在系统发生学上,乙酰胆碱(ACh)是一个非常古老的分子,广泛分布在真核生物以及原核生物细胞中。另外,许多非神经组织中也存在ACh,发挥着调节细胞的基本功能。ACh 在突触间隙被乙酰胆碱酯酶(acetyl cholinesterase)快速灭活。研究者利用组织化学手段将乙酰胆碱酯酶分子视觉化后,以及使用胆碱乙酰转移酶的特异性抗体,寻找含有ACh 的神经元胞体和轴突的存在。 ACh 神经元位于大脑中两个主要区域。所有这些区域都有一个特征,即存在着含有ACh 的大而多极的细胞。与基底前脑复合体细胞一样,脑桥中脑被盖复合体以含有大的包含ACh 的神经细胞为特征。 除了这些细胞群,ACh 神经元还存在于所有纹状体核中(如尾、壳核、伏隔核)。
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