神经科学研究

神经科学研究

电与生物体的关系，很早就被人们所认识。例如，雷电能击死人；用电刺激肌肉，可以使之收缩。

17世纪的时候，曾经有位学者利用电流计，测定出生物体内有电的现象。

到了20世纪40年代，微电极和细胞内记录技术的问世，使电生理学研究有了突破性进展。这项技术是用尖端直径小于1微米的玻管微电极作为记录电极，电极中充以能导电的氯化钾溶液。将这个微电极插入细胞内，另一参考电极置于同一细胞的膜外。利用这种技术，可以记录到细胞膜内、外两侧的电位变化。如安静时可记录细胞的静息电位，兴奋时可记录动作电位，这样就可以对单个细胞的电活动及细胞膜的生物物理特性进行研究，可以把整体行为活动与细胞内的反应联系起来，为研究各组织器官的生理活动开辟了广阔的前景。例如，人在进行呼吸活动时，通过微电极就可在一定的中枢神经系统部位记录到与呼吸同步的神经元放电，从而为呼吸的中枢控制，以及呼吸节律发生的机制，提供直接的证据。在脑的研究中，在对外周器官施予刺激的同时，记录脑相应部位活动的情况——诱发电位，就可以对大脑皮质进行感觉机能的定位。

此外，应用这项技术，也为客观研究思维活动提供了可能性。所以，微电极和细胞内记录技术，是研究脑功能不可缺少的工具。

在细胞内记录技术基础上发展起来的电压钳技术，为研究细胞生物电活动时的跨膜离子的改变，提供了更先进的手段。这项技术的原理是这样的：通过插入细胞内的一根玻管微电极，向细胞内引入电流，注入的电流量正好等于跨膜流出的反向离子流。这样在产生生物电时，跨膜离子流不会引起膜电位值的变化，即经过离子通道的离子流，与通过微电极引入的物理电流，两者方向相反而数量相等。由此可以测量细胞产生动作电位时的跨膜离子流。

电压钳技术是控制跨膜电位研究离子通道的理想技术，但由于它只能对大细胞进行，不能形成巨阻抗封接而造成高噪声，因而限制了其应用。

1976年建立的膜片钳技术，能记录单一通道的离子流。其原理是用一支特制的玻管微电极（内径1～5微米），接触细胞膜的一片极小区域，以千兆欧姆以上的阻抗封接（负压吸引），使电极尖端内的膜片与相邻的细胞膜从电学上隔离，在此基础上固定电位，对此膜片上的离子通道的离子流进行监测、记录。这一方法，现在已经在国内外广泛应用，是神经科学研究的强大手段，使神经元的结构、离子通道、受体的深入研究成为可能。它与基因克隆技术并驾齐驱、互相结合，为生命科学的发展带来了巨大的推动力，从而有助于揭开脑的奥秘。这一伟大发现使内赫和萨克门获得了1991年度的诺贝尔医学和生理学奖。