学习和记忆的神经生物学基础

第六章学习和记忆的神经生物学基础第一节学习和记忆的分类1.1学习类型1.2记忆类型第二节学习的脑机制2.1行为水平2.2细胞水平2.3分子水平第三节记忆的神经生化基础3.1短时记忆的生理机制3.2长时记忆的生理机制3.3长时记忆的分子生物学基础第四节学习记忆与突触可塑性4.1对侧长时程增强效应的建立与突触的可塑性4.2学习和记忆能力与发育的关系4.3环境、教育与脑第五节记忆与智能障碍5.1记忆障碍5.2智能障碍[本章重点和难点]重点：学习和记忆的脑机制、学习与突触可塑性的关系。难点：学习和记忆的神经及分子生物学基础[本章必读书目与参考书目]1.梅镇彤《学习和记忆的神经生物学》，上海科技教育出版社，1997。2.沈政、林庶之《生理心理学》,北京大学出版社，1993。3.邵郊《生理心理学》,北京大学出版社，1978。4.CarlsonN.RPhysiologyofbehavior,Allyn&Bacon，2000。5.CarsonR.C.&ButcherJ.N.游恒山译，变态心理学，五南图书出版有限公司，中华民国82年10月（资料室）。学习与记忆障碍问题：学习失能智能不足老年性痴呆科尔萨科夫综合症……1.1学习类型A.联想式学习根据外部条件和实验方法不同，可分为3种类型：尝试与错误学习，经典条件反射和操作式条件反射。第一节学习和记忆的分类尝试与错误学习：•桑戴克（E.L.Thorndike)•问题箱、迷津箱（T与Y迷津）•学习行为形成的指标是动物通过尝试与错误的经验积累，使正确反应所需的时间逐渐缩短。经典条件反射：条件刺激（CS、无关刺激、铃声）非条件刺激（US、食物）学习是刺激（S）与反应（R）之间的联结，并在脑内伴随着联想的出现。操作式条件反射(instrumentalconditionedreflex)斯金纳（B.F.Skinner,1938-）单一模式的刺激重复出现——单一兴奋灶——重复出现——兴奋性发生量变o习惯化o敏感化B.非联想式学习肯特尔（E.R.Kandel,1976）C.程序性学习或熟练与技巧性学习D.认知学习E.情绪性学习F.味－厌恶式学习G.印记式学习短时记忆和长时记忆1.2记忆类型陈述性记忆和非陈述性记忆陈述性记忆——外显记忆（explicitmemory）非陈述性记忆——内隐记忆（implicitmemory)A.机能定位论•加尔（FranzJosefGall1758-1828）：颅相说。第二节学习的脑机制•失语症的临床研究。•20世纪40-50年代，定位说得到进一步的发展。2.1行为水平上：脑等位论和机能定位论的统一B.脑等位论拉什利（KarlSpencerLashley,1890-1958）。均势(equipotentiality)原理总体活动(massaction)原理我们如何理解Lashley的实验结果呢？C.机能系统学说鲁利亚第一机能系统：激活与觉醒，脑干网状结构和边缘系统等。第二机能系统：信息接受、加工和储存的系统。皮层的枕叶、颞叶和顶叶以及相应的皮层下组织。第三机能系统：行为调节系统，是编制行为程序、调节和控制行为的系统。人的各种行为和心理活动是三个机能系统相互作用、协同活动的结果。其中每个机能系统又起各自不同的作用。D.模块说(moduletheory)人脑在结构和功能上都是由高度专门化并相对独立的模块（module）组成。模块复杂而巧妙的结合是实现复杂而精细认知功能的基础。认知神经科学的许多新的研究成果，都支持了模块学说。总结•学习与记忆都不是统一的过程，也不是哪一种脑结构的特殊功能。•学习是积累经验与知识的过程，也是对外部事物前后关联的把握和理解的过程；•记忆是知识或经验的输入、保持和提取的过程。•根据知识、经验、外部事件动态变化规律不同，学习或掌握规律的方式就不同，参与这些过程的脑结构也就不完全相同2.2细胞水平上：异源性突触易化暂时联系异源性突触联系异源性突触易化异源性突触易化至少有两种方式：突触前成分间的活动依存性强化机制；突触前后间强化机制A.非联想学习的神经机制敏感化的机制习惯化的机制CRCSB.联想学习的神经机制简单的联想学习CS+USCR海兔的经典条件反射学习US（5-HT）总结：联想学习和非联想学习具有共同的机制——活动依存性突触易化两者之间仅具有量的差别：联想式学习，其突触后兴奋电位（EPSPs）最强；敏感化引起的EPSPs次之，却强于习惯化组动物。2.3分子水平上：蛋白质变构是学习的分子生物学基础A.非联想学习敏感化习惯化B.简单联想学习CS引起适量钙离子的流入，通过钙调素首先引起腺苷酸环化酶（AC）活性轻度增加。US引起递质（5-HT）与受体结合，增强了环化酶的活性。AC的激活及其所导致的cAMP大量生成过程符合条件反射建立的基本规律。AC的分子具备学习过程的基本条件，成为学习的分子基础。第三节记忆的神经生化基础记忆过程编码（encoding）巩固(sonsolidation)提取(retrieval)。Wi11iamJames（1890）：短时记忆和长时记忆可能是不同的过程。缪勒(Muller，1900)：•实验过程：学习紧张的智力活动测查对原先学习材料回忆的正确率。•结果：回忆的正确率大大下降。•“巩固假设”（consolidationhypothesis）。3.1短时记忆的生理机制加拿大神经心理学家Hebb（1949）反响回路（返回环路说）返回环路说：神经解剖学表明返回环路确实存在，主要观察证据：o白鼠跳台实验（Jarcik等）说明：反响回路的概念对记忆痕迹的保存提供了部分的回答。如果反复记忆，导致短时记忆向长时记忆转化。3.2长时记忆的生理机制生理学家证明：学习记忆活动也能改变突触的结构。突触的可塑性包括突触结合的可塑性突触传递的可塑性长时记忆的突触学说：a.突触前变化包括突触小体的数目、大小方面的变化，以及神经递质的合成、储存、释放等环节。b.形态结构的变化：突触的增大或增多，树突的大小、传导性及其内部的化学组成的改变。c.突触后变化包括受体密度，受体活性，离子通道蛋白和细胞内信使的变化。突触后的反应性和敏感性的改变，增加了敏感就会使同样数量的神经递质产生更大的效果。3.4长时记忆的分子生物学基础A.核糖核酸（RNA）与学习•H.Hyden（1960）最早报道了关于记忆与RNA关系的实验结果及其理论设想。。学习训练后引起脑细胞内RNA变化（1959）。训练老鼠换肢取食(1964)B.RNA假设RNA的重要功能是合成蛋白质，RNA与长时记忆痕迹的关系问题，自然包括含着蛋白质合成与记忆关系问题。即长时记忆痕迹的形成，合成新的蛋白质是必需的。环－磷酸腺苷激酶理论（ThecAMP-KinaseTheory）CNS的可塑性突触的可塑性第四节学习记忆与突触可塑性4.1对侧长时程增强效应的建立与突触的可塑性三突触回路：返通路或穿通内嗅区皮层海马齿状回苔状纤维CA1区CA3区长时程增强效应（LTP）：Lomo（1966）在内嗅区皮层给出一串连续性或电紧张性刺激，则可在齿状回记录到场电位或细胞外电活动，刺激停止后5－25分钟，再次记录齿状回的电反应，不但未衰减，反而增强2倍以上。•一侧性•对侧条件反射性LTP对侧内嗅区电刺激（CS）+对侧LTP条件反射同侧内嗅区电刺激（US）4.2学习和记忆能力与发育的关系学习和记忆能力在人的一生中是有变化的。形成长时记忆的能力需要神经系统的成熟。4.3环境、教育与脑早期环境对动物大脑发育的影响:Rosenzweig等（l966，l97l）21天的大鼠分成三组，饲养在不同的生活环境中丰富环境枯燥环境(即隔离环境)标准饲养条件丰富环境枯燥环境结果：丰富环境下：脑皮层较重较厚，特别在枕区，而且皮层比脑其它区域增加的重量，按比例计算较重，脑内神经元大,树突分枝多，脑内乙酰胆碱脂酶和胆碱脂酶的活动水平较高，RNA/DNA的比值增高。标准环境下的大白鼠其特征介于另外两组之间。在丰富条件下饲养的大鼠在解决问题方面的能力，较其它两组动物为强。结论：较大较少的突触是由于学习和经验的结果。迄今为止，由隔离和丰富环境引起的脑的变化，在人身上并没有得到证明。脑的可塑性顺行性遗忘症(anterogradeamnesia，简称AA)逆行性遗忘症(retrogradeamnesia，简称RA)第五节记忆与智能障碍5.1记忆障碍H.M.1953年，27岁，因癫痫而切除了双侧海马结构。手术后产生严重的学习和记忆功能的异常：H.M.脑功能的损伤对记忆是特异的，而且是对记忆的某些方面具有特异性。o顺行性遗忘。o逆行性遗忘症状同样是局限的。技巧性活动的能力仍是完好无缺。陈述性记忆(经验)与非陈述性记忆是属于不同的记忆系统，是可以分开的。意义：大大推动了对海马记忆功能的了解。5.2智能不足智能不足者学习基本学业技巧的障碍起因：可能是生物的、心理社会的、社会文化的或上述这些因素的某种结合。智能不足的器质因素约25%.（1）遗传-染色体的因素。（2）有毒物质感染。（3）早产和外伤。（4）放射线。（5）营养不良和其他生物因素。器质性智障征候群（1）唐氏综合症（Downsyndrome）（2）苯酮尿症(苯丙酮酸尿性智力不全或苯丙酮酸尿症)（Phenylketonuria,PKU）（3）矮呆症（Cretinism）智能不足和社会文化的剥夺[本章作业（或思考题）与实习活动]1.如何理解学习、记忆与突触可塑性的关系？2.如何理解学习的脑机制？3.如何预防记忆痕迹间的混淆？4.思考与讨论：（1）结合学习记忆的生物学基础知识分析自己学习方法的合理性。（2）讨论环境、教育与脑发育的关系。