脑信息处理机制

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行为学:引起个体对特殊环境条件所产生的适应性行为的全部过 程
记忆:获得的信息或经验在脑内储存和提取(再现)的神经活动 过程
心理学:记忆是一种心理过程,由识记、保持、再认或回忆所组 成
学习和记忆的基本过程:获得,巩固,再现 获得:是感知外界事物或接受外界信息(外界信息)的阶段,也
就是通过感觉系统向脑内输入讯号的阶段。学习阶段。识记或登 录。注意力对获得的信息影响很大。 巩固:获得的信息在脑内编码贮存和保持的阶段。保存时间的长 短和巩固程度的强弱与该信息对个体的意义以及是否反复应用有

cGMP含量的下降,造成了Na+不能再
流入
细胞内,引起超极化。
神经节细胞
Mach Band现象的 神经生物学解释
外膝体(lateral genic中ul继at细e n胞u(cl投eu射s)细胞,P细胞)
中间神经元,(I细胞,25%)
视皮层
视皮层,现知与视觉有关的大脑皮层多达35个 (猴),
各主要脑取得细胞内Ca2+浓度升高是脑老化的 重要特征之一,钙通道拮抗剂能有效的阻断细 胞外Ca2+内流及抑制细胞内钙的释放,从而减 轻细胞内钙负载,起着保护神经细胞的作用。
尼莫地平:是迄今在动物实验中改善记忆作用 最强的药物。
记忆的神经基础是突触可塑性的改变和新的神经 回路的形成。
一个良好的学习功能状态应该是,既能不断的学 习新的东西,又能记住已经学会的东西,也就是 既要不断建立新的联系,又要保持原来已形成的, 对适应生存有用的记忆。
– 欧共体成立了“欧洲脑的十年委员会”及脑研究 联盟
– 日本推出了“脑科学时代”计划纲要
– 中国提出了“脑功能及其细胞和分子基础”的研 究项目,并列入了国家的“攀登计划”
– 1969年美国神经科学学会成,当时仅数百名会员, 1989年会员已达18000多名,成为生命科学方面 最大的学会,1995年增加到24000多名。
心理学: 形象记忆——以事物形象为内容的记忆 逻辑记忆——关于事物的意义、性质、变化规律等内容 情感记忆——涉及某些情感体验及情绪变化为内容的记
忆 运动记忆——技巧和技能性的操作和运动或习惯化动作
等方面。
多重记忆系统
1、陈述性记忆,外显性记忆 (explicit memory)
双极细胞 :只能给出分级电位,不产生动作 电位 ,同心圆拮抗方式
神经节细胞(ganglion cell, GC) :同心圆拮抗 式感受野
光信号转换成神经冲动(感光细胞的作用)
视色素:视蛋白+顺式视黄醛
光照,顺式视黄醛——〉全反式视黄醛

激活转导蛋白

激活磷酸二酯酶(PDE)

cGMP——〉GMP
不断强化
要有输入,还要有输出。
三、脑科学简介
1、基础神经科学:侧重基础理论
–神经生物学:研究人和动物的神经系统的结构与功能、及其相互关 系的科学,是在分子水平上、细胞水平上、神经网络或回路水平上 乃至系统和整体水平上阐明神经系统特别是脑的物质的、能量的、 信息的基本活动规律的科学。(认识脑) – 由六个研究分支:分子神经生物学(化学物质)、细胞神经生 物学(细胞、亚细胞)、系统神经生物学、行为神经生物学(学习 记忆、情感、睡眠、觉醒等)、发育神经生物学、比较神经生物学
第十五讲 脑信息处理机制
一、视觉信息处理机制 二、学习与记忆机制 三、脑科学简介
一、视觉信息处理机制

1、视觉系统的结构(视网膜、外膝体、 视皮层)
2、视觉系统各部分的信息处理
关于视知觉的三条基本的评论
1.欺骗性 2.模棱两可 3.建构过程
视网膜 外膝体 视皮层
视皮层
丘脑枕 上丘
超柱
既平行又分级 串行的信息处 理机制
脑工作原理
1、“主教细胞”假说:
(1) 组合爆炸
(2) 信息的集成问题
2、细胞群假设 :由一群细胞的时空发放模式
来反映刺激的类型
(1) 重叠灾难 (2) 难以表达“等级结构” (3)特征捆绑问题
3、时空编码理论 :动态细胞群
基础。 – 5、阐明神经系统疾患的病因、机制,探索治疗的新手段。
神经生物学处于生命科学发展前 沿
著名学者高度评价神经生物学的研究
– 神经生理学家,诺贝尔医学生理学奖获得者Eccles 预言:“在30年内,世界上大多数最伟大的科学家 将都是在研究脑”
– 诺贝尔医学奖获得者Crick指出:“对于人类来说, 没有任何一种科学研究比研究人脑更重要。人约有 十万多结构基因,包括密码结构蛋白,密码运动蛋 白和密码酶,其中60%以上在神经系统内。其中目 前已知的才几十种”
自皮层表面到白质分成6层, 外膝状体核处理后的视觉信息首先传到皮层17
区,(I区或纹状体区)。外膝状体细胞轴突 末梢终止于第4层内,然而再与2,3层细胞, 第5,6层细胞建立突触联系。 星形细胞(stellate cell) 和锥体细胞(pyramidal cell)
简单细胞的感受野及其特点
脑科学新进展
1、分子和细胞水平的神经科学发展迅猛 2、感觉信息加工的重大突破——视觉的脑
LTP定义:给突触前纤维一个短暂的高频刺激 后,突触传递效率和强度增加几倍且能持续数 小时至几天保持这种增强的现象。
LTP和学习、记忆的联系吸引子假说
LTP有三个基本特征:
– 协同性(Cooperativity):诱导LTP需要很多纤维 同时被激活
– 联合性(Associativity):有关的纤维和突触后神 经元需要以联合的形式一起活动
学习的类型
1、简单学习:某种刺激重复作用的结果
(1)习惯化:在反复刺激的过程中,因刺激而引起的行为反应减
弱。海兔的缩鳃反射
(2)敏感化:在某种刺激(通常是强刺激)后,对该种刺激反应
明显增强。
2、联合型学习:
(1)经典的条件反射:指一个条件刺激和一个非条件刺激所分别
引起的两种行为反应之间可建立起联系
海马LTP可能是学习记忆的分子基础
1973年Bliss及其合作者,电刺激麻醉兔的内 嗅皮层,使海马表层的穿通纤维兴奋,可在齿 状回记录到场电位。先用高频电刺激几秒钟后, 再用单个电刺激,记录到的部分场电位幅度大 大超过原先记录的对照值,并可持续几小时, 几天。这一现象称为长时程增强效应(LTP)。 1983年发现NMDA(N—甲基—D—门冬氨酸) 受体通道复合体在LTP过程中起重要作用,进 一步深化了对LTP在大脑学习记忆中作用的理
(2)操作式条件反射:包含着反应与刺激联系的形成。让动物操
作物体来学习解决问题,并得到奖赏或避开惩罚
习惯化
海兔缩腮反射 敏感化的突触 前易化机制
经典条件反射过 程中突触传递变 化的示意图
记忆
瞬时记忆:当外界的刺激作用于人们的感觉系统,其信 息会保持很短的时间
短期记忆(几分钟) 长期记忆(数分钟,几年)
根本问题:
1、 脑的各部分越来越趋向于分工处理各种各 样的视觉特征,然后我们的视觉却把各种视觉 特征综合成一个完整的视觉实体?
2、 视觉图像如何在脑中贮存和利用?
二、学习与记忆机制
1、学习与记忆的类型 2、学习与记忆机制 (1)海马 (2)LTP
脑的学习和记忆
学习:指人或动物通过神经系统接受外界信息而影响自身行为的 过程
只需即或与该项学习记忆有关的感觉系统和运动系统 只需突触前易化作用机制,即突触前神经元和有关的调制
神经元的联合机制
大脑皮层V1V2,V3,V4
边缘系统
内侧颞叶、内侧丘脑、腹内侧额叶
基底前脑胆碱能系统
视觉陈述性记忆学习和记忆神经回路示意图
边缘系统 VTP DA 伏隔核
大脑皮层 尾核
GABA 苍白球
–计算神经科学:应用数学理论和计算机模拟方法来研究脑功能的学 科。(创造脑)
2、临床神经科学:侧重医学临床应用
研究与神经系统有关的疾病,及其诊断、治疗方法、技术等(保护 脑)
脑科学的任务
最终目的:在于阐明人类大脑的结构与功能,以及人类行
为与心理活动的物质基础,增进人类神经活动的效率,提高对 神经系统疾患的预防、诊断、治疗服务水平。
脑是怎样进行记忆的?记忆的物质基础是什么? 信息是通过什么方式写入,又以什么方式回忆 和重现?
海马
齿状回是大脑皮质中唯一的只与大脑皮质内部发生联系, 而不与皮质下中枢发生联系的结构,它接受来自内嗅区的 穿通纤维,发出的轴索,形成苔状纤维,止于CA3区锥体 细胞主干树突基部。苔状纤维的突触结构比较特殊,内含 密集的圆形透明囊泡和少量实心的囊泡,且与好几个树突 棘形成突触复合体——苔状纤维突触集群,这一结构只在 海马和小脑中才有,它被认为可能是脑信息的存储载体。
基本目标:
– 1、揭示神经元间各种不同的连接形式,为阐明行为的脑 的机制奠定基础。突触(1014)
– 2、在形态学和化学上鉴别神经元间的差异,了解神经元Байду номын сангаас如何产生、传导信号。以及这些信号如何改变靶细胞的活 动。
– 3、阐明神经元特殊的细胞和分子生物学特性。 – 4、认识实现脑的各种功能(包括高级功能)的神经回路
– 其他不是因研究神经系统领域而获诺贝尔奖的人, 如Waston、Crick、Nirenberg等,也已经转入神经 生物学研究领域。
世界各国普遍重视神经生物学研究
– 美国101届国会通过一个议案:“命名1990年1月 1日开始的十年为脑的十年”
– 1995年夏,国际脑研究组织IBRO在日本京都举 办的第四届世界神经科学大会上提议把下一世纪 (21世纪)称为“脑的世纪”
感受野(receptor field)
视通路中任一神经元都有其各自的视野 或在视网膜上有一个代表区域,这个对 应区域就是该细胞的视觉感受野。
视觉感受野的研究是单细胞视觉功能的 钥匙。
视网膜细胞
视网膜细胞
感受器细胞(感光细胞):视锥细胞,视杆细 胞 ,给出分级的超极化电位,不产生动作电 位
剂和GABA受体拮抗剂均能增强记忆保持。
促智药物(nootropic drugs)
促智药对实验动物和人体具有行为促进效应和 某些生理生化效应而没有其他精神药物(如安 眠药、镇静药)的副作用。
包括胆碱能药物、钙拮抗剂、神经肽、神经营 养因子等。
Ca2+起着多功能信使的作用,水平过高和过低 都会影响动物的记忆保持能力。小鼠实验证明 海马内合适的Ca2+浓度是维持记忆功能的必要 条件。
进入意识系统,比较具体,可以清楚的描述 涉及边缘系统的脑结构,依赖于大脑皮层和某些特异性脑
区 需要Hebb突触模式,即突触前神经元与突触后神经元同
时兴奋的联合机制
2、程序性记忆,内隐式记忆(implicit memory)
没有意识成分参与,只涉及刺激顺序的相互关系,贮存各 个事物之间相关联的信息,只有通过顺序性的操作过程才 体现出来。运动技巧。基底神经节为主要环节
– 特异性(Input-Specificity):所诱导的LTP对被激 活的通路是特异的,在其他通路上不产生LTP。
LTP的时程和分类: 时程: PTP强直后增强,一般5分钟后衰减 STP短时程增强,持续半小时左右。 LTP长时程增强,持续一小时以上
学习和记忆过程的调制
胆碱能受体阻断剂:阻断学习 胆碱酯酶抑制剂:增强学习 肾上腺素:增强记忆 加压素 全身注射肾上腺素受体激动剂或阿片受体拮抗
运动系统
丘脑
习得性行为神经调控的框图
工作记忆(working memory)
属程序性记忆、短时记忆 依赖于大脑前额叶皮层神经环路的功能,尤
其是谷氨酸神经元与多巴胺神经元之间的平 衡。 是一短暂时刻的知觉,是一系列操作过程中 的前后连接关系,后一项活动需要前项活动 为参照。 对脑高级功能的意义,通常是在过去的经历 与当前的行动之间提供时间和空间的连续性, 对于思维运算、下棋、弹钢琴以及无准备的
人类视觉通路示意图
基本的视觉信息
1、亮度:380~780nm,是一种外界辐射的物 理量在我们视觉中反映出来的心理物理量。
2、形状:由物体在视觉空间上的亮度分布、 颜色分布或运动状态不同而显示出来。对比度、 方位
3、运动(运动方向和速度): 4、颜色:主观感觉。 5、立体(或深度)视觉:
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