1、8.神经生理的研究方法与实验探究必备知识1兴奋传导与电流计指针偏转问题分析(1)指针偏转原理图下图中 a 点受刺激产生动作电位“”，动作电位沿神经纤维传导依次通过“abc右侧”时灵敏电流计的指针变化细化图：(2)在神经纤维上兴奋传导与电流计指针偏转问题(3)在神经元之间兴奋传递与电流表指针偏转问题(4)“三看法”判断电流计指针偏转2反射弧中兴奋传导特点的实验探究(1)探究冲动在神经纤维上的传导方法设计电刺激图处观察 A 的反应测处电位变化结果分析 A 有反应，处电位改变双向传导 A 有反应，处电位未变单向传导(2)探究冲动在神经元之间的传递3“药物阻断”实验探究某药物(如麻醉药)是阻断兴奋在神
2、经纤维上传导，还是阻断在突触处传递，可分别将药物置于神经纤维上或置于突触处，依据其能否产生“阻断”效果作出合理推断。技能展示1(2019 届西安期中)将两个灵敏电位仪以相同的方式分别连接到神经纤维表面(如图 1 所示)、突触结构两端的表面(如图 2 所示)，每个电位仪两电极之间的距离都为 l，当在图 1 所示神经纤维的 p 点给予适宜强度的刺激时，测得电位差变化如图 3 所示。若分别在图 1 和图 2 的 a、b、c、d 处给予适宜强度的刺激(a 点到左右两个电极的距离相等)，测得电位差变化图，下列选项中对应关系正确的是()Aa 点对应图 5 Bb 点对应图 3Cc 点对应图 3 Dd 点对应
3、图 4解析：选 D 根据兴奋在神经纤维上双向传导的特点，若在 a 处给予适宜强度的刺激。由于 a 点到左右两个电极的距离相等，故指针不发生偏转，A 错误；若在 b 处给予适宜强度的刺激，兴奋先传至图 1 中电位仪右侧电极处，然后传至左侧电极处，其电位变化曲线与图 3 中曲线相比，上下位置刚好相反(与刺激 p 点情况相反)，B 错误；图 2表示兴奋在突触处的传递过程，传递速度较慢，若在 c 处给予适宜强度的刺激，将会出现类似图 3 所示的电位差变化，但中间电位差为 0 的时间较图 3 所示的长，C 错误；若在 d 处给予适宜强度的刺激，兴奋不能通过突触后膜逆向传至突触前膜，因此只能出现如图 4
4、所示的电位差变化，D 正确。2(2019 届日照模拟)某神经纤维静息电位的测量装置及结果如图 1 所示，其中甲位于膜内，乙位于膜外，图 2 是将同一测量装置的微电极均置于膜外。相关叙述正确的是()A图 1 中 K浓度甲处比乙处低B图 2 测量装置所测电压为70 mVC图 2 中若在处给予适宜刺激(处未处理)，电表的指针会发生两次偏转D图 2 中若在处给予适宜刺激，处用药物阻断电流通过，则测不到电位变化解析：选 C 图 1 中两个微电极一个在膜内，一个在膜外，测得的膜电位是外正内负的静息电位，在静息时，K的分布是内高外低；图 2 是将同一测量装置的微电极均置于膜外，且没有兴奋传导，则图 2 测量
5、装置所测电压为 0 mV；若在处给予适宜刺激，由于处未处理，局部电流先传导到左侧微电极，后传导到右侧微电极，所以电表指针发生两次偏转；图 2 中若在处给予适宜刺激，处用药物阻断电流通过，则当兴奋传导到右侧微电极时能测到电位变化，电表指针会偏转一次。3图甲为研究神经细胞膜电位变化的实验装置，两个神经元以突触联系，并连有电表(电极分别在 Q 点细胞内外)、(电极分别在 R、S 的细胞外侧)，给予 P 点适宜刺激后，电表测得电位变化如图乙所示，下列分析正确的是()A电位变化对应于 PQ 兴奋传导过程B刺激 S 点，电表将发生两次方向不同的偏转C刺激 S 点，电表记录到的电位变化波形与图乙基本相同D刺
6、激 P 点，电表的指针将发生两次反向偏转解析：选 B 电位变化是因为发生 Na内流导致产生动作电位，对应于 Q 点的兴奋。刺激 S 点，兴奋能先后传到 S 点和 R 点，所以电表将发生两次方向不同的偏转，会有两个方向不同的峰值，如图所示：由于兴奋在神经元之间的传递是单向的，只能由突触前膜传到突触后膜，所以刺激P 点，兴奋只能传到 R 点，所以电表的指针只能发生一次偏转。4为了探究兴奋在神经元轴突上的传导是双向的还是单向的，某兴趣小组做了以下实验：取新鲜的神经肌肉标本(实验期间用生理盐水湿润标本)，设计了下面的实验装置图(C 点位于两电极之间的正中心，指针偏转方向与电流方向一致)。下列叙述错误的
7、是()A神经元轴突与肌肉之间的突触结构由突触前膜、突触间隙和突触后膜构成B若为双向传导，则电刺激 D 点，肌肉会收缩且电流计偏转 2 次C电刺激 C 处，神经纤维上的电流计不会偏转，因此 C 点无法探究得出正确结论D兴奋在 AC 之间的传导所用的时间比兴奋从 C 点到肌肉所用的时间短解析：选 C 突触结构由突触前膜、突触间隙和突触后膜构成，A 项正确；刺激 D点，兴奋先到达距离微电流计近端，引起指针偏转一次，兴奋向距离微电流计较远端传导时，之前兴奋部位恢复静息状态，指针发生与第一次方向相反的偏转，故肌肉会收缩且电流表偏转 2 次，B 项正确；C 点位于两电极之间的正中心，到微电流计两端的距离相
8、等，刺激 C 点，兴奋部位产生的局部电流同时传递至微电流计两端，指针不偏转，能说明兴奋在神经纤维上双向传导，C 项错误；兴奋在 AC 间以电信号形式传导，而在神经肌肉突触处以电信号化学信号电信号形式传递，因突触延搁其传导速度较慢，D 项正确。5(2019 届安徽合肥质检)将电流计的两个电极分别放置在神经纤维膜外的 a、c 两点，c 点所在部位的膜已损伤，其余部位均正常，如图为刺激前后的电位变化，以下说法错误的是()A兴奋传到 b 点时电流计的指针将向左侧偏转B损伤部位 c 点的膜外电位为负电位C兴奋的产生与细胞膜对 Na的通透性改变有关D结果表明兴奋在神经纤维上以电信号的形式传导解析：选 A
9、正常情况下，a 点的膜外电位为正电位，电流计指针向右偏转，说明c 点膜外电位为负电位，又当兴奋传至 a 点时，膜外电位为负电位，此时电流计指针不偏转，a、c 两点的膜外电位相同，也说明 c 点膜外电位为负电位，当兴奋传到 b 点时，a 点的膜外电位为正电位，c 点的膜外电位为负电位，此时指针向右偏转，A 错误，B 正确；兴奋的产生是细胞膜对 Na的通透性增大，Na内流造成的，C 正确；电流计指针的偏转情况表明兴奋是以电信号的形式在神经纤维上传导的，D 正确。6(2013 年安徽卷)将蛙脑破坏，保留脊髓，做蛙心静脉灌注，以维持蛙的基本生命活动。暴露蛙左后肢屈反射的传入神经和传出神经，分别连接电位
10、计和。将蛙左后肢趾尖浸入 0.5%硫酸溶液后，电位计和有电位波动，出现屈反射。如图为该反射弧结构示意图。(1)用简便的实验验证兴奋能在神经纤维上双向传导，而在反射弧中只能单向传递。_。(2)若在灌注液中添加某种药物，将蛙左后肢趾尖浸入 0.5%硫酸溶液后，电位计有波动，电位计未出现波动，左后肢未出现屈反射，其原因可能有：_；_。解析：(1)验证兴奋能在神经纤维上双向传导的实验需在同一神经元中完成，设计思路：刺激神经纤维的某一点，从该点两侧观察反应。结合图示信息，刺激电位计与骨骼肌之间的传出神经，观察到图示刺激点左侧电位计有电位波动，刺激点右侧的左后肢屈腿，可验证兴奋能在神经纤维上双向传导。验证
11、兴奋在反射弧中只能单向传递，需跨突触检测，在上述实验基础上，电位计未出现电位波动，可验证兴奋只能在反射弧中进行单向传递。(2)兴奋在神经元间的传递通过神经递质完成，易受药物影响。若在灌注液中添加某种药物，用 0.5%硫酸溶液刺激蛙左后肢趾尖，电位计有波动，电位计未出现波动，推测其原因是神经递质传递受阻。结合神经递质的作用过程，其传递受阻有两种可能，一是突触前膜不能释放递质，二是突触前膜释放的递质不能与突触后膜上特异性受体结合。答案：(1)方法和现象：刺激电位计与骨骼肌之间的传出神经。观察到电位计有电位波动和左后肢屈腿，电位计未出现电位波动(2)突触前膜释放的递质不能与突触后膜上的特异性受体结合
12、 突触前膜不能释放递质7(2019 届河北衡水金卷)突触前膜释放的神经递质与突触后膜上的特异性受体结合，可提高突触后膜对某些离子的通透性，若促进 Na内流，则引起后一个神经元兴奋，若促进 Cl内流，则引起后一个神经元抑制，为探究乙酰胆碱作用于某种神经元后，引起该神经元兴奋还是抑制，生物兴趣小组做了如下实验：(1)将电表接于 B 神经元细胞膜内、外两侧，此时电表指针的偏转如图所示，这是因为突触后膜处于_状态，膜两侧的电位表现为_，存在电位差，使电表指针向左偏转。(2)在突触间隙注入一定量的乙酰胆碱，观察电表指针偏转方向，若电表指针_，则说明乙酰胆碱引起该神经元兴奋，若电表指针_，则说明乙酰胆碱引
13、起该神经元抑制，在注入乙酰胆碱的同时不能刺激 A 神经元，原因是_。解析：(1)电流表的指针一般情况下默认是指针方向即电流方向，由正极指向负极，膜外为正电位，膜内为负电位。静息电位特点是外正内负。(2)在突触间隙注入一定量的乙酰胆碱，若电表指针向右偏转，膜外为负电位，膜内为正电位，形成动作电位，则说明乙酰胆碱引起该神经元兴奋。若乙酰胆碱引起该神经元抑制，则静息电位的差值进一步增大，电表指针向左偏转的幅度增大。在注入乙酰胆碱的同时，刺激 A 神经元会引起突触前膜释放神经递质，对实验结果造成影响。答案：(1)静息 外正内负(2)向右偏转 向左偏转且幅度更大 刺激 A 神经元会引起突触前膜释放神经递
14、质，对实验结果造成影响8(2018 届湖南郴州二模)验证“动作电位沿着神经纤维传导时，其电位变化总是一样的，不会随传导距离的增加而衰减”。请利用提供的实验材料与用具加以验证，要求完善实验思路并进行分析。实验器材：生理状况正常的离体枪乌贼的巨大轴突作标本，电位测量装置若干个(示波器)、生理盐水溶液、电刺激设备等。(要求：答题时枪乌贼离体巨大轴突神经纤维标本制作、神经纤维生理盐水的具体浓度、电刺激的强度、调制和示波器测量电位的具体方法不作要求)(1)实验思路：取一个大培养皿，加入足量特定浓度的生理盐水，将新鲜离体的枪乌贼巨大轴突的神经纤维标本浸泡在生理盐水中；在神经纤维某一端的适宜位置上正确连接电
15、刺激设备，然后将多个相同的示波器_连接在神经纤维上；在电刺激设备上用适宜强度的电刺激离体神经纤维使之产生一个动作电位；同时观察并记录各电位测量装置的膜电位波形变化，统计分析实验数据并比较_。(2)预测实验结果：(3)分析与讨论：神经纤维受到适宜刺激后产生动作电位，其电位变化不随传导距离的增加而衰减，其峰电位值仍相同的原因是动作电位峰电位值大小决定于_，与传播距离无关。若本实验改用蛙的坐骨神经，实验发现：当一根神经纤维在传导神经冲动时不会影响其他神经纤维，原因最可能是_。解析：(1)测量动作电位随传导距离的增加的变化，应将多个相同的示波器等距离连接在神经纤维上。各电位测量装置记录的膜电位峰值为动
16、作电位的大小。(3)动作电位的发生是由钠离子快速进入神经纤维导致的，峰电位值大小决定于膜内外溶液的Na的浓度差，与传播距离无关。各神经纤维由髓鞘包围，相互之间具有绝缘性，所以当一根神经纤维在传导神经冲动时不会影响其他神经纤维。答案：(1)等距离 最大幅度值(或峰电位值)(3)膜内外溶液的 Na的浓度差 各神经纤维之间具有绝缘性9(2019 届西城区期末)氨基丁酸(GABA)是成年动物体中枢神经系统的主要抑制性神经递质。(1)神经元未受刺激时，细胞膜静息电位为_。通常情况下，当突触前神经元释放的 GABA 与突触后膜上的_结合后，Cl通道开放，Cl顺浓度梯度内流，从而产生抑制性效应。(2)研究大
17、鼠等哺乳动物(包括人类)胚胎发育早期未成熟神经元时发现，GABA 的生理效应与成熟神经元相反。其原因是胞内 Cl浓度显著_于胞外，GABA 作为信号引起 Cl_(填“内流”或“外流”)，从而产生兴奋性效应。(3)在个体发育的不同阶段，神经系统内 GABA 的通道型受体的特性(既是 GABA 受体，也是双向 Cl通道)并未改变，GABA 的两种作用效应与细胞膜上两种 Cl跨膜共转运体 NKCC1 和 KCC2 有关，其作用机制如图 1 所示。(图中共转运体的大小表示细胞膜上该转运体的相对数量)据图可知，大鼠成熟神经元中含量相对较低的 Cl共转运体是_。(4)为探究 GABA 兴奋性效应对神经元发
18、育的影响。将不同基因分别转入三组大鼠胚胎神经组织。待幼鼠出生后第 14 天，显微镜下观察神经元突起的数量及长度(图 2)。与对照组相比，实验组幼鼠单个神经元_，由此证明 GABA 的兴奋性效应保证了神经元正常发育。通过检测实验组 EGFP 的分布及荧光强度以确定KCC2 蛋白的_。(5)在患神经性病理痛的成年大鼠神经元中也检测到 GABA 的兴奋性效应，推测该效应与 KCC2 和 NKCC1 表达量有关。研究者以“神经性病理痛”模型大鼠为实验组，用 _ 技 术 检 测 KCC2 和 NKCC1 的 含 量。若 结 果 为_，则证实上述推测。(6)该系列研究其潜在的应用前景为_。解析：(1)神经
19、元未受刺激时，细胞膜静息电位为外正内负。通常情况下，当突触前神经元释放的 GABA 与突触后膜上的受体结合后，Cl通道开放，Cl顺浓度梯度内流，从而产生抑制性效应。(2)研究大鼠等哺乳动物(包括人类)胚胎发育早期未成熟神经元时发现，GABA 的生理效应与成熟神经元相反。其原因是胞内 Cl浓度显著高于胞外，GABA 作为信号引起 Cl外流，从而产生兴奋性效应。(3)由图 1 可知，大鼠成熟神经元应是图 1 中的神经元 2，其含量相对较低的 Cl共转运体是 NKCC1。(4)由图 2 甲、乙、丙效果判断，与对照组相比，实验组幼鼠单个神经元数量和总长度显著降低，由此证明GABA 的兴奋性效应保证了神
20、经元正常发育。通过检测实验组 EGFP 的分布及荧光强度以确定 KCC2 蛋白的位置(分布)和含量。(5)研究者以“神经性病理痛”模型大鼠为实验组，可用抗原抗体杂交技术(蛋白质电泳)检测 KCC2 和 NKCC1 的含量。若结果为实验组 NKCC1 含量高于对照组或(和)KCC2 含量低于对照组，则证实上述推测。(6)该系列研究其潜在的应用前景有：开发新的镇痛药物；研究个体发育过程中基因选择性表达机制；研究损伤后神经元 GABA 兴奋性效应的意义等。答案：(1)外正内负(特异性)受体(2)高 外流(3)NKCC1(4)数量和总长度显著降低 位置(分布)和含量(5)抗原抗体杂交(蛋白质电泳)实验组 NKCC1 含量高于对照组或(和)KCC2 含量低于对照组(6)开发新的镇痛药物；研究个体发育过程中基因选择性表达机制；研究损伤后神经元 GABA 兴奋性效应的意义谢 谢 观 看 THANKS