第五章记忆

前 额 叶
Experiment: Object vs. Spatial information
PET研究:Activations in the brain
• 前额叶的下凸部(12区和 45区)具有物体工作 记忆功能。 Passingham和 Miller采用检测物体工作记忆 的经典行为模型，即延缓样本匹配任务 （delayed matching－to－sample，简称DMS） Passiqgham研究发现，切除猴的前额叶皮层下 凸部以后，实验动物执行DMS任务的操作成绩 显著下降。 前额叶的主沟区接受“背侧通路”传入、其下 凸部接受“腹侧通路”传入。
• 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。在中枢神经的许多部位都可以观察到这种 现象。但是，记录最早的是小脑的LTD。 对于小脑的神经网络来说，平行纤维和爬 行纤维的相互作用在其中起着关键性的作用。 如果爬行纤维传送代表运动操作错误的信号时， LTD能够消除代表操作错误信号的突触传递。 因此，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
Stimulus-response learning
二 外显记忆和内隐记忆 • 外显记忆（explicit memory）。 • 内隐记忆（implicit memory）或反射性 记忆(reflective memory)。 如程序性记忆（procedural memory）和 启动效应（priming）。
• 1966年，Lomo首先报道了他称之谓长时程增强 的现象，即电刺激内嗅区皮层向海马结构发出 的穿通纤维时，在海马齿状回可记录出细胞外 的诱发反应。如果电刺激由约100个电脉冲组 成，在1-10 s内给出，则齿状回诱发性细胞外 电活动在5-25 min之后增强了2.5倍，说明电 刺激穿通回路引起齿状回神经元突触后兴奋电 位的LTP，因而这些神经元单位发放的频率增 加。 他们把这种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”。
•
记忆的SPI模型 代表串行的(serial)、并行的(paralled)和 独立的(independent)意思。其核心假设是：编 码是串行的，存储是并行的，提取是独立的。 SPI模型提出整合记忆过程和记忆系统的方 式，尝试通过不同的记忆过程把不同的记忆系统 彼此联系起来(Tulving, 1995)。
• cAMP在学习记忆中的作用 Schacher等人（1988）将cAMP直接注入感 觉神经元可以模拟 5－HT的作用，能够引起短 时程和长时程的突触易化。Ghirardi （1992） 发现，利用PKA（cAMP－dependent Protein kinase A）的抑制剂则记忆中起介导作用能够 阻碍突触传递的短时程和长时程易化。 由此看来，cAMP在蛋白质合成依赖型记忆 即长时。
Kindle实验动物:海兔
Kindle实验刺激部位
• 实验动物分为4组，其中1组未经训练作为对照 组，其余3组接受4d的长期习惯化训练。在训 练后的1d、1周和3周时，对4组动物分别进行 检查，发现对照组动物中有90％的感觉神经元 与L7构成了非常有效的连接，实验组动物中经 过长期习惯化训练后的1d和1周后，仅有 30％ 的感觉神经元与L7构成有效连接，即使在 3周 之后，这个数字也仅达到 60％。作为简单学 习的结果，这里原先有效的突触连接失活了， 并且，这种功能变化能够维持1周以上，短期 习惯化的机制包含突触功能的短暂下降，而长 期习惯化则产生长期、深刻的突触功能的变化， 使原先有效的突触连接机能遭受破坏，导致运 动细胞对习惯化的刺激不再作出反应。
延迟性非配对样品记忆实验
对 病 人 的 镜 画 测 验
海马
海 马
海马和杏仁核
• 杏仁核 Mishkin等人证明，杏仁核复合体与皮质的所 有感觉系统有着直接联系。即在联系不同感觉 所形成的记忆中起作用。如电话里一种熟悉的 声音唤起对对方的视觉记忆，看到新鲜的梅子 使人想起它的滋味。 Mishkin等人训练猴子完成延迟性非配对样品 记忆实验 实验结果：实验结果表明，切除杏仁核的猴子 正确挑选的次数同运气差不多，但切除海马的 猴子正确挑选率大约为90％。这说明切除杏仁 核破坏了触觉信息和视觉信息的汇聚，从而导致辨
• 敏感化： 一个强的或伤害性刺激可以提高动 物或人的原来已有的反应。这种现象就是敏感 化的表现。海免对恐吓刺激的反应是把它的鳃 缩回套膜中。对其尾部的短暂电击以致敏这种 反应，使海免在约lh时间内对进一步的刺激反 应能更有力地缩回它的鳃。
敏感化的机制
二 学习和记忆的分子基础
• 研究表明，长时记忆和短时记忆有不同的神经 基础——长时记忆需要新的蛋白质的合成；对 于长时记忆来说，无论是无脊椎动物还是脊椎 动物；可能存在着共同的分子机制。
• 学习记忆与突触传递的长时程增强：三突触回路 内侧嗅回与海马结构之间存在着记忆三突触回路。 三 突触回路始于内嗅区皮层，这里神经元轴突形成穿通 纤维止于齿状回（dentate gyrus， DG）颗粒细胞树 突，形成第一个突触联系。齿状回颗粒细胞轴突形成 苔状纤维与海马 CA3区的锥体细胞的树突形成第二个 突触联系。CA3区锥体细胞轴突发出侧支与CAI区的锥 体细胞发生第3个突触联系，再由CAI锥体细胞发出向 内侧嗅区的联系。这种三突触回路是海马齿状回、内 嗅区与海马之间的联系，成为支持长时记忆机制的证 据。
Myers和Sperry：猫的半球的视觉信 息的限制。遮住一只眼，限制了对无 覆盖眼的同侧半球的视觉信息。
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。 • 把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”。 长时程压抑是指突触传递的效率长时程降低。
Fuster and Jervey(1981) 延缓样本匹配任务
Brodmann 47 areas (1908)
Cytoarchitecture: Patterns of cellular construction or arrangement.
第三节 学习和记忆与突触可塑性 一 学习记忆与突触结构的可塑性
Hebb rule and evidence
The celluar basis of learning involves strengthening of a synapse that is repeatedly active when the postsynaptic neuron fires.
第二节 学习与记忆的神经基础
一 海马和杏仁核在记忆中的作用
海马 • Mishkin通过恒河猴进行延迟性非配对样品的记忆实验 （delayed non－match to sample task，DNMS）。实 验证明，海马是对感觉体验进行加工转化为记忆贮存 的关键部位。 • 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，当大鼠处于不同位臵时，海马内不同神经元 会选择性地产生反应。这些选择性地对动物所处位臵 起特定反应的神经元，就称为位臵细胞（place cell）。实验说明，海马对建立环境的空间位臵记忆 有特殊作用。 • Scoville等人（1957）曾报道了一例切除颞叶（包括 海马）病人，表现出严重的顺行性遗忘。
Learning changes structures of synapses.
第四节 学习与记忆的分子机制 一 习惯化和敏感化的机制
• 习惯化：Kindle实验室（1991：海兔的缩腮反 射。海兔的鳃是一个外呼吸器官。轻触（如用 精细水管喷水）鳃外面的套膜棚，鳃便回缩到 套膜棚下面的腔里，以免损伤，此即缩鳃反射 （图5－13）。缩鳃反射的神经线路非常简单。 用喷水管对皮肤进行刺激能够激活24个感觉神 经元。这些神经元与鳃内6个运动神经元构成 直接连接，而这些运动神经元又与肌肉细胞直 接连接。另外，感觉神经元还可以兴奋几个中 间神经元。 对海兔施加的刺激强度可以调节到只产生 单个动作电位的水平上。 Kandel通过记录海 兔的鳃运动细胞L7的突触电位变化，研究了长 期习惯化的机制。
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 • 韩太真等人（1995）在大鼠视皮层脑切片标本 上发现，LTP形成后脑片局部区域出现界面率 （突触棘头的横径与纵径之比）大于2的U型突 触，U型突触扩大了突触前后膜的界面，活性 区增加，导致递质释放量增加，从而大大加强 了突触传递效应，或许这是LTP形成和维持的 形态学基础。
骨骼肌
适应 感受性
反射 通路
内侧颞叶 内侧间脑 新皮层（额叶）
三 多重记忆系统理论 (multiple memory systems)
• • 短时记忆(short-term memory, STM)：猴1～10 秒、人10～60秒。 工作记忆(working memory)是指对信息的暂时 储存，以及对其他复杂任务的联合运作。工作 记忆包括中枢执行系统（central executive）， 视空间初步加工系统(visuospatial sketchpad) 和语音回路(phonogical loop)。 长时记忆(long-term memory, LTM)
• CREB在学习记忆中的作用CREB是神经细胞核 内启动基因表达的关键分子。Bourtchuladze 等人（1994）利用基因敲除技术制备了CREB缺 损的小鼠，对其学习记忆情况进行研究。实验 发现，编码CREB的基因被剔除之后，小鼠海马 CAI区虽有LTP现象产生，但难以维持很长时 间——实验动物仅有早期LTP而缺乏晚期LTP， 正是晚期LTP的维持需要蛋白质的合成和形成 新突触。与此对应，CREB基因被剔除的小鼠， 或体内注射蛋白质合成抑制剂用以阻断蛋白质 合成的小鼠，不能形成对曾经遭受电击的环境 的长时记忆，然而它们的短时记忆不受影响。 CREB的修饰被认为是信号传输通路的中心环 节，因而在学习记忆过程中具有重要作用。
• 哺乳动物学习过程中树突触数目的变化 1966年，Rosenzweig等人报道了他们的研究成果， 验证了学习经验或许能改变脑的解剖结构的假说。他们 进行了“丰富化环境”和“贫乏化环境”的养育实验— —把同一窝同性别的幼鼠在出生20多天并断乳之后分为3 组，分别放在3种环境中饲养。 第一种为标准化的生活 环境，第二种是丰富化的生活环境，第三种是贫乏化 （枯燥）的生活环境。在上述不同环境中生活80 d左右。 发现丰富环境中成长的猴子树突触数目显著大于贫乏组。 • 1982年，Greenough等人证明，视觉皮层活动与否，对 其厚度即树突数目有重要影响。研究者以割裂脑大鼠为 实验动物。训练30 d后，脑组织检查发现，能看见物体 体（即在学习中起作用）的那只眼的对侧视觉皮质中的 神经元的树突分支明显地多于另一侧皮质。
第五章
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学习与记忆神经生物学
学习与记忆分类 学习与记忆的神经基础 学习和记忆与突触可塑性 学习与记忆的分子机制 神经递质与学习和记忆
第一节
学源自文库与记忆分类
一 非联合型学习和联合型学习 • 简单学习 习惯化和敏感化（海兔实验） • 结合性学习 经典性条件反射（classical conditioned reflex） 操作性条件反射（operant conditioned reflex）
长时记忆
陈述记忆 （外显记忆） 事件(情 节记忆) 事实(语 义记忆) 程序 记忆
短时记忆
非陈述记忆 （内隐记忆） 知觉表 征系统 传统 条件 非联想 学习
特定时间 地点的个 体经验
世界知识 客体知识 语言知识 概念启动
技能 知觉 (运动 启动 与认知） 基底节 小脑 知觉与 联合新 皮层
条件 反应
别能力的严重丧失。
杏仁核
杏仁核
杏仁核
二 前额叶与记忆
• 前额皮质主沟区 20世纪30年代，Jacobsen开创延缓反应任务 （delayed response，简称DR任务）研究猴的 短时空间记忆能力这一领域。 实验设计:给被试动物看两个食盘，其中一 个有食物，动物看过后用盖子盖上，同时落下 幕布，间隔一段时间把幕布拉开，看它选取哪 个食盘。 实验结果：前额皮层被切除以后，猴子的这 种短时空间记忆能力受到严重损害。后来，大 量的研究进一步证明，前额皮层主沟区（46区） 是空间工作记忆的关键脑区。