嗅觉系统和嗅觉通路.ppt

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1、嗅觉系统和嗅觉通路,安医大神经生物学研究所 刘莉茵,奇妙的嗅觉,自古以来芳香物质的神秘功效让人着迷，祖国医学有“芳香开窍”“芳香益脑”“芳香 ”等各种说法，西方医学芳香物质及芳香精油有“液体黄金”“皇室情人”的美誉。随着现代科学的发展，这些神秘面纱逐渐展现在我们面前，就是芳香物质可通过本能的嗅觉通路影响大脑的功能。,芳香开窍与其改善学习记忆能力有关，芳香益脑与芳香醒脑提神有关，而芳香辟邪更是与其极其强大的抗菌抗病毒能力，防止传染病有关。而随着嗅觉通路秘密的揭示，更是让我们能够研究发挥作用的物质是什么？为什么嗅觉通路会有如此强大的作用？,奇妙的嗅觉,人类和动物所有感觉中，嗅觉是最神秘的领域，对嗅

2、觉的研究也一直还处于探索阶段，嗅觉是最古老、最原始的感觉，嗅觉中枢属于神经系统的古皮质，有较高的保守性；从脑的进化和发育进程来看，嗅觉与生命活动中多种本能行为密切相关，如觅食、择偶、躲避天敌、母婴接触、繁衍生殖、情感交流等，嗅觉与脑高级功能关系密切，嗅觉的记忆特别“持久、难忘”， 嗅觉可影响情绪。劳累后置身于花草丛或闻一些芳香的香气可使记忆力、理解力、判断力、决策力明显增强，嗅觉是机体适应纷繁复杂自然界的有力武器。,嗅觉与神经精神疾病的关系,嗅觉还和生存质量及一些神经精神疾病密切相关。如癫痫和嗅觉过敏经常联袂出现，在癫痫发作之前常有幻嗅，某些气味甚至会引发癫痫；临床病例研究也表明神经系统退行性

3、疾病进展早期多伴随有嗅觉的减退和缺失，如AD、PD、多系统萎缩症、抑郁症等。,灵敏的嗅觉,人的鼻子不如猪和狗的灵敏,灵敏的嗅觉,1米长的鲨鱼的嗅膜总面积可达4842平方厘米,因此鲨鱼的嗅觉非常灵敏在几公里之外它就能闻到血腥味,海中的动物一旦受伤,往往会受到鲨鱼的袭击而丧生。,没有灵敏的嗅觉系统是危险且痛苦的。 丧失嗅觉，所有的东西闻起来都是一个味，（无所谓香，也感觉不到臭） 嗅觉丧失可带来危险，如在失火的房间或是有毒化学品泄漏,嗅觉系统,1.嗅脑和边缘系统 2.嗅觉通路,Nervous system,嗅球（olfactory bulb）,斑比盗龙（上）、普瑞斯比鸟（中）、石板鸟（下左）到鸽子（

4、下右）,鸟类嗅球的演化,嗅球,为一扁平卵圆形实体，位于筛板上方、额叶眶面下方，是嗅神经纤维的终核，属端脑皮质。,新西兰Auckland大学Maurice A. Curtis和其同事研究了成年人嗅球中的神经生成，发现成年人的大脑能产生新的神经元。他们发现了人前脑中的喙侧神经干细胞迁移流，观察到该流分布在一个到达嗅球的侧脑室延伸的附近。,Human Neuroblasts Migrate to the Olfactory Bulb via a Lateral Ventricular Extension,嗅小球（olfactory glomeruli）：由簇细胞、僧帽细胞 的尖树突与嗅神经末端粉质紧

5、密环抱组成的丝球。 呈卵圆形，由神经胶质细胞包裹。 是嗅觉传入冲动的整合部位。,嗅束（olfactory tract）,位于嗅球的后方，沿额叶眶面的嗅沟向后行，近前穿质处变扁平，展开成平滑的嗅三角。 嗅三角向后分内外侧嗅纹，两侧嗅纹分叉处的三角区即前穿质。,嗅结节：是一个相当神秘的结构，结构功能尚未十分清楚，一般认为它是梨形叶的一部分，因而是嗅皮质的组成部分。 在嗅觉敏锐的动物，如大鼠，嗅结节是一个脑底相当明显的隆起。 在嗅觉迟钝的灵长类，只有嗅结节前外侧的小部分接受嗅球的直接投射，分层结构也不清楚。 CPP，与PD有关。,嗅脑,亦称嗅区（nasal field，olfactory field

6、）为大脑下方嗅神经通入的部分，是大脑皮质最早形成的地方，属于旧皮质。在两栖类、爬行类从脑表面可以看见，但随着动物向高等进化有被其他皮质覆盖的倾向。,边缘叶（limbic lobe）,边缘叶的头端紧靠嗅球，并与嗅觉有非常重要的关系，而被称为嗅脑 。 是指大脑半球内侧面，与脑干连接部和胼胝体旁的环周结构；它由扣带回、海马回、海马和齿状回组成。,边缘系统（limbic system）,是指高等脊椎动物中枢神经系统中由古皮层、旧皮层演化成的大脑组织以及和这些组织有密切联系的神经结构和核团的总称 。,边缘系统所包括的大脑部位相当广泛 ，如梨状皮层、内嗅区、眶回、扣带回、胼胝体下回、海马回、脑岛、颞极、杏

7、仁核群、隔区、视前区、下丘脑、海马以及乳头体都属于边缘系统。,海马结构（hippocampus ）,帮助人类处理长期学习与记忆声光、味觉等事件的大脑区域，发挥所谓的“叙述性记忆（declarative memory）”功能。 在医学上，“海马区”是大脑皮质的一个内褶区，在“侧脑室”底部绕“脉络膜裂”形成一弓形隆起，它由两个扇形部分所组成，有时将两 者合称海马结构。,依据细胞形态及皮质发育的差异，海马被分为CA1、CA2、CA3及、 CA4，4个扇形区。它们属于古皮质，有分子层、锥形细胞层（海马）及颗粒细胞层（齿状回）三层。海马结构参与海马回路的构成，该环路与情感，学习和记忆等 高级神经活动有关

8、。,海马结构接受多途径的传入信息，其传入纤维主要来自内嗅区、梨状区和杏仁复合核，其次是来自隔区、蓝斑、缝隙背核、上中央核和小脑顶核。,海马有两个主要的传出通路，即CA3 区神经元轴突通过海马伞或海马穹隆到达边缘系统结构，CA1区神经元轴突通过海马穹隆和海马槽到达其他皮层区，同时两侧海马通过前后海马连合而相互联系。海马的传出纤维实际上可通过丘脑、下丘脑、中隔和其他边缘皮层区的中继核而投射到整个大脑皮层。,在海马脑薄片上发现存在三突触回路，组成三突触回路的突触结构具有高度的可塑性，它们能够按通过该回路的动作电位性质而改变突触连接的增益或强度。 高频动作电位放电活动（8100Hz ）可引起突触强度的

9、持久增加，这一效应称长时程增强（LTP），而低频活动（0.13Hz）则引起突触强度的持久降低，即长时程抑制（LTD）。 这种长时程（数小时数天）改变突触强度的特性被认为是海马突触可塑性的表现，也是学习与记忆的基础。,杏仁复合体（amygdaloid complex）,呈杏仁状，是基底核的一部分，位于侧脑室下角前端的上方，海马旁回沟的深面，与尾状核的末端相连 。 是边缘系统的皮质下 中枢，有调节内脏活 动和产生情绪的功能 。,边缘系统的主要部分环绕大脑两半球内侧形成一个闭合的环，故此得名。 边缘系统内部互相连接与神经系统其他部分也有广泛的联系。 它参与感觉、内脏活动的调节并与情绪、行为、学习和记

10、忆等心理活动密切相关。,边缘系统的功能,主要有：边缘系统与内脏活动。 边缘系统具有调节内脏活动的功能。 如刺激哺乳动物边缘系统环路的后眶回、扣带回、岛叶、颞极梨状皮层、后海马皮层等部都可以出现呼吸、心血管和其他内脏活动的变化。边缘系统的许多部位，还接受内脏神经传入的冲动。在正常情况下，这种传入冲动对于边缘系统调节内脏活动具有重要意义。边缘系统内的一些神经元，本身就是敏感的感受器。这些感受装置对于调节动物的体温、消化液的分泌以及进食活动都有作用。,边缘系统与感觉功能。 电刺激外周神经，可以引起边缘系统相应部位电活动变化。高等哺乳动物边缘系统许多部位都接受外周及内脏的传入冲动。这些传入冲动可能对海

11、马结构等边缘系统部分的神经元产生调制性影响，从而影响情绪变化和学习与记忆功能。刺激边缘系统某些部位可以影响痛阈，甚至可以阻断感觉信息在中枢神经系统内的传递。,边缘系统与情绪。 在整个边缘系统中，下丘脑有些部位的活动与情绪反应关系较为密切。在情绪发生的过程中，下丘脑的活动具有重要意义，但必须有大脑皮层参与。 边缘系统与睡眠。 边缘系统中的后眶回、副嗅皮层、视前区以及下丘脑前部统称基底前脑区。很早就发现当使用电流刺激这一区域时，动物出现睡眠反应。如果损毁基底前脑区，会导致睡眠失调。,嗅觉通路,2004年度诺贝尔生理学或医学奖获奖者，美国科学家Axel和Buck开拓性的工作阐明了人类嗅觉系统的工作方

12、式。,理查德阿克塞尔，1946年7月2日生于美国纽约。1967年在美国哥伦比亚大学获得学士学位，1970年取得美国约翰斯霍普金斯大学医学博士学位，现就职于美国哥伦比亚大学霍华德休斯医学研究所，任生物化学、分子生物物理学和病理学教授。,其研究发现：在鼻腔上部嗅觉区域，分布着一个以前不为人知的基因家族，由约1000种不同的基因组成。它们相应地产生了1000种不同类型的嗅觉受体（olfactory receptors, ORs）,每种刺激物或单一嗅质（odorant)均对应一种特异组合的“感受器编码”。不同物质因含有的不同气味能刺激多个不同ORs的活动而表现出特异性，如这1000个ORs的不同排列组

13、合，使我们能觉察到的气味总数大得惊人。,不同气味的编码识别模式(引自Axel),脊椎动物的嗅觉感受器通常位于鼻腔内由支持细胞、嗅细胞和基细胞组成的嗅上皮中。在嗅上皮中，嗅觉细胞的轴突形成嗅神经。嗅束膨大呈球状，位于每侧脑半球额叶的下面；嗅神经进入嗅球。嗅球和端脑是嗅觉中枢。,嗅细胞是鼻腔的嗅区粘膜的一种特殊的感觉性上皮细胞。 嗅细胞为棱形双极细胞，每个细胞表面为细长的嗅毛，突出于嗅区粘膜上皮细胞表面，而细胞的另一端为中央突，常汇成多数细微的嗅丝，组成嗅神经通向颅内。这些细胞的特殊结构，是嗅觉功能的重要组成部分。,近年的研究发现人类大约有1000多种气味受体基因，占人类基因组的35。而气味受体有

14、347种，这是因为有60是无功能的假基因。 小鼠有大约1500种气味受体基因，编码大概相同多的或少一些的气味受体。这些基因占小鼠基因组的35，大概有20左右的假基因。由此可见，小鼠的气味受体比人类的要 多，这可以解释为什么小鼠 的嗅觉比人类灵敏。,嗅觉比视觉记忆更长久，视觉记忆在几天甚至几小时内就可能淡化，而产生的嗅觉却能令人记忆长久。有时在某种特殊气味刺激下，人们记忆的闸门会突然打开。,嗅觉的潜力与应用,1.信号传递（军事、医学、艺术等）； 2.现代生活的调节剂（剧院、医院、厨房、卫生间、汽车内）； 3.现代人的精神安慰剂（紧张、忧虑、过度兴奋、失眠等）； 4.食品质量的评品和鉴别（香醋，酒类等电子鼻）； 5.安全检查和搜救（飞机、火车上的安检、地震后的搜救等）。,本实验室已有的结果,学习记忆 抑郁症 成瘾性 降压,