MIT 7.29J / 9.09J 细胞与分子神经生物学（Cellular and Molecular Neurobiology）

MIT 7.29J / 9.09J · Spring 2012 · 主讲 William Quinn & Troy Littleton · 脑与认知科学系 / 生物学系

MIT 7.29J / 9.09J《细胞与分子神经生物学》（Cellular and Molecular Neurobiology）是麻省理工学院生物学系与脑与认知科学系联合开设的硬核研究生与高年级本科生基石课程，由行为遗传学权威威廉·奎因（William Quinn）与突触生物学前沿学者特洛伊·利特尔顿（Troy Littleton）等教授共同主讲。本课程公开资料基于 2005 年 Mimi Lee 的详尽手写课堂记录，以生物物理学与分子遗传学为双翼，从第一性原理彻底推导神经冲动与心智活性的物理载体。课程严密贯穿膜电容阻抗、能斯特/GHK 静息电位平衡、霍奇金-赫胥黎动作电位门控微分方程、SNARE 囊泡毫秒级胞吐机制、cAMP-PKA 突触可塑性分子开关、果蝇嗅觉记忆突变体无偏筛选、神经诱导组织原与轴突生长锥导航，直至感觉换能与高级大脑认知半球特化的全景宏伟图景。

TL;DR

• 生物物理电生理基石：利用能斯特方程与高盛-霍奇金-卡茨（GHK）方程量化非对称离子浓度差，霍奇金-赫胥黎模型解耦动作电位非线性动力学。
• 突触囊泡与第二信使调制：突触结合蛋白感知局部钙微区诱发 SNARE 毫秒胞吐，GPCR 与 cAMP-PKA 级联则跨越时间尺度调谐全脑神经兴奋性。
• 学习记忆的分子开关：海兔缩鳃反射与果蝇 dunce/rutabaga 突变体双向收敛于 cAMP 信号轴，确立突触可塑性是物理印痕（Engram）的分子实体。
• 神经发育与环路装配：施佩曼组织原默认模型诱导神经轴，Netrin 与 Slit-Robo 导向中线抉择，活性依赖性赫布修剪雕刻成熟精细神经回路。

24 讲完整课程导航

讲次	文档链接	核心主题	关键神经生物学机制与实证证据
Lec 1	神经系统导论	回路解剖与功能定位	神经回路输入-整合-输出架构、H.M. 顺行遗忘与记忆功能分离、膝跳反射弧电生理
Lec 2	膜通道与信号传递	脂质双层与选择性孔道	膜电容绝缘屏障、水合离子半径与空间选择性滤器、电化学驱动力、欧姆定律无源扩布
Lec 3	静息电位的离子基础	离子平衡与生电泵	能斯特方程、高盛-霍奇金-卡茨（GHK）电压方程、钾漏通透性、钠钾 ATP 酶耗散稳态
Lec 4	动作电位 I：阈值与电压钳	枪乌贼轴突与负反馈钳制	电压钳打破正反馈雪崩、钠内流与钾外流时序解耦、翻转电位与能斯特平衡对齐
Lec 5	动作电位 II：门控与失活	霍奇金-赫胥黎动力学	门控粒子 m/h/n 四阶微分方程、钠通道球棒失活、延迟整流钾电导、绝对/相对不应期
Lec 6	动作电位的轴突传播	电缆方程与跳跃传导	电缆空间常数 $\lambda$ 与时间常数 $au$、局部回路去极化再生、朗飞结跳跃传导生物物理
Lec 7	电突触与化学突触	缝隙连接与突触间隙	连接蛋白（Connexin）瞬时双向传导、化学突触 0.5ms 延搁、单向放大与可塑调谐
Lec 8	突触递质释放机制	囊泡量子与 SNARE 复合体	微终板电位（mEPP）泊松量子释放、钙微区、SNARE 机械膜融合、Synaptotagmin 钙触发
Lec 9	间接突触传递与调制	代谢型受体与第二信使	GPCR 偶联 G 蛋白解离、cAMP/PKA 与 PLC/PKC 级联放大、钾通道磷酸化慢调谐
Lec 10	突触传递的生化途径	激酶网络与转录调控	蛋白激酶与磷酸酶动态对抗、PDE 空间水解、CaMKII 自磷酸化分子记忆、CREB 核表达
Lec 11	学习与记忆 I：突触可塑性	海兔缩鳃与突触易化	坎德尔缩鳃反射、习惯化钙内流衰减、五羟色胺敏化阻断钾通道延长脉冲时程
Lec 12	学习与记忆 II：方法复盘	果蝇嗅觉遗传学筛选	本泽/奎因嗅觉学习范式、dunce（PDE 缺陷）与 rutabaga（AC 缺陷）突变体双向印证
Lec 13	从基因到结构与行为	昼夜节律与基因表达	EMS 诱变与正向遗传学、Period（per）/ Timeless 负反馈分子生物钟振荡机制
Lec 14	神经系统发育 I：诱导与轴向模式	组织原与默认模型	施佩曼-曼戈尔德组织原背侧诱导、Noggin/Chordin 拮抗 BMP、Shh 与 Wnt 浓度形态梯度
Lec 15	神经系统发育 II：细胞命运与迁移	侧向抑制与放射状胶质	Notch-Delta 侧向抑制打破细胞对称性、放射状胶质导轨、皮层由内向外（Inside-out）迁移
Lec 16	轴突导向 I：吸引、排斥与中线	生长锥与化学导向分子	丝状伪足肌动蛋白、Netrin 底板吸引、Robo-Slit 排斥防回穿、Ephrin 视网膜拓扑梯度
Lec 17	突触形成：定位与聚集	神经肌肉接头分子装配	运动神经元分泌 Agrin、MuSK 酪氨酸激酶活化、Rapsyn 介导乙酰胆碱受体微米聚集
Lec 18	突触连接的精细修剪	多重支配消除与关键期	神经肌肉接头单支配修剪、单眼剥夺与眼优势柱可塑性关键期、赫布突触消除算法
Lec 19	视觉 I：视网膜与光转导	视紫红质与单光子物理	11-顺式视黄醛异构化、转导蛋白激活 PDE 水解 cGMP、暗电流截断诱发见光超极化
Lec 20	视觉 II：皮层视觉通路	简单细胞与超柱架构	休伯尔-威泽尔方向选择性、简单细胞 LGN 线性汇聚、复杂细胞平移不变性与功能超柱
Lec 21	听觉：耳蜗与毛细胞	机械电转导与内淋巴电池	基底膜傅里叶机械共振、静纤毛顶端细丝弹簧、内淋巴高钾 +80mV 电池、Prestin 压电
Lec 22	嗅觉与其他感觉	受体超家族与嗅小球拓扑	巴克/阿克塞尔嗅觉 GPCR、Golf-cAMP 信号级联、氯通道反常去极化、味蕾异二聚体受体
Lec 23	痛觉与温度感受：公开页聚焦触觉	机械感受器与体表映射	帕西尼/梅克尔等四类低阈值小体、Piezo2 机械敏感通道、TRPV1、S1 体表感官侏儒
Lec 24	高级认知功能：历史课堂讨论	裂脑人与意识还原	斯佩里胼胝体切除左右脑不对称性、边缘系统动机网络、联络皮层多模态意识整合

学习建议

• 坚持从物理与离子流出发：细胞神经生物学没有任何“玄学”，每一个电位波动都严格遵循欧姆定律、能斯特电位与离子浓度梯度的物理约束；学习时亲手绘制膜等效电路图是掌握电生理的核心捷径。
• 将分子机制与系统行为紧密闭环：当看到海兔缩鳃、果蝇避开电击气味或裂脑人无法命名左视野物体时，请务必在脑海中向下穿透至突触后致密区受体磷酸化与特定轴突投射，体会跨层级整合的宏大逻辑。