第五章-學(xué)習(xí)和記憶神經(jīng)生物學(xué)

第五章學(xué)習(xí)和記憶神經(jīng)生物學(xué)第一節(jié)學(xué)習(xí)與記憶分類第二節(jié)學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)第三節(jié)學(xué)習(xí)和記憶與突觸可塑性第四節(jié)學(xué)習(xí)與記憶的分子機(jī)制第五節(jié)學(xué)習(xí)與記憶過程的調(diào)控第六節(jié)記憶障礙記憶機(jī)制簡介記憶機(jī)制研究的意義：不僅可以揭示人腦的工作原理，防治記憶疾病，提高人類的記憶能力，而且對(duì)于發(fā)展新型的信息處理機(jī)器也有很大的作用。記憶的腦功能定位20世紀(jì)30年代，拉塞利提出了記憶分布于全腦的學(xué)說，到了40年代，潘菲爾德（Penfield）又提出了腦功能的局部定位說。記憶的物質(zhì)基礎(chǔ)已有資料表明，在細(xì)胞水平上，細(xì)胞間的突觸聯(lián)系的改變是形成記憶的基礎(chǔ)；在分子層次的記憶研究表明，對(duì)于不同種屬動(dòng)物的腦，記憶的分子機(jī)制是相當(dāng)一致的，這些研究揭示了生物基本原理的統(tǒng)一性。記憶研究的理論探討黑伯（Hebb）在20世紀(jì)40年代提出了突觸聯(lián)系的改變?yōu)橛洃浀幕A(chǔ)，即著名的突觸變化的黑伯定律。認(rèn)知心理學(xué)從信息處理觀點(diǎn)出發(fā)，也提出了一些記憶的模型。學(xué)習(xí)與記憶學(xué)習(xí)：指人和動(dòng)物獲得外界信息的神經(jīng)過程記憶：將獲得的信息貯存和讀出的神經(jīng)過程學(xué)習(xí)廣義的行為定義：動(dòng)物個(gè)體在與環(huán)境中發(fā)生的新事物接觸的經(jīng)驗(yàn)中改變自己的適應(yīng)行為，也就是新的適應(yīng)行為（或新行為模式）的獲得過程學(xué)習(xí)與記憶功能的生物學(xué)特性不變量形成信息平行處理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高效低耗能第一節(jié)學(xué)習(xí)與記憶的分類記憶的廣義定義：指機(jī)體所保存的關(guān)于生存的環(huán)境信息和它自身的信息

個(gè)體記憶：個(gè)體生命中所積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分類

種族記憶：來自進(jìn)化過程中祖先積累保存下來的信息非聯(lián)合型學(xué)習(xí)和聯(lián)合學(xué)習(xí)非聯(lián)合型學(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)形式表現(xiàn)：在單一刺激長期重復(fù)作用下個(gè)體對(duì)該刺激的行為發(fā)生改變典型方式習(xí)慣化：指一個(gè)不具有傷害性效應(yīng)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)逐漸減弱的過程敏感化：表現(xiàn)為當(dāng)一個(gè)強(qiáng)刺激存在時(shí)，大腦對(duì)一個(gè)弱刺激的反應(yīng)會(huì)得到加強(qiáng)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)。它的實(shí)質(zhì)是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)的過程種類：經(jīng)典性條件反射和操作性條件反射陳述性記憶和非陳述性記憶陳述性記憶：指對(duì)事實(shí)或事件及其相互關(guān)系的記憶，又稱外顯記憶非陳述性記憶：是具有自主或反射性質(zhì)的記憶，又稱內(nèi)隱記憶短時(shí)記憶和長時(shí)記憶工作記憶與參考記憶工作記憶：指對(duì)某次訓(xùn)練時(shí)出現(xiàn)的特殊刺激或線索的記憶，也就是動(dòng)物或人在進(jìn)行某種復(fù)雜的認(rèn)知任務(wù)操作過程中腦內(nèi)“在線”或短暫貯存某些必要信息的神經(jīng)過程參考記憶：整個(gè)訓(xùn)練過程中一直不變的一般線索或規(guī)則的記憶第二節(jié)學(xué)習(xí)與記憶的神經(jīng)基礎(chǔ)參與學(xué)習(xí)與記憶的腦結(jié)構(gòu)顳葉海馬和杏仁核間腦新皮質(zhì)腦內(nèi)記憶系統(tǒng)陳述性記憶的神經(jīng)回路非陳述性記憶的神經(jīng)回路工作記憶系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)性學(xué)習(xí)記憶神經(jīng)回路記憶的生理單元顳葉的記憶作用1.顳葉下回在視覺辨別學(xué)習(xí)記憶中具有重要作用2.顳葉新皮質(zhì)具有貯存記憶印記的能力：Penfield關(guān)于癲癇病人的研究3.顳葉損傷容易產(chǎn)生長時(shí)記憶障礙：Scoville和Milner對(duì)H.M的研究4.顳葉皮質(zhì)的偏側(cè)化傾向Milner采用各種不同的記憶測驗(yàn)，驗(yàn)證了兩側(cè)顳葉新皮質(zhì)受損的不同效應(yīng)，進(jìn)一步證實(shí)了顳葉皮質(zhì)的偏側(cè)化傾向。（結(jié)果）5.Hebb的理論Hebb認(rèn)為，如果某種記憶印記僅由一種感覺模式所形成，那么該印記位于與這種感覺有關(guān)的大腦皮質(zhì)區(qū)域海馬在記憶中的作用海馬是實(shí)現(xiàn)記憶的第一步來自電生理方面的證據(jù)：Thompson等人的瞬膜反射實(shí)驗(yàn)?zāi)X損傷方面的證據(jù)：Mishkin等人的延遲性非配對(duì)樣品（DNMS）的記憶實(shí)驗(yàn)海馬是長時(shí)記憶的過濾器，信息傳遞給海馬，并暫時(shí)儲(chǔ)存，只有經(jīng)過海馬加工的信息才能進(jìn)入長時(shí)記憶進(jìn)行儲(chǔ)存修補(bǔ)大腦芯片的誕生1.由美國南加利福尼亞大學(xué)西奧多·伯格等人研制，以在實(shí)驗(yàn)鼠腦組織切片上試驗(yàn)成功，隨后將進(jìn)行活體實(shí)驗(yàn)。該芯片主要是發(fā)揮大腦“海馬”部位的功能。2.研制該芯片克服了三大困難1）建立“海馬”在各種不同條件下工作的數(shù)學(xué)模型2）將這一模型編程到芯片中3）使芯片能夠與大腦其他部位協(xié)調(diào)工作“四肢發(fā)達(dá)，頭腦簡單”真的有道理適量運(yùn)動(dòng)會(huì)使人更聰明運(yùn)動(dòng)過度腦子會(huì)變笨杏仁核在記憶中的作用將感覺體驗(yàn)轉(zhuǎn)換為記憶，在記憶匯合過程中的作用十分突出。Mishkin等人證明，杏仁核復(fù)合體與皮質(zhì)的所有感覺系統(tǒng)有著直接聯(lián)系（圖）杏仁核在聯(lián)系不同的感覺所形成的記憶中發(fā)揮著重要作用：延遲性非配對(duì)樣品實(shí)驗(yàn)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加工認(rèn)識(shí)記憶（圖）間腦與科爾薩可夫（Korsakoff）綜合癥新皮質(zhì)與記憶新皮質(zhì)是人類長期進(jìn)化過程中形成的大腦皮質(zhì)，它與一些高級(jí)的精細(xì)、復(fù)雜的加工有關(guān)。前額葉與記憶的關(guān)系前額葉與記憶的關(guān)系前額葉與空間工作記憶有關(guān)系前額葉與物體工作記憶有關(guān)系前額葉與先后次序的記憶關(guān)系密切前額葉與空間工作記憶的關(guān)系延緩反應(yīng)任務(wù)實(shí)驗(yàn)（delayed-response,DR任務(wù)）Jacobsen等人通過DR實(shí)驗(yàn)證明，前額皮層主溝區(qū)（46區(qū)）是空間工作記憶的關(guān)鍵腦區(qū)前額葉皮層與物體工作記憶的關(guān)系前額葉皮層的下凸部（12區(qū)和45區(qū)）具有物體工作記憶的功能證據(jù)來自于延緩樣本匹配任務(wù)（delayedmatching-to-sample,DMS任務(wù)）額葉與先后次序的記憶關(guān)系密切Corsi等通過對(duì)額葉損傷的病人進(jìn)行研究，證實(shí)了這種關(guān)系。采用詞語測驗(yàn)的方式讓額葉和顳葉分別受損傷的病人進(jìn)行回憶，結(jié)果證實(shí)額葉與先后次序的記憶存在密切關(guān)系?？偨Y(jié)顳葉：在視覺辨別學(xué)習(xí)中有著重要作用，與長時(shí)記憶的貯存關(guān)系密切，并且顳葉皮質(zhì)的記憶功能具有偏側(cè)化傾向海馬：與短時(shí)記憶有關(guān)系，是記憶的第一步，也是短時(shí)記憶轉(zhuǎn)為長時(shí)記憶的過濾器杏仁核：負(fù)責(zé)將感覺體驗(yàn)轉(zhuǎn)化為記憶，在記憶匯合過程中的作用十分突出間腦：記憶環(huán)路的一個(gè)重要環(huán)節(jié)額葉：與工作記憶、先后次序的記憶關(guān)系密切，同時(shí)具有偏側(cè)化傾向腦內(nèi)記憶系統(tǒng)陳述性記憶的神經(jīng)回路非陳述性記憶的神經(jīng)回路工作記憶系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)性學(xué)習(xí)記憶神經(jīng)回路陳述性記憶的神經(jīng)回路以視覺學(xué)習(xí)記憶為例：大腦皮層V1V2,V3,V4邊緣系統(tǒng)內(nèi)側(cè)顳葉，內(nèi)側(cè)丘腦，腹內(nèi)側(cè)額葉基底前腦膽堿能系統(tǒng)非陳述性記憶的神經(jīng)回路Mishkin等人提出，除了陳述性記憶這個(gè)學(xué)習(xí)系統(tǒng)之外，還存在著用于學(xué)習(xí)的第二個(gè)系統(tǒng)，它是獨(dú)立與邊緣環(huán)路之外的，對(duì)重復(fù)刺激做出反應(yīng)是該系統(tǒng)的關(guān)鍵成分。第二系統(tǒng)的學(xué)習(xí)被成為“習(xí)慣”。梅鎮(zhèn)彤等人提出的習(xí)得性行為神經(jīng)調(diào)控的框圖工作記憶系統(tǒng)Goldman-Rakic提出的前額葉皮層工作記憶模塊假說：前額葉皮層具有多個(gè)工作記憶模塊；不同模塊位于不同的亞區(qū)，主管不同性質(zhì)的工作記憶；具體的說，前額葉皮層主溝區(qū)管理空間工作記憶；前額葉皮層下凸部管理物體或相貌工作記憶。運(yùn)動(dòng)性學(xué)習(xí)記憶神經(jīng)回路NM/EBCC：是經(jīng)典瞬膜/眨眼條件反射，其訓(xùn)練過程是：以聲音或燈光等作為條件刺激（CS），以向角膜吹風(fēng)或眶周電擊作為非條件刺激（US），訓(xùn)練被試建立瞬膜/眨眼條件反射（CR）。這種學(xué)習(xí)記憶活動(dòng)屬于感覺－運(yùn)動(dòng)記憶。NM/EBCC的重要環(huán)路結(jié)果研究者對(duì)這個(gè)環(huán)路進(jìn)行了“可逆失活”研究，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)核和紅核失是傳出通路的一部分，并不是記憶產(chǎn)生的部分。中位核和小腦皮層是運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)記憶產(chǎn)生的重要部分，特別是后背側(cè)中位核及其覆蓋的小腦HVI皮層。這一部分被冷凍或失活之后，學(xué)習(xí)將完全消失。記憶的生理單元短時(shí)記憶的神經(jīng)過程長時(shí)記憶的神經(jīng)過程短時(shí)記憶向長時(shí)記憶轉(zhuǎn)化的機(jī)制短時(shí)記憶的神經(jīng)過程Hebb認(rèn)為短時(shí)記憶的活動(dòng)過程只持續(xù)短暫的一段時(shí)間、而長時(shí)記憶則涉及神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的改變、所以較為持久。它們有不同的神經(jīng)生理機(jī)制。他認(rèn)為腦部的神經(jīng)元彼此連接。互通信息。一旦神經(jīng)元a被激活，就依次傳遞到b，c，d，…，最后又返回神經(jīng)元M，如此循環(huán)。這些連接的神經(jīng)元形成所謂的神經(jīng)環(huán)，或稱為神經(jīng)回路．往返于皮質(zhì)的不同區(qū)域，也可以通往皮質(zhì)下的結(jié)構(gòu)(如丘腦、海馬)。由于神經(jīng)允許輸入和輸出的信息量很大，所以腦部的神經(jīng)回路密布，而回路的神經(jīng)突觸互相聯(lián)系。任何心理過程都可以看作某特定神經(jīng)回路的活動(dòng)。短時(shí)記憶可以看作神經(jīng)回路短暫的反響。這個(gè)反響回路是皮質(zhì)神經(jīng)元所組成一個(gè)無終端的閉合線路，一旦受刺激，則產(chǎn)生環(huán)繞此封閉線路的回響，回響可以持續(xù)20至30秒。反響回路不僅可以說明短時(shí)記億為什么在短暫時(shí)間內(nèi)消失，也可以說明在此極短的時(shí)間內(nèi)，新舊材料所產(chǎn)生的干擾作用。

長時(shí)記憶的神經(jīng)過程長時(shí)記憶是神經(jīng)突觸所產(chǎn)生的持久性改變．這種突觸結(jié)構(gòu)的改變需要一段時(shí)間才能鞏固。通過固化，腦細(xì)胞發(fā)生生理變化，產(chǎn)生新的樹突或軸突。這種變化一旦發(fā)生，記憶痕跡就深刻腦海，信息得以長期儲(chǔ)存。不過，腦細(xì)胞這種結(jié)構(gòu)上的變化也只是持續(xù)相當(dāng)長的時(shí)間．并不是永久不變。因?yàn)樯砩系拇x或衰退的過程，可以使突觸的聯(lián)系松弛，以致長時(shí)