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发布时间:2020-09-19 17:40:15

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作者:金崇华,于春江

出版社:人民卫生出版社

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视觉神经系统疾病定位诊断学

视觉神经系统疾病定位诊断学试读:

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图书在版编目(CIP)数据

视觉神经系统疾病定位诊断学/金崇华,于春江编著.—北京:人民卫生出版社,2013

ISBN 978-7-117-17545-6

Ⅰ.①视… Ⅱ.①金…②于… Ⅲ.①视神经疾病-诊断学 Ⅳ.①R774.04

中国版本图书馆CIP数据核字(2013)第198654号

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编  著:金崇华 于春江出版发行:人民卫生出版社有限公司     人民卫生电子音像出版社有限公司地  址:北京市朝阳区潘家园南里19号邮  编:100021E - mail:ipmph@pmph.com制作单位:人民卫生电子音像出版社有限公司排  版:人民卫生电子音像出版社有限公司制作时间:2018年1月版 本 号:V1.0格  式:epub标准书号:ISBN 978-7-117-17545-6策划编辑:尚军责任编辑:杨帆打击盗版举报电话:010-59787491 E-mail:WQ@pmph.com本电子书不包含增值服务内容,如需阅览,可购买正版纸质图书。金崇华简介

金崇华,主任医师,教授,北京三博脑科医院神经眼科主任,中国健康促进与教育协会专家组神经眼科专家。1964年大学毕业后进入中国人民解放军总医院,任眼科军医15年。1978年转业进入首都医科大学附属北京宣武医院眼科,重点从事前颅底和眼眶外科临床工作。经历900余例各种眼眶疾病的手术实践。1988年转入首都医科大学附属北京天坛医院眼科,历任眼科副主任和主任。在王忠诚院士的教诲和神经外科浓郁学术氛围的影响下,深刻认识到神经科疾病所表现的眼部症状,给临床诊断带来的复杂性和困难,专业重点逐渐转向眼科学的亚学科———神经眼科。直至于春江教授与同事们共同组建北京三博脑科医院后,在三博脑科医院组建了神经眼科并担任主任至今,从事神经眼科临床工作已25年。在临床工作的同时,从1979年开始分别参与首都医科大学临床一系和临床五系的教学工作,并担任眼科教研室主任。

发表“前交通动脉瘤导致的视神经病变”、“眶尖部肿瘤的手术治疗”等神经眼科专业论文60余篇。出版著作“儿童护眼指南”和“小儿弱视”。后者并在台湾地区另行出版发行。参编“头面部疼痛治疗学”等著作3部。在国内报刊发表相关神经眼科内容的科普文章170余篇及“青光眼患者之友”等单行本2部。于春江简介

于春江,男,1955年12月出生,医学博士,教授,主任医师,博士、硕士研究生导师,享受国务院特殊津贴专家。现任首都医科大学第十一临床医学院院长、北京三博脑科医院神经外科首席专家。

1988年河南医科大学神经外科学硕士研究生毕业后分配到首都医科大学附属北京天坛医院神经外科工作;1992年获首都医科大学神经外科学博士学位,从师于我国著名神经外科专家、中国工程院院士王忠诚教授;1993—1995年在美国佛罗里达大学医学院神经外科进修,主要从事脑缺血及颅底显微外科解剖的基础和临床工作。回国后组建我国第一个颅底显微外科实验室(北京市重点实验室),系统研究颅底手术入路的显微解剖学。1996年始任首都医科大学附属北京天坛医院神经外科副主任、神经外科六病房主任,北京市神经外科研究所颅底解剖室主任,2004年4月与同事共同创建北京三博脑科医院,任首席专家至今。

近几年来承担国家自然科学基金、北京市自然科学基金、卫生部科研基金、北京市科委医学研究基金、北京市“十百千”卫生人才基金等多项资助课题。目前主要研究方向为颅底肿瘤显微外科手术治疗;颅底肿瘤手术入路的显微解剖学研究;脑恶性胶质瘤的免疫治疗。

主译《颅底外科手术学》,主编《颅脑外科临床解剖学》、《神经外科临床解剖学图谱》、《颅底外科训练教程》、《鞍区影像诊断与治疗策略》,参编王忠诚院士主编的《神经外科学》等专著3部;主编“王忠诚神经外科学系列多媒体教程”4部,发表专业学术论文100余篇。

学术团体任职:现任中国抗癌协会神经肿瘤专业委员会副主任委员;中国医师协会神经外科医师分会微侵袭神经外科专家委员会主任委员,曾任中国医师协会中国神经肿瘤专家委员会委员;首都医科大学神经外科学院院务委员会委员;首都医科大学神经外科学院三系系主任;首都医科大学神经外科学院学术委员会委员;中华神经外科学会第三届中青年委员会委员兼任组长;中华医学会显微外科学会委员;亚洲青年神经外科学会理事;亚太颅底外科学会理事;世界神经外科联合会神经康复委员会委员;中华医学科技奖评审委员会委员;中华医学青年奖评审委员会委员;北京市神经外科专家委员会委员。《中华医学杂志》、《中华外科杂志》、《中华神经外科杂志》、《中华实验外科杂志》、《中国微侵袭神经外科杂志》、《中华神经外科疾病研究杂志》、《现代神经疾病杂志》、《国际神经病学神经外科学杂志》编委。前 言

随着神经影像学、显微外科技术及手术器械(包括内镜、导航、术中监护、术中磁共振等技术)的飞速发展,神经外科疾病的治疗已经进入了精准、微创的时代。这使得减轻患者痛苦、全切病变、最大限度地保护神经功能、恢复患者最佳的生活质量成为现实。通过医疗服务让患者受益,是临床医学的核心目标。展望未来,追求、完善这些科学发展理念,依然是临床神经外科发展的主要方向,前景光明而任重道远。充分发挥这些技术优势,保护患者最佳生活质量的关键点有两个,一是重视临床医学的个体差异特性,针对具体患者制订个体化诊断和治疗方案。二是对疾病早诊早治。以神经解剖和功能相关的生理学为基础,早期作出临床定位诊断。

视觉神经系统是中枢神经系统重要的组成部分。相关视觉神经纤维遍布大脑半球的所有脑叶和小脑,并投射到大部分脑干。当患者出现诸如视力下降、视力检查正常而视物模糊、视野缺损、视物重影、眼位偏斜、辨别颜色能力下降、两眼瞳孔不等大等视觉症状时,首诊医生面临一个现实的挑战:是眼病,还是颅、脑疾病?如何做到在患者就医的第一时间作出定位诊断和病因诊断?本书力图从最简单的结构———神经元入手,将整个视觉神经系统系统化。从视觉神经通路的系统化,再过渡到对整个神经系统的系统化认识。在整个中枢神经系统中,视觉系统具有普遍意义的机制、概念、突触传递规律。如果对视觉的神经机制有系统化的了解,无疑会对整个神经系统疾病的临床症状、体征定位和探索病因有重要帮助。神经外科医生、眼科医生和其他相关临床学科医生了解这些基础知识,尤其是对整个神经系统有一个整体化、系统化的认识,有助于提升我们的临床工作水平。

作者从事多年的神经外科和神经眼科的临床工作,本书是围绕我们的临床实践和感受写成的。书中所采用的病例和资料都是我们经历的实践总结。探索中枢神经系统的临床生物学和临床医学,是一个复杂、广泛和非常综合性的课题。在如此富于挑战性的课题面前,虽然我们很尽力、很精心,但是能力和水平总是有限的,难免纰漏。有些知识和见解,仅供读者参考并留待读者去评价。书中插图制作由我院刁玉领博士完成,绘图由苏晗完成,在此一并表示感谢。

时光在前进,科学在发展,再过十年,神经科学又会展现出新面貌,让我们以本书为契机,与读者共勉之。通过不懈努力,跟上科学发展的时代步伐。金崇华 于春江2013年3月5日目 录金崇华简介于春江简介前 言第一章 视觉神经系统基础概念与导读第一节 神经眼科学要点概述第二节 与视觉相关的颅脑肿瘤分类第三节 生存质量是临床医学的核心要素第四节 运动决定脑细胞的生存质量——视网膜内的膜电位形成与传导第五节 视觉神经系统疾病的基本特征第六节 视觉通路CT、MRI及其他影像学检查适应证第七节 医学的个体化特性与医生的思考第八节 概述眼科神经系统结构与功能相关的基础知识要点第二章 视觉传入系统及其疾病—解剖、生理、临床定位诊断第一节 视觉基础概念第二节 全程视路———脑的组构及其临床要点第三节 视路与颅脑的解剖关系及其临床特征第四节 视路神经元连接的解剖、生理与功能定位第三章 视觉传出系统及其疾病定位诊断第一节 基本概念解读与临床诊断原则概述第二节 动眼神经———解剖、生理、临床定位诊断第三节 展神经解剖、生理、临床定位诊断第四节 滑车神经解剖、生理、临床定位诊断第五节 与眼科相关的其他脑干反射活动第四章 视神经疾病第一节 视神经解剖、生理、临床要点第二节 外伤性视神经病变第三节 青光眼性视神经损害第四节 眼眶疾病第五节 早期导致视盘水肿的颅内疾病第五章 视觉神经系统影像学检查第一节 神经影像学简介第二节 简述数字影像系统成像原理第三节 MRI的读片要点与临床应用第四节 视路影像检查参考文献第一章 视觉神经系统基础概念与导读第一节 神经眼科学要点概述一、视觉在大脑中的高度表达及其临床意义

脑的全部高级神经活动就是感知信息和对信息作出实时反应。由视觉提供的信息占全部大脑输入信息的80%。本书所有讨论的内容,是深化对视觉的认识,让视觉回归到脑。与人体所有的感觉和感知系统不同之处是,多重视觉信息的接收、处理和形成意识需要大多数皮质区参与分析,因此视觉通路在脑内有广泛的分布,远不仅仅是枕叶的初级视皮质。光线进入眼内被视网膜提取和加工,继而由视网膜输出的“视觉空间”在大脑两个半球的“神经空间”具有过度表达。这一事实告诉我们,视觉系统在中枢神经系统中具有典型的神经科学机制,理解了视觉的神经机制,就在很大程度上理解了脑科学。在所有的感觉中,视觉在保障人的生存质量和促进社会发展的实践中具有最显著的意义。作为临床眼科、神经眼科和神经外科医生,我们共同的格言是:

●视觉,人类生活的第一需要。为了适应生存环境的不断变化,为了推动社会的不断发展,具有清澈敏锐的视觉至关重要。健康的视觉———人类生存质量的高度表达。

●视觉,位于人体感觉系统的前列,孕育在中枢神经系统的核心结构中。颅脑外伤和各种颅脑疾患可以轻而易举地危及到它。保护视觉———临床眼科与神经科的共同责任。

中枢神经系统疾病合并视觉系统损害时的定向诊断、定位诊断、定性诊断及其治疗,是神经眼科学的核心内容。患者的视觉性症状和体征可能来源于眼科疾病、中枢神经系统疾病和内分泌科疾病。所以,神经眼科疾病由于涉及多个临床学科,常常因为不能得到及时正确的诊治而威胁患者的视觉和生命。这个跨多学科的基础理论与临床实践,充实了神经科医生和眼科医生的知识储备,拓宽了视角,使专科医生至少认识到出现眼征时定向诊断的重要性,避免延误,从而提升跨学科疾病的诊治水平,造福于患者。神经眼科作为一个独立的临床学科刚刚走过30年历程。作为现代化医院,如果有一个强势的神经眼科专科设置,则相关的临床学科,尤其是神经外科、神经内科、内分泌科、眼科等一定会不断提升医疗质量。如果神经外科和神经内科医生精通神经眼科的知识和技能,当然这是最理想的,现今环境和条件的局限做到这一点难度较大。现实情况下,相关临床学科的医生,至少应该熟悉眼征出现时,把住定向诊断这一关,及时与神经眼科医生配合评估患者的病情,作好临床诊治的个体化计划。

认识到定向诊断的实际意义,相关临床学科重视和熟悉神经眼科的跨学科性质是为了在临床工作中避免对眼征的误判,做到这一点就必须拓宽视野,正确和全面认识脑和眼的关系,尤其是解剖结构与功能的对应关系。

从视网膜开始,直接参与视觉功能的神经元遍布大脑半球的所有脑叶和大部分脑干。外界物体真实地再现在脑内形成意识,必须依赖多个脑区超过数十亿神经元的协同活动。再具体点说,离开眼球的投射是每只眼100万视网膜神经节细胞的轴突输出,经过长距离的颅内通路,引起两侧大脑半球枕叶、顶叶、颞叶和前庭小脑超过数十亿神经元的电磁活动,从而完成对视网膜输出的信息进行分析和诠释。物体的大小、形状、颜色、亮暗、运动、空间位置,这些不同侧面的信息由不同的脑区并行的通道分别处理。视觉的形成涉及大脑的许多神经机制,包括初级视皮质(纹状皮质)神经元对视觉不同侧面信息的反应特性、分类排序、并行处理、半球各个脑区高级皮质(枕、顶、颞、额)的突触连接等。如此广泛分布的皮质活动,是视觉所独有的,要认识到视觉的特殊性质,从视网膜开始的所有眼结构都是大脑的组成部分,因此我们不能孤立地看待眼睛的每一个结构,为了临床早期定位诊断和明确病因的需要,应当从脑的视角观察眼睛的功能。例如,即便是眼睛内部的控制瞳孔肌肉的运动神经元,也同丘脑和脑干神经元发生特异的连接。当两侧瞳孔不等大时,仅仅这一个改变就警示我们,要注意排除脑或脑干发生了严重疾病。总之,从脑的视角认识视觉的临床问题,关系到病变时的定向诊断和定位诊断。这也是本书全部内容的一条基线。在现代临床医学分科细小精深的背景下,理解和重视这一点尤其有实际意义。

大脑枕叶纹状区是关键性的初级视皮质,因为它是背侧丘脑发出的视纤维携带全部视觉信息的唯一靶向突触目标。在纹状皮质接收视觉信息之后,才有20多个大脑皮质区参与视觉分析、整合和诠释,涉及所有的脑叶涵盖一半以上的大脑皮质。视觉研究的丰硕成果来自于众多神经科学家的贡献,其中不乏诺贝尔医学奖的得主。不断深入研究的领域在许多方向上,改变了人们对视觉的传统认识,促进了脑和眼的基础科学和临床医学的技术进步。

包括视觉功能在内,脑的所有功能,完全依赖于高度精确的突触连接和不断地在连接线路上发生动作电位的传递活动。换言之,发育正常的解剖构建和正确的功能发挥(突触传导),这两个要素成就了中枢视觉系统,也成就了大脑。

视觉神经系统(optic system)涵盖的是两个子系统,共同完成视知觉的两条并行的、同步的和精确协调的中枢神经通路,视觉传入通路和视觉传出通路。与所有的脑功能区一样,它们是许多不同功能的神经元连接组成的环路系统,完成同一个功能,即双眼视觉。临床实践多次提示我们,理解下面这段文字有实际意义:

眼科学所有的临床问题,都包含在视觉神经系统内,都能在这个系统内找到自己的位置。视觉神经系统的临床范畴横跨眼科、耳鼻喉科、内分泌科、神经外科和神经内科。需要记住,即便是单眼的视力损害,也不能说明病变一定在眼科专科范围内。如果没有在眼内找到相关病因,它依然可能是颅内严重疾患的一个标志。像视盘炎、球后视神经炎、缺血性视神经病变等传统的眼科疾病,也应该常规地将排除颅内疾病列入其诊断计划内。二、视觉传入通路神经元的功能与通讯方式

视觉传入通路,即传统认定的“视路”。通过第二章的讨论可以进一步认识到,视路的起始点就是脑,故从视网膜至视皮质的视路更确切的应该称为“中枢视通路”。视皮质神经元按功能分层排列。视网膜具有发育特化的光感受器神经元和清晰分层的神经元排列特点,具有典型脑结构特征。视网膜是视信息的形成和输入单元(形成物像并将其转换成神经冲动,这个物像包含数个视觉侧面)。自视网膜输出至纹状皮质,有数个相对独立的平行的通路,其中每一个通路都特化地完成一个视觉侧面功能。如果把中枢视通路比喻为一条“公交汽车固有的线路”,那么它必须经过的“车站”是:①视网膜;②前颅底和中颅底;③背侧丘脑;④内囊;⑤枕叶纹状区初级视皮质层(枕叶17区);⑥纹外区高级视皮质层(枕叶18区、19区、顶叶和颞叶)。

上述颅底和脑内结构的任何一处发生病变时都会累及视路,导致视功能损害。恰恰这些解剖部位是各种颅脑疾病的高发区域。虽然视路从解剖位置上分为外周段和脑内段,但从组织构筑和生理意义上讲,从视网膜直至纹状区皮质全程都是中枢神经纤维,因此即使表现在视网膜的病变,也不一定都是眼科专科疾病。这个神经通路上的关键性中枢环节是,视网膜、背侧丘脑和枕叶大脑皮质纹状区特化的突触连接。它是形成视觉和一切与视觉有关的神经活动的核心和基础。视网膜感知和提取信息,背侧丘脑分类和重组信息,大脑皮质分析和诠释信息,于是形成意识。视觉传入神经通路有两个临床重点值得关注:1.请注意着重对这样一组数字意义的理解

来自视网膜1.3亿光感受器的信息,汇聚于100万个神经节细胞。神经节细胞轴突的输入,进入半球连接枕叶、额叶、颞叶和顶叶的超过10亿大脑皮质神经元。经过发育特化的视纤维在空间排列上远不是均一的,神经纤维的汇聚和散开排列特性经过长距离走行和几何学变形的变化,依然极为精准地保持靶目标的连接列阵图,保证了视网膜上的每一个光点都被枕叶纹状区皮质相对应区域内的神经元所分析。或者说,视网膜上每一个相邻部位都投射到皮质表面的相邻部位,完成对视网膜每一个细小部分的分析。正是视觉投射这种特化的组织构造了完美的视功能。眼科医生理解和记住视纤维在视网膜、背侧丘脑、纹状区皮质分布特性及其纤维的靶向连接线路具有实际临床意义,因为这条中枢神经通路的损害,会导致视力、视野、色觉、瞳孔的缺陷,可为病变定位和病因诊断提供正确的线索。累及颅内段视神经以后的视路损害,常常是严重的颅脑疾病。为此,简介本书相关视路的讨论内容有下面五个重点:(1)动作电位在视网膜神经节细胞产生及在视网膜内的整合机制。视网膜神经元的功能决定了视功能,因此必须首先了解每一个视网膜神经元是怎样工作的,它们之间又是怎样网络连接的。概括讲,大脑所有的高级功能都是电脉冲和化学递质相互作用的结果。神经元膜电位差,“点燃”了化学传递物质谷氨酸,这个化学信息又传递给下一个神经元的末梢,引起一个新的电脉冲,这个过程一次次被重复(分级电位的扩布),直到产生动作电位的频率,通过神经元的突触传导完成大脑错综复杂的功能。(2)视网膜两类神经节细胞(大的M型细胞和小的P型细胞)形成两条并行和相对独立的中枢视觉神经通路,完成扫描视野和分辨细节。讨论它们的解剖构筑、位置、数量、突触连接方向、生理功能和病变时的临床定位线索。重点要理解和记住P型神经节细胞特性:小的感受野中心、高的空间分辨率(高对比度下精细的细节分辨率)、敏锐的颜色识别、众多的轴突数量、占据视皮质最大区域。(3)双眼输入非常重要。由于存在双眼输入,才有视交叉的部分性交叉,这是正常双眼视觉的基础。视觉传入通路在视束以后,纤维的不同投射方向和功能,决定了双眼视觉的形成,特别是立体视功能(深度感知)。能被V1皮质综合的,产生双眼单视的前提条件有两个:有正常的双眼输入和来自两眼的图像有符合生理规律的“像差”,尤其是两个视网膜成像的水平像差。通俗讲,像差就是来自两眼的图像信息稍有不同。在整个视路中,视交叉的解剖、生理和病理是最重要的跨学科临床问题,鞍区疾病临床最多见,最容易损害视觉系统。(4)间脑的外侧膝状体核作为视觉传入通路入脑的门户,它的轴突输入来源(注意视网膜输入和非视网膜输入)、功能和临床特征。外侧膝状体围绕视束呈膝状弯曲而得名,其背侧部较大,是分层结构,6层细胞,从腹侧到背侧排列编号为1~6,是视网膜神经节细胞轴突的终止部位,完成视知觉的皮质下中枢。外侧膝状体的腹侧部细小,它接受背侧部的输入,其传出纤维到达中脑上丘和下丘脑核团。(5)视觉的中枢机制。大脑皮质(纹状区及纹外区)对视觉信息的整合途径。视觉完全在脑内形成,因为视觉与意识无法分开,正像脑的其他功能一样。顶叶和颞叶高级视皮质的整合作用。视路直接与脑干运动神经元的突触联系。视网膜、外侧膝状体、17区纹状区皮质,互为对应的地形图关系。这种对应关系同样也体现在中脑上丘。视觉传入系统与传出系统的脑内组构和定位诊断。2.眼科医生理解这句话有实际意义

对周围环境的感知效果最终决定了视觉神经系统的连接与功能组构。这些讨论突出视觉传入系统的发育和可塑性。其研究不仅有利于神经眼科疾病的诊断和治疗,更对社会发展有深远意义。

出生前,视觉系统解剖组构已形成,这是遗传因素决定的。但是视觉系统解剖结构正常并不意味视功能必然正常。视觉,是在出生后至青春期前,特别是关键期内发育而成熟的。周围环境的感知是眼和脑发育、生长、成熟的第一要素。关键期是一定会结束的,但可塑性是一生的。所以,在出生后脑的发育进程中,广泛存在着突触重组(或称突触重排)的生理过程,它在脑功能发育中有重要意义。其中视觉神经系统最为典型。神经元产生和传导动作电位,信息从上一个神经元传递到下一个神经元,是通过两个神经元的接触点(突触)而完成的。一个神经元可以从许许多多神经元接受信息。许多突触末梢(即接触点)存在于胞体和轴突的表面,用来传导信息。须知,一个神经元所携带的突触数量总是有限的。处在发育期的脑,其神经元突触容量最大,随着脑细胞发育成熟其突触末梢数量必然逐年减少。所以幼儿时期的视皮质神经元的突触数量比成年期多许多,它们等待着突触连接。这一特征给突触重排,也就是功能发育打下生理基础。

为了说明突触重排的意义,我们假设一种模式:假如有一个大脑枕叶皮质神经元含有6个突触末梢,它要接受甲、乙、丙3个突触前神经元的输入。一种情况是3个突触前神经元各分配2个突触末梢。另一种情况是甲、丙神经元各分配3个突触末梢,而乙神经元没有突触输入。从一种突触连接方式改变为另一种方式,称之为突触重排。是什么促使发生突触重排?答案是肯定的:正是视觉环境和视觉经验促成视觉系统突触组织方式发生改变。通过突触重排,依赖良好的视环境兴奋活动,强势和优化了视觉系统的连接,发育成完善的视功能。劣势的视觉环境,同样能造成突触重排,导致突触的异常连接,发育成有缺陷的视功能。为了视功能达到高级水平,在出生后视觉发育过程里,脑内广泛存在突触重排。那些与视功能最重要的突触连接,是依赖视觉环境完成突触重排,编织出一条最强势的突触连接,于是视觉系统发育成熟。如果幼年时期给孩子创造的视环境不良,那么,异常的视觉经验导致依赖性的突触重排,导致视觉发育缺陷,影响到成年期视觉质量。

视觉的特性与脑的生理特性一致。在出生前,脑的各个环路系统和视觉神经系统,其突触的解剖连接已经正确地找到自己的通路和靶细胞位置。显然这是遗传特异性所决定的。但是出生后智力和视力都极为低下,它们的成熟需要依赖学习和记忆的漫长过程。显然轴突的功能性连接,需要依赖幼儿时期对周围环境的学习和记忆。而“学习和记忆”的功能组建,广泛发生在大脑皮质神经元,是突触连接的蛋白质分子不断修饰过程,实际就是神经元突触传导的修饰过程,是信息传递的关键。同理,视网膜、背侧丘脑和枕叶大脑皮质纹状区突触连接在出生时已经完成,但是眼睛能看见完全是靠出生后学习来的,换句话说,视觉是出生后若干年内(称为关键期)依赖优良的视觉环境而发育成熟的,它为成年期视功能质量奠定了基础。广泛意义上讲,包括大脑皮质“学习和记忆”的功能在内,神经元产生和传导动作电位有两个基础要素:(1)蛋白质是突触传导的关键:学习和记忆功能发生在突触部位,取决于活动依赖性神经元的电活动。学习和记忆的冲动引起神经元电活动,继而引起第二信使浓度改变(光感受器电信号产生和传递需要内部信使来介导),最终通过蛋白的改变(谷氨酸的浓度变化)来修饰突触,完成学习与记忆功能。神经元的存活依赖胞体内大量的核糖体(ribosome),它以氨基酸为原料合成蛋白质,通过合成与利用维系神经元生存。神经递质谷氨酸是体内重要的氨基酸之一。蛋白质参与神经元电活动和突触传递的修饰。现已明确,相关视觉学习和记忆的脑区主要在大脑颞叶完成。(2)钙离子也参与上述突触修饰过程。钙离子是带正电荷的离子,是一个重要的第二信使物质。离子通道钙的跨膜转运是释放神经递质并引发神经活动的关键。在视网膜,虽然主要是钠离子作为光感受器的内部信使,但钙离子是光感受器对光适应和突触蛋白修饰的关键因素。其关键作用是钙离子通过改变cGMP(环鸟苷酸,光感受器细胞内第二信使)的浓度来控制离子通道的开启和关闭,从而达到神经递质谷氨酸浓度的改变来修饰突触和完成视网膜对明和暗环境的适应,尤其是明适应过程。

由此可见,蛋白质和钙,对脑神经元的发育和移行以及神经功能组建具有重要意义,所以应关注婴幼儿发育时期的摄取。总之,学习和记忆、突触的形成和修饰、突触连接的可塑性、所有脑区的功能优化,都离不开钙和蛋白质的参与。在这个意义上说,在脑内,钙离子的生理意义比它构建骨骼和牙齿更加重要。三、视觉传出通路———运动是视觉形成的基础

视觉传出通路是眼球运动的调节神经通路。即由枕叶视区皮质主控,经脑皮质联合区(特别是中央前回运动区皮质)、脑干、小脑和前庭系统发出的调控眼球运动、头颈部和躯干运动以及平衡功能的传出神经通路。它是完成由视路介导的视功能的必要条件,因为注视总是伴随眼球运动和头部运动。第三章专门讨论运动视觉。

如果把视觉传出通路比作一条公交汽车固有的线路,那么它必须经过的车站是:①枕叶皮质(V1、V2和V3区)为“始发站”;②中央前回4区皮质;③额叶8区皮质;④皮质中脑束;⑤放射冠;⑥内囊;⑦中脑顶盖和上丘;⑧脑干(中脑与脑桥被盖);⑨中颅底和前颅底;⑩眼球相应肌肉(完成随意和反射运动)。

这条线路还有一条“支线”:枕叶皮质(V1、V2和V3区)经脑干至前庭小脑,参与人体前庭系统功能,赋予我们平衡的感觉。

视觉传出通路上的关键结构是:视网膜、视束、上丘、丘脑枕、前庭核、前庭小脑、内侧纵束上的眼球运动神经核及其传出纤维。其中的中脑上丘是视觉神经系统的关键结构,枕叶皮质→视网膜(约10%的视网膜神经节细胞轴突)→上丘的投射纤维引导头部运动和眼球运动的朝向反应,从而将关注的目标保持在黄斑中心凹注视。这条神经通路的损害常见于肿瘤和血管性疾病,会导致眼球运动障碍、眼位偏斜、复视、眼球震颤、瞳孔异常、眼睑位置异常、平衡障碍。

如上所述,视觉传入通路和视觉传出通路,赋予我们检测和认知世界上一切物体的能力。这些物体小到显微镜下的微观粒子,大到宇宙中的星球。如此海量的视觉信息进入大脑,促进人类大脑的发育与智慧。因此,在脑内超过1/3的神经纤维是视觉纤维,有超过一半的大脑皮质面积直接介入或参与了视觉的形成和分析。除了眼科专科疾病,还有超过65%的颅、脑疾病会损害视觉神经系统,疾病谱很广泛而且很常见。所以,眼科医生和神经科医生都应该“全科”一些,掌握相关跨学科基础知识,这不仅是现代医学的前沿科技,更是服务于患者的临床实际需要。

视路(visual pathway),作为视觉传入的长程神经通路,由视网膜神经节细胞的轴突起始,以“动作电位”的方式,将信息传向脑内。分为眼内段、眶内段、管内段、颅内段、脑内段。从前向后贯穿颅与脑的全程,不仅涉及额叶、颞叶、顶叶和枕叶,并且还与全程脑干、小脑、间脑和边缘系统有着密切联系。需要注意的是,这条由视网膜经丘脑到枕叶纹状区的主体视路,在传导视觉神经冲动的同时,还参与以下多方面的重要功能连接:

1.视路组成各种视觉反射的传入或传出纤维,涉及眼球运动神经、听觉神经、全部感觉和本体感觉神经、前庭觉等。视觉作为重要的人体定位性感觉之一,还投射到小脑,即前庭小脑,它由视觉、本体感觉、前庭觉的反射传入纤维组成,三者完成重要的人体平衡系统功能(equilibrium system)。

2.人类的视觉是“全天候”的,它有“两元性”,既能在明亮环境下分辨细节和检测颜色,又能在暗光环境下行使视功能。通过视网膜感光细胞的“两元性”,视觉参与人体生物钟的昼夜节律调节(第二章)。

3.视路通过相关皮质和脑干参与眼球运动调节,使眼球位置保持在中心注视性质(第三章)。应该认识到,感觉系统与运动系统之间的联系是不可分割的。眼球运动神经元的活动,因受到视路视觉信息的反馈而引发。这个概念适用于脑内所有的环路系统。

4.视路的传入纤维参与瞳孔的光学功能控制。通过改变瞳孔的直径来调节进入眼内的光,是形成清晰视力的关键之一。这包括视网膜、脑干和眼球外周瞳孔括约肌神经元之间的环路连接。所有临床工作者不能忽视瞳孔的大小和对瞳孔的检测,因为多种视路、脑干和颅底的严重疾患会累及这一环路系统,发生瞳孔散大或两侧瞳孔不等大。另一方面要注意,视网膜光通量与瞳孔直径呈正相关性,瞳孔缩小(例如直径2mm以下),光通量明显减少,会使视网膜向暗适应方向转移,导致平均光敏度下降1~3dB的视野压低或等视线向心性缩小,影响视野检查的准确性及其病情分析。

视觉传出神经通路传统认为是眼球运动系统(眼外肌和眼内肌与脑干内运动神经元的连接通路),它的作用是通过复杂的网络系统连接,指挥和调整眼睛的注视方向,让传入的视觉冲动定位在两眼视网膜黄斑中心凹聚焦,并始终保持这一方向。它的功能健全保障了双眼输入的准确性,所以定义为视觉传出系统更贴切。如是,完整的视觉神经系统包括视觉传入系统与视觉传出系统。这两个子系统是互相依赖的协调关系。眼科检查的目的不仅仅是发现视力和视野的异常,还要注意传出系统障碍,更要注意的是判定眼征是由于眼专科疾病或是中枢神经系统疾病所致。它们的解剖径路和功能联系,通过大部分脑干和皮质,因此,眼科症状和体征的检测在中枢神经系统疾病定位诊断中具有重要的临床价值。它们的损害会引起九个眼征,不仅限于眼科疾病,已经超出了临床眼科学范畴,属于神经眼科学内容,是现代眼科学的延伸。脑和眼的结构与功能联系十分密切和复杂,单纯学习视路解剖学知识很枯燥,但是,探讨视觉神经通路系统的解剖、生理和临床定位关系,便是一个令人兴奋和感兴趣的课题。四、视觉神经系统疾病的眼部表现和定向诊断

眼科、耳鼻喉科、神经外科、神经内科以及全身各系统疾病都可以累及视觉神经系统,表现眼部症状和体征,所以疾病谱广泛。其中有些是原发的,更多的是继发于眶、颅、脑、脊髓的病变或是全身性疾病的一部分。中枢神经系统疾病可以累及视觉传入系统和传出系统而导致各种眼征或综合征,而且眼征可能是首发症状或是在病程的早期出现。作为定位诊断线索,识别这些眼征是眼科疾患还是颅脑疾患,首先要回答的就是定向诊断问题,诊断思路的方向正确才能作出早期定位诊断和探索病因。

视路疾患具有明显的跨学科性质。除了累及眼内段视路的许多眼科疾病外,还有不少专科眼病发展之后也使视路受累,如视网膜母细胞瘤或脉络膜黑色素瘤,沿着视神经直接进入颅内或从眶内直接侵入颅内蛛网膜下腔。有些传统意义上的眼科专科疾病,本质上属于中枢神经系统疾病范畴,如儿童弱视、双眼视觉异常、原发性开角型青光眼等。特别是青光眼在我国是高发性疾病,深入研究青光眼在中枢神经系统的视网膜神经节细胞远端、外侧膝状体和枕叶皮质的特征性损伤机制,有助于揭示青光眼的发病原因和视神经保护机制,并开发理想的神经保护药物。某些单纯的眼压升高,不一定就是眼科病专科范畴,相关内容见第四章。此外,全身性疾病如高血压、糖尿病、内分泌疾病、血液病、中毒、传染病等,在损害颅脑的同时也常累及视路,特别是视网膜,产生各种眼病综合征。这些眼征不仅与上述疾病构成因果关系从而帮助定位和定性,而且随诊眼征变化也能反映病情变化和评估预后,为设计个体化治疗方案提供证据。

如果定向诊断思路正确,视功能是否正常都可以被客观检测出来,定量并准确定位。最重要的认识是,同大脑的其他系统一样,几条并行的传入通道贯穿于视觉系统的全程,涉及大脑半球的所有脑区,同步并行地处理视觉信息。当视觉功能丧失不能用孤立的眼内疾病解释时,当务之急是定向诊断,进而定位。根据我们的临床实践,当视觉神经系统被原发或继发病变损害后,常见眼征表现如下:

1.视力减退;

2.视野缺损;

3.瞳孔形态及其反应异常;

4.视觉对比敏感度下降;

5.获得性色觉障碍;

6.双眼视觉异常;

7.眼球位置异常;

8.眼球运动异常;

9.眼睑位置异常。

鉴于视觉独特的解剖生理学特点,神经系统疾病和许多全身性疾病,包括眼内疾病、颅底疾病、脑内疾病和上段颈髓疾病,常常在视觉系统组织结构中反映出来,表现上述眼征。在神经眼科临床,眼科检查不仅限于眼底改变和眼球运动改变,还要注意角膜、结膜、泪腺、眼内虹膜和睫状体等结构及其功能的异常改变。

患者任何一个或几个眼征发生时,作为临床医生我们必须问自己,是眼睛本身出了毛病,还是眼睛后面的脑出了问题?其实答案并无多少特殊性:以宽泛视角熟悉眼部改变的解剖学和生理学基础知识,了解生理才能认识病理,功能定位决定了病变定位。这样的思路能揭示眼征的发生机制,进而探索病因。只有通过采集病史和临床系统检查来阐明眼征的发生机制,才能评估病变的位置和性质,进而有目的地选择影像学检查而准确定位,从而为正确地诊断和设计治疗方案提供依据。现代神经科实践告诉我们,神经系统及其相关结构,如脑、脑膜、颅骨、血管等的疾病引起的眼征,大多数能明确其发生机制和病变定位。关键在于相关科室医生定向诊断首先不要错,方向一错,步步都错,最终导致延迟诊断。患者最关注的是疾病的预后和视力的预后,颅脑内疾病的早期治疗效果(包括视力)明显好于晚期,关键是在患者就诊的第一时间正确诊断。第二节 与视觉相关的颅脑肿瘤分类

前面已经提到,65%的颅、脑疾病会损害视觉神经系统,其中肿瘤是引起上述眼征的最重要的病因(其中包括原发在视路本身的肿瘤,例如视神经肿瘤)。颅脑肿瘤是神经外科较常见的疾病之一。特别是肿瘤的早期阶段,占位效应很轻时容易误诊为眼病。为了引起重视我们首先把肿瘤单独提出来。这些肿瘤可能损害视觉传入通路和视觉传出通路。能够引起眼征者按其临床常见的顺序概括如下:1.蝶鞍部肿瘤(tumors of the sellar region)(1)垂体腺瘤;(2)颅咽管瘤。2.脑膜肿瘤(tumors of meninges)(1)视神经脑膜瘤;(2)颅底脑膜瘤;(3)各类间叶(mesenchymal)肿瘤(横纹肌肉瘤、血管内皮细胞瘤、血管外皮细胞瘤);(4)黑色素细胞瘤。3.神经上皮组织肿瘤(tumors of neuroepithelial tissues)(1)视神经胶质瘤(视路胶质瘤);(2)室管膜瘤(位于脑室内);(3)松果体细胞瘤;(4)脑干胶质瘤。4.脑神经肿瘤(tumors of cranial)(1)眼眶内神经鞘瘤(施万细胞瘤);(2)前庭神经鞘瘤;(3)神经纤维瘤(眼眶、颅底)。5.转移性肿瘤(metastatic tumors)

颅内肿瘤可以总结这样几个特征:首先,必然会造成神经系统功能障碍,其中视觉系统障碍十分常见。其次,从儿童到老年期,任何年龄段都可发生脑肿瘤,每个年龄段都有其主要的疾病谱,儿童脑肿瘤常见于中线部位或颅后窝,例如:颅咽管瘤、室管膜瘤、胶质瘤、松果体细胞瘤等。成人期多见垂体瘤、大脑半球肿瘤、颅底脑膜瘤、前庭神经鞘瘤等。老年期常见胶质瘤和胶质母细胞瘤。所有的颅内肿瘤都容易损害视觉神经系统,引起眼征。第三,医学发展到今天,无论是恶性肿瘤还是良性肿瘤,早期确诊治疗效果好。当今技术性早期诊断水平十分先进,尤其是神经影像学和分子生物学的飞速发展,为临床早期诊断和早期治疗提供了良好条件。多种有效的治疗方法可供筛选或联合应用,其治愈率不断提高。关键点是首诊医生准确进行定向诊断,重视临床症状和体征的检查,个体化作好临床诊断和鉴别诊断,进而筛选适宜的技术性检查手段。单纯或依赖于影像学检查,可能会误诊或漏诊,尤其在初期诊断过程很重要。第三节 生存质量是临床医学的核心要素

21世纪已经进入“科学技术是第一生产力”的时代。也就是说,我国社会进入了以智力资源为基础,以高新技术为支柱的“知识经济”时代。服务大众、科技创新与可持续发展是这个时代的基本特征。现代科学技术成为医学发展的巨大推力。进入21世纪临床医学有两个重要的发展趋势:

1.在高科技的带动下,医疗技术愈来愈专,愈来愈精深,我们享受着细小精深的专业成果,例如,当今的眼内晶状体摘除手术、玻璃体手术、视网膜手术、青光眼手术等都是借助高科技手段实现了数字化、显微化、微创化,取得令人瞩目的成就。同样的,神经外科也进入了显微化、微创化、计算机导航、全切病变与功能保护的高科技时代。现代影像学发展为颅、脑、眼等诸多疾病的早期诊断和治疗提供了保障。

2.在分科越来越细的同时各临床学科之间互相融合、互相渗透、重新组合,从而使跨边缘学科愈来愈多,这个趋势顺应医学发展客观规律,是人们对医学认识深化的必然结果。神经眼科就是为了解决罹患跨学科疾病患者的诊治而形成的独立临床学科。

21世纪,与科学发展相适应,医学模式已经不再是单纯的“生物模式”,直白这个模式就是“治好疾病,保住生命”。它的缺陷在于没有充分体现患者的“生存质量”,没有体现出医学的科学性与医学的人文性之间的平衡。“以人为本”的理念,在医学领域是一位医生专业素质的集中体现。为什么这样说呢?医学是高科技领域,但又不是一个纯粹的科学技术领域。医生和患者追求的目标是一致的,医学是医护人员运用知识、经验、技术来直接解决人的健康问题(健康的人和生病的人),因而它涵盖的就不仅仅是科学技术,医疗过程始终穿透着人文、道德、责任、正义等社会要素。在这个意义上说,医学具有“两重性”,即科学技术和人文关怀,两者不能偏废或失衡,否则,就可能发生医、患对立。医学实践保护人的身体健康,人文精神维护人的精神健康,把医学与人文这两个本来就相互关联的科学与文化统一起来,是21世纪医学模式的基本要求,也是医生基本素质的体现。简单地概括,直接实施到患者身上的医疗措施就是三项:语言、操作、药物,三者组成一个有机整体,关系着患者的安危和生存质量。通过语言,医生给患者送去宝贵的精神营养和充分的知情,是治疗的重要组成部分,关系着患者的康复质量。所以,当代医生应该理解“生物-心理-社会医学模式”,并努力付诸实践。医疗干预下人的生存质量是其核心目标。以生存质量来评价治疗方案的证据、评价患者的健康恢复状态、评价预防保健措施的有效性、评价“成本-效果比”,消除“逐利化”思维方式。显然,新的医学模式对医院提出了挑战,创新是医院永恒的生命线:技术创新、服务创新,持之以恒没有止境。第四节 运动决定脑细胞的生存质量——视网膜内的膜电位形成与传导一、细胞的运动形式及其意义

当今,每一个人都知道运动给我们带来的好处:保持适当的有氧运动,体质得到增强。因为这些身体运动能增强心、脑血管的功能,从而为脑提供更充分的血液分配,减缓脑内神经元的过快丢失和老化,增进健康和促进长寿。而且运动能有效地控制体重,须知肥胖是众多疾病的诱因,可见运动决定生存质量。如果我们从微观视角认识脑和眼的功能,结语还可以理解为:运动决定细胞的生存质量。下面我们解读这句话。

我们生活在一个运动的世界里,从微观到宏观,包括人体内部环境,这个世界无处不在地充满各种形式的运动。你渴望了解人的大脑和眼睛是怎样工作的,用“电荷运动”这个关键词便可以概括。从读中学时学习的物理知识中回想起,无处不在的原子包括一个核和一个壳,壳由带负电荷的电子组成,核内有带正电荷的质子。质子像地球一样永不停歇地转动并且围绕着一个轴作自旋运动。在人体组织内,无论在细胞内还是细胞外,氢原子核无处不在(磁共振人体成像就选择了氢核运动)。人体内的水分,我们称之为“生物水”,它们以两种状态存在,这就是游离状态和结合状态。游离状态的水在细胞外总是处于相对无限制的运动。结合状态的水与细胞内蛋白质和细胞内亲水基团相结合,水分子依然存在一定程度的运动。所有这些运动实际上是质子的运动,体现神经细胞的生命活力。让大脑和眼睛健康生存的办法,是通过“使用”,只有使用,才会形成动作电位,促进细胞外液和细胞内液的运动,维系每一个细胞的生命活力。通过使用增强细胞运动带给我们的好处是多方面的。

脑的进化、发育和生长,依赖于社会的发展和实践。在这个意义上说,我们的大脑和眼睛是我们赖以生存的世界的产物。所以,要让脑健康,“使用”是关键。换句话说,神经元,要想不失去它,就必须使用它。第三章谈到,人类视觉在运动中形成,在运动中使用,在运动中发育。大脑的发育、发展与进化也是如此。大脑基本成分是脑细胞(神经元),一个脑细胞直径小于0.05mm,小到只有在光学显2微镜下才能看到它。展开人类大脑皮质的面积有2500cm,其中2/3隐藏在脑沟内,平均厚度2.5mm,那里面蕴藏了上千亿个神经元。包括视觉在内的神经系统产生的所有功能活动,都起源于神经元。神经活动(动脑思维和用眼观看)都需要通过电位差(正电荷的流动)来启动细胞膜上的离子运动,这种离子运动表现在细胞内外“离子的跨膜运动”。正是通过离子通道的离子运动才形成了动作电位,大脑才能正常运转,视觉才能形成。大脑皮质是人类智慧的发源地。脑是随着社会的进化发展而发育的,人一生中只可能有未曾使用过的脑空间,而没有因为学习而伤脑的现象。眼睛,只是大脑神经元功能特性连接的一个典型例子。

现代功能磁共振成像(fMRI)清楚地显示,相关脑区域启动功能运动(跨膜的电荷运动)时给脑带来的变化:产生功能活动的脑区,接受新鲜血液增多,血液向其提供的氧和葡萄糖增多。精确的神经元靶向连接是脑功能的基础,其基本线路在出生时正常发育的人体上已经完成,但它能否健康发育成熟,就要依赖感官外在环境的状态。想一想儿童剥夺性弱视(单眼剥夺或双眼剥夺)或单纯性近视眼的发病过程也许对这个问题的认识有所启迪。

视网膜至枕叶17区皮质的突触连接通路,只有经常“使用它”,即接受外部世界的图形刺激(动作电位),并由此接受和重复视觉经验,系统的连接才得以巩固、发育和健康。视觉经验,对视觉神经系统的发育和成长,特别是双眼视觉的建立具有关键作用。

某一些脑区,如额叶、丘脑、海马回、下丘脑和边缘系统等脑区,存在“免疫细胞化学区”,可以看做是人类情感的物质基础,这些“情绪中枢”具有调控人体免疫防御系统的功能。前额叶脑区在人类十分发达,它们不仅接受所有传向大脑的神经冲动,而且与丘脑内侧核、下丘脑和脑干之间有双向反馈的环路联系。无论是身体健康的人还是患者,保持乐观、平和、坚强、积极向上的情操,便会强化这些脑区与免疫防御系统的相互作用,分泌某些特殊的化学神经递质,作用于免疫活性细胞受体,增强人体免疫防御系统的功能,从而具有防病和促进疾病康复的倾向。这些都是健康的脑细胞的运动形式。所以,通过医护人员的语言调整患者的精神状态,慰藉患者的心境,本身就是治疗的一部分,应该贯穿在整个医疗过程中。二、视网膜内的膜电位形成与传导

在大脑的神经细胞中,冲动(信息)是通过电信号传递的。认识这一点,只要理解光线在视网膜发生的初始过程就足够了。视网膜的显著特征是,它能在可见光谱范围内把对比反差的图形、颜色和运动识别出来传送到脑,最终形成视觉。这个初始过程就是动作电位在视网膜的形成过程:暗视下光感受器的“去极化”和明视下光感受器的“超极化”。

1.基本概念,产生生物电的第一级感觉神经元是光感受器细胞。产生动作电位的是第三级感觉神经元———视网膜神经节细胞。视网膜光感受器长距离传递信息到脑的唯一途径是光感受器通过双极细胞到神经节细胞的突触连接,这个信息就是沿着轴突传递的“动作电位”。

光,作为电磁辐射波要转换成神经电信号,这个转换点就发生在光感受器。每个光感受器具有一个普通脑内神经元的所有结构,突出的特点是它含有外段。外段(或称外节),由许多膜盘(membranous disk)层叠而成(每个视杆细胞膜盘有近千个,视锥细胞膜盘有数百个),它含有视色素,是光-电转换的关键部位。膜盘不断更新(大约一个月更新2~3次),脱落的膜盘被视网膜色素上皮吞噬。膜盘含有的视色素只对光敏感,吸收并利用光能来产生细胞膜的膜电位变化。视杆细胞膜盘多且视色素密度高,故对光的敏感性远远高于视锥细胞。所有视杆细胞的视色素是单一的,而视锥细胞有三种类型,分别含红、绿、蓝三种不同类型的视色素,分别对不同波长的光敏感,故能分辨颜色。视锥细胞和视杆细胞的光-电转换传导机制基本相同。

概括视网膜产生的电信号,有两类:微观下短距离内扩布的局部性分级电位和宏观下长距离迅速传递的动作电位。

分级电位:产生来自于外部刺激,即光感受器的感光。其功能是微观下短距离传输信号,电位只在除神经节细胞之外的视网膜层间神经元之间扩布,是局部性的,不能传递。

动作电位:是在静息电位的基础上,由分级电位瞬间波动产生的,具有“全”或“无”特征,即细胞膜电位未达到阈值水平时,电位无,即无信号,一旦达到阈值,就立即产生强度和幅度不变的电位,即发出信号并长距离地沿着神经纤维(轴突)传递。这个只能由视网膜神经节细胞产生(有证据显示某些无长突细胞也能产生动作电位),能够传递的,并且在传递过程中不失真、不衰减的电信号称为动作电位(action potential)。动作电位通过电位频率的变化,在细胞间传递信息,它就是输送到枕叶17区皮质的视觉信号。“动作”就发生在视网膜神经节细胞膜上,它好像电池,跨膜的电位差是电荷流动的动力(根据电学原理,电位差就是流过细胞膜的电流所产生的电压变化)。简述其过程:外界光→视杆细胞和视锥细胞的分级电位→双极细胞的分级电位→神经节细胞的分级电位→神经节细胞动作电位形成→传递到视中枢。

2.为了在神经元之间传递冲动,神经元采用的是电信号和化学信号。动作电位在突触的传导是化学性的。这个光-电转换的关键部位是光感受器细胞的外段。简单说就是:光→视色素→激活酶系统→生成细胞内第二信使(cGMP)→门控离子通道→改变膜电位。离子带正电荷,细胞内外离子的浓度差引导电荷的流动。首要的是跨膜的电荷运动,运动的电荷就是电流,没有电流产生,神经元不能生存。光-电-化学递质构成一个反馈-负反馈环路,不断形成动作电位。

在神经元细胞膜上,某些蛋白质分子聚合成细胞的两个重要的微观结构:外段膜上的离子通道和内段膜上的离子泵。神经元膜两边互相透过离子的能力很差,唯有通过这两个结构,确保神经元内外离子浓度的正常梯度,并稳定这个梯度差。正是由于细胞内、外带正电的离子存在浓度差,才构成细胞内外的电位差,才能产生和维持神经元的静息电位,这个神经元才有生命力,大脑才能正常工作。(1)离子通道(ion channel):像架在河上的吊桥,门控(就是通过电刺激和化学递质刺激引起通道的开启和关闭)离子的跨细胞膜出入通道。离子通道由蛋白质构成,实际上,它是由细胞膜相应受体接受刺激或各种信号分子(例如光线、神经递质、药物等)后转换而来的,所以它既是受体,又是离子通道,也是细胞内转换的新信号称++为第二信使。光感受器的离子通道主要是Na-K通道,负责门控这个通道的是第二信使,即细胞内一种核苷酸,环鸟苷酸(cyclic guanosine monophosphate,cGMP)。重要的常态下离子浓度差时,++神经元膜内钾离子(K)浓度高,神经元膜外钠离子(Na)和钙2+离子(Ca)浓度高。(2)离子泵(ion pump):“泵”也是由蛋白质构成,它的重要性在于利用腺苷三磷酸(ATP,另一种核苷酸)分解释放的能量主动跨膜转运离子,从而完成细胞的运动、分泌、代谢及生化等生理功能。离子泵能够利用获取的能量,主动地逆浓度差完成离子(钠、钾、钙)的跨膜运动,从而建立并维持跨细胞膜的离子浓度梯度,正是这个梯度决定了电位差。神经信号的形成和传递,依赖于神经元膜的电位变化,或者说,神经信号是以膜电位的变化形式来表达的。没有离子泵就没有电位差,没有动作电位,视网膜和大脑就会停止工作。细胞内++2+参与静息电位和动作电位形成的重要阳离子是Na、K、Ca。在++2+光感受器细胞的内段膜上具备两种离子泵:Na-K泵和Ca泵。Na+++-K泵的作用是保障细胞内K+浓度高,而细胞外Na浓度高。前面2+2+已经提到钙离子在脑内的作用,Ca泵的作用是保障将Ca从细胞内跨膜转运到细胞外,使细胞内钙离子浓度很低,是视网膜光感受器对光适应(明适应和暗适应)的关键离子。钙离子在保证神经元生理功能和突触蛋白修饰以完成突触传导,都具有重要作用。

为了认识视觉信息的形成和传递机制,以下几个关键词需要简单解读:(3)静息电位(resting potential):静息电位是指神经元处于安静状态时,存在于细胞膜内外两侧的电位差,又称为膜电位。特征是膜内偏负,膜外偏正。按照神经元所在的组织类型不同,静息电位大约在-30~100mV之间。

1)首先谈典型神经元:以细胞膜为界,膜内和膜外有带电的离子存在,而且是不均等的分布(离子泵主导下形成的,经离子通道的跨膜运动)。细胞膜电位是由膜两侧离子浓度差决定的。一个正常神经元没有冲动刺激,在安静状态下神经元细胞膜两侧的电荷(离子)存在不均匀分布,细胞膜内的电位比膜外更负。这种相对性的“内负外正”状态所引起的电位差,只要神经元不产生神经冲动,就一直保持下去。我们把这种细胞膜内比膜外更负的稳定的电位差称为神经元的静息电位。这种稳定状态称为神经元膜的极化(polarized)状态。经生理学测试得知,典型神经元的静息电位大约是-65mV。这个细胞内电位相对于细胞外为负的静息电位非常重要。直白一点说,所有神经冲动或称动作电位,就是从神经元膜上的静息电位变化引发的。静息状态下的“内负外正”电位,瞬间(例如时间短到0.001s)地可逆性颠倒,变成“内正外负”,这个以毫秒计的瞬间峰电位值就是动作电位,就是神经冲动。可见,膜静息电位的改变对启动神经系统功能(包括视觉)具有决定性意义。

2)其次谈视网膜神经元:第二章谈到视觉的形成,从视网膜到皮质,“感受野”是非常重要的概念,它是视觉信号感知的基本单元。均匀一致弥散光的亮度对视觉系统成像毫无用处。我们反复强调的一点是,光线的亮与暗都对光感受器构成适宜的刺激而产生冲动反应或兴奋波,眼睛看到的任何一个影像或者图像,都是不同明、暗对比的组合。基于视觉的这一特性,视网膜神经元能否产生动作电位,完全取决于视野范围内光线亮-暗对比的变化,而不是单纯的亮度值。所以需要认识到视觉的一个关键概念:当视杆细胞和视锥细胞接受到阈值的刺激后,它们并不在意光的亮度值,而是刻意通过复杂的突触连接把明、暗对比的信息加以特化处理,也即对它们感受野内的亮度差异进行整合修饰。由此我们也可以理解,临床自动视野检查,是为了测定视网膜不同位置的光差敏感度。这个光敏的阈值单位并不2是物理学的亮度值(cd/m),而是用分贝(dB)来描述,后者指的是对光的敏感程度而不是亮度。这是临床视野学的基本概念。因此,光感受器与其他神经元不同,光感受器在黑暗中去极化,光照时使其超极化。光感受器在去极化时释放神经递质谷氨酸。递质与突触后膜受体结合后使离子通道开放,分别导致下一级神经元(两类双极细胞)去极化(兴奋)和超级化(抑制),实现突触传递过程。在视网膜未受到可见光刺激,即在暗视环境下,视杆细胞的静息电位是-30mV,其负值比一般神经元小很多。负号的意思是,相对于细胞外,细胞内为负。

这些事实表面上看似很反常,如果我们从视网膜神经元对光反应的特性来理解,视网膜对光的适应有二元性,即不同背景的光由不同的光感受器处理,因此无论何种程度的光照水平,都能够引起视网膜的反应。暗视状态下视网膜只有视杆细胞被启用,明视状态下视网膜主要启用视锥细胞,并由视杆细胞相协调。人类视网膜视锥细胞处于极少数地位。视杆细胞不仅比视锥细胞数量多20倍以上,而且对光的敏感性高出1000倍以上。在暗处视物时,既有视紫红质的分解,又有它的合成,这是人类在暗光处能产生视觉的基础。光线愈暗,视紫红质合成过程愈超过分解过程,视网膜中处于合成状态的视紫红质数量也愈高,这也使视网膜对弱光愈敏感。在光照环境下,视紫红质不断分解,这就必须通过暗光环境下来恢复它的合成,从而不断地形成一个视觉再循环,维系视觉功能。所以,暗视环境才是视杆光感受器最适宜的刺激,也即光感受器对黑暗刺激最为敏感。因此,在黑暗状态下视杆细胞对微弱光的反应是去极化,并释放神经递质。这个所谓的视杆细胞静息电位,实际上是去极化状态,电位只有-30mV,相对其他神经元(-65mV)而言,这个负值很小或者说偏正许多。一句话,神经系统(包括视觉)信号的形成和传递是依赖于神经元膜电位的变化。同整个感觉系统一样,视觉兴奋性和抑制性信号输入,两类信号综合在一起,它们的刺激强度达到动作电位的阈值时,信号就传向高级中枢。

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