海馬與學(xué)習(xí)記憶的關(guān)系

1、海馬與學(xué)習(xí)記憶的關(guān)系摘 要：海馬(hippocampus)并非指傳統(tǒng)中醫(yī)藥理論指導(dǎo)臨床運(yùn)用的中藥海馬，而是指人類大 腦顳內(nèi)側(cè)以及腹側(cè)卷曲的海馬回及齒狀區(qū)。在與學(xué)習(xí)記憶有關(guān)的腦區(qū)中，海馬結(jié)構(gòu)的作用顯得特別突出1。海馬結(jié)構(gòu)，屬大腦邊緣系統(tǒng)，近年來，AD與海馬的神經(jīng)生化和形態(tài)結(jié)構(gòu)的聯(lián)系是AD防治的研究熱點(diǎn)。蔣云娜報道，Alcl3癡呆小鼠經(jīng)中藥治療后，海馬CA1區(qū)錐體細(xì)胞層神經(jīng)元樹突得以改善。這說明海馬在AD發(fā)病和治療上是一個值得關(guān)注的領(lǐng)域。海馬與記憶有著密切的聯(lián)系。海馬通過腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及皮質(zhì)下行纖維接受來自視、聽、觸、 痛等多種感覺信息，并參與調(diào)節(jié)內(nèi)分泌活動。 海馬與記憶關(guān)系的研究，是近年來神經(jīng)

2、生理心理方面一個有趣而重要的進(jìn)展。本文就心理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、神經(jīng)解剖學(xué)、病理學(xué)等反方面來闡述海馬與學(xué)習(xí)記憶的關(guān)系，并提出相關(guān)的提高學(xué)習(xí)記憶的方法。關(guān)鍵詞：海馬學(xué)習(xí)和記憶 心理學(xué)神經(jīng)生理學(xué) 神經(jīng)解剖學(xué)病理學(xué)學(xué)習(xí)記憶是大腦最基本也是最重要的高級神經(jīng)功能之一，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)功 能的整合.海馬與學(xué)習(xí)記憶的關(guān)系密切，眾多研究表明，損毀雙側(cè)海馬動物的學(xué) 習(xí)記憶能力明顯下降，對大鼠的分辨學(xué)習(xí)、防御條件反應(yīng)的保持及空間習(xí)得能力 都有破壞.腦缺血是危害人類健康的常見病、多發(fā)病，患者常有相應(yīng)的運(yùn)動、感 知覺及學(xué)習(xí)記憶功能障礙，其中學(xué)習(xí)記憶障礙最為常見持久，且嚴(yán)重影響患者的 預(yù)后及生活質(zhì)量諸多研究表明，康復(fù)治療對缺

3、血性腦梗死患者在改善感覺、運(yùn) 動、行為能力方面已獲得明顯的療效本實(shí)驗(yàn)即通過光化學(xué)法誘導(dǎo)的雙側(cè)海馬梗 死模型，觀察大鼠雙側(cè)海馬梗死后康復(fù)訓(xùn)練對學(xué)習(xí)記憶功能的影響1材料和方法1.1材料1.1.1自制冷光源由本科室和西安飛秒光電集團(tuán)聯(lián)合研制，光源為一充氣氙燈，輸出功率： Min 0008 W/cm2, Max 037 W/cm2，輸出波長 490550 nm,波 峰530 nm,輸出端連一直徑06 mm的石英光纖.1.1.2實(shí)驗(yàn)動物及主要試劑2級SD大鼠30只，體質(zhì)量為(210± 10) g ， 9海馬與學(xué)習(xí)記憶的關(guān)系雄性，周齡810 wk,由本校實(shí)驗(yàn)動物中心提供；四氯四碘熒光素鈉（虎紅，

4、 RB 北京化工廠，批號：870627），密封避光保存，使用前用生理鹽水稀釋為 25 g/L 的濃度1.2器材1.2.1Morris 水迷宮為一直徑150 cm、高70 cm的圓池，內(nèi)有乳白色溶液， 水深47 cm.池壁上標(biāo)有東南西北4個入水點(diǎn)，它們將水池分為4個象限.直徑8 cm高45 cm的白色站臺，隨機(jī)置于圓池內(nèi)某一象限并固定，站臺沒于水面下2cm.訓(xùn)練期間周圍參照物保持不變.1.2.2明暗箱一箱為明室，另一箱為暗室，均為 35 cmx25 cmX 30 cm，兩 室有一拱形小門相通，室底均為銅柵，先將大鼠放置在箱中適應(yīng) 3 min，然后通 電5 min （50 V，交流電），并記錄5

5、min內(nèi)的鉆洞次數(shù)（即錯誤反應(yīng)次數(shù)），24 h 后進(jìn)行測試，記錄潛伏期和5 min內(nèi)大鼠的鉆洞次數(shù).1.3方法1.3.1雙側(cè)海馬梗死模型制作方法大鼠用20 g/L戊巴比妥鈉按50 mg/kg常規(guī)麻醉后，將其俯臥于腦立體定位儀上，沿頭顱正中切開頭皮暴露顱骨，在前 囟后48 mm中線向左旁開36 mm處，用牙科鉆輕輕鉆一個直徑約 1 mm的骨窗， 光纖管尾端至皮層下32 mm （海馬CA1區(qū)），再定位右側(cè)與之對稱的位置，并開 一個骨窗.于尾iv虎紅（濃度為70 mg/kg ）后，立即通過光纖管照射一側(cè)海馬 組織，照射完畢時再補(bǔ)充原虎紅劑量的一半，然后立即進(jìn)行另一側(cè)的冷光源照射. 光照強(qiáng)度：Max，

6、照射時間： 各30 min.術(shù)后縫合頭皮，正常喂養(yǎng).1.3.2水迷宮訓(xùn)練第1日讓大鼠自由游泳適應(yīng)2 min，從第2日開始，從站 臺所占象限外的另3個象限隨機(jī)選擇一個入水點(diǎn)，將大鼠面向池壁放入池中，觀 察并記錄大鼠尋找并爬上平臺的潛伏期.如2 min內(nèi)找不到站臺，則將其在站臺上放置30 s后再放回籠中，這時潛伏期記為 120 s.訓(xùn)練時分別從3個不同的入 水點(diǎn)入水，每次不同動物的入水點(diǎn)相同，訓(xùn)練順序固定 .此項(xiàng)主要訓(xùn)練大鼠的學(xué) 習(xí)記憶功能和游泳能力.1.3.3動物分組將30只大鼠于造模后隨機(jī)分為康復(fù)組和制動組，各 15只. 于造模3d后開始分別給予康復(fù)訓(xùn)練或制動，康復(fù)組每天上午訓(xùn)練 3次，每次間

7、 隔10 min ;制動組進(jìn)入制動籠（長 40 cm,直徑6 cm的網(wǎng)狀籠）中飼養(yǎng)，在頭 端有一容器給予食物和水，四肢和身體處于固定狀態(tài)1.3.4學(xué)習(xí)記憶行為測試采用避暗法，該方法是測試被動回避反應(yīng)；先將大 鼠放置在箱中適應(yīng)3 min，然后通電5 min （ 50 V，交流電），并記錄5 min內(nèi)的 鉆洞次數(shù)（即錯誤反應(yīng)次數(shù)），24 h后進(jìn)行測試.如大鼠進(jìn)入暗室，因暗室底通有 微弱的電流刺激大鼠，故大鼠逃出暗室，5 min以內(nèi)不進(jìn)入暗室，就完成了學(xué)習(xí)， 24 h后的測試就是記憶能力；把大鼠放入明室始至進(jìn)入暗室的時間稱作潛伏期，進(jìn)入暗室的次數(shù)為錯誤次數(shù).我們分別在大鼠造模前、造模后3 d （訓(xùn)練

8、前）、康 復(fù)訓(xùn)練后7,14,21 d進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶能力測試.統(tǒng)計學(xué)處理：采用SPSS12C軟件對明暗箱測試成績進(jìn)行統(tǒng)計，結(jié)果用 x ±s 表達(dá)，對造模前及造模3d后的組內(nèi)資料按配對設(shè)計進(jìn)行配對t檢驗(yàn)；對造模后 各時間點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)測量數(shù)據(jù)的方差分析.2結(jié)果2.1明暗箱測試潛伏期康復(fù)組和制動組造模3 d后潛伏期明顯較梗死前下降（t值分別為3364, 4326； P值分別為0005, 0001）;從方差分析結(jié)果看，康復(fù) 組與制動組之間的潛伏期存在明顯差別（F=5158, P=0031），兩組大鼠的記憶潛伏 期均隨時間逐漸恢復(fù)，但康復(fù)組較制動組恢復(fù)顯著（Tab 1）.表1康復(fù)、制動組 不同時

9、間的明暗箱測試潛伏期2.2明暗箱測試錯誤次數(shù)康復(fù)組和制動組造模 3 d后明暗箱錯誤次數(shù)明顯增 多（t值分別為-3873，-4000 ； P值分別為0002, 0001）;從方差分析結(jié)果看， 康復(fù)組較制動組的錯誤次數(shù)明顯減少（F=4699, P=0039，兩組大鼠的學(xué)習(xí)成績 均隨時間逐漸恢復(fù)，但康復(fù)組較制動組恢復(fù)顯著（Tab 2）.表2康復(fù)、制動組不 同時間的明暗箱測試錯誤次數(shù)3討論學(xué)習(xí)記憶是大腦最基本也是最重要的高級神經(jīng)功能之一，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)功 能的整合.海馬與學(xué)習(xí)記憶的關(guān)系密切，眾多研究表明，損毀雙側(cè)海馬動物的學(xué) 習(xí)記憶能力明顯下降，對大鼠的分辨學(xué)習(xí)、防御條件反應(yīng)的保持及空間習(xí)得能力 都有

10、破壞.而且研究表明海馬與近期記憶有關(guān)，損傷海馬可引起近期記憶的高度 喪失，致使動物或患者喪失了學(xué)習(xí)新事物和新技巧的能力.在大鼠實(shí)驗(yàn)中還觀察 到海馬參與了近期記憶中的情節(jié)記憶過程，與空間位置的學(xué)習(xí)有關(guān)海馬損傷或切除海馬，將造成順行性遺忘癥在腦中風(fēng)等腦缺血性疾病時，由于谷氨酸興奮毒性作用，產(chǎn)生大量的自由 基、興奮性氨基酸，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子超載，造成神經(jīng)細(xì)胞變性壞死，影響了神 經(jīng)元之間的信息傳遞，并最終引致腦功能障礙.海馬CA1區(qū)對缺氧缺血特別敏感， 劉匯波等發(fā)現(xiàn)大鼠雙側(cè)頸總動脈結(jié)扎后存活 30 d時動物的海馬CA1區(qū)神經(jīng)元數(shù) 目顯著減少，大量神經(jīng)細(xì)胞的軸突缺如，海馬錐體細(xì)胞密度減低，模型大鼠還存

11、在著與神經(jīng)元損傷成正相關(guān)的學(xué)習(xí)記憶障礙諸多研究表明，康復(fù)治療對缺血性腦梗死患者在改善感覺、運(yùn)動、行為能力 方面已獲得明顯的療效；記憶是中樞神經(jīng)的整合 ，記憶細(xì)胞和分子基礎(chǔ)定位于突 觸，記憶形成的基礎(chǔ)是突觸效應(yīng)增強(qiáng)行為學(xué)習(xí)改變了樹突和突觸形態(tài)結(jié)構(gòu)，增 加了運(yùn)動皮層和海馬突觸數(shù)密度和面密度，活化海馬和運(yùn)動皮層的傳入通路；以 及NMD受體密度的增多，加強(qiáng)了 NMDAe體依賴的LTP的產(chǎn)生.余茜等的研究亦 發(fā)現(xiàn)，康復(fù)訓(xùn)練可使梗死大鼠海馬突觸界面曲率和突觸后致密物厚度增大以及穿孔性突觸的百分率增多，使不同活性區(qū)傳遞功能大大增強(qiáng)，同時海馬NMD；受體通道開放電導(dǎo)水平、開放時間和開放概率的改變，進(jìn)一步增強(qiáng)了

12、突觸傳遞功能，使其習(xí)得性LTP形成速度明顯快于對照組，其結(jié)果是影響整個腦的場電位P300而影響梗死大鼠的學(xué)習(xí)記憶行為.本實(shí)驗(yàn)室既往的研究也證實(shí)康復(fù)訓(xùn)練能促進(jìn)神 經(jīng)功能及學(xué)習(xí)記憶的恢復(fù)Morris水迷宮是英國心理學(xué)家 Morris和其同事于20世紀(jì)80年代初設(shè)計并 應(yīng)用于學(xué)習(xí)記憶腦機(jī)制研究的.此后,該迷宮系統(tǒng)被廣泛運(yùn)用在神經(jīng)生物學(xué)領(lǐng)域 的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中，實(shí)驗(yàn)動物主要是大鼠，是常用的檢測空間學(xué)習(xí)記憶的裝 置.Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膬?yōu)點(diǎn)是，能排除動物在完成作業(yè)而經(jīng)過的途中所留 下的排泄物和所分泌的外激素對其他動物作業(yè)成績產(chǎn)生的影響.Chang等觀察到長期的迷宮訓(xùn)練能促進(jìn)神經(jīng)元的樹突發(fā)出側(cè)支，

13、何海蓉等發(fā)現(xiàn)，適宜溫度游泳能改善衰老動物學(xué)習(xí)記憶能力，可見水迷宮訓(xùn)練對神經(jīng)信息回路的重建有積極意義 因此，在本實(shí)驗(yàn)中，我們采用 Morris水迷宮訓(xùn)練作為康復(fù)訓(xùn)練手段，觀察了康 復(fù)訓(xùn)練對雙側(cè)海馬梗死后大鼠學(xué)習(xí)記憶功能的影響本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雙側(cè)海馬梗死后，大鼠出現(xiàn)了明顯的學(xué)習(xí)記憶能力下降，證 實(shí)了海馬對學(xué)習(xí)記憶功能的重要作用從時間上看，兩組大鼠于訓(xùn)練后均出現(xiàn)潛 伏期逐漸延長，錯誤次數(shù)逐漸減少，但康復(fù)組較制動組恢復(fù)明顯有研究發(fā)現(xiàn)損毀雙側(cè)海馬導(dǎo)致的空間作業(yè)習(xí)得的損害， 會隨著訓(xùn)練次數(shù)的增加而逐漸減弱、 消 失.而且海馬不同區(qū)域?qū)W(xué)習(xí)和記憶的參與是不同的，如，損毀海馬腹部大鼠分 辨學(xué)習(xí)的保存明顯受到破

14、壞，而海馬背部損毀其分辨學(xué)習(xí)的保存則不受影響；又如，應(yīng)用電刺激和電毀損法發(fā)現(xiàn)，CA1區(qū)與分辨學(xué)習(xí)有關(guān)，齒狀回則與分辨學(xué)習(xí) 的反轉(zhuǎn)有關(guān)，而CA3區(qū)則在長時記憶的保持中起重要作用.本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑殡p側(cè)海 馬CA1區(qū)局灶性梗死，可能因?yàn)楣Ｋ涝顑H局限于海馬 CA1區(qū)，功能環(huán)路未完全破 壞，或者大腦其他功能區(qū)參與了學(xué)習(xí)記憶的代償， 再加上大鼠本身功能恢復(fù)較快， 導(dǎo)致制動組學(xué)習(xí)記憶成績也逐漸恢復(fù)， 但與康復(fù)組比較，其學(xué)習(xí)記憶成績明顯較 差，仍能證實(shí)康復(fù)訓(xùn)練對學(xué)習(xí)記憶功能恢復(fù)的促進(jìn)作用 康復(fù)訓(xùn)練可能通過改變 梗死大鼠海馬的突觸結(jié)構(gòu)，活化突觸間傳遞通路，促進(jìn)習(xí)得性LTP的產(chǎn)生，進(jìn)而增強(qiáng)海馬突觸效應(yīng)的可塑性，改善大

15、鼠認(rèn)知功能，最終促進(jìn)了海馬梗死大鼠學(xué)習(xí)記憶功能的恢復(fù)1從心理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)討論海馬 LTP效應(yīng)1973年Bliss和Lmo在麻醉家兔海馬結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)了這種單突觸誘發(fā)反應(yīng)長 時間易化現(xiàn)象，將之定義為長時程突觸增強(qiáng)（Long-term potentiation,LTP）。隨后生 理學(xué)、心理學(xué)研究圍繞證明LTP是學(xué)習(xí)記憶的一種神經(jīng)基礎(chǔ)展開。 通常認(rèn)為LTP 可分為習(xí)得性LTP和非習(xí)得性（強(qiáng)直性）LTP。Teyler提出在行為反應(yīng)迅速改變的 過程中，如果LTP是學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)的話，理應(yīng)也能迅速作相應(yīng)的改變。由此產(chǎn)生2種推論：（1）在海馬細(xì)胞體層引導(dǎo)到的群體峰電位（population spike,P

16、S） 的發(fā)展變化超前于條件性行為的變化；（2）隨條件反應(yīng)建立、鞏固、消退、再建 立，相應(yīng)地出現(xiàn)LTP的產(chǎn)生、鞏固、消退與再產(chǎn)生。已有充分證據(jù)從正反兩方 面證明兩點(diǎn)的真實(shí)性及其協(xié)同性2。從海馬齒狀回、CA1到CA3區(qū)均有習(xí)得性 長時程增強(qiáng)的突觸效應(yīng)，表明 LTP是學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)之一。阮迪云認(rèn)為， LTP是高頻刺激后引起EPSP長時間持續(xù)增加的過程，是學(xué)習(xí)和記憶儲存的功能 單位。海馬結(jié)構(gòu)中貫穿徑路的纖維、苔蘚纖維 schaffer側(cè)支、錐體細(xì)胞軸突等內(nèi)部 環(huán)路都以Glu作為主要神經(jīng)遞質(zhì)。Glu在海馬內(nèi)主要有2種受體，即NMDA和 非NMDA（包括QA、KQ、APB），已知在LTP的誘發(fā)過程中非

17、習(xí)得性LTP（例如 強(qiáng)直性LTP的誘發(fā)）與NMDA受體上Ca2+i直接相關(guān)，刺激酪氨酸激酶、Ca2+ 鈣調(diào)蛋白激酶U、蛋白激酶C都能引起Ca2+i增加，直接誘導(dǎo)NMDA產(chǎn)生LTP， 同時習(xí)得性LTP的發(fā)展變化規(guī)律研究進(jìn)一步提示，學(xué)習(xí)記憶是一種包含著聯(lián)系 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜智力過程。Ach受體、GABA受體、NMDA受體及非NMDA廣 泛地參與習(xí)得性LTP的形成3。更為有意義的結(jié)果是，比較保持狀態(tài)的習(xí)得性 LTP與剛形成的習(xí)得性LTP，經(jīng)藥物處理后，后者消退得更慢。梁偉國提出，使 用相同劑量的NMDA 受體阻斷劑（aamino-5-phosphonovaleric acid,APV），前者消 退更慢

18、，并認(rèn)為保持時間越長，突觸后受體數(shù)目增加、敏感性增加程度越多。2從神經(jīng)解剖學(xué)、病理學(xué)討論海馬突觸效應(yīng)從神經(jīng)解剖角度來看，長時記憶的機(jī)制與突觸的形態(tài)、功能以及突觸間聯(lián)系 的建立、突觸的可塑性變化密切相關(guān)。Kaudel在海兔縮鰓反射形成長時程習(xí)慣 化時，觀察到感覺神經(jīng)元-運(yùn)動神經(jīng)元突觸的前膜上活化區(qū)大大減少，且活化區(qū) 內(nèi)囊泡數(shù)量明顯減少，而突觸有效程度由正常的90%降到30%4。洪岸對3組大鼠齒狀回分子層作常規(guī)電鏡觀察及突觸的體視學(xué)定量分析后，發(fā)現(xiàn)老年學(xué)習(xí)記憶減退鼠較老年記憶正常鼠和青年鼠海馬CA1區(qū)齒狀回分子層突觸數(shù)、面密度明顯減少，單個突觸平均面積明顯增大，且與行為損害顯著相關(guān)(丫=.5813

19、,P<0.05)。同期研究發(fā)現(xiàn)海馬神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的復(fù)雜變化與學(xué)習(xí)、記憶密切相關(guān)。王旭明等提出在血漿糖皮質(zhì)激素升高條件下，CA1、CA3區(qū)可見細(xì)胞層減少排列稀疏，有 固縮細(xì)胞，細(xì)胞突起呈念珠狀變化，錐體細(xì)胞樹突棘減少均為海馬神經(jīng)元的退行 性變化特征 。進(jìn)一步分子水平研究揭示，與年青大鼠相比，背海馬內(nèi)生成抑 素MRNA(SSMRNA)胞體數(shù)量明顯減少(P<0.01),胞體灰質(zhì)度值明顯升高 (P<0.01),表明具有退行性變化。顯然，這些細(xì)胞學(xué)變化必然導(dǎo)致功能上的改 變，神經(jīng)元形態(tài)結(jié)構(gòu)及RNA的退行性改變和細(xì)胞丟失必然會影響信息的貯存乃 至學(xué)習(xí)記憶功能。病理學(xué)家認(rèn)為老年性癡呆(seni

20、le dementia of Alzheimer type,SDAT)是中樞神 經(jīng)系統(tǒng)廣泛性潰變疾病，其特有的臨床表現(xiàn)一一記憶喪失、與基底前腦膽堿能潰 變直接相關(guān)。周麗華等對SDAT動物模型進(jìn)行移植治療后提出，對雙側(cè)海馬進(jìn)行 單純膽堿能腦組織移植及聯(lián)合移植膽堿能和NA能胚胎腦組織均能存活，移植物與宿主交界處有大量膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(CHAT)分布，偶見酪氨酸羥化酶(TH)分散分布，均能有效改善損傷大鼠的記憶，且前者較后者效果好7。另外，Nilsson已經(jīng)證實(shí)海馬內(nèi)聯(lián)合移植膽堿能及 5-HT能腦組織較單純膽堿能移植更好地改善 損傷鼠的記憶8。王阿敬等報道海馬及第 3腦室內(nèi)移植自體或新生大鼠頸上神 經(jīng)節(jié)9，利用其神經(jīng)細(xì)胞具有合成及釋放兒茶酚胺的能力，補(bǔ)充腦內(nèi)某些遞質(zhì) 含量而改善受損的記憶能力。3結(jié)語海馬作為大腦邊緣系統(tǒng)，與記憶相關(guān)的探討政成為研究的熱點(diǎn)。海馬局部 血栓形成后組織缺血缺氧，產(chǎn)生大量的自由基、興奮性氨基酸，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離