师:同学们,今天我们复习高三人教版生物学选择性必修一第二章神经调节第一课时。这节课有四个学习目标:第一,简述神经调节的结构基础;第二,分析反射弧的组成;第三,阐述神经冲动的产生、传导和传递机制;第四,了解滥用兴奋剂和吸毒的危害。
本章内容包含四大板块:神经调节的结构基础、基本方式、传导和传递的过程,以及分级调节的特点。下面我们先梳理神经调节的基本方式和传导传递过程的相关知识。我们知道,生命活动的结构和功能基本单位是细胞。问题一:在田径赛场上,运动员从听到枪响到做出起跑动作,信号传导经过的生命活动基本单位是什么?组成神经系统的细胞有两种,分别是神经元和神经胶质细胞。请同学们观察图中两种神经元,思考它们在结构上有什么区别?
生:(暂停思考)
师:非常好,我们可以看到,图一中的神经元轴突较长,图二中的树突相对较多。从结构决定功能的角度看,这种结构有什么意义呢?轴突较长,有利于神经元将信息输送到远距离的支配器官;树突较多,增大了神经元的膜面积,有利于充分接受信息,便于细胞间进行信息交流。
问题二:运动员听到枪响到做出起跑动作,这属于哪一种反射类型?
生:属于条件反射。
师:非常好。我们通过比较来回顾非条件反射和条件反射。请同学们根据提供的4组例子,填到对应的反射类型。
生:(暂停思考)
师:根据形成和刺激,我们可以判断缩手反射属于非条件反射,望梅止渴属于条件反射,眨眼反射属于非条件反射,谈虎色变属于条件反射。通过这些例子,我们可以再次明确,非条件反射是生来就有的,由非条件刺激引发,是动物生存必不可少的;而条件反射是后天学习和训练获得的,需要条件刺激。条件反射的形成能提高人和动物适应复杂环境的能力。在两者的联系上,条件反射以非条件反射为基础。在新授课学习中,我们知道仅靠一个神经元不能完成一个完整的反射活动。
问题三:运动员听到枪响到做出起跑动作,信号传导经过哪些结构呢?
生:(暂停思考)
师:非常好,这必须依靠反射的结构基础——反射弧。那这个反射完成的大致过程及条件是怎样的呢?我们一起来分析。运动员听到发令枪一响就会冲出起跑线,在这个条件反射的反射弧中,感受器是分布在耳朵的听神经末梢,听神经将信号传入神经中枢——大脑。大脑做出反应后,指令经过传出神经传导至腿部肌肉,也就是效应器,完成起跑反应。在这个过程中,涉及神经调节的三个内容:兴奋在感受器如何产生、如何在神经纤维上传导,以及如何在神经元之间传递。
我们首先回顾课本内容,静息电位和动作电位的基本概念。图中显示的是书本28页第二、三自然段的部分内容,现在放大给大家阅读。第2自然段说,由于细胞膜内外这种特异的离子分布特点,细胞膜两侧的电位表现为内负外正,称之为静息电位。
第三段内容说,当神经纤维某一部位受到刺激时,细胞膜对钠离子的通透性增加,钠离子内流,这个部位的膜两侧出现暂时性的电位变化,表现为内正外负的兴奋状态,此时膜电位称为动作电位。那么膜内外的电位与什么有关呢?现在屏幕左图中,神经纤维处在静止状态,显示的电位是膜外正电位、膜内负电位;右图把左图篮框部分放大显示,可以看到膜内钾离子较多,膜外钠离子较多。在神经纤维的膜上存在着运输钾离子和钠离子的转运蛋白。静息状态下,钠离子通道处于关闭状态,虽然钠离子膜外浓度高于膜内,但实际上却没有流入膜内;同时,膜上钾离子通道打开,由于钾离子内浓度高于膜外,于是钾离子顺着浓度梯度按照图中黄色箭头方向发生外流。
也就是说,静息状态下钾离子外流是导致膜内外电位变化的主要原因,这导致膜外阳离子浓度高于膜内,膜两侧电位表现为外正内负,我们称之为静息电位。当给予刺激,我们把刺激部位用蓝色的框放大,右图显示了刺激带来的变化。我们看到钾离子通道关闭,钾离子无法流入细胞内,而钠离子通道打开,导致钠离子沿着图中黄色箭头的方向内流。最终膜内钠离子浓度高于膜外,膜两侧的电位由原来的外正内负变为现在的外负内正。像这种在神经元受到刺激时,膜内外电位表现为外负内正的状态,我们称之为动作电位。
我们做个简单的整合和回顾,在神经纤维上给予刺激,产生兴奋。接着兴奋从兴奋部位同时向两侧的未兴奋部位发生传导,也就是兴奋在神经纤维上双向传导。局部电流在膜内是从兴奋部位流向两侧的未兴奋部位,这与兴奋的传导方向一致;在膜外情况则相反,局部电流从两侧的未兴奋部位流向兴奋部位,这时局部电流的流动方向与兴奋传导方向是相反的。在兴奋的整个传导过程,并不完全在神经纤维上发生。
比如在两个神经元之间就有一些连接的结构,那么这个时候兴奋是如何传递过去的呢?我们把屏幕左图中红色圆圈位置称之为突触,把突触这个结构放大和分解,其中包含了三个部分。前一个神经元的突触小体的最末端是一层膜状结构,叫突触前膜;后一个神经元的细胞体或树突提供了另一层膜状结构,叫突触后膜。相当于两个相邻的神经元彼此各取一部分膜状结构来组成突触。但是两层膜状结构并不是直接紧紧贴着,而是中间有一定的缝隙,这个缝隙叫做突触间隙。
