北大神经生物学课件8-1学习与记忆

速度 参与的脑结构
快 大脑皮层及某些特异的 脑区(内侧颞叶及间脑)
突触水平机制
突触前与突触后神经元 同时兴奋的联合机制
脑内记忆系统
•
陈述性记忆的神经回路－－需要边缘系统参与
大脑皮层V1→V2, V3, V4
颞下回 边缘系统
Motimer Mishkin
嗅皮层、杏仁复合体和海马
内侧颞叶 内侧丘脑
腹内侧额叶
突触效能减弱的机制
突触前感觉神经元末梢递质释放量减少
递质释放减少的可能机制
可动员的突触囊泡数目减少 突触前膜N型Ca2+通道失活
Neuroscience
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敏化的机制 Mechanisms of Short Term Sensitization
突触前易化使突触效能增强 突触前易化的机制
中间神经元 5-HT Go-protein 感觉神经元5- HTR Gs-protein AC PLC
2+内流↑ Ca2+
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长时程增强（Long-Term Potentiation, LTP）
海马的长时程增强－－海马的结构
Fig
CA3 LTP in mossy fiber pathway is non-NMDA mediated, presynaptic induction, nonassociative Ca2+ influx in presynaptic neuron Modulatory input adenylyl cyclase cAMP↑ PKA activated
贮存和保持的阶段
• Retrieved 再现：将贮存于脑内的信息提取出
来使之再现于意识中的过程－－回忆过程
Neuroscience
return
学习的基本形式
Ways of Learning
非联合型学习 Nonassociative learning
习惯化 habituation—repeat non-noxious stimuli-reduced response 敏化 Sensitization-harmful stimuli—vigorously response to all stimuli
•
LTP产生的必要条件
Activation of synapse Strong depolarization of postsynaptic cell in CA1
•
引起突触后神经元去极化的条件
As high as enough frequency－EPSP temporal summation As many as enough synapse－EPSP spatial summation
Neuroscience
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学习与记忆的基本过程
(Process of Learning and Memory)
• Acquired or encoded 获得(识记或登陆)：感
知外界事物或接受外界信息 ( 外界刺激 ) 的阶 段，也即通过感觉系统向脑内输入讯号 — 学 习过程
• Consolidated 巩固：获取的信息在脑内编码
Late LTP-- Four or more trains induce a more persistent phase of LTP that lasts at least 24 hours—requires new protein and RNA synthesis
Mechanisms of Early LTP
联合型学习 Associative learning
经典式条件反射 Classical conditioned reflex 操作性条件反射 Operant conditioned reflex 或称器具性条件反射 Instrumental conditioned reflex
Neuroscience
Transmitter release
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联合型学习的突触机制
特异的、时间依赖的突触前易化
突触前易化的可能的分子机制
US
5-HT →5-HTR AC 激活 G-Protein
CS
Ca2+内流↑
cAMP ↑↑↑ K+ channel关闭 → K+ 电导↓ AP时程延长
Neuroscience
陈述式记忆与非陈述式记忆的区别
陈述式记忆 含义 进入意识系统，比较具 体，可以清楚描述 非陈述式记忆 无意识成分参与，只涉及刺 激与顺序之间的相互关系， 贮存各个事件之间相互关联 的信息，只有通过顺序性操 作过程才能体现出来 慢 只激活与该项记忆有关的感 觉系统和运动系统 纹状体－－技巧，习惯 简单的经典条件反射－杏仁 核，小脑 突触前神经元的易化机制： 突触前神经元与有关的调制 神经元的联合机制
Learning & Memory
学习及记忆的分子机制 Molecular Mechanisms of Memory 递质的调节 Regulation of Neurotransmitters
Neuroscience
概念
Concepts
学习(Learning)：the process by which we acquire knowledge about the world via the nerve system 人或动物通过神经系统接受外界环境信息而影响自 身行为 记 忆 (Memory) ： the process by which that knowledge is encoded, stored and later retrieved 获取的信息或经验在脑内贮存和提取(再现)的神经活 动过程
目录
概念 Concepts
Contents
学习及记忆的基本过程 Process of Learning and Memory 学习的基本类型 Ways of Learning 记忆的基本类型 Ways of Memory 学习及记忆的突触机制 Synaptic Mechanisms of Memory 中枢突触可塑性与学习记忆 Central Synaptic Plasticity and
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记忆的基本形式 Ways of Memory
按时程进行分类 Short-term Memory 外 界 信 息 输 入
重复 注意
Sensory Memory First Order Memory Second Order Memory Third Order Memory
Long-term Memory
Neuroscience
β-adrenergic receptors
Fig
LTP in CA1
LTP in CA1 is associative，NMDA receptor dependent, presynatic and postsynaptic induction Two features differ from that of LTP in CA3 • Cooperativity(协同性): requires activation of several afferent axons together • Associativity (联合性)：requires concomitant activity in both presynaptic and postsynaptic cells to adequately depolarize the postsynaptic cell
Biblioteka Baidu学习与记忆
Learning & Memory
主讲教师: 王韵
北京大学 神经科学研究所
Neuroscience Research Institute, Peking University Neuroscience
概述
Genes Environment
Introduction
Behavior
Learning and memory Beneficial Harmful
新蛋白质的合成
Neuroscience
记忆的突触机制 Synaptic Mechanisms of Memory
•
非联合型学习记忆的机制
习惯化的机制—突触效能减弱 敏化的机制—突触前易化
Fig Fig
•
联合型学习记忆的机制
时间特异的、活动依赖的突触前易化
Fig
Neuroscience
Return
习惯化的机制 Mechanisms of hibituation
Single train of AP →depolarization of the membrane of postsynaptic cell Remove the blockage of Mg2+ to NMDA receptor Ca2+ influx in postsynaptic cell →activation of protein kinases
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举例
在查找字典上 的某个词时， 对其他的词一 闪而过 查到一个电话 号码，拨完后 即忘
感觉性记忆
第一级记忆
数秒钟
第二级记忆
数分钟至若干年
经历中的重要 事件 本人姓名，年 龄、生日等
第三级记忆
终生
• 按信息储存和回忆的方式分类
• 陈述性记忆
(declarative memory )或称外显性 记忆(explicit memory)－进入意识系统，比较具 体，可以清楚地描述
不 注 意 遗忘 （信息丢失）
不 重 复 遗忘 可能 遗忘 再现 终生 不忘 Neuroscience
记忆时程及其特点的比较
记忆时程 信息贮存时间(S) 脑内可能的神经机制
1 感觉讯号传向大脑，在 皮层感觉区传递的时程 特定的神经信息在有关 神经通路中往返传递一 短时间，其化学机制可 能是关键大分子的可逆 性构象变化 蛋白质合成增加，突触 功能增强及突触结构修 饰等。神经信息影响 mRNA或基因表达 脑内新突触形成或突触 结构不可逆变化
• 非陈述性记忆
(nondeclarative memory )，反射 性记忆（reflexive memory）或称内隐性记忆 (implicit memory) －－无意识成分参加，只涉及 刺激顺序的相互关系，贮存各事件间相关联的信 息，只有通过程序性的操作过程才能体现出来
Neuroscience
Neuroscience
LTP Has a Transient Early and a Consolidated Late Phase
Early LTP-- one stimulus train produces an early, short term phase of LTP, lasting 1-3 hours-No new protein synthesis
DAG
PKC
ATP K+ channel关闭 K+电导 ↓ AP 时程 ↑
Neuroscience
cAMP
PKA激 活 L-type Ca2+ Channel open
vesicle mobilized to active zone
N-type Ca2+ Channel open
2+内流↑ 2+ Ca Ca 内流↑
基底前脑胆碱能系统
Neuroscience
非陈述性记忆的神经回路－边缘系统及运动系统共同参与
大脑皮层 边 缘系统 GLu 尾核 丘脑
VIP
DA
伏隔核
GABA
GABA
苍 白球
运 动系统
Neuroscience
学习记忆的神经基础
•
短时记忆与长时记忆是整个记忆过程的不同阶段,具有不同 的神经机制
短时记忆的读出机制易受影响 长时记忆相对稳定 短时记忆－－神经可塑性变化 长时记忆－－与脑内某些长期性的功能和结构
•
诱导CA1 LTP产生的突触后因素
postsynatic depolarizaion activation of NMDA receptors influx of Ca2+ activation by Ca2+ of several second-messenger systems in the postsynaptic cell
Interesting questions •What are major forms of learning? •What types of information about the environment are learned most easily? •Do different types of learning give rise to different memory processes? •How is memory stored and retrieved?