第五章记忆

Hebb rule and evidence
The celluar basis of learning involves strengthening of a synapse that is repeatedly active when the postsynaptic neuron fires.
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
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）。
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。
• 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ห้องสมุดไป่ตู้是脊椎 动物；可能存在着共同的分子机制。
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)
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。
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
学习与记忆分类
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）
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。
• 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。
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。
• 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。
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。
•
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)。
• 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
• 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”。
• 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。
• 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。