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高一生物集体备课《第1节 通过神经系统的调节》

[日期:2011-07-12]   来源:生物百花园  作者:生物百花园   阅读:631[字体: ]

一、教学目标

1.概述神经调节的结构基础和反射。

2.说明兴奋在神经纤维上的传导和在神经元之间的传递。

3.概述神经系统的分级调节和人脑的高级功能。

二、教学重点和难点

1.教学重点

(1)兴奋在神经纤维上的传导和在神经元之间的传递。

(2)人脑的高级功能。

2.教学难点

神经冲动的产生和传导。

三、教学策略

本节课的导言既是章的导入,也是节的导入,可运用章首的导言和节首的问题探讨分别引入章课题和节的课题。由于这些内容学生在初中已有了一定的基础,所以这里一方面是通过导言唤起学生的回忆,另一方面是明确学习这部分内容的主要目标和任务。如果运用多媒体进行教学,也可选取一些能反映机体各器官系统协调活动,以及机体与外界环境相适应的实例的视频画面,结合画面提出问题。通过视频画面,烘托气氛,激发学生的学习兴趣。但要注意不应让学生的兴趣过多停留在感性的层面上,应该尽快将学生引入对问题的理性思考。

神经系统的结构基础和反射这部分内容,主要是对初中有关内容的回顾,教学时应充分调动学生已有的知识,可采用师生谈话结合讨论的方法进行。教师可用下列问题引导学生讨论和思考:

(1)人和动物各器官系统的协调,以及对外界刺激作出反应主要是通过神经系统来完成的,那么神经调节的方式是什么呢?

(2)什么是反射?你能举出几个反射活动的实例吗?草履虫能够趋利避害,含羞草叶被触碰后会下垂,这属于反射吗?如果有人用针刺了你一下,你感到了疼痛,这属于反射吗?用针刺激离体蛙的腓肠肌,肌肉会收缩,这属于反射吗?

(3)完成反射活动的结构基础是什么?反射弧包括哪些基本环节?初中我们学习过膝跳反射和缩手反射,你能回顾一下这两个反射的反射弧吗?(示图或投影让学生分析)

(4)如果某人缩手反射的传入神经受到了损伤,那么感受器受到刺激后,人还会有感觉吗?会产生缩手反射吗?如果损伤的是传出神经或者是脊髓相应的中枢呢?

(5)如果有一只脊蛙,从脊髓的一侧剥离出了一根神经,你如何通过实验来判断它是传入神经还是传出神经?

(6)反射弧各部分的结构分别是由什么组成的?神经元的结构包括哪几个部分?神经元与神经纤维、神经间有什么样的关系?

(7)一个完整的反射活动至少需要多少个神经元?神经元与神经元之间是怎样联结的?

在分析讨论的基础上,指导学生对反射、反射弧、神经元的结构和分布等知识进行归纳和总结。

反射活动中,在反射弧上传导的是兴奋。什么是兴奋呢?先让学生说出自己的认识,然后让学生阅读教材。提问:兴奋的本质是什么呢?如何产生?又是如何传导的呢?由此引入兴奋在神经纤维上的传导的教学。

首先可引导学生分析神经纤维表面电位差的实验。条件许可的话,教师可尽可能利用多媒体手段演示该实验的过程和现象;退其次,教师应通过板图把实验的过程和现象展示给学生,引导学生分析从该实验的现象能得出什么结论。电表指针的变化反映了神经表面电流的变化,而这种变化是由于刺激神经引起的,由此说明刺激会引起神经兴奋。

刺激为什么会引起生物电的产生呢?要形成电流必须要有电位差的形成,刺激引起电流的产生,那么必定引起了电位差的变化。在静止的时候神经纤维的电位是怎样的?接受刺激时会引起什么样的变化?为什么会出现这种变化呢?让学生带着这些问题阅读教材。学生自学后,需要对学习的效果进行交流和反馈。在学生讨论交流的基础上,有条件的话,教师要尽可能利用多媒体手段,演示神经冲动在神经纤维上的产生与传导的动态过程,以加深学生的理解。

完成一个反射活动至少需要两个神经元,那么一个神经元产生的兴奋是如何向下一个神经元传递的呢?要了解兴奋在神经元间的传递原理,首先得了解神经元之间的联系方式。可以让学生阅读教材相关内容,弄清楚突触前膜、突触后膜分别是神经元的哪部分结构,以避免学生出现只见树木不见森林的现象。

了解神经元之间是通过突触联系的,根据突触的结构分析“兴奋在神经元间还能以神经冲动的形式进行传递吗?”以此问题进一步引起学生的思考与讨论。在学生自学突触传递信息的方式的基础上,可以通过师生间的讨论促进对知识的理解。在此基础上,可进一步提出问题让学生讨论,使认识更深入。例如,可以讨论以下问题:在一个反射活动中,兴奋的传递方向是单向的还是双向的?为什么?最后教师可利用多媒体展示突触传递信息的动态过程,并进行归纳和整理。

关于神经系统的分级调节,学生也是有一定的感性认识的。教师可以从资料分析入手,引导学生进行讨论。通过讨论让学生明白,控制排尿反射的初级中枢在脊髓,但控制排尿反射的高级中枢在大脑皮层。机体能够协调完成各项生命活动,是不同的中枢之间分级调节的结果。教师可以提问:“脊椎动物和人的低级中枢和高级中枢的分布有什么特点呢?”让学生回忆初中所学神经系统的结构。在学生回忆和讨论的基础上,结合教材插图,进行归纳和完善。

关于人脑的高级功能,突出了人脑特有的语言功能。学生对于四个言语区的理解不会有太大的困难,教师可着重介绍其中一个言语区的功能以及该言语区损伤可能出现的症状,其余的三个言语区可让学生自己分析讨论。学习与记忆是脑的高级功能之一,通过这部分内容的学习,主要让学生认识到,学习与记忆有其生理基础;学习的过程需要各种器官的协同作用;遗忘是一种正常生理现象,学习中只有通过不断的重复才能形成长久的记忆。可让学生交流自己学习与记忆的方法,利用所学的知识分析这些方法的科学性。

四、答案和提示

(一)问题探讨

提示:这些问题具有开放性,可以让学生充分讨论后再回答,目的是引起学生学习本节内容的兴趣。

(二)思考与讨论1

1.神经元包括胞体和突起两部分,突起一般又可分为树突和轴突两种。神经元的长的突起外表大都套有一层鞘,组成神经纤维。许多神经纤维集结成束,外面包着由结缔组织形成的膜,构成一条神经。

2.反射弧一般都包括五个部分:感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器。

3.不能;至少需要两个,如膝跳反射等单突触反射的传入神经纤维经背根进入中枢(即脊髓)后,直达腹根与运动神经元发生突触联系;而绝大多数的反射活动都是多突触反射,也就是需要三个或三个以上的神经元参与;而且反射活动越复杂,参与的神经元越多。

4.蛙的搔扒反射有脊髓的参与,人的膝跳反射、排尿反射、排便反射等也都有脊髓参与。

(三)思考与讨论2

很明显,由于突触间隙的存在,兴奋在神经元之间不能以神经冲动的形式进行传递,而是通过神经递质与特异性受体相结合的形式将兴奋传递下去的。

(四)资料分析

1.成人和婴儿控制排尿的初级中枢都在脊髓,但它受大脑控制。婴儿因大脑的发育尚未完善,对排尿的控制能力较弱,所以排尿次数多,而且容易发生夜间遗尿现象。

2.是控制排尿的高级中枢,也就是大脑出现了问题。

3.这些例子说明低级中枢受相应的高级中枢的调控。

(五)思考与讨论3

可能是H区出现了问题。

(六)旁栏思考题

提示:记忆必须加以巩固才能持久,巩固的方法是复习。通过各种感觉器官进入人脑的信息量非常大,据估计仅有1%的信息能被较长期地记忆,大部分都将被遗忘。能被长期贮存的信息是反复被运用的。通过反复运用,信息在短期记忆中循环,从而延长信息在其中的停留时间,这样就使这些信息更容易转入长期记忆。

(七)练习

基础题

1.B。

2.大脑、小脑和脑干。

拓展题

1.b、c、d、e。

2.提示:都表现为电位差,但电流在导线中的传导是自由电子的定向移动形成的,而神经冲动的传导主要是靠细胞膜两侧带电粒子的跨膜运动形成的。

五、参考资料

1.生物电发现的早期历史

很久以前,人们接触电鳗时会受到电击,因而推测动物体可以产生电流。但神经冲动的本质和神经传导的电现象直到18世纪晚期才为人们所发现。

1678年,荷兰生物学家斯威莫尔登(J. Swammerdan)用蛙的肌肉做实验。他把肌肉放在玻璃管内,用一根银丝和一个铜棒去触及肌肉,发现这可以引起肌肉的收缩活动。不过,这个现象并没有引起人们的注意。

1771年,伽尔瓦尼(L. Galvani,1738—1798)重复了这个实验。他用蛙的坐骨神经──腓肠肌标本来研究神经肌肉放电现象。“我把蛙放在桌子上,在蛙的附近放着一台静电发生器和一个莱登瓶(一种聚电器)。当我的助手用解剖镊子碰一下蛙的坐骨神经后,奇迹发生了,蛙的肢体产生了一次迅速的收缩。同时参与这个实验的另一个助手发现,在这一瞬间那台机器的导线上出现了火花。当时我本人已经完全沉浸在这个实验现象中,直到我的助手提醒我后,我才开始意识到这个发现背后可能隐藏着的科学意义。”后来,他用两种金属导体在肌肉和神经之间建立起回路,肌肉就会产生颤抖,即发生收缩。于是他认为肌肉和神经上带有相反的电荷,这种收缩是由于从肌肉内部流出来并沿着神经到达肌肉表面的电流刺激引起的,这是第一次将电现象与生命活动联系起来。因此,伽尔瓦尼在他的论文中宣称动物的组织可产生动物电,但他认为电火花现象是一个毫不相干的事件。

意大利物理学家伏特(A.Volta, 1745—1827)对伽尔瓦尼的实验结果提出异议,他认为由于伽尔瓦尼实验中所用导体的金属属性不同,两种不同的金属接触可以产生电位差,所以使蛙肌肉收缩的实际上是一种“双金属电流”,纯属物理现象。而伽尔瓦尼则坚持认为生物体内有电现象存在,这就是有名的伽尔瓦尼与伏特的争论。

伽尔瓦尼和伏特的争论促使他们各自进行进一步实验来验证自己的论点。伏特由此发明了世界上第一个直流电池,即伏特电池。后来,伽尔瓦尼改做“无金属接触收缩”实验,证明了肌肉中电现象的存在,但18世纪末和19世纪初的仪器是无法测量这种电流的。伽尔瓦尼逝世后,他的后继者们用电流计测出肌肉电流,从而出色地证明了生物电的存在,由此,电生理学才迅速地发展起来。

2.神经纤维传导的一般特征

神经纤维在实现传导功能时,具有下列特征。

(1)生理完整性。神经纤维的传导要求神经纤维在结构上和生理功能上都是完整的。如果神经纤维被切断,冲动就不能通过断口继续向前传导;即使不破坏神经纤维结构上的连续性,而用机械压力、冷冻、电流和化学药品等因素使纤维的局部功能改变,也会中断冲动的传导。

(2)绝缘性。一条神经内虽然包含许多条神经纤维,但是它们各自传导本身的冲动,而不波及邻近的神经纤维,这就叫绝缘性。正因为神经纤维具有这种特性,使得许多纤维可以同时传导而互不干扰,从而保证了神经调节的精确性。

(3)双向传导性。刺激神经纤维的任何一点,所产生的冲动均可沿着神经纤维向两侧方向同时传导。

(4)相对不疲劳性。与肌肉组织比较,神经纤维相对不容易疲劳。例如,在适宜的条件下,用50~100次/秒电脉冲连续刺激神经纤维9~12 h,神经纤维仍保持着传导冲动的能力。神经纤维能够不断地接受刺激和传导冲动,对于适应外界环境的变化有着重要的意义。

3.突触的类型

从结构上来说,突触可分为两大类,即化学突触(经典的突触,一般所说的突触就是指化学突触而言)和电突触。最常见的化学突触是一个神经元的轴突与另一个神经元的树突、树突棘或胞体连接,分别构成轴-树(axodendritic)、轴-棘(axospinous)、轴-体(axosomatic)突触。此外还有轴-轴(axoaxonal)和树-树(dendrodendritic)突触等。电突触的突触间隙很窄,约1~3 nm,称为缝隙连接;在突触前末梢内,一般没有突触小泡。缝隙两侧的膜是对称的,形成通道,带电离子可通过通道传递电信号。电突触的传递速度很快,突触延搁时间极短,而且可以双向传递,不过有些电突触的膜具有整流作用,仍然表现为单向传递。

图2-1 突触的不同连接方式

A 轴突—胞体  B 轴突—树突

C 轴突—轴突  D 树突—树突

从功能上来说,突触分为兴奋性突触和抑制性突触。突触前神经元电信号通过突触传递,影响突触后神经元的活动,使突触后膜发生兴奋的突触称兴奋性突触(excitatory synapse),使突触后膜发生抑制的称抑制性突触(inhibitory synapse)。突触的兴奋或抑制,不仅取决于神经递质的种类,更重要的还取决于其受体的类型。

4.突触传递的机理

一般所说的突触是指化学性突触。化学性突触传递的分子机制是极其复杂的,一般认为包括以下内容。

(1)突触的代谢过程。包括突触小泡和递质的合成、运输和贮存,突触末梢各种成分的装配。在末梢处,突触小泡和递质的量只够维持几秒至几分的突触传递,因此它们都必须很快重新合成,以维持突触传递的正常进行。突触小泡是经过多种途径,在神经元的不同部位形成的,如有些由突触前膜直接陷入而成,有些由高尔基体、内质网、线粒体、微管等产生。神经递质在神经元的胞浆内合成,最终合成部位是在突触前末梢处;原料一般来自血液供应,在一系列酶(位于胞浆中)的催化下,逐步合成。

(2)递质的释放。当神经冲动传至突触前末梢时,引起突触前膜的去极化,使Ca2+内流,激活第二信使,促使突触小泡向突触前膜移动。小泡一旦与前膜接触,便在接触点与前膜融合,并发生破裂开口,递质即释放至突触间隙。突触前末梢释放递质以小泡为单位,一个小泡所贮存的递质量是一个释放单位,这样的释放方式称量子释放。

(3)突触前恢复及调制。包括突触前膜的再循环、突触本身被其释放的物质所调制等。

(4)间隙机制。包括递质的扩散、水解、重摄取、终止等。释放到突触间隙的递质与突触后膜的受体结合产生生理效应后,很快便被相应的酶灭活,如乙酰胆碱(Ach);或吸收入突触终末内被分解,如去甲肾上腺素(NE),以迅速消除Ach、NE等递质的作用,这样才能保证突触传递的灵敏性。递质的分解产物可被重新利用合成新的递质。

(5)突触后的变化及调制。递质与受体结合后对突触后膜的离子通透性发生影响,引起突触后电位的变化,从而完成信息的跨突触传递。在突触后发生的这些效应中,存在着调制因素,如神经肽等成分对递质与受体结合的影响等。

5.突触传递的特点

突触传递由于要通过化学递质的中介作用,因此具有不同于神经纤维传导的特点。

(1)单向传递。由于递质只能由突触前膜释放,然后作用于突触后膜,所以兴奋在突触上的传递只能向一个方向进行,就是从突触前神经末梢传向突触后神经元,而不能逆向传递。突触的单向传递,使得整个神经系统的活动能够有规律地进行。

(2)突触延搁。兴奋在突触处的传递,比在神经纤维上的传导要慢。这是因为兴奋由突触前神经末梢传至突触后神经元,需要经历递质的释放、扩散以及对突触后膜作用的过程,所以需要较长的时间(约0.5 ms),这段时间就叫做突触延搁。

(3)总和。通常兴奋性突触每兴奋一次,并不足以触发突触后神经元兴奋。但是,同时传来的一连串兴奋,或者是许多突触前神经末梢同时传来一排兴奋,引起较多的递质释放,就可以使突触后神经元兴奋,这种现象就叫做总和。

(4)对内环境变化的敏感性。突触对内环境的变化非常敏感,缺氧、二氧化碳增加或酸碱度的改变等,都可以改变突触部位的传递活动。

(5)对某些药物敏感。突触后膜的受体对递质有高度的选择性,因此某些药物也可以特异性地作用于突触传递过程,阻断或者加强突触的传递。

6.兴奋性递质和抑制性递质的作用及具体实例

神经递质按其与受体作用后对突触后神经元的效应分为兴奋性和抑制性两类,分别对突触后神经元起兴奋和抑制的作用。兴奋性递质及其受体的作用可以使突触后神经元细胞膜两侧的电位差减少,使膜发生去极化,产生兴奋性突触后电位,使兴奋易于扩散,有促发惊厥的作用,如常见的Ach、5-羟色胺(5-HT)等;抑制性递质可以使突触后膜发生超极化,产生抑制性突触后电位,使膜更加稳定,减少发生惊厥的可能性。γ-氨基丁酸(GABA)、甘氨酸、天冬氨酸等是主要的抑制性突触的递质。在病理情况下,兴奋性递质过多或抑制性递质减少及缺失都可以产生更高的去极化,引起癫痫性放电。

有些神经递质的作用很难用简单的“兴奋”或“抑制”来描述。例如,NE在中枢究竟是抑制性还是兴奋性的递质,可能随部位不同而异。根据一些动物实验观察到,NE可引起动物嗜睡,体温降低,出现摄食行为。有人认为,脑内NE减少,可表现出精神抑郁;反之,过量可表现出狂躁。总之,脑内NE的功能可能与体温、摄食行为、镇痛、心血管系统和精神状态的调节有密切关系。又如5HT可使大多数交感节前神经元兴奋,而使副交感节前神经元抑制。如果动物脑内5HT含量降低,则动物出现睡眠障碍,痛阈降低等。总之,脑内5HT与睡眠、镇痛、体温调节、内分泌机能、精神活动等都有关系。


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