •膜片钳技术 片通 B.Sakmann(德 •单个离子通道电流记录 学 钳道 电子料技大学研究生课程”神经信思学基础
神经药理学 分子药理学 1963 J.C. Eccles (艾克尔斯，澳) A.L.Hodgkin (英) B.Katz (卡兹，德 /英) A.F.Huxley (英) •细胞内微电极 •突触后电位 •抑制性递质 突触 •电压钳技术 •动作电位的离子学说 •数学方程表述 • NM终板电位 •递质“量子释放” 动作电位机制 1983 U.Von Euler (欧拉，瑞典 •交感神经递质 •去甲肾上腺素 1970 •儿茶酚胺代谢 •影响CAs的药物 电生理 J.Axelrod (阿克塞尔罗德，美) （儿茶酚胺） 神经化学 R.W.Sperry (斯佩里，美) 1981 “脑功能侧化” D.Hubel (休贝尔，加/美) T.Wiesel (威塞尔，瑞典/美) 信 息 加 工 1991 E.Neher (奈尔，德) B.Sakmann (德) •大脑视觉信息加工 •视觉系统发育的可塑性 膜 片 钳 单 通 道 方 法 学 •膜片钳技术 •单个离子通道电流记录 1999 Cambridge Cambridge 1850 1900 1950 2000 近100多年来与神经科学有关的诺贝尔奖获得者 电子科技大学研究生课程"神经信息学基础
近100多年来与神经科学有关的诺贝尔奖获得者 1850 1900 1950 2000 2017 多巴胺 慢突触传递 蛋白 A.Carlsson(卡尔森，瑞典) 2000 P.Greengard(格林加德，美) 神经系统中 髦 的信号转导 E.Kandel(坎德尔，美) 成像技术 核磁共振 2003 Paul C.Lauterbur （保罗劳特布尔，美) 核磁共振成像技术 Peter Mansfield(彼得曼斯菲尔德，英) 2014 John O Keefe(约翰欧基夫，美) 生理学 May Britt Moser(梅布莱特，挪威) Edvand Moser(爱德华莫索尔，挪威) John O'Keefe(约翰.欧基夫，美国) 等发现大脑定位系统细胞 2017 Michael W Young等（美国生物钟调控分子机制)
1850 1900 1950 2000 2000 P.Greengard (格林加德，美) E.Kandel (坎德尔，美) A.Carlsson (卡尔森，瑞典) 神经系统中 的信号转导 多巴胺 慢突触传递 蛋白磷酸化成像技术 核磁共振 2003 Paul C. Lauterbur （保罗劳特布尔，美） Peter Mansfield（彼得曼斯菲尔德，英） 2017 生理学 John O Keefe(约翰欧基夫，美） May Britt Moser(梅布莱特，挪威） Edvand Moser(爱德华莫索尔，挪威） 核磁共振成像技术 2017 Michael W Young 等（美国生物钟调控分子机制） 近100多年来与神经科学有关的诺贝尔奖获得者 John O’Keefe(约翰.欧基夫，美国）等发现大脑定位系统细胞 2014 电子科技大学研究生课程"神经信息学基础
1、感知觉 2、运动 3 学习与记忆 4、 情绪 5、语言 6、 思维 7、 意识 但是，脑的工作机制至今仍不清楚！！」 揭示大脑奥秘仍然是人类面临的最大挑战！ 电子科技大学研究生课程”神经信息学基础
但是，脑的工作机制至今仍不清楚！！！ 1、感知觉 2、运动 3、学习与记忆 4、情绪 5、语言 6、思维 7、意识…… 揭示大脑奥秘仍然是人类面临的最大挑战！ 电子科技大学研究生课程"神经信息学基础
目前国际上的脑计划 Name Year Funding resources Remarks 美国脑的十年 1989 美国 保护脑，防治脑疾病 欧洲洲脑十年 1991 欧洲 保护脑和了解脑 日本脑科学时代计划 1996 日本 了解脑、保护脑、创造脑 Allen Brain Atlas 2003 Allen Institute(USA) Mouse and Human atlas Connect Project 2009 EU Atlas and micro-structure 1000 Functional Connectome Project 2009 International Resting fMRI The Human Connectome Project 2010 NIH(USA) MRI and EEG Neural Circuits of Emotion and Memory 2011 NSFC(China) Micro and Macro Functional connectome Project 2012 CAS(China) Micro,Macro and applications Brainnectome 2011 973(China) Mainly MRI and EEG The Human Brain Project (HBP) 2013 Swiss(EU) ICT based Brain Research through Advancing 2013 (NSF,NIH,DAPPA)USA NT driven Innovative Neurotechnologies 电于利技大学研究生混程神经件息学基础 (BRAIN)
目前 国际上的脑计划 Name Year Funding resources Remarks 美国脑的十年 1989 美国 保护脑，防治脑疾病 欧洲脑十年 1991 欧洲 保护脑和了解脑 日本脑科学时代计划 1996 日本 了解脑、保护脑、创造脑 Allen Brain Atlas 2003 Allen Institute (USA) Mouse and Human atlas Connect Project 2009 EU Atlas and micro- structure 1000 Functional Connectome Project 2009 International Resting fMRI The Human Connectome Project 2010 NIH(USA) MRI and EEG Neural Circuits of Emotion and Memory 2011 NSFC(China) Micro and Macro Functional connectome Project 2012 CAS (China) Micro, Macro and applications Brainnectome 2011 973(China) Mainly MRI and EEG The Human Brain Project （HBP） 2013 Swiss(EU ) ICT based Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies （BRAIN） 2013 (NSF, NIH, DAPPA) USA NT driven 电子科技大学研究生课程"神经信息学基础
了解脑： 理解感知、精神、智力、情绪的生物学基础 整体论 Top-Down Approach 全脑功能（系统、行为，无创在体研究） 分子、细胞、回路（基础元素，离体研究) 还原论 Bottom-Up Approach 电子技大学研光生课程”神经信思学基础
了解脑： 理解 感知、精神、智力、情绪的生物学基础 整体论 还原论 Top-Down Approach Bottom-Up Approach 分子、细胞、回路 （基础元素，离体研究) 全脑功能（系统、行为，无创在体研究) 电子科技大学研究生课程"神经信息学基础