记忆提取与储存

Eric R. Kandel
美国科学家Eric R. Kandel由于在研究 脑细胞间信号的相互传递方面获得 了重大发现，与其他两位科学家获 得了2000年诺贝尔生理学或医学奖。 Ericቤተ መጻሕፍቲ ባይዱKandel在哈佛大学的本科念的并 不是生物，而是文学史，但是对于 精神分析方面书籍的阅读使他对于 人类的精神世界产生了极大的兴趣， 于是他毕业之后选择了Harry Grundfest的实验室，从此正式开始 了自己在神经生物学领域的探索。
Figure 8:长时记忆突触变化机制示意图
The research of Explicit memory
• 今年的诺贝尔诺贝尔生理学或医学奖授予了John O’Keefe、May-Britt Moser、 Edvard Moser三位科学家，以表彰他们发现大脑定位系统细胞的研究。1971 年， John O’Keefe在海马体中发现了位置细胞。34年后Moser夫妇识别出另 一种神经细胞，他们将其称为“网格细胞”，这些细胞产生一种坐标体系， 从而让精确定位与路径搜寻成为可能。他们随后进行的研究揭示了位置细胞 以及网格细胞是如何让定位与导航成为可能的。
Figure 3: 海兔背面图
How memories are made？
在动物中存在这样三种非常普遍的行为学 现象 ：习惯化（habituation），敏感化 (sensitization)，经典条件反射(classical conditioning)。 通过对海兔缩鳃反应这三种行为学现象的 学习，Kandel的发现验证了Cajal的假说： 经验改变了已经存在的化学连接的强度和 效率。也许遗传和发育因素只能通过先天 形成的神经通道控制动物的行为潜能，而 环境和学习能够改变神经通道的传递效能， 从而带来新的行为形式。 Figure 4: 海兔缩鳃反应行为学学习图 通过还原法研究，Kandel总结出几条学习和记忆的细胞生物学原则。 首先，突触联系强度的变化足以改变原有的神经网络结构及其信息加工能力。 其次，不同形式的学习可以以完全相反的方式改变两神经元间的突触联系——强化或弱化。 第三，短时记忆存储的时间长短取决于突触强化或弱化的时间长短。 第四，突触强度的调控方式分为同突触和异突触两种。
The brain has two major types of Memory： explicit (declarative) memory, for facts and events, people, places, and objects; implicit (nondeclarative) memory, for perceptual and motor skills.
• Long-term memory
经常年重复 第三级记忆——与新突触建立有关, 可能为永久性
记忆形成场所：
• 记忆,尤其是长时的,外显性的记忆的形成和暂时 场所是海马及海马周围的一些结构(齿状回,乳头 体,海马旁回,杏仁核,等等),合称为内侧颞叶 (medial temporal lobe)的区域共同完成.其中 海马是核心的结构.在以顺行性情景记忆丧失为 主要特征的阿尔兹海默氏症(Alzheimer's disease,即老年性痴呆)病人当中,海马萎缩是最 Figure 1:大脑内海马区示意图 重要的病理学标志之一. • 一些研究认为,内侧颞叶暂存的记忆信息,会前传至前额叶加以永久储存,成为长 时记忆.且这一部分的长时记忆会随着年龄增长逐渐向后"移动",至额顶区.
The molecular biology of Long-term memory
• 长时记忆不只是短时记忆在时间上的延伸。不仅是突触强度增加， 神经回路中的突触数目也发生了变化。 • 长时记忆的形成过程可能包含了两个彼此独立的机制：突触易化 的启动与突触生长的维持。
Figure 7:长时记忆的分子机制图
Figure 2: Eric R. Kandel
Gill-withdrawal reflex in Aplisia
• 海兔（Aplysia）是一种巨大的深海蜗牛。海兔脑十 分简单。它有20000个神经元，分别汇集为9个不同 的神经集团，又称为神经节。每个神经节只具有少 量的神经细胞，因为研究者可以将其受控制的独立 的单个行为分离出来，进而研究由学习引发的特定 神经细胞的改变。而且大部分神经细胞直径很大， 有些肉眼即可见，方便观察与实验。所以海兔 （Aplysia）是一个理想的实验模型。即便海兔脑结 构简单，但kandel实验小组需要的是一个非常简单 的行为，它最好只受一个神经节支配。经过考察之 后，Kandel锁定了一个最简单的行为：缩腮反射 （gill-withdrawal reflex）。腮是海兔的辅助呼吸器 官。这个反射的作用是保护重要且脆弱的腮，使其 免受可能的伤害。
The concept and classification of memory
According the time of Memory storage, Memory is classified to：
感觉性记忆——信息在感觉区内暂时停留, ﹤1秒
• Short-term Memory
经注意 第一级记忆——信息在记忆环路中循环，数秒 经反复运用 第二级记忆——与蛋白合成有关，数分至数年
• 突触联系的长时强化不仅需要开启某些基因，也需要关闭某些基 因。而短时记忆不涉及核内机制。长时记忆不只是短时记忆在时 间上的延伸。不仅是突触强度增加，神经回路中的突触数目也发 生了变化。长时习惯化时，感觉神经元和运动神经元之间的前突 触数目减少；长时敏感化时，感觉神经元长出新的前突触端，其 寿命与记忆维持的时间等长。
The molecular biology of short-term memory
Figure 5:The molecular biology of short memory
The molecular biology of long-term memory
Figure 6:The molecular biology of long-term memory
How is memory store？
There are two leading—and conflicting approaches： • The aggregate field approach advocated by Lashley in the 1950s，which assumed that information is stored in the bioelectric field generated by the aggregate activity of many neurons. • the cellular connectionist approach, which derived from Cajal’s idea that memory is stored as an anatomical change in the strength of synaptic connections.
The molecular and systems biology of memory
The concept and classification of memory
Memory： the process of retaining and reconstructing that knowledge over time.
Thanks!