学习和记忆的神经生物学

第二节
学习与记忆的神经基础
一、参与学习和记忆的脑结构 （一）颞叶的记忆作用 1、颞叶与视觉辨别学习 动物实验： 切除或损毁猴子子的颞叶，实验动物不再能够辨认熟悉的物体； Eg：丧失对蛇的恐惧感。 人类实验：
人类的颞叶受到微弱刺激能够唤起过去的经验；切除颞叶则产生了顺行性遗忘。 潘菲尔德刺激病人的颞叶，唤起了童年经验和遗忘很久的歌谣。 Herry.M 癫痫病人：切除双侧中层颞叶（海马切除 1/3 和 2/3 杏仁核） ，术后癫痫痊愈， 但产生顺行性遗忘症（短时记忆完好，但短时记忆向长时记忆转化障碍；空间记忆障碍） 。

正常大鼠经过训练可以在八臂迷宫（又叫放射性迷宫）内不走重复通路而得到食物。 海马被损毁的大鼠记不住曾经在迷宫中走过的无效通路。 20 世纪 70 年代，英国伦敦大学的学者通过细胞内电记录发现，当大鼠处于不同的位置 时，海马内不同神经元会选择性的产生反应（放电） 。大鼠海马位置细胞的放电反应是 动物“认为”的位置。
结构可变性 突触的数目和形态 脑皮层的重量和厚度，树突数目 乙酰胆碱的效能和活性 效能可变性
一、学习记忆与突触结构的可塑性 （一）低等动物学习训练过程中突触的解剖学变化（形态变化） 实验证据： 海参的趋光性：可旋转的小室有训练过的——神经末梢轴突呈河流三角洲散开状； 训练过的——神经末梢发散程度变小。 （二）哺乳动物学习过程中树突突触数目变化（丰富化养育环境实验） （脑皮层重量增加）
颞叶切除，对陈述性记忆影响很大，而几乎不影响程序性记忆：镜式画测验 2、颞叶参与视觉辨别学习的机制: 每侧颞叶下部神经元接受从相当大的视觉系统传来的信息，这些信息常常是构成有关视 觉刺激的整体特征。 也就是说， 视觉系统各个神经站把视觉对象的物理性质 （如大小、 形状、 颜色、以至于结构等）逐级汇合，最终在颞叶下部视觉的最后一个神经站综合该物体的全部 特征。因此，颞叶损伤或切除，必然要产生视觉（记忆）辨别障碍。 (二)海马和杏仁核在记忆中的作用 海马和杏仁核都是属于内侧颞叶的结构。 1.海马 海马参与陈述性记忆 海马内存在位置细胞，在空间位置记忆中有重要作用 海马对运动的速度、方向记忆的影响，参与相关记忆 海马在学习记忆中的神经元放电是原发性的 第一，海马参与陈述性记忆 海马切除影响了记忆信息的巩固。即海马在短时记忆转化为长时记忆中具有重要作用。 实验证据： DNMS——延迟性与非配对样品任务 Mishkin 切除海马和杏仁核，视觉系统正常，则表现记忆缺失。记忆缺陷不局限于视觉记忆。 通过恒河猴子进行实验证明，海马是对感觉体验进行加工并转化为记忆贮存（记忆 巩固）的关键部位之一。 第二，海马参与空间位置记忆 海马中有位置细胞 place cell（位置记忆） 实验证据：

位置 vs 空间位置
水迷宫实验
切除海马大鼠，学习随机放置隐蔽站台的水迷宫任务出现困难。 鸟类空间记忆能力与海马有关：海马物种间比较，对发现隐蔽食物能力要求较高的鸟 类，海马体积较大。Clark > 松鼠鸟 > 灌木鸟。
【水迷宫】两种类型：一种是固定入水点，固定水中隐蔽站台。一种是不固定入水点。 第三，海马参与相关记忆 海马位置细胞（place-cell）在对动物所处位置进行反应的同时，也对运动的速度和方向 发生反应。在记住主要信息时，也记住了与主要任务相关的记忆。 海马似乎在学习空间关系时特别重要。海马与内侧颞叶其它结构一起，参与形成“相关 记忆”(relational memory)。 第四，学习记忆中海马神经元放电是原发性的 兔的瞬膜反射研究证明，在建立条件反射过程中，海马神经元的活动似乎迅速的反映了 条件刺激和无条件刺激特殊的时间耦合作用。 【瞬膜反射】也叫眨眼反射不如动物眼睛受刺激时，眼睑下拉保护眼睛不受伤害。 颞下回是面孔识别的中枢。
回忆需要工作记忆参与。 （对空间定位的记忆也具有陈述记忆的特点） 【程序性记忆】 ： 有关如何操作， 某件事情的能力。 自主性和反射性， 不依赖于意识和认知。 短时记忆与长时记忆： 【短时记忆】 ：神经活动可塑性解释—正进行着活动的神经元将信息储存下来。 【长时记忆】 ：脑内长期的功能结构变化—新的蛋白质的合成。 工作记忆与参考记忆 【参考记忆】 ：对整个活动有影响（如打牌规则） 【工作记忆】 ：对当前活动有影响。
视觉信息V1V2V3V4
颞下回 边缘系统 ——嗅皮层，杏仁复合体和海马等
内侧颞叶->内侧丘脑->内侧额叶
基底前脑胆碱能系统 （二）非陈述性记忆的神经回路 第二学习系统是独立于边缘环路之外的， 对重复刺激作出反应是该系统的关键成分。 第 二系统的学习被称为“习惯”——不依据知识、甚至不依靠记忆（独立于精神存在之外） ， 而依靠刺激和反应之间的无意识联系 。 形成习惯的神经基础很可能是纹状体（尾状核与豆状核的合称；其中，豆状核外侧部称 为壳，其余两部分称为苍白球。根据种系发生，尾状核和壳称为新纹状体，苍白球称为旧纹 状体） 。 研究表明， 颞叶通路发出纤维到达尾核尾部和壳核的尾腹部， 这些部位又接受来自黑质 和新纹状体其他部位的投射。 然后尾核发出投射到苍白球和黑质， 再经丘脑腹侧核中继而投 射至运动前区和辅助运动皮层，再与运动皮层相连。 （三）工作记忆系统（略） （四）运动性学习记忆神经回路 （略）
同一窝动物，同性别动物。 不同环境养育试验 大鼠走迷宫实验（有、无隔板） 大鼠视觉剥夺试验
二、学习记忆与突触传递效能的可塑性 突触功能或称突触传递效能可塑性包括长时程增强(Long-term Potentiation, LTP)和长时 程压抑(Long-term depression, LTD)，它们被看作是学习记忆的突触可塑性模式。 长时程增强被认为是陈述性记忆的电生理机制。 （一）学习记忆与突触传递的长时程增强 内侧嗅回与海马结构之间存在着三个突触回路，它与记忆功能有关； 长时程的突触传递效能改变（易化）的现象也称为“长时程（突触）增强”。 在海马 CA1 区所诱导的 LTP 具有联合的性质（associativity）,即它在本质上是由两种不 同的、具有一定时间关系的刺激协同作用而产生的 。 1、行为学习中海马突触传递可塑性变化及其分布 2、LTP 的保持或改变同记忆的保持或改变之间的一致性 3、记忆能力与 LTP 的相关性 4、学习障碍与 LTP 变化的一致性 众多的研究结果表明，LTP 同学习记忆密切相关，认为 LTP 是学习记忆的电生理学基 础。但是，LTP 与学习记忆的关系比较复杂，也有一些研究资料否定 LTP 同学习记忆之间 具有相关性 。 （二）学习记忆与突触传递的长时程压抑 长时程压抑是指突触传递的效率长时程降低。推测 LTD 在运动学习中担负着不断纠正 操作错误的重要作用。 （三）学习记忆过程中突触结构可塑性与突触功能可塑性的关系 （自学）
第三节 学习、记忆与突触可塑性
可塑性： 神经系统的重要特性之一是可塑性(可变性)。广义地说，凡是不同于通常的神经活动方 式和神经结构形式的变化，都属于可塑性的范畴；也有学者认为，可塑性是指各种因素和各 种条件经过一定时间的作用后引起的神经变化 。对于高等动物和人类，神经系统的可塑性 已成为行为适应性的生理基础 。
第一节
学习与记忆分类
个体记忆与种族记忆的概念 【种族记忆】人类在进化过程中保持的记忆痕迹 非联合型学习和联合型学习 【联合型学习】 包括经典性条件反射和操作性条件反射。 两件事在时间上很靠近地重复发生, 最后在脑内逐渐形成联系。 【非联合型学习】 包括敏感化和习惯化， 受到一次或多次单一刺激后形成， 但无必然的联系。 陈述性记忆和非陈述性记忆 【陈述性记忆】 ：有关事件或事实的知识，依赖于评价、比较和推理等认知过程，其编码和
第五章 学习和记忆神经生物学
学习要求 理解颞叶、海马、杏仁核、间脑在学习记忆中的作用。 掌握陈述性记忆神经环路的组成。 理解学习记忆与突触结构可塑性和功能可塑性的关系。 掌握习惯化学习的神经机制。 了解记忆的分子基础以及胆碱能递质和肾上腺素对记忆的调控。
个体记忆与种族记忆 非联合型学习和联合型学习 学习和记忆的分类 陈述性记忆和非陈述性记忆 短时记忆与长时记忆 参与学习和记忆的脑结构
（三）间脑与记忆加工 丘脑上部、丘脑下部、丘脑底部、丘脑后部（内测膝状体，外侧膝状体，丘脑枕核） 雷达技师 N.A. 的例子 科尔萨可夫（Korsakoff）综合症：酗酒导致不能保持信息，学习能力下降。 丘脑怎样参与记忆 （四）新纹状体与习惯学习： 组成：豆状核和尾状核的头之间有纹理状纤维相连，因此合称纹状体。 新纹状体：指豆状核的壳（豆状核外侧部）和尾状核 旧纹状体：指苍白球（豆状核其余部分） 。 实验证据： 八臂迷宫实验 训练条件：信号灯+食物 海马损伤：可以学习（非程序性记忆不受影响） 尾状核损毁：学习能力严重下降 （五）新皮质与记忆 新皮质中的前额皮质和外侧顶下区都与工作记忆有关。 Delay 期 猩猩先注视中央，直到发出指令再迅速转向目标位置，得到奖赏，这是一种延迟任务。 实验证据： 人类实验：
则是在认知记忆中具有十分重要作用的另一个脑结构。 围绕在大脑皮层的
边缘叶不是自然叶，是一个功能叶。不与顶叶/枕叶/颞叶/额叶平行。视觉信息——V1—— V2 、V3、V4——颞叶——颞下回和边缘系统（内侧丘脑、额叶、颞叶）——丘脑内侧核团—— 额叶皮层的腹内侧——内侧额叶， 内侧丘脑， 内侧额叶——前脑基底部胆碱能系统——大脑皮层 （视觉皮层）
实验时，首先给兔子一个纯音，接着吹风使它产生瞬膜反射。建立新条件反射。记录动作电 位发放特征。实验之初，海马的放电和瞬膜反射同步进行。随着实验反复进行，海马放电提前， 出现在眨眼反射出现之前。只要出现纯音，眨眼反射出现。
条件反射过程中海马神经元放电的变化是原发性的。 因为向海马输入信息的内侧隔区放 电不随条件反射过程而变化。相反接受海马输入信息的外侧隔区和海马放电模式一样。 2、杏仁核 杏仁核是把感觉体验转化为记忆的另一个关键部位。 杏仁核在记忆汇合过程中的作用十分突出。 杏仁核的多种联系（它被认为是记忆的基础之一） 杏仁核不仅参与情绪性记忆，也参与一般性记忆。 Minsky 的切除实验： ① 独切除动物海马，发现动物学习能力下降了 20%，并没有下降到随机水平； ② 单独切除杏仁核，仍然下降 20%； ③ 切除一个海马，一个杏仁核，下降程度相同； ④ 切除两个海马两个杏仁核，学习能力大幅下降； 结论：切除杏仁核，动物的记忆汇合能力大幅损伤。 记忆汇合： 让猴子子从袋子里拿出与看到物体相同的物体。完成此项任务需要将视觉转化为触觉， 这就是记忆会合的一个例子。 切除海马的猴子完成记忆汇合任务几乎没有问题， 而切除杏仁核的猴子则不能完成任务。 记忆会和的神经解剖学基础： 杏仁核汇集了多种感觉通道传来的信息，视觉信息从枕叶传来，听觉信息从颞叶传来， 触觉信息从躯体感觉区（中央后回）传来，味觉、嗅觉（大量的传入纤维）等。 【基底神经节/基底神经核】二者等同。 （比较特殊）