第五章-學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)生物學(xué)

第五章學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)生物學(xué)第一節(jié)概述第二節(jié)傳統(tǒng)的理論研究第三節(jié)學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)第四節(jié)學(xué)習(xí)和記憶與突觸可塑性第五節(jié)學(xué)習(xí)與記憶的分子機(jī)制第六節(jié)學(xué)習(xí)和記憶過程的調(diào)控第七節(jié)記憶障礙本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第1頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分第一節(jié)概述一、學(xué)習(xí)和記憶學(xué)習(xí)：指人和動(dòng)物獲得關(guān)于外界信息的神經(jīng)過程。記憶：人和動(dòng)物將獲得的外界信息貯存和讀出的神經(jīng)過程。二、進(jìn)展情況（一）整體（行為）水平（二）細(xì)胞水平（三）分子水平三、學(xué)習(xí)和記憶的分類（一）學(xué)習(xí)類型（二）記憶類型本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第2頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分（一）學(xué)習(xí)類型

1、聯(lián)想式學(xué)習(xí)（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)，即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)的學(xué)習(xí)過程。典型的聯(lián)合型學(xué)習(xí)：嘗試與錯(cuò)誤學(xué)習(xí)、經(jīng)典條件反射和操作性（工具性）條件反射2、非聯(lián)想式學(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。典型的非聯(lián)合型學(xué)習(xí)：習(xí)慣化和敏感化。（1）習(xí)慣化：指當(dāng)一個(gè)不具有傷害性刺激重復(fù)作用時(shí)，機(jī)體對(duì)該刺激的反射性行為反應(yīng)逐漸減弱的過程。（2）敏感化（假性條件化）：強(qiáng)的刺激引起一定的傷害后，同類的弱刺激引起反應(yīng)增強(qiáng)的現(xiàn)象。本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第3頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分嘗試與錯(cuò)誤學(xué)習(xí)桑戴克（E.L.Thorndike，1847～1949)問題箱、迷津箱（T與Y迷津）桑代克用木條釘成的箱子里，有一能打開門的腳踏板。當(dāng)門開啟后，貓即可逃出箱子，并能得到箱子外的獎(jiǎng)賞——魚。試驗(yàn)開始了。一開始，餓貓進(jìn)入箱子中時(shí)，只是無(wú)目的地亂咬、亂撞，后來(lái)偶然碰上腳踏板，餓貓打開箱門，逃出箱子。學(xué)習(xí)行為形成的指標(biāo)是動(dòng)物通過嘗試與錯(cuò)誤的經(jīng)驗(yàn)積累，使正確反應(yīng)所需的時(shí)間逐漸縮短。效果律：在嘗試與錯(cuò)誤式學(xué)習(xí)中，具有生物學(xué)或社會(huì)強(qiáng)化效果的聯(lián)想能較快形成與鞏固，就是效果律；練習(xí)律：對(duì)某一類情景的各種反應(yīng)中，只有那些與情景多次重復(fù)發(fā)生的行為才能鞏固和加強(qiáng)，就是練習(xí)律。

本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第4頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分經(jīng)典條件反射巴甫洛夫條件刺激（CS、無(wú)關(guān)刺激、鈴聲）非條件刺激（US、食物）本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第5頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分操作式條件反射(instrumentalconditionedreflex)

斯金納（B.F.Skinner，1904-1990

）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)。本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第6頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分（二）記憶類型1、陳述性記憶和非陳述性記憶（1）陳述性記憶——外顯記憶（explicitmemory）（2）非陳述性記憶——內(nèi)隱記憶（implicitmemory)2、短時(shí)記憶和長(zhǎng)時(shí)記憶（1）短時(shí)記憶（2）長(zhǎng)時(shí)記憶3、工作記憶與參考記憶（1）工作記憶（操作性記憶）（2）參考記憶本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第7頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分第二節(jié)傳統(tǒng)的理論研究一、腦等位論與機(jī)能定位論的統(tǒng)一（一）腦等位論1917年，美國(guó)學(xué)者拉什利（KarlSpencerLashley）均勢(shì)（等位性）原理總體活動(dòng)(整體性)原理巴甫洛夫（二）.機(jī)能定位論加爾（FranzJosefGall1758-1828）：顱相說(shuō)。失語(yǔ)癥的臨床研究。20世紀(jì)40-50年代，定位說(shuō)得到進(jìn)一步的發(fā)展。二、暫時(shí)聯(lián)系與異源性突觸易化本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第8頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分二、暫時(shí)聯(lián)系與異源性突觸易化（一）巴甫洛夫：認(rèn)為條件反射建立的基礎(chǔ)是條件刺激和非條件刺激在腦內(nèi)引起的興奮灶間形成了暫時(shí)聯(lián)系（二）50－60年代，細(xì)胞電生理學(xué)與電子顯微鏡的超微結(jié)構(gòu)研究：異源性突觸聯(lián)系

（三）80年代末期，腦生物化學(xué)研究

當(dāng)代神經(jīng)科學(xué)認(rèn)識(shí)到暫時(shí)聯(lián)系的形成，是神經(jīng)元的普遍機(jī)能特性，它的生理學(xué)基礎(chǔ)是大量異源性突觸間的易化――異源性突觸易化。本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第9頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分第三節(jié)學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)一、參與學(xué)習(xí)與記憶的腦結(jié)構(gòu)（一）海馬與學(xué)習(xí)記憶（二）杏仁核和學(xué)習(xí)記憶（三）間腦與記憶加工（四）聯(lián)合皮層與學(xué)習(xí)記憶（五）小腦的學(xué)習(xí)與記憶功能二、記憶的痕跡理論三、腦的記憶系統(tǒng)（一）陳述性記憶的神經(jīng)回路（二）非陳述性記憶的神經(jīng)回路本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第10頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分（一）海馬與學(xué)習(xí)記憶1、海馬損傷的研究工作2、海馬在學(xué)習(xí)記憶中的功能本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第11頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分海馬損傷的研究工作（1）H.M.病例

順時(shí)性遺忘：不能回憶緊急產(chǎn)生的記憶缺失后一段時(shí)間內(nèi)所經(jīng)歷的事情。（2）大鼠走迷宮行為實(shí)驗(yàn)（3）海馬在學(xué)習(xí)記憶過程中的電生理變化實(shí)驗(yàn)Thompson（湯姆遜）（1976年）

（4）延遲性非配對(duì)樣品的記憶實(shí)驗(yàn)Mishkin本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第12頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分海馬在學(xué)習(xí)記憶中的功能（1）海馬對(duì)建立環(huán)境的空間位置記憶有特殊作用，（2）海馬在考察環(huán)境刺激的耦合關(guān)系中起主要作用。（3）海馬和杏仁核是感覺體驗(yàn)轉(zhuǎn)化為記憶的關(guān)鍵部位。本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第13頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分（二）杏仁核和學(xué)習(xí)記憶（1）把感覺體驗(yàn)轉(zhuǎn)化為記憶的另一關(guān)鍵部位。（2）在記憶匯合過程中有重要作用。本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第14頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分（三）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認(rèn)識(shí)記憶1959年，美有一個(gè)21歲的雷達(dá)技師N.A.逆行性遺忘：不能回憶受傷前一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生的事情，但對(duì)較早發(fā)生的事情仍能回憶。1889年，Korsakoff遺忘癥

本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第15頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分（四）聯(lián)合皮層與學(xué)習(xí)記憶1、顳下聯(lián)合皮層顳下回可分為兩部分，遠(yuǎn)離枕葉的部分與三維物體的認(rèn)知學(xué)習(xí)有關(guān)，與枕葉距離較近的部分與二維圖形鑒別學(xué)習(xí)有關(guān)。猴的延緩物體不匹配實(shí)驗(yàn)2、前額葉聯(lián)合皮層1935年，杰克遜的延緩反應(yīng)和交替延緩反應(yīng)實(shí)驗(yàn)前額葉聯(lián)絡(luò)區(qū)皮層與時(shí)間和空間關(guān)系的復(fù)雜綜合功能有關(guān)?？偨Y(jié)：前額葉聯(lián)合皮層與運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)行為、復(fù)雜的空間關(guān)系的學(xué)習(xí)、記憶有關(guān)；顳、頂枕聯(lián)合皮層與感覺記憶學(xué)習(xí)和空間關(guān)系的學(xué)習(xí)記憶有關(guān)

本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第16頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分（五）小腦的學(xué)習(xí)與記憶功能小腦與快速運(yùn)動(dòng)反應(yīng)性學(xué)習(xí)與記憶有關(guān)Thompson的瞬膜反射的進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，損毀海馬結(jié)構(gòu)，并不影響已建立的瞬膜條件反射，但損毀小腦皮層，則完全不可能建立瞬膜條件反射，已訓(xùn)練好的反射也會(huì)消失

本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第17頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分二、記憶的痕跡理論1949年，加拿大神經(jīng)心理學(xué)家Hebb（赫布）提出了記憶痕跡理論。內(nèi)容：短時(shí)記憶的腦機(jī)制是腦內(nèi)神經(jīng)元快速形成的反響回路；長(zhǎng)時(shí)記憶的生理機(jī)制可能是腦內(nèi)逐漸形成的生物化學(xué)與突觸結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化。這種理論認(rèn)為：短時(shí)記憶是腦內(nèi)神經(jīng)元回路中電活動(dòng)的自我興奮作用所形成的反響振蕩，這種反響振蕩可能很快消退，也可能由外部條件促成腦內(nèi)逐漸發(fā)生著化學(xué)的或結(jié)構(gòu)的變化，從而使短時(shí)記憶發(fā)展成長(zhǎng)時(shí)記憶。（一）短時(shí)記憶的反響回路（二）長(zhǎng)時(shí)記憶的生化基礎(chǔ)（三）記憶痕跡的腦形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第18頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分（一）短時(shí)記憶的反響回路證據(jù)電休克處理對(duì)短時(shí)記憶的影響說(shuō)明：反響回路的概念對(duì)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(shí)記憶向長(zhǎng)時(shí)記憶轉(zhuǎn)化。神經(jīng)解剖學(xué)表明反響環(huán)路確實(shí)存在1958年，伯恩斯（Berns）制作了孤立大腦皮層白鼠跳臺(tái)實(shí)驗(yàn)（Jarvik等）本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第19頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分(二)長(zhǎng)時(shí)記憶的生化基礎(chǔ)核糖核酸（RNA）與學(xué)習(xí)H.Hyden（1960）最早報(bào)道了關(guān)于記憶與RNA關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其理論設(shè)想。海登：大鼠走鋼絲實(shí)驗(yàn)(1959)學(xué)習(xí)訓(xùn)練后引起腦細(xì)胞內(nèi)RNA變化（1959）伯恩（1970）以渦蟲為實(shí)驗(yàn)對(duì)象進(jìn)行“遷移”研究。

RNA假設(shè)RNA的重要功能是合成蛋白質(zhì)，RNA與長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)時(shí)記憶痕跡的形成，合成新的蛋白質(zhì)是必需的。本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第20頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分（三）記憶痕跡的腦形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)1、突觸前的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(chǔ)存、釋放等環(huán)節(jié)。2、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(huì)使同樣數(shù)量的神經(jīng)遞質(zhì)產(chǎn)生更大的效果。3、形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化包括突觸的增多或增大，樹突的大小、傳導(dǎo)性及其內(nèi)部的化學(xué)組成的改變。本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第21頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第22頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分（一）陳述性記憶的神經(jīng)回路邊緣系統(tǒng)中內(nèi)側(cè)顳葉、內(nèi)側(cè)丘腦、內(nèi)側(cè)額葉本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第23頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分（二）非陳述性記憶的神經(jīng)回路紋狀體本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第24頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分第四節(jié)學(xué)習(xí)和記憶與突觸可塑性一、學(xué)習(xí)記憶與突觸結(jié)構(gòu)的可塑性（一）低等動(dòng)物學(xué)習(xí)訓(xùn)練中突觸的解剖學(xué)變化

（二）哺乳動(dòng)物學(xué)習(xí)過程中樹突觸數(shù)目的變化1966年，Rosenzweig（洛森茲威格）“豐富化、貧乏化環(huán)境”養(yǎng)育實(shí)驗(yàn)二、學(xué)習(xí)記憶與突觸傳遞效能的可塑性三、學(xué)習(xí)記憶過程中突觸結(jié)構(gòu)可塑性與突觸功能可塑性的關(guān)系本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第25頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分Alkon：美國(guó)神經(jīng)疾病傳染病研究員，1988年實(shí)驗(yàn)海參結(jié)果：光感受神經(jīng)元聚集起來(lái)了，并且有著最緊密的聚集末端，在聚集過程中該細(xì)胞減少了某些聯(lián)系并放大了傳給較少數(shù)細(xì)胞的信號(hào)。本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第26頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分“豐富化、貧乏化環(huán)境”養(yǎng)育實(shí)驗(yàn)21天的大鼠分成三組，飼養(yǎng)在不同的生活環(huán)境豐富環(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，按比例計(jì)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(dòng)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(dòng)物為強(qiáng)。豐富環(huán)境枯燥環(huán)境本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第27頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分

二、學(xué)習(xí)記憶與突觸傳遞效能的可塑性

（一）突觸傳遞的長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（LTP）

帕帕茲環(huán)路:三突觸回路:長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（LTP）:（二）突觸傳遞的長(zhǎng)時(shí)程壓抑（LTD）長(zhǎng)時(shí)程壓抑（LTD）：LTD在學(xué)習(xí)記憶中的作用（功能）本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第28頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分帕帕茲環(huán)路1937年，神經(jīng)生理學(xué)家J.W.papez提出即海馬→穹窿→乳頭體→乳頭丘腦束→丘腦前核→扣帶回→海馬本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第29頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分三突觸回路

三突觸回路：穿通纖維內(nèi)嗅區(qū)皮層海馬齒狀回苔狀纖維CA1區(qū)CA3區(qū)本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第30頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)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，則可在齒狀回記錄到場(chǎng)電位或細(xì)胞外電活動(dòng)，刺激停止后5－25分鐘，再次記錄齒狀回的電反應(yīng)，不但未衰減，反而增強(qiáng)2倍以上,象這種長(zhǎng)時(shí)程的突觸傳遞效能改變（易化）的現(xiàn)象稱之為“長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)LTP）。一側(cè)性對(duì)側(cè)條件反射性LTP對(duì)側(cè)內(nèi)嗅區(qū)電刺激（CS）+對(duì)側(cè)LTP條件反射同側(cè)內(nèi)嗅區(qū)電刺激（US）本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第31頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分長(zhǎng)時(shí)程壓抑（LTD）日本，Ito（伊藤正男）含義：在小腦上給予平行纖維（PF）和爬行纖維（CF）同時(shí)刺激，在平行纖維與蒲肯野細(xì)胞的突觸處誘發(fā)電位的放電脈沖減少，興奮性突觸后電位變小，持續(xù)至少1h以上，這種突觸傳遞效率的長(zhǎng)時(shí)程降低稱為L(zhǎng)TD。本文檔共34頁(yè)；當(dāng)前第32頁(yè)；編輯于星期三\12點(diǎn)20分LTD在學(xué)習(xí)記憶中的作用（功能）1、LTD的誘導(dǎo)可使LTP免于被飽和，使記憶始終保持一定容量。2、LTD的誘導(dǎo)可以提高相鄰?fù)挥|LTP誘導(dǎo)的敏感性，進(jìn)而提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)重建的精細(xì)度和