神經(jīng)8-學(xué)習(xí)與記憶

1、 四、四、學(xué)習(xí)與記憶學(xué)習(xí)與記憶n 學(xué)習(xí)（學(xué)習(xí)（learninglearning）：是指人或動物獲得新知識或新技能的神經(jīng)：是指人或動物獲得新知識或新技能的神經(jīng) 過程。過程。n 記憶（記憶（memorymemory）：）：是指將學(xué)到的知識或技能編碼、鞏固、儲存是指將學(xué)到的知識或技能編碼、鞏固、儲存 以及隨后讀出的神經(jīng)活動過程以及隨后讀出的神經(jīng)活動過程。n 學(xué)習(xí)和記憶是腦的最基本功能之一，是大腦神經(jīng)回路對環(huán)境變學(xué)習(xí)和記憶是腦的最基本功能之一，是大腦神經(jīng)回路對環(huán)境變 化的終生適應(yīng)，其目的是獲得生存技巧，利用以更好地適應(yīng)環(huán)化的終生適應(yīng)，其目的是獲得生存技巧，利用以更好地適應(yīng)環(huán) 境和改造環(huán)境。境和改造環(huán)境

2、。（一）學(xué)習(xí)的形式（一）學(xué)習(xí)的形式 1. 1. 非聯(lián)合型學(xué)習(xí)（非聯(lián)合型學(xué)習(xí)（nonassociative learning)nonassociative learning)：是一種簡單的學(xué)習(xí)形式，即在刺激和反應(yīng)之間不形成某種明確的聯(lián)系。如習(xí)慣化習(xí)慣化和敏感化敏感化。不同形式的刺激使突觸發(fā)生習(xí)慣化和敏感化的可塑性改變屬于這類學(xué)習(xí)。 習(xí)慣化習(xí)慣化：指當(dāng)一個(gè)非傷害性刺激重復(fù)作用時(shí)，對該刺激的反射性行為反應(yīng)逐漸減弱的過程。例如，對一個(gè)有規(guī)律地重復(fù)出現(xiàn)的強(qiáng)噪音，人們不再對它反應(yīng)。 敏感化敏感化（假性條件化，（假性條件化，pseudo-conditioning)pseudo-conditioning)：例

3、如一個(gè)弱的傷害性刺激可引起弱的收縮反應(yīng)，但在強(qiáng)的傷害性刺激之后，弱刺激引起的反應(yīng)明顯增強(qiáng)。強(qiáng)刺激與弱刺激之間并不需要建立什么聯(lián)系，在時(shí)間上也不要求兩者的結(jié)合。2. 2. 聯(lián)合型學(xué)習(xí)聯(lián)合型學(xué)習(xí)（associative learning)associative learning) 是兩個(gè)事件在時(shí)間上很靠近地重復(fù)發(fā)生，最后在腦內(nèi)逐漸形成聯(lián)系，如經(jīng)典的條件反射和操作式條件反射。（1 1）經(jīng)典條件反射經(jīng)典條件反射（巴浦洛夫條件反射）（后述）：（巴浦洛夫條件反射）（后述）：（2）操作式條件反射操作式條件反射（operant conditioned reflex)：又稱為又稱為工具性條件反射工具性條件反射（

4、instrumental conditioned reflex) 完成某種復(fù)雜的操作才能得到食物偶因踩杠桿得到食物逐漸學(xué)會踩杠桿以獲取食物看見燈光再踩杠桿才能獲得食物以后只要看見燈光即唾液分泌p 條件反射活動的基本規(guī)律條件反射活動的基本規(guī)律 1. 1. 建立經(jīng)典條件反射所需的基本條件建立經(jīng)典條件反射所需的基本條件 無關(guān)刺激 + 非條件刺激 （多次結(jié)合） 2. 2. 經(jīng)典條件反射的消退經(jīng)典條件反射的消退 只給條件刺激，不結(jié)合非條件刺激 條件反射 消退（條件刺激轉(zhuǎn)化為引起中樞抑制的刺激，不 是條件反射喪失） 3. 3. 人類的條件反射人類的條件反射 兒童接受語言信號的能力還未健全，研究動物條件 反

5、射的方法可用于兒童。 人類的語言可強(qiáng)化條件反射的建立。 4. 4. 兩種信號系統(tǒng)兩種信號系統(tǒng) 第一信號：第一信號：具體的刺激信號，如聲音、光、食物等 第二信號：第二信號：第一信號的信號，即語言 第一信號系統(tǒng)第一信號系統(tǒng)（first signal system)first signal system)： 人類大腦皮層對第一信號發(fā)生反應(yīng)的功能系統(tǒng)。動物只有第 一信號系統(tǒng)。 第二信號系統(tǒng)第二信號系統(tǒng)（second signal system) second signal system) ： 第一信號的信號，即語言。語詞是現(xiàn)實(shí)的概括和抽象化。 第二信號系統(tǒng)是人類區(qū)別于動物的主要特征。（二）記憶（二）記

6、憶p 記憶過程：記憶過程： 1. 1. 記憶的獲得（記憶的獲得（acquisitionacquisition）：學(xué)習(xí)階段）：學(xué)習(xí)階段 2. 2. 記憶的鞏固（記憶的鞏固（consolidationconsolidation） 3. 3. 記憶的再現(xiàn)（記憶的再現(xiàn)（retrivalretrival） p 記憶的分類記憶的分類 1. 1. 根據(jù)記憶貯存及回憶方式分類：根據(jù)記憶貯存及回憶方式分類： （1 1）陳述性記憶陳述性記憶（declarative memory) )：是對自身經(jīng)是對自身經(jīng)歷和學(xué)習(xí)的事件進(jìn)行編碼、貯存并回憶、再現(xiàn)的過程，包括對發(fā)歷和學(xué)習(xí)的事件進(jìn)行編碼、貯存并回憶、再現(xiàn)的過程，包括對

7、發(fā)生在過去的特殊場景和重要事件的回憶和再現(xiàn)，用語言表達(dá)出來生在過去的特殊場景和重要事件的回憶和再現(xiàn)，用語言表達(dá)出來的的情景式記憶情景式記憶（episodic memory)episodic memory)和對文字、語言和法律等回憶和對文字、語言和法律等回憶的的語義式記憶語義式記憶（semantic memorysemantic memory）。這種記憶要通過意識，用）。這種記憶要通過意識，用語言表達(dá)出來。語言表達(dá)出來。 （2 2）非非陳述性記憶陳述性記憶（nondeclarative memory)：不依不依賴于意識或認(rèn)知過程，但需要經(jīng)過多次重復(fù)測試才能逐步形成，賴于意識或認(rèn)知過程，但需要經(jīng)過

8、多次重復(fù)測試才能逐步形成，是對一系列規(guī)律性操作程序的下意識的感知和反射活動，因而又是對一系列規(guī)律性操作程序的下意識的感知和反射活動，因而又稱為稱為反射性記憶反射性記憶，往往不能用語言表達(dá)出來。如駕駛，某些體育，往往不能用語言表達(dá)出來。如駕駛，某些體育動作等。動作等。2. 2. 根據(jù)記憶保留時(shí)間長短分類：根據(jù)記憶保留時(shí)間長短分類：（1 1）短時(shí)性記憶短時(shí)性記憶：有影像記憶、即刻記憶、操作記憶等。：有影像記憶、即刻記憶、操作記憶等。 1 1）感覺性記憶感覺性記憶：不超過不超過1秒，在腦感覺區(qū)貯存秒，在腦感覺區(qū)貯存 2 2）第一級記憶第一級記憶：數(shù)秒到數(shù)分，將感覺性記憶進(jìn)行整合，：數(shù)秒到數(shù)分，將感覺

9、性記憶進(jìn)行整合， 形成一個(gè)新的連續(xù)印象。形成一個(gè)新的連續(xù)印象。（2）長時(shí)性記憶長時(shí)性記憶：有影像記憶、即刻記憶、操作記憶等。：有影像記憶、即刻記憶、操作記憶等。 1 1）第二級記憶第二級記憶：數(shù)分或數(shù)年，在第一級記憶的基礎(chǔ)上反：數(shù)分或數(shù)年，在第一級記憶的基礎(chǔ)上反 復(fù)應(yīng)用、強(qiáng)化復(fù)應(yīng)用、強(qiáng)化 2 2）第三級記憶第三級記憶：永久記憶，克服了干擾：永久記憶，克服了干擾 感覺性記憶（在感覺皮層短暫儲存）感覺性記憶（在感覺皮層短暫儲存） 口頭表達(dá)性（語言）符號口頭表達(dá)性（語言）符號 非口頭表達(dá)性途徑非口頭表達(dá)性途徑 第一級記憶第一級記憶p 遺忘（遺忘（amnesiaamnesia） 遺忘指部分或完全失去回

10、憶和再認(rèn)的能力，是一種正 常的生理現(xiàn)象。 遺忘開始快，以后變慢（20min, 41.8%; 30d, 78.9%)。 遺忘不是記憶痕跡的消失，復(fù)習(xí)已忘記的東西比學(xué)習(xí) 新的材料容易。 遺忘的機(jī)制： （1）消退抑制；（2）新信息的干擾q 記憶障礙：疾病情況下發(fā)生的遺忘。記憶障礙：疾病情況下發(fā)生的遺忘。 1.1.順行性遺忘：順行性遺忘：不能保留新近獲得的信息。多見于酒精中毒。機(jī)制：信息不能從第一級記憶轉(zhuǎn)為第二級記憶。 2.2.逆行性遺忘：逆行性遺忘：不能回憶腦功能障礙發(fā)生之前一段時(shí)間內(nèi)的經(jīng)歷。多見于腦震蕩。機(jī)制：第二級記憶紊亂，第三級記憶正常。（三）不同歷史時(shí)期對學(xué)習(xí)與記憶機(jī)制的認(rèn)識（三）不同歷史時(shí)

11、期對學(xué)習(xí)與記憶機(jī)制的認(rèn)識n 腦室定位學(xué)說腦室定位學(xué)說：大約公元前幾百年，認(rèn)為心理、精神過程定：大約公元前幾百年，認(rèn)為心理、精神過程定位于腦室。這一學(xué)說統(tǒng)治了位于腦室。這一學(xué)說統(tǒng)治了10001000多年。多年。n 顱相學(xué)（腦功能局部定位學(xué)說）：顱相學(xué)（腦功能局部定位學(xué)說）：約約1919世紀(jì)初。將不同的腦世紀(jì)初。將不同的腦功能（心理、意識、思想、情感等）定位于腦的不同部位，并在功能（心理、意識、思想、情感等）定位于腦的不同部位，并在顱骨外標(biāo)記出來，顱骨外標(biāo)記出來，形成顱骨圖。認(rèn)為每一功能的發(fā)展均可使其功形成顱骨圖。認(rèn)為每一功能的發(fā)展均可使其功能區(qū)域擴(kuò)大，猶如鍛煉可以使肌肉強(qiáng)健一般，從而形成了腦功能

12、能區(qū)域擴(kuò)大，猶如鍛煉可以使肌肉強(qiáng)健一般，從而形成了腦功能局部定位學(xué)說。局部定位學(xué)說。Phrenology head n 腦功能的整體論腦功能的整體論：法國神經(jīng)學(xué)家Flourens通過切除動物部分腦區(qū)觀察分析腦與行為的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，不管切除什么部位，功能都能得到同樣的恢復(fù)，提出了腦功能的整體論。以上腦功能局部定位學(xué)說與整體論學(xué)說的爭論一直延續(xù)到20世紀(jì)。Jean Pierre Flourens n 大腦的語言功能定位大腦的語言功能定位：法國醫(yī)生Broca對在一個(gè)生前患有運(yùn)動性失語的病人腦內(nèi)，發(fā)現(xiàn)病變位于左額葉。他于1885年發(fā)表的“我們用左大腦半球說話”，成為腦功能研究史中的一個(gè)里程碑。Pau

13、l Pierre BrocaBorn June 28, 1824Died July 9, 1880Nationality FrenchFields anthropologyn 神經(jīng)電生理學(xué)的起始神經(jīng)電生理學(xué)的起始：以Golgi和Cajal為代表的實(shí)驗(yàn)神經(jīng)組織學(xué)的發(fā)展將人們對自身大腦的認(rèn)識向前大大推進(jìn)了一步。Galvani發(fā)現(xiàn)的動物神經(jīng)組織電活動成為神經(jīng)電生理學(xué)起始的標(biāo)志。此外，在達(dá)爾文生物行為進(jìn)化論的影響下，心理學(xué)從哲學(xué)中獨(dú)立出來，成為一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。到19世紀(jì)末，以上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)性分支科學(xué)的理論觀點(diǎn)逐漸融合，形成了關(guān)于腦和行為的現(xiàn)代觀點(diǎn)。Hippocampus impregnated by the

14、 Golgi stain (from an original preparation from Golgis laboratory kept in the Institute of Pathology of the University of Pavia). The Nobel diploma Golgi received in 1906. Santiago Ramny Cajal (1852-1934) He was one of the most outstanding neuroscientists of all time. He was born in Petilla de Aragn

15、, a small village in the North of Spain. He studied medicine in the Faculty of Medicine in Zaragoza. In 1883 Cajal was appointed to the chair of Descriptive and General Anatomy at the University of Valencia. In 1887 he moved to the University of Barcelona where he was appointed to the chair of Histo

16、logy and Pathological Anatomy. Then Cajal moved, until his retirement, to the University of Madrid where he was appointed to the chair of Histology and Pathological Anatomy. Dr. Cajal received numerous prizes, honorary degrees and distinctions, among the most important being the Nobel Prize for Phys

17、iology or Medicine in 1906. Luigi GalvaniThe Italian physiologist Luigi Galvani (1737-1798) is noted for his discovery of animal electricity. Galvanis first announcement of his experiments appeared in a paper, On the Effect of Electricity on Muscular Motion, published in 1791. He also gave an accoun

18、t of convulsions produced in a frog, in the absence of an electrical machine, when the frog formed part of a circuit containing one or more pieces of metal. Galvani had observed motion of the nerve juices during these convulsions and proposed the theory that the convulsions were caused by electricit

19、y within the animals body; the muscle fiber and the nerve were acting like a Leyden jar. An illustration depicting some of Galvanis laboratory equipment.From De viribus electricitatis in motu musculari commentarius (1791). n 發(fā)現(xiàn)顳葉在學(xué)習(xí)記憶中的作發(fā)現(xiàn)顳葉在學(xué)習(xí)記憶中的作用用：20世紀(jì)40年代，神經(jīng)外科醫(yī)生Penfield用刺激電極刺激手術(shù)病人的皮層，讓處于清醒狀態(tài)的病人

20、述說感受。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電刺激可以導(dǎo)致病人產(chǎn)生一種經(jīng)驗(yàn)性反應(yīng)，即病人有記憶的復(fù)現(xiàn)，而且這種回憶似的反應(yīng)均是通過刺激顳葉誘發(fā)出來的。這一發(fā)現(xiàn)首次將記憶功能定位在腦的特定部位。從此，顳葉在學(xué)習(xí)記憶中的作用受到越來越多的重視。Wilder Penfield (1891-1976) A young Wilder Penfield in Charles Sherringtons laboratory for mammalian physiology in 1916. (Wilder Penfield Archive) n 顳葉（顳葉（Temporal Lobes）在記在記憶中有重要作用的另一個(gè)證據(jù)憶中有重要

21、作用的另一個(gè)證據(jù)：來自20世紀(jì)50年代對癲癇病人的治療觀察。其中最典型的病歷是一個(gè)長期患有頑固性癲癇的年輕病人H.M，為了控制他的癲癇發(fā)作，醫(yī)生切除了他大腦雙側(cè)顳葉的內(nèi)側(cè)部分，結(jié)果導(dǎo)致他喪失了幾種類型的長期記憶的能力。n 放棄特殊學(xué)習(xí)記憶腦區(qū)的觀點(diǎn)放棄特殊學(xué)習(xí)記憶腦區(qū)的觀點(diǎn) 自20世紀(jì)40年代提出腦的高級功能局部定位學(xué)說以來，人們一直認(rèn)為記憶可在腦的某一部位單獨(dú)存在，試圖探查出單獨(dú)存在的記憶結(jié)構(gòu)和他們的所在位置，從50年代起，神經(jīng)科學(xué)家日益認(rèn)識到，記憶是由大腦的多個(gè)部位共同完成的，這些部位之間有著密切的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)連接和功能聯(lián)系。n 對海馬和額葉的認(rèn)識對海馬和額葉的認(rèn)識：總結(jié)長期通過臨床觀察和腦組

22、織實(shí)驗(yàn)切除所積累的資料，認(rèn)為顳葉中的一些結(jié)構(gòu)，特別是海馬（海馬（hipocampus)似乎是長期記憶的暫時(shí)貯存場所，對新習(xí)得的信息進(jìn)行為期數(shù)周到數(shù)月的加工，然后將這種信息傳輸?shù)酱竽X皮層的有關(guān)部位作更長時(shí)間的貯存，貯存在大腦皮層不同部位的記憶信息再由額葉額葉（frontal lobes)皮層的記憶活動表現(xiàn)出來。此外，記憶有多種類型，其貯存部位及提取路徑并不相同。 Nissl-stained coronal section of the brain of a macaque monkey, showing hippocampus (circled). Source: 海

23、馬海馬 額葉：也叫前額葉。位于中央溝以前。在中央溝和中央前溝之間為中央前回。在其前方有額上溝和餓下溝，被兩溝相間的是額上回、額中回和額下回。額下回的后部有外側(cè)裂的升支和水平分支分為眶部、三角部和蓋部。額葉前端為額極。額葉底面有眶溝界出的直回和眶回，其最內(nèi)方的深溝為嗅束溝，容納嗅束和嗅球。嗅束向后分為內(nèi)側(cè)和外側(cè)嗅紋，其分叉界出的三角區(qū)稱為嗅三角，也稱為前穿質(zhì)，前部腦底動脈環(huán)的許多穿支血管由此入腦。在額葉的內(nèi)側(cè)面，中央前、后回延續(xù)的部分，稱為旁中央小葉。負(fù)責(zé)思維、計(jì)劃，與個(gè)體的需求和情感相關(guān)。前額葉與丘腦背內(nèi)側(cè)核共同構(gòu)成覺察系統(tǒng)，是精神活動的最主要場所。額葉的功能是交換產(chǎn)出樣本，通過聯(lián)結(jié)路徑點(diǎn)亮丘

24、覺產(chǎn)出意識。前額葉與丘腦背內(nèi)側(cè)核通過聯(lián)絡(luò)纖維建立聯(lián)結(jié)路徑，樣本就是通過聯(lián)結(jié)路徑點(diǎn)亮丘覺的。 丘覺丘覺是我們通過遺傳獲得的意思結(jié)構(gòu)，這些意思是丘腦核團(tuán)的神經(jīng)元本身蘊(yùn)含的，并能夠自由合成發(fā)放或被樣本點(diǎn)亮發(fā)放出來。丘覺平時(shí)處于潛伏狀態(tài)，自由合成或被點(diǎn)亮?xí)r意思才能發(fā)放出來，形成意識。丘覺是不能通過學(xué)習(xí)獲得的，丘覺具有遺傳性和聯(lián)結(jié)性，丘覺的性質(zhì)也就決定了意識的性質(zhì)。 心理兩內(nèi)核包括丘覺和丘覺和樣樣本本，是，是原理心理學(xué)原理心理學(xué)的核心概的核心概念。念。p巴甫洛夫條件反射理論和實(shí)驗(yàn)動物模型巴甫洛夫條件反射理論和實(shí)驗(yàn)動物模型 20世紀(jì)初，巴甫洛夫提出了條件反射的概念，認(rèn)為，條件反射代表著將兩個(gè)事件聯(lián)系在一起

25、的最簡單的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)是條件反射建立的過程，記憶是條件反射的鞏固過程。巴甫洛夫條件反射被假定為由于腦內(nèi)記憶痕跡回路的出現(xiàn)，在此回路上有神經(jīng)結(jié)構(gòu)的可塑性變化。巴甫洛夫的條件反射長期以來作為研究聯(lián)合性學(xué)習(xí)的行為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，是以心理學(xué)方法研究學(xué)習(xí)記憶的客觀行為標(biāo)志。巴甫洛夫?qū)l件反射形成機(jī)理的探討，也使學(xué)習(xí)與記憶的研究建立在嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，并納入神經(jīng)生理學(xué)的范疇。巴甫洛夫條件反射又稱為經(jīng)典條件經(jīng)典條件反射反射(classical conditioning)。Ivan Petrovich Pavlov伊凡伊凡 彼德羅維奇彼德羅維奇 巴甫洛夫巴甫洛夫Nobel Prize portrait （1904）巴

26、甫洛夫條件反射巴甫洛夫條件反射又稱為又稱為經(jīng)典條件反射經(jīng)典條件反射(classical conditioning)：鈴聲鈴聲不引起狗唾液分泌，此時(shí)鈴聲稱無關(guān)刺激無關(guān)刺激。食物食物引起狗唾液分泌，食物稱非條件刺激非條件刺激。鈴聲鈴聲和食物多次結(jié)合后，鈴聲可引起唾液分泌，此時(shí)鈴 聲已成為進(jìn)食的信號，成為信號刺激信號刺激或條件刺激條件刺激。 由條件刺激引起的反射成為條件反射條件反射。條件反射的強(qiáng)化條件反射的強(qiáng)化：無關(guān)刺激和非條件刺激多次結(jié)合產(chǎn)生 條件反射的過程。Classical conditioning involves pairing a response naturally caused by

27、 one stimulus with another, previously neutral stimulus. There are four basic elements to this transfer: The unconditioned stimulus (US), often food, invariably causes an organism to respond in a specific way. The unconditioned response (UR) is the reaction (such as salivation) that always results f

28、rom the unconditioned stimulus. The conditioned stimulus (CS) is a stimulus (such as a bell) that does not initially bring about the desired response; over the course of conditioning, however, the CS comes to produce the desired response when presented alone. Finally, the conditioned response (CR) i

29、s the behavior that the organism learns to exhibit in the presence of a conditioned stimulus.n 操作性條件反射操作性條件反射：19世紀(jì)末及20世紀(jì)初，Edward Thorndike創(chuàng)立了另一種條件反射實(shí)驗(yàn)方法，即要求動物通過學(xué)習(xí)一種作業(yè)或解決一個(gè)問題而獲得獎賞（或逃避懲罰）。這種條件反射被稱為操作性條件反射(operant conditioning)，而相對應(yīng)的巴甫洛夫條件反射又稱為經(jīng)典條件反射(classical conditioning)。在以上兩種條件反射基礎(chǔ)上建立起來的多種實(shí)驗(yàn)動物模型使學(xué)習(xí)

30、記憶的研究進(jìn)入了高速發(fā)展的階段。而且直至目前仍然是最為常用的實(shí)驗(yàn)動物模型。Operant conditioning, pioneered by American psychologist B. F. Skinner, is the process of shaping behavior by means of reinforcement and punishment. This illustration shows how a mouse can learn to maneuver through a maze. The mouse is rewarded with food when it

31、reaches the first turn in the maze (A). Once the first behavior becomes ingrained, the mouse is not rewarded until it makes the second turn (B). After many times through the maze, the mouse must reach the end of the maze to receive its reward (C). p（三）突觸修飾理論的提出（三）突觸修飾理論的提出 1949年，Hebb 指出，心理功能，如記憶、情緒和

32、思維等，都是由于以特定方式聯(lián)結(jié)在一起的細(xì)胞裝置的活動所致。當(dāng)細(xì)胞活動時(shí)，它的突觸聯(lián)結(jié)就會變得更加有效。這種效應(yīng)可以表現(xiàn)為短時(shí)程的興奮性增強(qiáng)（如在短期記憶時(shí)）；或者可以涉及到某些長持續(xù)的突觸結(jié)構(gòu)的改變（如在長期記憶時(shí)）。這一突觸修飾理論很快被人們所接受并成為研究學(xué)習(xí)記憶神經(jīng)機(jī)制的重要理論依據(jù)。p海兔等低等動物模型在學(xué)習(xí)記憶研究中的貢獻(xiàn)海兔等低等動物模型在學(xué)習(xí)記憶研究中的貢獻(xiàn) 20世紀(jì)60年代，Kandel等人利用海兔這一軟體動物的縮腮反射縮腮反射，對習(xí)慣化和敏感化這一簡單的學(xué)習(xí)形式進(jìn)行了詳細(xì)深入的研究，揭示了這種簡單的學(xué)習(xí)模式完成的分子機(jī)制，首次使學(xué)習(xí)和記憶的神經(jīng)機(jī)理在分子水平上得到了闡明。在海

33、兔標(biāo)本上發(fā)現(xiàn)的學(xué)習(xí)過程的基本規(guī)律和特征，指導(dǎo)了哺乳動物學(xué)習(xí)記憶機(jī)制的研究。 海兔（海兔（Aplysia）有一種非常清楚的反射行為：如果用一般水流噴射或用毛筆觸碰它的噴水管，噴水管和呼吸腮就會收縮，這一反射稱為縮腮反射縮腮反射；重復(fù)刺激噴水管后，縮腮反射幅度會逐漸變小，這就是縮腮反射的習(xí)慣化習(xí)慣化。 來自噴水管的感覺信息經(jīng)感覺神經(jīng)元傳自腹神經(jīng)節(jié)，與L7運(yùn)動神經(jīng)元形成突觸， L7支配腮肌，控制縮腮運(yùn)動。在這個(gè)簡單的單突觸反射弧中，習(xí)慣化發(fā)生在那個(gè)環(huán)節(jié)？縮腮反射習(xí)慣化的可能原因：縮腮反射習(xí)慣化的可能原因：（1）噴水管皮膚的感覺神經(jīng)末梢對刺激的敏感性降低。但通過微電極記錄感覺神經(jīng)元的電活動排除了這種可

34、能性。（2）縮腮肌肉對來自L7運(yùn)動神經(jīng)元信號的反應(yīng)能力降低。但當(dāng)習(xí)慣化形成后，電刺激L7總能引起與習(xí)慣化形成前同等強(qiáng)度的縮腮反應(yīng)，因而也排除了第2中可能性。（3）只剩下一種可能性，即習(xí)慣化發(fā)生在感覺神經(jīng)元與運(yùn)動神經(jīng)元的突觸連接處。重復(fù)刺激感覺神經(jīng)元后，在L7運(yùn)動神經(jīng)元上引起的EPSP會逐漸減小。 因此，突觸修飾是習(xí)慣化的神經(jīng)機(jī)制。經(jīng)坎德爾（諾貝爾獎獲得者，200）等人研究發(fā)現(xiàn)，感覺神經(jīng)元的每個(gè)動作電位在突觸末梢引起的神經(jīng)遞質(zhì)釋放減少，而L7對神經(jīng)遞質(zhì)的敏感性并未改變，說明縮腮反射的習(xí)慣化與突觸前修飾有關(guān)。p（五）學(xué)習(xí)與記憶的電生理研究發(fā)展（五）學(xué)習(xí)與記憶的電生理研究發(fā)展n 強(qiáng)直后增強(qiáng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)

35、強(qiáng)直后增強(qiáng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)：強(qiáng)直后增強(qiáng)（強(qiáng)直后增強(qiáng)（Post-tetanic potentiation，PTP）是指突觸前末梢在接受一短串強(qiáng)直）是指突觸前末梢在接受一短串強(qiáng)直刺激（高頻刺激）后其突觸后電位發(fā)生明顯增強(qiáng)的現(xiàn)象。刺激（高頻刺激）后其突觸后電位發(fā)生明顯增強(qiáng)的現(xiàn)象。n1949年，Lloyd在脊髓階段所做的單突觸傳遞特征的研究為突觸修飾理論提供了電生理的證據(jù)。他的研究發(fā)現(xiàn)，給肌肉纖維施加強(qiáng)直刺激后，脊髓內(nèi)的單突觸傳遞出現(xiàn)了傳遞效應(yīng)的增強(qiáng)。這一現(xiàn)象被稱為強(qiáng)直后增強(qiáng)。強(qiáng)直后增強(qiáng)。強(qiáng)直后增強(qiáng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)表明突觸傳遞效應(yīng)可以通過使用而得到加強(qiáng)，這不僅為Hebb的突觸修飾理論增添了證據(jù)，而且為學(xué)習(xí)與記憶神

36、經(jīng)機(jī)制的探討找到了一個(gè)可能的電生理指標(biāo)。 n強(qiáng)直后增強(qiáng)現(xiàn)象是一種活動引起的突觸傳遞功能的增強(qiáng)，這一客觀指標(biāo)的出現(xiàn)曾經(jīng)一度引發(fā)學(xué)習(xí)記憶神經(jīng)機(jī)制的電生理研究熱潮。但是把這一現(xiàn)象作為研究學(xué)習(xí)與記憶神經(jīng)機(jī)制的指標(biāo)，卻有著明顯的缺陷，即它的持續(xù)時(shí)間太短。因?yàn)槌掷m(xù)時(shí)間的長短，是作為記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)一個(gè)重要指標(biāo)。n強(qiáng)直后增強(qiáng)是由于強(qiáng)直刺激使突觸前神經(jīng)元胞內(nèi)Ca2+增多，促使突觸末梢釋放神經(jīng)遞質(zhì)最多，導(dǎo)致EPSP增大。nPTP可持續(xù)數(shù)分鐘-1小時(shí)。PTP普遍存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，特別是與與學(xué)習(xí)記憶有關(guān)的部位，因而認(rèn)為與學(xué)習(xí)記憶有關(guān)。excitatory postsynaptic currents (EPSCs)

37、n長時(shí) 程 增 強(qiáng) 現(xiàn) 象的發(fā)現(xiàn)長時(shí) 程 增 強(qiáng) 現(xiàn) 象的發(fā)現(xiàn) ：長時(shí)程增強(qiáng) （長時(shí)程增強(qiáng) （ long-term potentiation，LTP）是指突觸前神經(jīng)元受到短時(shí)間的快速重）是指突觸前神經(jīng)元受到短時(shí)間的快速重復(fù)刺激后，在突出后神經(jīng)元快速形成的持續(xù)時(shí)間較長的復(fù)刺激后，在突出后神經(jīng)元快速形成的持續(xù)時(shí)間較長的EPSP增強(qiáng)，表現(xiàn)為潛伏期縮短、幅度增高、斜率加大。增強(qiáng)，表現(xiàn)為潛伏期縮短、幅度增高、斜率加大。n1973年，Bliss等人在哺乳動物的海馬部位發(fā)現(xiàn)了長時(shí)程增強(qiáng)現(xiàn)象。與強(qiáng)直后增強(qiáng)現(xiàn)象不同的是，在傳入纖維上施加短暫的強(qiáng)直刺激，所引起的突觸效應(yīng)增強(qiáng)可以持續(xù)相當(dāng)長的時(shí)間。在慢性動物實(shí)驗(yàn)中，

38、這一現(xiàn)象可以持續(xù)幾周時(shí)間。由于長時(shí)程增強(qiáng)現(xiàn)象首先發(fā)現(xiàn)于哺乳動物的海馬部位，而臨床資料早已證明這一部位與某些記憶形式有著極為密切的關(guān)系，因而長時(shí)程增強(qiáng)現(xiàn)象從一開始就受到神經(jīng)科學(xué)家的高度重視，已被廣泛作為信息貯存過程中突觸效應(yīng)增強(qiáng)的客觀電生理指標(biāo)。Long-term potentiation (LTP) is the persistent increase in synaptic strength following high-frequency stimulation of a chemical synapse. Studies of LTP are often carried out in s

39、lices of the hippocampus, an important organ for learning and memory. In such studies, eletrical recordings are made from cells and plotted in a graph such as this one. This graph compares the response to stimuli in synapses that have undergone LTP versus synapses that have not undergone LTP. Synaps

40、es that have undergone LTP tend to have stronger electrical responses to stimuli than other synapses. The term long-term potentiation comes from the fact that this increase in synaptic strength, or potentiation, lasts a very long time compared to other processes that affect synaptic strength. p腦化學(xué)研究

41、腦化學(xué)研究n蛋白質(zhì)和核糖核酸蛋白質(zhì)和核糖核酸的變化將直接影響到突觸效應(yīng)，或調(diào)節(jié)控制突觸的可塑性變化。采用藥物途徑，觀察和測定學(xué)習(xí)后腦內(nèi)化學(xué)物質(zhì)分量的變化，研究記憶的腦化學(xué)基礎(chǔ)。n神經(jīng)遞質(zhì)：神經(jīng)遞質(zhì)：乙酰膽堿乙酰膽堿：學(xué)習(xí)后逐漸發(fā)生的膽堿能突觸變化的時(shí)間與記憶有關(guān)。在學(xué)習(xí)之后不同的時(shí)間施用抗膽堿脂酶藥物二異丙基氟磷酸 (DFP)或毒扁豆堿，7天損害記憶, 21天則易化記憶?？鼓憠A脂酶藥物提高膽堿能突觸效應(yīng)。單胺類單胺類（去甲腎上腺素和多巴胺）：氨基酸類氨基酸類：氨基丁酸(GABA) 外源性給藥,可以易化記憶；GABA轉(zhuǎn)氨酶抑制劑氨氧乙酸(AOAA)改善分辨學(xué)習(xí)的記憶保持，而GABA受體阻斷劑印防

42、己毒素的效果相反。這些實(shí)驗(yàn)說明，GABA作為抑制性遞質(zhì)可能參預(yù)記憶調(diào)節(jié)過程。 p腦內(nèi)細(xì)微結(jié)構(gòu)的研究腦內(nèi)細(xì)微結(jié)構(gòu)的研究 學(xué)習(xí)最終的結(jié)果是否導(dǎo)致腦內(nèi)細(xì)微結(jié)構(gòu)的變化，這是難于研究的一個(gè)問題。但是從早期環(huán)境對動物大腦發(fā)育影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，回答是肯定的。在學(xué)習(xí)機(jī)會多的豐富環(huán)境下成長的大鼠，其腦皮層較重較厚，特別在枕區(qū)，而且其腦內(nèi)神經(jīng)元大，樹突分枝多，解決問題的能力強(qiáng)。這些結(jié)果意味著一個(gè)豐富的環(huán)境為大鼠提供了更多的學(xué)習(xí)機(jī)會和經(jīng)驗(yàn),這促進(jìn)了腦細(xì)微結(jié)構(gòu)的變化,從而提高了學(xué)習(xí)的能力。p現(xiàn)在神經(jīng)科學(xué)的多重手段現(xiàn)在神經(jīng)科學(xué)的多重手段n 腦成像腦成像n 數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)模型數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)模型n 功能基因組學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué)功

43、能基因組學(xué)，蛋白質(zhì)組學(xué)n 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型n 經(jīng)典方法（電生理學(xué)，組織學(xué)等）經(jīng)典方法（電生理學(xué)，組織學(xué)等）n心理學(xué)心理學(xué)p 現(xiàn)代有關(guān)學(xué)習(xí)和記憶機(jī)制的認(rèn)識現(xiàn)代有關(guān)學(xué)習(xí)和記憶機(jī)制的認(rèn)識 1. 1. 腦內(nèi)那些部位與學(xué)習(xí)記憶有關(guān)？腦內(nèi)那些部位與學(xué)習(xí)記憶有關(guān)？（兩種觀點(diǎn)） （1）學(xué)習(xí)與記憶是許多神經(jīng)元集體活動的結(jié)果，腦內(nèi)沒有專一的區(qū)域司掌學(xué)習(xí)與記憶。因此也不可能出現(xiàn)毀損腦內(nèi)專一區(qū)域出現(xiàn)學(xué)習(xí)與記憶永久喪失的現(xiàn)象。 （2）認(rèn)為記憶在各個(gè)部分分別加工、儲存，因此可以區(qū)別出不同種類的記憶，并在腦內(nèi)各有其代表區(qū)域。v 與記憶功能密切相關(guān)的腦區(qū)：大腦皮層聯(lián)絡(luò)區(qū)、大腦皮層聯(lián)絡(luò)區(qū)、海馬及其鄰近結(jié)構(gòu)、丘腦、腦干網(wǎng)

44、狀結(jié)構(gòu)海馬及其鄰近結(jié)構(gòu)、丘腦、腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，等等。v 大腦皮層聯(lián)絡(luò)區(qū)與學(xué)習(xí)記憶大腦皮層聯(lián)絡(luò)區(qū)與學(xué)習(xí)記憶 大腦皮層聯(lián)絡(luò)區(qū)：大腦皮層聯(lián)絡(luò)區(qū)：指感覺區(qū)、運(yùn)動區(qū)以外的廣大皮 層區(qū) 破壞聯(lián)絡(luò)區(qū)的不同區(qū)域可引起各種選擇性遺忘癥：破壞聯(lián)絡(luò)區(qū)的不同區(qū)域可引起各種選擇性遺忘癥： 如失讀癥、失寫癥等（后述） 電刺激聯(lián)絡(luò)區(qū)的不同區(qū)域可誘發(fā)不同形式的記憶：電刺激聯(lián)絡(luò)區(qū)的不同區(qū)域可誘發(fā)不同形式的記憶： 如電刺激癲癇病人顳葉皮層外側(cè)表面可誘發(fā)對往事的 回憶電刺激顳上回可聽到以往聽過的音樂演奏或看見 樂隊(duì)的映象.v 海馬、穹隆、下丘腦乳頭體及乳頭體丘腦束與學(xué)習(xí)海馬、穹隆、下丘腦乳頭體及乳頭體丘腦束與學(xué)習(xí)記憶記憶 損傷這些部

45、位會出現(xiàn)近期記憶功能喪失損傷這些部位會出現(xiàn)近期記憶功能喪失v 近期記憶的神經(jīng)環(huán)路：近期記憶的神經(jīng)環(huán)路：海馬海馬 穹隆穹隆 下丘腦乳頭體下丘腦乳頭體 扣帶回扣帶回 丘腦前核丘腦前核前額皮層與短時(shí)記憶前額皮層與短時(shí)記憶2. 2. 學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)生理學(xué)機(jī)制學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)生理學(xué)機(jī)制 感覺性記憶和一級記憶主要是神經(jīng)元后活動神經(jīng)元后活動的結(jié)果 環(huán)路的連續(xù)活動可能與第一級記憶有關(guān)。 突觸的可塑性與記憶有關(guān)： 突觸的習(xí)慣化習(xí)慣化和敏感化敏感化長時(shí)程增強(qiáng)（長時(shí)程增強(qiáng)（LTP)LTP) 長時(shí)程抑制（長時(shí)程抑制（long-term depression, LTD) LTP和LTD可能與學(xué)習(xí)與記憶有關(guān)。長時(shí)程增強(qiáng)的機(jī)

46、制：長時(shí)程增強(qiáng)的機(jī)制：突出后神經(jīng)元突出后神經(jīng)元Ca2+Ca2+增高增高 3. 3. 學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)生化機(jī)制學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)生化機(jī)制 長時(shí)性記憶與腦內(nèi)的物質(zhì)代謝（特別是蛋白質(zhì)合長時(shí)性記憶與腦內(nèi)的物質(zhì)代謝（特別是蛋白質(zhì)合 成）有關(guān)。成）有關(guān)。 中樞遞質(zhì)中樞遞質(zhì)與學(xué)習(xí)記憶有關(guān)。Ach、NE、-氨基丁酸、AVP等可加強(qiáng)記憶 催產(chǎn)素、腦啡肽等可抑制記憶p 大腦皮層的語言中樞大腦皮層的語言中樞 中央前回底部前方的中央前回底部前方的 BrocaBroca 三角區(qū)：三角區(qū)：損傷后導(dǎo)致運(yùn)動性失語癥（損傷后導(dǎo)致運(yùn)動性失語癥（motor aphasia):motor aphasia): 能聽懂，能讀懂，不是啞巴，沒有

47、肌肉麻痹，但能聽懂，能讀懂，不是啞巴，沒有肌肉麻痹，但 不會講話）。不會講話）。 額中回后部接近中央前回的手部代表區(qū)額中回后部接近中央前回的手部代表區(qū)： 損傷后導(dǎo)致失寫癥（損傷后導(dǎo)致失寫癥（agraphia):agraphia): 能聽懂，能讀懂，沒有肌肉麻痹，但不會書寫能聽懂，能讀懂，沒有肌肉麻痹，但不會書寫(Writing) 額中回后部額中回后部-失寫癥失寫癥 (Speaking)中央前回底部前方（中央前回底部前方（Broca 三角區(qū)）三角區(qū)） 運(yùn)動性失語癥運(yùn)動性失語癥(Hearing) 顳上回后部顳上回后部 感覺性失語癥感覺性失語癥(Verbal)角回角回-失讀失讀癥癥 顳上回后部：顳上

48、回后部：損傷后導(dǎo)致運(yùn)動性失語癥（損傷后導(dǎo)致運(yùn)動性失語癥（motor aphasia):motor aphasia): 能聽懂，能讀懂，不是啞巴，沒有肌肉麻痹，能聽懂，能讀懂，不是啞巴，沒有肌肉麻痹， 但不會講話）。但不會講話）。 額中回后部接近中央前回的手部代表區(qū)：額中回后部接近中央前回的手部代表區(qū)： 損傷后導(dǎo)致?lián)p傷后導(dǎo)致失寫癥失寫癥（agraphia):agraphia): 能聽懂，能讀懂，沒有肌肉麻痹，但不會書寫能聽懂，能讀懂，沒有肌肉麻痹，但不會書寫 流暢失語癥流暢失語癥（fluent aphasia):fluent aphasia):又稱又稱WernickeWernicke失語失語 對

49、語言的理解力有明顯缺陷，但語言輸出流暢。見對語言的理解力有明顯缺陷，但語言輸出流暢。見 于左側(cè)顳葉后部或于左側(cè)顳葉后部或Wernicke區(qū)等損傷。區(qū)等損傷。 傳導(dǎo)性失語癥：傳導(dǎo)性失語癥： 完全失語癥：完全失語癥： 命名性失語癥：命名性失語癥： 跨皮層運(yùn)動性失語癥跨皮層運(yùn)動性失語癥 跨皮層感覺性失語癥跨皮層感覺性失語癥p 大腦皮層功能的大腦皮層功能的一側(cè)優(yōu)勢一側(cè)優(yōu)勢（laterality cerebral laterality cerebral dominance)dominance)：指人腦的高級功能向一側(cè)半球集中的現(xiàn)：指人腦的高級功能向一側(cè)半球集中的現(xiàn)象。象。 右手利者，左側(cè)大腦皮層在語言活

50、動功能上占右手利者，左側(cè)大腦皮層在語言活動功能上占 優(yōu)勢優(yōu)勢與遺傳及后天學(xué)習(xí)有關(guān)。 左手利者，左右雙側(cè)大腦皮層都可能成為語言左手利者，左右雙側(cè)大腦皮層都可能成為語言 活動中樞左右手混用者，左右雙側(cè)大腦皮層都活動中樞左右手混用者，左右雙側(cè)大腦皮層都 可能成為語言中樞?？赡艹蔀檎Z言中樞。 優(yōu)勢半球（優(yōu)勢半球（dominant cerebral hemisphere):dominant cerebral hemisphere): 左半球v 右側(cè)半球的功能：右側(cè)半球的功能： 主要表現(xiàn)在非語詞性的認(rèn)知方面，如對空間的辨 認(rèn)、深度知覺、觸覺認(rèn)識、音樂欣賞分辨等。 右側(cè)頂葉損傷-穿衣失用癥穿衣失用癥（apr

51、axia)apraxia)：無 肌肉麻痹，但穿衣困難。 右側(cè)頂葉、枕葉、顳葉結(jié)合部損傷-分不清 左右、穿衣困難、不能繪制圖表等。 右側(cè)頂葉半球后部損傷-視覺認(rèn)知障礙，如 不能辨認(rèn)別人的面部、甚至不能認(rèn)識自己的面 部，對顏色、物體、地方的認(rèn)識障礙等。v 腦裂實(shí)驗(yàn)：腦裂實(shí)驗(yàn)： 幫助判斷左、右大腦皮層各自的功能。 方法：切斷胼胝體，常在頑固性癲癇發(fā)作病人上 進(jìn)行。 表現(xiàn)：對出現(xiàn)在左側(cè)視野中物體不能用語詞說出 物體的名稱，而對出現(xiàn)在右側(cè)視野中物體就能用 語詞說出物體的名稱，說明語言中樞在左側(cè)。（六）研究學(xué)習(xí)和記憶的動物模型（六）研究學(xué)習(xí)和記憶的動物模型 1. 1. 經(jīng)典條件反射和操作式條件反射模型經(jīng)典

52、條件反射和操作式條件反射模型 2. 2. 迷宮學(xué)習(xí)模型迷宮學(xué)習(xí)模型 3. 3. 研究記憶過程的行為模型研究記憶過程的行為模型 4. 4. 常用的猴行為模型常用的猴行為模型v 迷宮學(xué)習(xí)模型：迷宮學(xué)習(xí)模型：是一類與空間學(xué)習(xí)與記憶有關(guān)的行為是一類與空間學(xué)習(xí)與記憶有關(guān)的行為 模型：模型： Y Y型迷宮：型迷宮：是一種是一種含有分辨性質(zhì)的主動回避學(xué)習(xí)，常 用于藥物篩選。 八臂迷宮：八臂迷宮：是一種食物性行為模型，可設(shè)計(jì)不同的訓(xùn) 練程序，如固定取食程序和插板延時(shí)程序等。 水迷宮：水迷宮：是一種空間記憶模型，與海馬的功能有關(guān)。 訓(xùn)練開始時(shí)把大鼠放在盛水的圓桶內(nèi)，為逃避水淹動 物就要尋找平臺，平臺略低于水面。

53、為使動物看不見 平臺需把水染成深色。計(jì)算動物找到平臺的時(shí)間、游 動軌跡、通過平臺軌跡所在象限的次數(shù)等。v 幾種研究記憶過程的行為模型：幾種研究記憶過程的行為模型：（1 1）一次性被動回避（）一次性被動回避（step-throughstep-through）：）：用于大鼠，主要適合記憶鞏固（memory consolidation)和記憶保持（memory retention)。測定動物經(jīng)過一次電擊后能維持多長時(shí)間不進(jìn)入給電擊的小室。不進(jìn)入小室的時(shí)間愈長，說明記憶保持愈好。（2 2）跳臺：）跳臺：也是一種被動回避。將動物先放在平臺上，這一平臺面積較小，動物必須不十分“舒服”地堅(jiān)持在平臺上，跳下平臺即要遭到電擊，堅(jiān)持在平臺上的時(shí)間愈長則記憶愈鞏固。（3 3）小雞一次性厭惡回避反應(yīng)：）小雞一次性厭惡回避反應(yīng)：把一日齡