學(xué)習(xí)和記憶神經(jīng)生物學(xué)

學(xué)習(xí)和記憶神經(jīng)生物學(xué)第一頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日記憶機(jī)制簡(jiǎn)介記憶機(jī)制研究的意義：不僅可以揭示人腦的工作原理，防治記憶疾病，提高人類(lèi)的記憶能力，而且對(duì)于發(fā)展新型的信息處理機(jī)器也有很大的作用。第二頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日記憶的腦功能定位20世紀(jì)30年代，拉塞利提出了記憶分布于全腦的學(xué)說(shuō)，到了40年代，潘菲爾德（Penfield）又提出了腦功能的局部定位說(shuō)。第三頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日記憶的物質(zhì)基礎(chǔ)已有資料表明，在細(xì)胞水平上，細(xì)胞間的突觸聯(lián)系的改變是形成記憶的基礎(chǔ)；在分子層次的記憶研究表明，對(duì)于不同種屬動(dòng)物的腦，記憶的分子機(jī)制是相當(dāng)一致的，這些研究揭示了生物基本原理的統(tǒng)一性。第四頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日記憶研究的理論探討黑伯（Hebb）在20世紀(jì)40年代提出了突觸聯(lián)系的改變?yōu)橛洃浀幕A(chǔ)，即著名的突觸變化的黑伯定律。認(rèn)知心理學(xué)從信息處理觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，也提出了一些記憶的模型。第五頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)與記憶學(xué)習(xí)：指人和動(dòng)物獲得外界信息的神經(jīng)過(guò)程記憶：將獲得的信息貯存和讀出的神經(jīng)過(guò)程學(xué)習(xí)廣義的行為定義：動(dòng)物個(gè)體在與環(huán)境中發(fā)生的新事物接觸的經(jīng)驗(yàn)中改變自己的適應(yīng)行為，也就是新的適應(yīng)行為（或新行為模式）的獲得過(guò)程第六頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)與記憶功能的生物學(xué)特性不變量形成信息平行處理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高效低耗能第七頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)學(xué)習(xí)與記憶的分類(lèi)記憶的廣義定義：指機(jī)體所保存的關(guān)于生存的環(huán)境信息和它自身的信息

個(gè)體記憶：個(gè)體生命中所積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分類(lèi)

種族記憶：來(lái)自進(jìn)化過(guò)程中祖先積累保存下來(lái)的信息第八頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日非聯(lián)合型學(xué)習(xí)和聯(lián)合學(xué)習(xí)非聯(lián)合型學(xué)習(xí)：在刺激和反應(yīng)之間不形成明確聯(lián)系的學(xué)習(xí)形式表現(xiàn)：在單一刺激長(zhǎng)期重復(fù)作用下個(gè)體對(duì)該刺激的行為發(fā)生改變典型方式習(xí)慣化：指一個(gè)不具有傷害性效應(yīng)刺激重復(fù)作用時(shí)，機(jī)體對(duì)該刺激的反射性行為反應(yīng)逐漸減弱的過(guò)程敏感化：表現(xiàn)為當(dāng)一個(gè)強(qiáng)刺激存在時(shí)，大腦對(duì)一個(gè)弱刺激的反應(yīng)會(huì)得到加強(qiáng)第九頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日聯(lián)合型學(xué)習(xí)：指刺激和反應(yīng)之間建立聯(lián)系的學(xué)習(xí)。它的實(shí)質(zhì)是由兩種或兩種以上刺激所引起的腦內(nèi)兩個(gè)以上的中樞之間的活動(dòng)形成聯(lián)結(jié)而實(shí)現(xiàn)的過(guò)程種類(lèi)：經(jīng)典性條件反射和操作性條件反射第十頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日陳述性記憶和非陳述性記憶陳述性記憶：指對(duì)事實(shí)或事件及其相互關(guān)系的記憶，又稱(chēng)外顯記憶非陳述性記憶：是具有自主或反射性質(zhì)的記憶，又稱(chēng)內(nèi)隱記憶第十一頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日短時(shí)記憶和長(zhǎng)時(shí)記憶工作記憶與參考記憶工作記憶：指對(duì)某次訓(xùn)練時(shí)出現(xiàn)的特殊刺激或線(xiàn)索的記憶，也就是動(dòng)物或人在進(jìn)行某種復(fù)雜的認(rèn)知任務(wù)操作過(guò)程中腦內(nèi)“在線(xiàn)”或短暫貯存某些必要信息的神經(jīng)過(guò)程參考記憶：整個(gè)訓(xùn)練過(guò)程中一直不變的一般線(xiàn)索或規(guī)則的記憶第十二頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)參與學(xué)習(xí)與記憶的腦結(jié)構(gòu)顳葉海馬和杏仁核間腦新皮質(zhì)腦內(nèi)記憶系統(tǒng)陳述性記憶的神經(jīng)回路非陳述性記憶的神經(jīng)回路工作記憶系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)性學(xué)習(xí)記憶神經(jīng)回路記憶的生理單元第十三頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日顳葉的記憶作用1.顳葉下回在視覺(jué)辨別學(xué)習(xí)記憶中具有重要作用2.顳葉新皮質(zhì)具有貯存記憶印記的能力：Penfield關(guān)于癲癇病人的研究3.顳葉損傷容易產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)記憶障礙：

Scoville和Milner對(duì)H.M的研究第十四頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日4.顳葉皮質(zhì)的偏側(cè)化傾向

Milner采用各種不同的記憶測(cè)驗(yàn)，驗(yàn)證了兩側(cè)顳葉新皮質(zhì)受損的不同效應(yīng)，進(jìn)一步證實(shí)了顳葉皮質(zhì)的偏側(cè)化傾向。（結(jié)果）5.Hebb的理論

Hebb認(rèn)為，如果某種記憶印記僅由一種感覺(jué)模式所形成，那么該印記位于與這種感覺(jué)有關(guān)的大腦皮質(zhì)區(qū)域第十五頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日海馬在記憶中的作用海馬是實(shí)現(xiàn)記憶的第一步來(lái)自電生理方面的證據(jù)：Thompson等人的瞬膜反射實(shí)驗(yàn)?zāi)X損傷方面的證據(jù)：Mishkin等人的延遲性非配對(duì)樣品（DNMS）的記憶實(shí)驗(yàn)第十六頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日海馬是長(zhǎng)時(shí)記憶的過(guò)濾器，信息傳遞給海馬，并暫時(shí)儲(chǔ)存，只有經(jīng)過(guò)海馬加工的信息才能進(jìn)入長(zhǎng)時(shí)記憶進(jìn)行儲(chǔ)存第十七頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日修補(bǔ)大腦芯片的誕生1.由美國(guó)南加利福尼亞大學(xué)西奧多·伯格等人研制，以在實(shí)驗(yàn)鼠腦組織切片上試驗(yàn)成功，隨后將進(jìn)行活體實(shí)驗(yàn)。該芯片主要是發(fā)揮大腦“海馬”部位的功能。2.研制該芯片克服了三大困難

1）建立“海馬”在各種不同條件下工作的數(shù)學(xué)模型

2）將這一模型編程到芯片中

3）使芯片能夠與大腦其他部位協(xié)調(diào)工作第十八頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日“四肢發(fā)達(dá)，頭腦簡(jiǎn)單”真的有道理適量運(yùn)動(dòng)會(huì)使人更聰明運(yùn)動(dòng)過(guò)度腦子會(huì)變笨第十九頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日杏仁核在記憶中的作用將感覺(jué)體驗(yàn)轉(zhuǎn)換為記憶，在記憶匯合過(guò)程中的作用十分突出。Mishkin等人證明，杏仁核復(fù)合體與皮質(zhì)的所有感覺(jué)系統(tǒng)有著直接聯(lián)系（圖）杏仁核在聯(lián)系不同的感覺(jué)所形成的記憶中發(fā)揮著重要作用：延遲性非配對(duì)樣品實(shí)驗(yàn)第二十頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日間腦與記憶加工間腦中的丘腦前核、丘腦背內(nèi)側(cè)核和下丘腦乳頭體參與加工認(rèn)識(shí)記憶（圖）間腦與科爾薩可夫（Korsakoff）綜合癥第二十一頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日新皮質(zhì)與記憶新皮質(zhì)是人類(lèi)長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成的大腦皮質(zhì)，它與一些高級(jí)的精細(xì)、復(fù)雜的加工有關(guān)。前額葉與記憶的關(guān)系第二十二頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日前額葉與記憶的關(guān)系前額葉與空間工作記憶有關(guān)系前額葉與物體工作記憶有關(guān)系前額葉與先后次序的記憶關(guān)系密切第二十三頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日前額葉與空間工作記憶的關(guān)系延緩反應(yīng)任務(wù)實(shí)驗(yàn)（delayed-response,DR任務(wù)）Jacobsen等人通過(guò)DR實(shí)驗(yàn)證明，前額皮層主溝區(qū)（46區(qū)）是空間工作記憶的關(guān)鍵腦區(qū)第二十四頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日前額葉皮層與物體工作記憶的關(guān)系前額葉皮層的下凸部（12區(qū)和45區(qū)）具有物體工作記憶的功能證據(jù)來(lái)自于延緩樣本匹配任務(wù)（delayedmatching-to-sample,DMS任務(wù)）第二十五頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日額葉與先后次序的記憶關(guān)系密切Corsi等通過(guò)對(duì)額葉損傷的病人進(jìn)行研究，證實(shí)了這種關(guān)系。采用詞語(yǔ)測(cè)驗(yàn)的方式讓額葉和顳葉分別受損傷的病人進(jìn)行回憶，結(jié)果證實(shí)額葉與先后次序的記憶存在密切關(guān)系。第二十六頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日總結(jié)顳葉：在視覺(jué)辨別學(xué)習(xí)中有著重要作用，與長(zhǎng)時(shí)記憶的貯存關(guān)系密切，并且顳葉皮質(zhì)的記憶功能具有偏側(cè)化傾向海馬：與短時(shí)記憶有關(guān)系，是記憶的第一步，也是短時(shí)記憶轉(zhuǎn)為長(zhǎng)時(shí)記憶的過(guò)濾器第二十七頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日杏仁核：負(fù)責(zé)將感覺(jué)體驗(yàn)轉(zhuǎn)化為記憶，在記憶匯合過(guò)程中的作用十分突出間腦：記憶環(huán)路的一個(gè)重要環(huán)節(jié)額葉：與工作記憶、先后次序的記憶關(guān)系密切，同時(shí)具有偏側(cè)化傾向第二十八頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日腦內(nèi)記憶系統(tǒng)陳述性記憶的神經(jīng)回路非陳述性記憶的神經(jīng)回路工作記憶系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)性學(xué)習(xí)記憶神經(jīng)回路第二十九頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日陳述性記憶的神經(jīng)回路以視覺(jué)學(xué)習(xí)記憶為例：大腦皮層V1V2,V3,V4邊緣系統(tǒng)內(nèi)側(cè)顳葉，內(nèi)側(cè)丘腦，腹內(nèi)側(cè)額葉基底前腦膽堿能系統(tǒng)第三十頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日非陳述性記憶的神經(jīng)回路Mishkin等人提出，除了陳述性記憶這個(gè)學(xué)習(xí)系統(tǒng)之外，還存在著用于學(xué)習(xí)的第二個(gè)系統(tǒng)，它是獨(dú)立與邊緣環(huán)路之外的，對(duì)重復(fù)刺激做出反應(yīng)是該系統(tǒng)的關(guān)鍵成分。第二系統(tǒng)的學(xué)習(xí)被成為“習(xí)慣”。梅鎮(zhèn)彤等人提出的習(xí)得性行為神經(jīng)調(diào)控的框圖第三十一頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日工作記憶系統(tǒng)Goldman-Rakic提出的前額葉皮層工作記憶模塊假說(shuō)：前額葉皮層具有多個(gè)工作記憶模塊；不同模塊位于不同的亞區(qū)，主管不同性質(zhì)的工作記憶；具體的說(shuō)，前額葉皮層主溝區(qū)管理空間工作記憶；前額葉皮層下凸部管理物體或相貌工作記憶。第三十二頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日運(yùn)動(dòng)性學(xué)習(xí)記憶神經(jīng)回路NM/EBCC：是經(jīng)典瞬膜/眨眼條件反射，其訓(xùn)練過(guò)程是：以聲音或燈光等作為條件刺激（CS），以向角膜吹風(fēng)或眶周電擊作為非條件刺激（US），訓(xùn)練被試建立瞬膜/眨眼條件反射（CR）。這種學(xué)習(xí)記憶活動(dòng)屬于感覺(jué)－運(yùn)動(dòng)記憶。NM/EBCC的重要環(huán)路第三十三頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日結(jié)果研究者對(duì)這個(gè)環(huán)路進(jìn)行了“可逆失活”研究，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)核和紅核失是傳出通路的一部分，并不是記憶產(chǎn)生的部分。中位核和小腦皮層是運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)記憶產(chǎn)生的重要部分，特別是后背側(cè)中位核及其覆蓋的小腦HVI皮層。這一部分被冷凍或失活之后，學(xué)習(xí)將完全消失。第三十四頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日記憶的生理單元短時(shí)記憶的神經(jīng)過(guò)程長(zhǎng)時(shí)記憶的神經(jīng)過(guò)程短時(shí)記憶向長(zhǎng)時(shí)記憶轉(zhuǎn)化的機(jī)制第三十五頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日短時(shí)記憶的神經(jīng)過(guò)程Hebb認(rèn)為短時(shí)記憶的活動(dòng)過(guò)程只持續(xù)短暫的一段時(shí)間、而長(zhǎng)時(shí)記憶則涉及神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的改變、所以較為持久。它們有不同的神經(jīng)生理機(jī)制。他認(rèn)為腦部的神經(jīng)元彼此連接?；ネㄐ畔?。一旦神經(jīng)元a被激活，就依次傳遞到b，c，d，…，最后又返回神經(jīng)元M，如此循環(huán)。這些連接的神經(jīng)元形成所謂的神經(jīng)環(huán)，或稱(chēng)為神經(jīng)回路．往返于皮質(zhì)的不同區(qū)域，也可以通往皮質(zhì)下的結(jié)構(gòu)(如丘腦、海馬)。第三十六頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日由于神經(jīng)允許輸入和輸出的信息量很大，所以腦部的神經(jīng)回路密布，而回路的神經(jīng)突觸互相聯(lián)系。任何心理過(guò)程都可以看作某特定神經(jīng)回路的活動(dòng)。短時(shí)記憶可以看作神經(jīng)回路短暫的反響。這個(gè)反響回路是皮質(zhì)神經(jīng)元所組成一個(gè)無(wú)終端的閉合線(xiàn)路，一旦受刺激，則產(chǎn)生環(huán)繞此封閉線(xiàn)路的回響，回響可以持續(xù)20至30秒。反響回路不僅可以說(shuō)明短時(shí)記億為什么在短暫時(shí)間內(nèi)消失，也可以說(shuō)明在此極短的時(shí)間內(nèi)，新舊材料所產(chǎn)生的干擾作用。

第三十七頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日長(zhǎng)時(shí)記憶的神經(jīng)過(guò)程長(zhǎng)時(shí)記憶是神經(jīng)突觸所產(chǎn)生的持久性改變．這種突觸結(jié)構(gòu)的改變需要一段時(shí)間才能鞏固。通過(guò)固化，腦細(xì)胞發(fā)生生理變化，產(chǎn)生新的樹(shù)突或軸突。這種變化一旦發(fā)生，記憶痕跡就深刻腦海，信息得以長(zhǎng)期儲(chǔ)存。不過(guò)，腦細(xì)胞這種結(jié)構(gòu)上的變化也只是持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間．并不是永久不變。因?yàn)樯砩系拇x或衰退的過(guò)程，可以使突觸的聯(lián)系松弛，以致長(zhǎng)時(shí)記憶也有衰退的現(xiàn)象。第三十八頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日短時(shí)記憶向長(zhǎng)時(shí)記憶轉(zhuǎn)化的機(jī)制突觸假說(shuō)神經(jīng)膠質(zhì)假設(shè)生物化學(xué)假設(shè)第三十九頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日突觸假說(shuō)

Bennult(1977)認(rèn)為．生活在刺激豐富的環(huán)境中的白鼠之所以比生活在刺激貧乏環(huán)境中白鼠大腦皮層厚而且重、是由于軸突末梢增長(zhǎng)、樹(shù)突增多、突觸間隙變窄，使相鄰的神經(jīng)元更易于相互作用。在學(xué)習(xí)的時(shí)候，抵制相鄰神經(jīng)元之間沖動(dòng)傳送的突觸阻力下降，因此學(xué)習(xí)所創(chuàng)造的穩(wěn)定神經(jīng)線(xiàn)路是記憶的生理“支柱”。

第四十頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日神經(jīng)膠質(zhì)假設(shè)

羅森茨威格及其合作者(1964—1967)的實(shí)驗(yàn)揭示，在刺激豐富環(huán)境中生長(zhǎng)的白鼠與在刺激缺乏環(huán)境中生長(zhǎng)的白鼠相比較，大腦出現(xiàn)了量的變化，大腦重量的增加。特別是枕葉的膠質(zhì)細(xì)胞增加，而神經(jīng)元?jiǎng)t保持不變。研究者假設(shè)：數(shù)量的變化，特別是神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的數(shù)量變化可能與記億過(guò)程有關(guān)。

第四十一頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日生物化學(xué)假設(shè)神經(jīng)元的電活動(dòng)造成細(xì)胞內(nèi)部某些分子結(jié)構(gòu)，特別是核糖核酸或特殊蛋白質(zhì)的化學(xué)變化。所以，結(jié)構(gòu)變化是信息記億的生物“編碼”。第四十二頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)學(xué)習(xí)和記憶與突觸可塑性學(xué)習(xí)記憶與突觸結(jié)構(gòu)的可塑性學(xué)習(xí)記憶與突觸傳遞效能的可塑性學(xué)習(xí)記憶過(guò)程中突觸結(jié)構(gòu)可塑性與突觸功能可塑性的關(guān)系突觸間隙樹(shù)突突觸小泡神經(jīng)遞質(zhì)分子受體第四十三頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)記憶與突觸結(jié)構(gòu)的可塑性突觸的生理變化：在學(xué)習(xí)過(guò)程中，有許多生理變化可以改變已有突觸后對(duì)突觸前的興奮的反應(yīng)。這種變化可能是突觸前的，也可能是突觸后的，還可能兩者都有。結(jié)構(gòu)的改變：突觸可以在訓(xùn)練過(guò)程中長(zhǎng)大，長(zhǎng)時(shí)間不用就會(huì)萎縮；另外，訓(xùn)練也可以使突觸數(shù)目增加。第四十四頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日突觸的生理變化和結(jié)構(gòu)變化圖第四十五頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)記憶與突觸長(zhǎng)的效能的可塑性學(xué)習(xí)記憶與突觸傳遞的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)海馬結(jié)構(gòu)的三突觸回路長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（long-termpotentiation,LTP）:最初由Lomo首先發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，即電刺激內(nèi)嗅區(qū)皮層向海馬結(jié)構(gòu)發(fā)出的穿通纖維時(shí)，在海馬齒狀回可記錄出細(xì)胞外的誘發(fā)反應(yīng)。這種長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)效應(yīng)是短時(shí)記憶轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)時(shí)記憶的基本的腦神經(jīng)信息加工過(guò)程。第四十六頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日LTP的特性L(fǎng)TP具有聯(lián)合的性質(zhì)，即在本質(zhì)上是由兩種不同的、具有一定時(shí)間關(guān)系的刺激協(xié)同作用產(chǎn)生的。LTP還具有特異性第四十七頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)記憶與突觸傳遞的長(zhǎng)時(shí)程壓抑長(zhǎng)時(shí)程壓抑（long-termdepression,LTD）是指突觸傳遞的效率長(zhǎng)時(shí)程降低。LTD在運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)中負(fù)擔(dān)著不斷糾正操作錯(cuò)誤的重要作用第四十八頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日學(xué)習(xí)記憶過(guò)程中突觸結(jié)構(gòu)可塑性與突觸功能可塑性的關(guān)系突觸結(jié)構(gòu)可塑性是其功能可塑性的物質(zhì)基礎(chǔ)，二者統(tǒng)一于突觸信息傳遞過(guò)程中。第四十九頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日TheEnd第五十頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日瞬膜/眨眼條件反射基本神經(jīng)通路第五十一頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日延緩反應(yīng)訓(xùn)練第五十二頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日丘腦結(jié)構(gòu)圖第五十三頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日杏仁體的多種聯(lián)系第五十四頁(yè)，共六十頁(yè)，2022年，8月28日顳葉切除后，在記憶功能上所表現(xiàn)的雙重分離效應(yīng)記憶測(cè)驗(yàn)切除部位左顳葉右顳葉幾何圖形的回憶√×無(wú)意義圖形的配對(duì)學(xué)習(xí)√×無(wú)意義圖形的記認(rèn)或再認(rèn)√×人面再認(rèn)