腦的學(xué)習(xí)記憶機(jī)制

腦的學(xué)習(xí)記憶機(jī)制

腦是對(duì)身體有意識(shí)和無(wú)意識(shí)活動(dòng)的高級(jí)指揮和調(diào)節(jié)中心。幾乎所有的簡(jiǎn)單和復(fù)雜任務(wù)都可以由大腦參與和活動(dòng)。簡(jiǎn)要的概括,腦有四大功能:感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)、調(diào)節(jié)(適應(yīng))和高級(jí)功能。高級(jí)功能是指認(rèn)知、注意、學(xué)習(xí)、記憶、語(yǔ)言和思維等。而學(xué)習(xí)和記憶就包含在腦的高級(jí)功能之中。通常我們所說(shuō)的學(xué)習(xí)是指通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)接受環(huán)境的變化而獲得的行為習(xí)慣(或稱經(jīng)驗(yàn))的過(guò)程,記憶則指行為習(xí)慣的貯存和再現(xiàn)過(guò)程。學(xué)習(xí)改變了腦內(nèi)神經(jīng)元群的活動(dòng),就是說(shuō)通過(guò)不同努力程度的學(xué)習(xí),我們的腦內(nèi)產(chǎn)生不同的神經(jīng)元,神經(jīng)元之間建立不同程度的神經(jīng)聯(lián)結(jié),而這些活動(dòng)的又因?yàn)閷W(xué)習(xí)的深淺的不同而以不同的表現(xiàn)方式再現(xiàn)的這樣一個(gè)過(guò)程,可稱為“塑造”。也可因?yàn)閷W(xué)習(xí)的停止或者是刺激的不再出現(xiàn),導(dǎo)致了這一神經(jīng)活動(dòng)處于沉默的狀態(tài)并不能記憶,而出現(xiàn)了消退,并且原先建立的神經(jīng)聯(lián)結(jié)可能已被其他的神經(jīng)活動(dòng)所代替的過(guò)程,從而形成了“修剪”的過(guò)程。隨著生理性增齡所帶來(lái)的記憶能力降低,或伴隨多種神經(jīng)、精神疾病所出現(xiàn)的學(xué)習(xí)和記憶障礙,都向神經(jīng)科學(xué)家提出了一個(gè)亟待解決的課題——學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)機(jī)制的研究與發(fā)展。因?yàn)橹挥姓嬲私饬藢W(xué)習(xí)和記憶的神經(jīng)機(jī)制,我們才能有針對(duì)性的對(duì)各種學(xué)習(xí)和記憶障礙進(jìn)行積極有效的治療和干預(yù),恢復(fù)機(jī)體功能,克服學(xué)習(xí)記憶障礙,提高生活質(zhì)量。1學(xué)習(xí)和記憶相關(guān)的腦組織1.1長(zhǎng)時(shí)記憶的儲(chǔ)存顳葉與記憶關(guān)系最為密切,因?yàn)楹ｑR這個(gè)長(zhǎng)時(shí)記憶的存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)就在顳葉內(nèi)側(cè)。Scoville關(guān)于H·M·的個(gè)案清楚地說(shuō)明了海馬在長(zhǎng)時(shí)記憶的儲(chǔ)存過(guò)程中扮演的重要角色,H·M·因癲癇病的不斷惡化手術(shù)切除兩側(cè)顳葉內(nèi)側(cè)和海馬,術(shù)后患者出現(xiàn)遺忘癥。有報(bào)道為病患右側(cè)顳葉被切除后,對(duì)病人進(jìn)行的視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)的非言語(yǔ)性測(cè)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):病人對(duì)復(fù)雜幾何圖形的記憶、無(wú)意義的圖形的學(xué)習(xí)和再認(rèn)、面孔和音調(diào)的再認(rèn)都顯著受損,但言語(yǔ)記憶方面沒(méi)有衰退。在記憶過(guò)程中,海馬這一居位顯要而不可缺少的結(jié)構(gòu)是完全可以肯定的。1.2對(duì)行為的再認(rèn)記憶Corsi(1972)證實(shí)了額葉與先后次序的記憶關(guān)系密切,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在判斷詞語(yǔ)是否出現(xiàn)的再認(rèn)結(jié)果中,顳葉損傷者略有障礙,而額葉損傷者卻表現(xiàn)正常,但在先后次序的記憶上,額葉損傷者,特別是左側(cè)額葉損傷者表現(xiàn)出了非常顯著的障礙。因此驗(yàn)證了1960年額葉認(rèn)定與記憶有關(guān)的相關(guān)研究。1.3頂葉受損者Warrington和Weiskrantz(1973、1978)的個(gè)案研究結(jié)果顯示左側(cè)頂葉與短時(shí)記憶有關(guān),左側(cè)頂葉受損者在數(shù)字廣度方面嚴(yán)重受損,但在對(duì)詞語(yǔ)配對(duì)和故事回憶的測(cè)驗(yàn)上表現(xiàn)正常。我們熟知的典故是,Penfield在進(jìn)行外科手術(shù)時(shí)在不傷害患者腦組織的情況下,用微電極刺激清醒的癜癇患者一側(cè)頂葉聯(lián)合區(qū),結(jié)果引起患者對(duì)過(guò)往事件的相關(guān)記憶,并且產(chǎn)生一種特異的聽(tīng)幻覺(jué)或視幻覺(jué)或者兩種幻覺(jué)同時(shí)出現(xiàn)。說(shuō)明了頂葉的記憶功能不光只有短時(shí)記憶,還可能為長(zhǎng)時(shí)記憶。1.4杏仁核—丘腦、杏仁核Korsakoff’ssyndrome的病因是長(zhǎng)期酗酒導(dǎo)致體內(nèi)持久缺乏維生素B1所導(dǎo)致的腦損傷。在Korsakoff遺忘癥患者尸檢的報(bào)告中發(fā)現(xiàn),患者的乳頭體和穹窿、丘腦內(nèi)側(cè)部位發(fā)生了病變,意味丘腦可能與記憶有關(guān)。米斯根等人證明,杏仁核與大腦皮質(zhì)的感覺(jué)系統(tǒng)有聯(lián)系,它與丘腦聯(lián)系相聯(lián)系,也是感覺(jué)輸入的中轉(zhuǎn)站。杏仁核———海馬聯(lián)合損毀的猴學(xué)習(xí)記憶功能嚴(yán)重?fù)p害,提示海馬、杏仁核兩者都參加了記憶過(guò)程。在ERP的相關(guān)研究中都證實(shí)了丘腦、杏仁核這兩個(gè)生理調(diào)節(jié)中樞與情緒密切相關(guān)。2學(xué)習(xí)和記憶的神經(jīng)機(jī)制2.1行為的敏感化學(xué)習(xí)可分為非聯(lián)合型學(xué)習(xí)和聯(lián)合型學(xué)習(xí)。非聯(lián)合型學(xué)習(xí)又可劃分為習(xí)慣化和敏感化,在習(xí)慣形成之后,會(huì)出現(xiàn)思維定勢(shì)和固定行為,而有了敏感化的配合,學(xué)習(xí)者對(duì)周圍事物發(fā)生、發(fā)展所產(chǎn)生的變化就不會(huì)無(wú)動(dòng)于衷,可能生理上產(chǎn)生一些改變并伴隨行為的相繼發(fā)生。聯(lián)合型學(xué)習(xí)可分為經(jīng)典條件反射和操作式條件反射,將刺激和無(wú)關(guān)刺激經(jīng)有效的強(qiáng)化物聯(lián)系在一起,最后形成我們想要得到的行為,在學(xué)習(xí)中,關(guān)鍵就是給刺激找到有效的強(qiáng)化物,來(lái)得到結(jié)果。2.2材料中的導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)育的記憶認(rèn)知心理學(xué)家把記憶分為陳述性記憶和非陳述性記憶。陳述性記憶的痕跡儲(chǔ)存在海馬、內(nèi)側(cè)顳葉、間腦以及它們之間形成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。陳旭性記憶又可分為:痕跡儲(chǔ)存在紋狀體、運(yùn)動(dòng)皮層、小腦以及它們之間形成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)程的序性記憶;痕跡儲(chǔ)存在新皮層的初始化效應(yīng);儲(chǔ)存在小腦、杏仁核和海馬的非陳述性記憶。陳述性記憶可以通過(guò)有意識(shí)的回憶獲取,用語(yǔ)言來(lái)描述被記憶的內(nèi)容,容易形成也容易遺忘。程序性記憶是技能得后的一種記憶,不用通過(guò)有意識(shí)的回憶,記憶形成通常需要多次的重復(fù)和練習(xí),一旦形成不會(huì)輕易忘記。3正常的和腦損傷人類的研究理解學(xué)習(xí)和記憶的生物學(xué)的研究在許多戰(zhàn)線上努力同時(shí)進(jìn)行著,從有關(guān)無(wú)脊椎動(dòng)物的研究到正常的和腦損傷人類的研究。生物種族的發(fā)展導(dǎo)致了神經(jīng)元的分化和突觸的改變,學(xué)習(xí)也同樣能導(dǎo)致新的樹(shù)突和許多新的、暫時(shí)的突觸,其中一些是對(duì)神經(jīng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定的修改。3.1機(jī)械刺激變性元素對(duì)海兔噴水管皮膚的抑制效應(yīng)E·R·Kandel在海兔神經(jīng)系統(tǒng)方面的研究工作代表了當(dāng)前對(duì)學(xué)習(xí)記憶機(jī)制的研究的一個(gè)重要方面。因?yàn)楹Ｍ煤刑貏e大的神經(jīng)細(xì)胞,有的直徑可達(dá)1mm便于微電極插入,實(shí)驗(yàn)中對(duì)海兔噴水管皮膚進(jìn)行一次機(jī)械刺激可引起一次縮腮反射,如此反復(fù)多次輕微地刺激噴水管,則縮腮反射逐漸減弱,最終不出現(xiàn),這被認(rèn)為是一種習(xí)慣化的過(guò)程,習(xí)慣化是一種簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)反射,動(dòng)物學(xué)會(huì)了忽視那些重復(fù)性或無(wú)意義的刺激。這種習(xí)慣化縮腮反射在一段時(shí)間后被遺忘可再出現(xiàn)反射,若給海兔一個(gè)強(qiáng)的傷害刺激則此時(shí)海兔的噴水管發(fā)生增強(qiáng)的縮腮反射,并且這種敏感化持續(xù)幾分鐘至幾天,甚至幾周,敏感化被看成是學(xué)習(xí)的另一種形式要求動(dòng)物學(xué)會(huì)注意某一刺激。3.2對(duì)小鼠海馬記憶能力的影響學(xué)習(xí)與記憶突觸機(jī)制的研究開(kāi)始于20世紀(jì)70年代,Bliss和Lφmo的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物大腦海馬中的長(zhǎng)時(shí)程突觸增強(qiáng)(long-termpotentiation,LTP)現(xiàn)象。Thomas在海馬突觸可塑性與年老動(dòng)物記憶下降的關(guān)系研究中指出,易化LTP的誘導(dǎo),或降低誘導(dǎo)LTP的域值,可改善老年鼠的記憶能力;而阻斷LTP的誘導(dǎo),可直接影響老鼠海馬學(xué)習(xí)記憶能力。分子生物學(xué)技術(shù)把編碼LTP誘導(dǎo)或維持環(huán)節(jié)上任意一種蛋白質(zhì)剔除后,小鼠海馬就沒(méi)有LTP現(xiàn)象,而小鼠則失去了記憶,以NMDA受體和CREB受體為例,NMDA受體是LTP誘導(dǎo)環(huán)節(jié)上的第一關(guān),CREB則是神經(jīng)細(xì)胞核內(nèi)啟動(dòng)基因表達(dá)的關(guān)鍵分子。編碼NMDA受體的基因被剔除后,小鼠海馬CA1區(qū)缺乏LTP,不能形成關(guān)于水迷宮中隱藏平臺(tái)的空間位置記憶(把小鼠放進(jìn)圓形水池,圓形水池中放置一隱藏平臺(tái))。而用分子生物學(xué)技術(shù),使海馬表達(dá)更多NMDA可使小鼠變得“聰明”,它們學(xué)習(xí)記憶能力比正常鼠有顯著提高,并且其“聰明”可遺傳給后代。4增加mg2+的量對(duì)于記憶學(xué)習(xí)的研究涉及到了很多的領(lǐng)域,孔令斌等研究結(jié)果顯示:海馬、額葉rCFB降低可以引起大鼠學(xué)習(xí)能力降低,其降低原因可能與c-fos、c-jun、Bcl-2和Bax陽(yáng)性細(xì)胞表達(dá)增多有關(guān)。劉國(guó)松指出當(dāng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可塑性處于優(yōu)勢(shì)功能狀態(tài),神經(jīng)細(xì)胞在突觸上的分布狀態(tài)以及決定突觸可塑性的分子表達(dá)模式,他在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)增加Mg2+的攝入量可有效阻止由年齡造成的記憶衰退。竺平暉在研究中指出:CIE可改善D-半乳糖致衰老模型小鼠記憶能力,其作用機(jī)制可能與CIE具有抗氧化能力有關(guān)。當(dāng)然,新近的研究越來(lái)越多的是向改善記憶及增強(qiáng)記憶的方向來(lái)靠近,研究的目的也是為了更好的為人類服務(wù)。學(xué)習(xí)記憶的生理機(jī)制的研究在加緊探索的步伐,因?yàn)橛泻芏嗟臋C(jī)制是不為人類了解,迷惑著眾多在求索的人類科學(xué)家們。正常人體察不到記憶障礙者的痛苦,記憶力好的人在學(xué)習(xí)、生活和工作中有者特定的優(yōu)勢(shì),而學(xué)習(xí)記憶障礙者則不光出現(xiàn)學(xué)習(xí)方面