學(xué)習(xí)和記憶的神經(jīng)生物學(xué)的基礎(chǔ)

1、學(xué)習(xí)和記憶的神經(jīng)生物學(xué)的基礎(chǔ)第一節(jié) 學(xué)習(xí)和記憶的分類1.1 學(xué)習(xí)類型1.2 記憶類型第二節(jié) 學(xué)習(xí)的腦機制2.1 行為水平2.2 細(xì)胞水平2.3 分子水平第三節(jié) 記憶的神經(jīng)生化基礎(chǔ)3.1 短時記憶的生理機制3.2 長時記憶的生理機制3.3 長時記憶的分子生物學(xué)基礎(chǔ) 第四節(jié) 學(xué)習(xí)記憶與突觸可塑性4.1 對側(cè)長時程增強效應(yīng)的建立與突觸的可塑性4.2 學(xué)習(xí)和記憶能力與發(fā)育的關(guān)系4.3 環(huán)境、教育與腦第五節(jié) 記憶與智能障礙5.1 記憶障礙5.2 智能障礙 本章重點和難點重點：學(xué)習(xí)和記憶的腦機制、學(xué)習(xí)與突觸可塑性的關(guān)系。難點：學(xué)習(xí)和記憶的神經(jīng)及分子生物學(xué)基礎(chǔ) 本章必讀書目與參考書目1. 梅鎮(zhèn)彤學(xué)習(xí)和記憶的

2、神經(jīng)生物學(xué)，上?？萍冀逃霭嫔?，1997。2. 沈政、林庶之生理心理學(xué), 北京大學(xué)出版社，1993。3. 邵郊生理心理學(xué), 北京大學(xué)出版社，1978。4. Carlson N.R Physiology of behavior, Allyn &Bacon，2000。 5.Carson R.C.&Butcher J.N.游恒山譯，變態(tài)心理學(xué)，五南圖書出版，中華民國82年10月（資料室）。學(xué)習(xí)與記憶障礙問題：學(xué)習(xí)失能智能不足老年性癡呆科爾薩科夫綜合癥1.1 學(xué)習(xí)類型A. 聯(lián)想式學(xué)習(xí) 根據(jù)外部條件和實驗方法不同，可分為3種類型： 嘗試與錯誤學(xué)習(xí)，經(jīng)典條件反射和操作式條件反射。第一節(jié) 學(xué)習(xí)和記憶的分類

3、嘗試與錯誤學(xué)習(xí)：桑戴克（)問題箱、迷津箱（T與Y迷津）學(xué)習(xí)行為形成的指標(biāo)是動物通過嘗試與錯誤的經(jīng)驗積累，使正確反應(yīng)所需的時間逐漸縮短。經(jīng)典條件反射： 條件刺激（CS、無關(guān)刺激、鈴聲） 非條件刺激（US、食物）學(xué)習(xí)是刺激（S）與反應(yīng)（R）之間的聯(lián)結(jié)，并在腦內(nèi)伴隨著聯(lián)想的出現(xiàn)。操作式條件反射 (instrumental conditioned reflex) 斯金納（B.F.Skinner,1938-） 單一模式的刺激重復(fù)出現(xiàn)單一興奮灶重復(fù)出現(xiàn)興奮性發(fā)生量變習(xí)慣化敏感化 B.非聯(lián)想式學(xué)習(xí)肯特爾（E.R.Kandel,1976）C. 程序性學(xué)習(xí)或熟練與技巧性學(xué)習(xí)D. 認(rèn)知學(xué)習(xí)E. 情緒性學(xué)習(xí)F.味厭

4、惡式學(xué)習(xí)G. 印記式學(xué)習(xí)短時記憶和長時記憶1.2 記憶類型陳述性記憶和非陳述性記憶陳述性記憶外顯記憶（explicit memory）非陳述性記憶內(nèi)隱記憶（implicit memory)A.機能定位論加爾（Franz Josef Gall 1758-1828）：顱相說。第二節(jié) 學(xué)習(xí)的腦機制失語癥的臨床研究。20世紀(jì)40-50年代，定位說得到進一步的發(fā)展。2.1 行為水平上：腦等位論和機能定位論的統(tǒng)一 B. 腦等位論拉什利（Karl Spencer Lashley, 1890-1958）。均勢(equipotentiality)原理總體活動(mass action)原理我們?nèi)绾卫斫?Lashl

5、ey的實驗結(jié)果呢？ C. 機能系統(tǒng)學(xué)說 魯利亞 第一機能系統(tǒng)：激活與覺醒，腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和邊緣系統(tǒng)等。 第二機能系統(tǒng)：信息接受、加工和儲存的系統(tǒng)。 皮層的枕葉、顳葉和頂葉以及相應(yīng)的皮層下組織。 第三機能系統(tǒng)：行為調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是編制行為程序、調(diào)節(jié)和控制行為的系統(tǒng)。 人的各種行為和心理活動是三個機能系統(tǒng)相互作用、協(xié)同活動的結(jié)果。其中每個機能系統(tǒng)又起各自不同的作用。 D.模塊說(module theory)人腦在結(jié)構(gòu)和功能上都是由高度專門化并相對獨立的模塊（module）組成。模塊復(fù)雜而巧妙的結(jié)合是實現(xiàn)復(fù)雜而精細(xì)認(rèn)知功能的基礎(chǔ)。認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的許多新的研究成果，都支持了模塊學(xué)說?？偨Y(jié) 學(xué)習(xí)與記憶都不是統(tǒng)一

6、的過程，也不是哪一種腦結(jié)構(gòu)的特殊功能。 學(xué)習(xí)是積累經(jīng)驗與知識的過程，也是對外部事物前后關(guān)聯(lián)的把握和理解的過程； 記憶是知識或經(jīng)驗的輸入、保持和提取的過程。 根據(jù)知識、經(jīng)驗、外部事件動態(tài)變化規(guī)律不同，學(xué)習(xí)或掌握規(guī)律的方式就不同，參與這些過程的腦結(jié)構(gòu)也就不完全相同 2.2 細(xì)胞水平上：異源性突觸易化暫時聯(lián)系異源性突觸聯(lián)系異源性突觸易化異源性突觸易化至少有兩種方式：突觸前成分間的活動依存性強化機制； 突觸前后間強化機制A.非聯(lián)想學(xué)習(xí)的神經(jīng)機制敏感化的機制習(xí)慣化的機制CR CS B. 聯(lián)想學(xué)習(xí)的神經(jīng)機制簡單的聯(lián)想學(xué)習(xí)CS+ USCR海兔的經(jīng)典條件反射學(xué)習(xí) US（5-HT） 總結(jié)： l聯(lián)想學(xué)習(xí)和非聯(lián)想學(xué)

7、習(xí)具有共同的機制活動依存性突觸易化 兩者之間僅具有量的差別： 聯(lián)想式學(xué)習(xí)，其突觸后興奮電位（EPSPs）最強；敏感化引起的EPSPs次之，卻強于習(xí)慣化組動物。 2.3 分子水平上：蛋白質(zhì)變構(gòu)是學(xué)習(xí)的分子生物學(xué)基礎(chǔ)A.非聯(lián)想學(xué)習(xí) 敏感化習(xí)慣化B.簡單聯(lián)想學(xué)習(xí)lCS引起適量鈣離子的流入，通過鈣調(diào)素首先引起腺苷酸環(huán)化酶（AC）活性輕度增加。lUS引起遞質(zhì)（5-HT）與受體結(jié)合，增強了環(huán)化酶的活性。lAC的激活及其所導(dǎo)致的cAMP大量生成過程符合條件反射建立的基本規(guī)律。AC的分子具備學(xué)習(xí)過程的基本條件，成為學(xué)習(xí)的分子基礎(chǔ)。第三節(jié) 記憶的神經(jīng)生化基礎(chǔ)記憶過程 編碼（encoding） 鞏固 (sonso

8、lidation) 提取 (retrieval)。 Wi11iamJames （ 1890 ）：短時記憶和長時記憶可能是不同的過程?？娎?Muller，1900) ：實驗過程： 學(xué)習(xí) 緊張的智力活動 測查對原先學(xué)習(xí)材料回憶的正確率。結(jié)果：回憶的正確率大大下降?！办柟碳僭O(shè)”（consolidation hypothesis）。3.1 短時記憶的生理機制 加拿大神經(jīng)心理學(xué)家Hebb（1949） 反響回路（返回環(huán)路說）返回環(huán)路說：神經(jīng)解剖學(xué)表明返回環(huán)路確實存在，主要觀察證據(jù)：白鼠跳臺實驗（Jarcik 等）說明：反響回路的概念對記憶痕跡的保存提供了部分的回答。如果反復(fù)記憶，導(dǎo)致短時記憶向長時記憶轉(zhuǎn)化

9、。3.2 長時記憶的生理機制 生理學(xué)家證明：學(xué)習(xí)記憶活動也能改變突觸的結(jié)構(gòu)。突觸的可塑性包括 突觸結(jié)合的可塑性 突觸傳遞的可塑性長時記憶的突觸學(xué)說 ：a. 突觸前變化包括突觸小體的數(shù)目、大小方面的變化，以及神經(jīng)遞質(zhì)的合成、儲存、釋放等環(huán)節(jié)。b.形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化： 突觸的增大或增多，樹突的大小、傳導(dǎo)性及其內(nèi)部的化學(xué)組成的改變。 c.突觸后變化包括受體密度，受體活性，離子通道蛋白和細(xì)胞內(nèi)信使的變化。突觸后的反應(yīng)性和敏感性的改變，增加了敏感就會使同樣數(shù)量的神經(jīng)遞質(zhì)產(chǎn)生更大的效果。3.4 長時記憶的分子生物學(xué)基礎(chǔ)A.核糖核酸（RNA）與學(xué)習(xí)H. Hyden（1960）最早報道了關(guān)于記憶與 RNA關(guān)系的實

10、驗結(jié)果及其理論設(shè)想。學(xué)習(xí)訓(xùn)練后引起腦細(xì)胞內(nèi)RNA變化（1959）訓(xùn)練老鼠換肢取食(1964)B. RNA假設(shè) RNA的重要功能是合成蛋白質(zhì)，RNA與長時記憶痕跡的關(guān)系問題，自然包括含著蛋白質(zhì)合成與記憶關(guān)系問題。即長時記憶痕跡的形成，合成新的蛋白質(zhì)是必需的。環(huán)磷酸腺苷激酶理論（The cAMP-Kinase Theory） CNS的可塑性突觸的可塑性第四節(jié) 學(xué)習(xí)記憶與突觸可塑性4.1 對側(cè)長時程增強效應(yīng)的建立與突觸的可塑性 三突觸回路： 返通路或穿通 內(nèi)嗅區(qū)皮層 海馬齒狀回 苔狀纖維 CA1區(qū) CA3區(qū)長時程增強效應(yīng)（LTP）：Lomo（1966）在內(nèi)嗅區(qū)皮層給出一串連續(xù)性或電緊張性刺激，則可在

11、齒狀回記錄到場電位或細(xì)胞外電活動，刺激停止后525分鐘，再次記錄齒狀回的電反應(yīng)，不但未衰減，反而增強 2倍以上。一側(cè)性 對側(cè)條件反射性 LTP對側(cè)內(nèi)嗅區(qū)電刺激（CS） + 對側(cè)LTP條件反射同側(cè)內(nèi)嗅區(qū)電刺激（US）4.2 學(xué)習(xí)和記憶能力與發(fā)育的關(guān)系學(xué)習(xí)和記憶能力在人的一生中是有變化的。形成長時記憶的能力需要神經(jīng)系統(tǒng)的成熟。4.3 環(huán)境、教育與腦早期環(huán)境對動物大腦發(fā)育的影響:Rosenzweig等（l966，l97l）21天的大鼠分成三組，飼養(yǎng)在不同的生活環(huán)境中豐富環(huán)境枯燥環(huán)境(即隔離環(huán)境)標(biāo)準(zhǔn)飼養(yǎng)條件豐富環(huán)境枯燥環(huán)境結(jié)果：豐富環(huán)境下：腦皮層較重較厚，特別在枕區(qū)，而且皮層比腦其它區(qū)域增加的重量，

12、按比例計算較重，腦內(nèi)神經(jīng)元大,樹突分枝多，腦內(nèi)乙酰膽堿脂酶和膽堿脂酶的活動水平較高，RNA/DNA的比值增高。標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的大白鼠其特征介于另外兩組之間。在豐富條件下飼養(yǎng)的大鼠在解決問題方面的能力，較其它兩組動物為強。結(jié)論：較大較少的突觸是由于學(xué)習(xí)和經(jīng)驗的結(jié)果。迄今為止，由隔離和豐富環(huán)境引起的腦的變化，在人身上并沒有得到證明。腦的可塑性順行性遺忘癥(anterograde amnesia，簡稱AA)逆行性遺忘癥(retrograde amnesia，簡稱RA)第五節(jié) 記憶與智能障礙5.1 記憶障礙H.M.1953年，27歲，因癲癇而切除了雙側(cè)海馬結(jié)構(gòu)。手術(shù)后產(chǎn)生嚴(yán)重的學(xué)習(xí)和記憶功能的異常：H.M.腦功能的損傷對記憶是特異的，而且是對記憶的某些方面具有特異性。順行性遺忘。逆行性遺忘癥狀同樣是局限的。技巧性活動的能力仍是完好無缺。陳述性記憶(經(jīng)驗)與非陳述性記憶是屬于不同的記憶系統(tǒng)，是可以分開的。意義：大大推動了對海馬記憶功能的了解。 5.2 智能不足智能不足者學(xué)習(xí)基本學(xué)業(yè)技巧的障礙起因：可能是生物的、心理社