學(xué)習(xí)記憶的機制擬33精品資料

1、摘要：學(xué)習(xí)與記憶是腦的重要生理功能,是現(xiàn)代生命科學(xué)研究的前沿、熱點，本文就學(xué)習(xí)記憶有關(guān)的腦區(qū)、 神經(jīng)元機理學(xué)機制、神經(jīng)生物化學(xué)機制、 神經(jīng)解剖學(xué)機制、 神經(jīng)干細(xì)胞假說幾個方面的研究進(jìn)展作一綜述。關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)與記憶腦功能定位神經(jīng)元機理學(xué)機制、神經(jīng)生物化學(xué)機制、神經(jīng)解剖學(xué)機制、神經(jīng)干細(xì)胞假說學(xué)習(xí)是獲取新信息的神經(jīng)活動過程， 而記憶則是對所獲取的信息進(jìn)行保存和讀出的神經(jīng)活動過程。學(xué)習(xí)記憶是大腦的高級功能之一。長期以來,已從眾多角度對其機制進(jìn)行了探討,提出的可能機制包括:1)神經(jīng)生理學(xué)機制 ,神經(jīng)元活動的后作用、神經(jīng)元之間的環(huán)路聯(lián)系與短時記憶密切相關(guān) ,而突觸的可塑性尤其是長時程增強(long-ter

2、m potentiation,LTP) 被認(rèn)為是長時記憶的分子學(xué)基礎(chǔ);2）神經(jīng)生物化學(xué)機制 ,長時記憶與腦內(nèi)物質(zhì)代謝尤其是與腦內(nèi)蛋白質(zhì)的合成有關(guān) ;另外 ,中樞神經(jīng)遞質(zhì)也參與了學(xué)習(xí)記憶的活動;3）神經(jīng)解剖學(xué)機制，永久記憶的形成與新的突觸聯(lián)系的建立有;4）神經(jīng)干細(xì)胞假說1.學(xué)習(xí)和記憶的腦功能定位學(xué)習(xí)和記憶是一個非常復(fù)雜的神經(jīng)活動過程， 學(xué)習(xí)記憶涉及整個腦的廣泛區(qū)域 ,但某些特殊的區(qū)域和環(huán)路與學(xué)習(xí)記憶的關(guān)系更為密切。1.1大腦皮質(zhì)聯(lián)合區(qū)大腦皮質(zhì)聯(lián)合區(qū)可以對已獲得的信息進(jìn)行集中加工處理,成為記憶痕跡的儲存區(qū)域·選擇性的破壞某一聯(lián)合區(qū),可以分別引起失語癥、失認(rèn)癥、失行癥等疾病.1.2海馬有關(guān)

3、海馬與學(xué)習(xí)記憶關(guān)系的實驗證據(jù)較多 ,比較一致的看法是 :刺激信息在海馬處被記錄下來 ,表現(xiàn)為學(xué)習(xí)早期海馬 Q 節(jié)律的出現(xiàn) ,而后經(jīng)過海馬的活動 ,進(jìn)入長期記憶 .1.3與記憶有關(guān)的神經(jīng)回路與記憶有關(guān)的神經(jīng)回路不是一成不變的,在金絲雀的習(xí)鳴過程中發(fā)現(xiàn)有新的神經(jīng)元不斷替換陳舊的神經(jīng)元,說明學(xué)習(xí)在某種程度上可以引起神經(jīng)通路的改變。由海馬、邊緣系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)參與的近期記憶,構(gòu)成了兩個回路5: (1) 內(nèi)側(cè)邊緣環(huán)路(Papez環(huán)路 ):扣帶回感覺皮質(zhì)周邊區(qū)及額葉、頂葉、顳葉的聯(lián)合皮質(zhì)海馬回海馬穹隆下丘腦乳頭體乳頭丘腦束丘腦前核扣帶回·該回路與空間記憶有關(guān)。(2)以杏仁核為主體的基底外側(cè)邊緣環(huán)路:

4、顳葉眶部皮質(zhì)前額皮質(zhì)杏仁核丘腦背內(nèi)側(cè)核額葉眶部皮質(zhì)·該回路與感情記憶有關(guān).1.4前扣帶腦皮層美國兒童醫(yī)院和洛杉磯加利福尼亞大學(xué)的科學(xué)家們首次確定了人腦中負(fù)責(zé)存取長期記憶的區(qū)域是前扣帶腦皮層·開始時,日常生活事件的記憶依賴于海馬區(qū)域中的神經(jīng)元網(wǎng),隨著時間的流逝 ,記憶依賴人腦中前扣帶腦皮層區(qū)域中的神經(jīng)元網(wǎng).2.學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)生理學(xué)機制。神經(jīng)元活動的后作用、神經(jīng)元之間的環(huán)路聯(lián)系與短時記憶密切相關(guān),而突觸的可塑性尤其是長時程增強 (long-term potentiation,LTP) 被認(rèn)為是長時記憶的分子學(xué)基礎(chǔ)。集合場方式和細(xì)胞聯(lián)系方式是最初研究學(xué)習(xí)和記憶的兩條理論路線2 。

5、隨著在細(xì)胞水平或分子水平上研究中樞神經(jīng)系統(tǒng),細(xì)胞聯(lián)系學(xué)說得到了較多的實驗證據(jù)?，F(xiàn)在許多實驗表明:在記憶過程中,發(fā)生了細(xì)胞水平上的突觸形態(tài)、離子的變化 ,分子水平上的大分子結(jié)構(gòu)變化,即神經(jīng)元的可塑性。目前,對于短期記憶的神經(jīng)機制的假說較多1,2,3,主要有返回回路學(xué)說、強直后加強學(xué)說、直流電位學(xué)說等。返回回路學(xué)說指到達(dá)大腦皮層的感覺信號在皮層本身局部區(qū)域內(nèi)的具有復(fù)雜聯(lián)系的神經(jīng)元環(huán)路中產(chǎn)生返回震蕩。 強直后加強學(xué)說指受到幾秒鐘強直刺激的神經(jīng)元在隨后的幾秒鐘到幾小時內(nèi)其興奮性加強。 直流電位學(xué)說指經(jīng)過一段時間興奮后的神經(jīng)元 ,其膜電位持續(xù)降低幾秒鐘到幾分鐘 ,這種降低可以改變神經(jīng)元的興奮性 ,即神經(jīng)

6、元活動的后作用。突觸可塑性也可以定義為突觸改變其功能的功能。突觸可被更換以及突觸數(shù)量的增加或減少。一般認(rèn)為突觸的修飾在很大程度上反映了整個神經(jīng)系統(tǒng)回路的可塑性,因此也反映了行為的可塑性。 其可能機制如下：運動神經(jīng)元的突觸后電位隨習(xí)慣化而減小是由于每一個動作電位所能引起的遞質(zhì)釋放量的減少。目前認(rèn)為遞質(zhì)釋放減少部分是由于突觸前膜上N 型Ca2+通道的失活，造成鈣內(nèi)流減少，使遞質(zhì)釋放減少。另一方面，習(xí)慣化也可能降低突觸小泡移向活動帶的能力，使可能釋放遞質(zhì)的小泡數(shù)減少所致，這可能是更重要的原因；(2) 敏感化的機制是突觸傳遞效能的增強。傳遞敏感化作用的中間神經(jīng)元終止于支配噴水管周圍皮膚的感覺神經(jīng)元的末

7、梢，能使感覺神經(jīng)元的每個動作電位所釋放的遞質(zhì)量增加。介導(dǎo)敏感化作用的中間神經(jīng)元所釋放的遞質(zhì)是 5 一輕色胺 (5 一 HT) 。5 一 HT 通過一系列的步驟，包括 G 一蛋白、cAMP 和蛋白激酶等作用， 使 Ca2+的內(nèi)流增加而導(dǎo)致感覺神經(jīng)元遞質(zhì)釋放的增加，最終造成行為上的敏感化。3 神經(jīng)生物化學(xué)機制生化機制方面的研究主要集中在三個方面: mRNA和蛋白質(zhì)的生物合成與學(xué)習(xí)記憶的關(guān)系 ;神經(jīng)遞質(zhì)與學(xué)習(xí)記憶的關(guān)系;腦肽與學(xué)習(xí)記憶的關(guān)系。記憶的生化學(xué)說認(rèn)為，刺激可使神經(jīng)元內(nèi)部的mRNA的量增多，個體發(fā)育過程中通過學(xué)習(xí)而獲得的，經(jīng)驗與行為與神經(jīng)元內(nèi)部的mRNA有關(guān)，是由于神經(jīng)元內(nèi)部的mRNA通過對

8、酶的控制作用決定著突觸部位神經(jīng)遞質(zhì)的釋放和控制合成相應(yīng)的蛋白質(zhì)，從而影響著記憶過程?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)， 神經(jīng)元在興奮時所釋放的遞質(zhì)并不只是一種，而是由將近50 種不同的遞質(zhì)所構(gòu)成。據(jù)此，有人認(rèn)為人的聰明與愚笨、反應(yīng)靈敏與遲鈍，可能與不同遞質(zhì)的釋放有關(guān)。(1) 兒茶酚胺 (CA), 包括去甲腎上腺素、腎上腺素、多巴胺等 ,這類物質(zhì)對學(xué)習(xí)和記憶有促進(jìn)作用 ,可促使腦的興奮水平增強 ,軀體運動能力增強 .這主要是通過兒茶酚胺能神經(jīng)元的活動參與對學(xué)習(xí)和記憶活動的調(diào)控 .(2) 腦內(nèi)乙酰膽堿 (Ach) 能神經(jīng)活動加強時 ,可使學(xué)習(xí)和記憶能力加強 .其原因可能是一方面通過隔區(qū)海馬邊緣皮層的Ach 系統(tǒng) ,調(diào)制

9、與學(xué)習(xí)記憶有關(guān)的突觸傳遞,使相關(guān)區(qū)域的長時程突觸后電位 LTP 增強 ,突觸后膜致密物質(zhì)量的改變 .(3) 谷氨酸是一種興奮型神經(jīng)遞質(zhì),其特點是它的受體N 甲基 D 天門冬氨酸受體 NMDA只在學(xué)習(xí)和記憶過程中才開放,是學(xué)習(xí)和記憶的關(guān)鍵物質(zhì)之一,它的開放與學(xué)習(xí)過程相關(guān),保持與記憶過程相關(guān) .但目前其作用機理還不清楚 .加壓素 (VP), 由垂體葉分泌的九肽,主要有精氨酸加壓素.在動物實驗中 ,人為給予加壓素 ,可以促進(jìn)動物的學(xué)習(xí)與記憶; 在臨床上 ,給老人、記憶力不好的兒童及腦損傷病人服用加壓素,可以有效緩解記憶能障礙.加壓素 (VP) 對學(xué)習(xí)記憶功能的促進(jìn)作用機制,一般認(rèn)為加壓素是通過兒茶酚

10、胺能神經(jīng)系統(tǒng)和氨基丁酸能神經(jīng)系統(tǒng)而起作用.因為 ,在動物實驗中加壓素可以促進(jìn)兒茶酚氨更新率的提高,充分說明了兒茶酚氨能神經(jīng)系統(tǒng)活動得以加強,促進(jìn)了學(xué)習(xí)與記憶功能的改善 ;另一方面 ,在動物體內(nèi)注射氨基丁酸的受體抑制劑印防己毒素,可以抑制加壓素的功能 .反之 ,如果注射氨基丁酸激活劑蠅覃醇,則可以有效增強加壓素的促進(jìn)效應(yīng).加壓素可以促進(jìn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的蛋白質(zhì)合成,改善學(xué)習(xí)和記憶機能。 促腎上腺皮質(zhì)激素 (ACT H) 、P 物質(zhì)、生長抑素、甲狀旁腺素、膽囊收縮素CCK8 具有增強學(xué)習(xí)與記憶的機能,催產(chǎn)素、 B 內(nèi)腓肽、腦腓肽、降鈣素、膽囊收縮素CCK4, 對學(xué)習(xí)和記憶有阻礙作用,但其機理都不清楚

11、.4 神經(jīng)解剖學(xué)機制從神經(jīng)解剖角度看學(xué)習(xí)和記憶的機制，持久性記憶可能與新的突觸聯(lián)系的建立有關(guān)。動物實驗中觀察到， 生活在復(fù)雜環(huán)境中的大鼠，其大腦皮層的厚度大，而生活在簡單環(huán)境中的大鼠，其大腦皮層的厚度小；說明學(xué)習(xí)記憶活動多的大鼠，其大腦皮層發(fā)達(dá)，突觸的聯(lián)系多。人類的第三級記憶的機制可能屬于這一類。5.神經(jīng)干細(xì)胞假說綜合近年來的相關(guān)研究進(jìn)展，科研工作者提出學(xué)習(xí)記憶的一種可能的新機制神經(jīng)干細(xì)胞假說： 哺乳動物大腦內(nèi)的NSC, 在一定條件下定向分化增殖,生成具有學(xué)習(xí)記憶功能的細(xì)胞群,并參與學(xué)習(xí)記憶的形成、發(fā)展和修復(fù)。 其可能的機理有一下四方面：1)大腦內(nèi) NSC 的來源 2）神經(jīng)干細(xì)胞增殖分化的啟動3）神經(jīng)干細(xì)胞循環(huán)的調(diào)控4）神經(jīng)干細(xì)胞循環(huán)貯存信息的可能方式。6 結(jié)語目前對學(xué)習(xí)和記憶研究無論是從整體水平、細(xì)胞水平和分子生物學(xué)水平都開展了大量工作但是 ,要完全闡明學(xué)習(xí)與記憶的機理,還需走很長的路。大腦作為一個收集、處理、貯存、再現(xiàn)信息的完整系統(tǒng)，人們對它的認(rèn)識畢竟有限，可以說還是零碎的、局部的。隨著人們對腦科學(xué)的重視和現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展,相信人類總有一天能徹底揭開學(xué)習(xí)記憶的奧秘。到那時還有誰會去為自己的記憶力不好或子女學(xué)習(xí)成績不佳而擔(dān)憂呢?參考文獻(xiàn) :,1 壽天德主編 .神經(jīng)生物學(xué) .北京 :高等教育出版社2余小平 ,王開發(fā).學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)基礎(chǔ).生物學(xué)雜志 ,3呂和平 ,任愛紅,武