有关学习与记忆神经机制的研究进展

1、.题目：有关学习与记忆神经机制的研究进展班级：生物科学102班 姓名： 罗斌 学号： 5601110059 有关学习与记忆神经机制的研究进展摘要：毫无疑问，学习与记忆是动物适应环境的必要方式，是人类之所以能成为万物之长的关键所在。有专家认为学习与记忆是“人类进步和社会发展的重要力量”，如果没有学习与记忆功能简直不堪设想。由此可见，对于学习与记忆的神经机制的研究是人类探寻自身奥秘，改造大自然不可或缺的一项工作。探索学习与记忆的关键在于掌握研究与其相关的神经机制的方法，及其在相关领域的作用机理。本文将就近几十年来对于学习与记忆的研究做一个简略的概述。关键字：学习与记忆 神经机制 研究方法学习与记忆

2、(learning and memory)功能与语言、思维一样，同属于脑的高级功能，主要由脑的不同部位分别或联合完成。在神经科学领域中，学习与记忆的研究历来受到高度重视。因为学习与记忆能力不仅是人们获取知识与经验、改造世界的需要，而且也是保证人类生存质量的基本因素之一。学习主要是通过感觉器官接受外界信息并向脑内输入的过程;记忆是指获得的信息或经验在脑内贮存和提取(再现，回忆)的神经作用过程。学习与记忆可以大致分为三个阶段1：1 获得：即接受外界信息或感知外界事物，也就是通过感觉系统(视、听、嗅、触等等)向脑内输入外界刺激讯号的阶段；2 巩固：获得的信息在脑内加工处理和贮存、保持的阶段；3 再现

3、：这是将贮存于脑内的信息提取出来使之再现于意识的过程。下面我将对学习与记忆的神经机制进行简单的阐述。1 当前学习与记忆神经机制的主要研究方法21.1 形态解剖学方法由于突触有其典型的形态结构，因此形态学观察是学习记忆过程中突触可塑性变化的有效研究方法之一。现在由于电子显微镜的技术的广泛应用，使得对于神经系统中突触的结构更为简单和便捷，避免了光学显微镜带来的各种问题。目前在学习记忆过程中用来观察的主要经典指标有另外突触的结构参数也反映了突触的形态结构，经典的测定指标有：突触密度，小泡密度，突触前终扣面积，终扣周长，突触连接区长度，突触后膜增厚区的长度和厚度等等，近年来突触界面曲率，突触后致密物(

4、PSD)、穿孔突触及棘器的研究比较多见。1.2 免疫组织化学方法 目前，在学习记忆的研究中免疫组化主要用于学习记忆中脑内突触素表达的定位和定量研究。1.3 电生理方法电生理方法是研究突触是否具有成熟功能的最有效的方法。早期研究多使用电压钳技术和膜片钳技术，目前，脑片细胞电生理技术是学习记忆，特别是其细胞和分子机制研究的重要手段之一。脑片细胞电生理技术是指在脑片上使用以微电极技术为主体的、对神经元的结构和功能活动进行综合研究的技术。其核心是单个神经元生物电现象的记录及其相关分析，并结合形态学、组织化学免疫化学免疫组化、神经化学、分子生物学等技术开展综合研究。1.4 转基因技术 利用转基因动物研究

5、学习记忆，主要是探讨学习记忆的分子机制以及学习记忆与LTP(long-term potentiation，长时程增强)的关系。2 与学习与记忆相关的大脑区域32.1 大脑皮质联合区它可以对已获得的信息进行集中加工处理，成为记忆痕迹的储存区域。选择性的破坏某一联合区，可以分别引起失语症、失认症、失行症等疾病。2.2海马海马位于内侧额叶处，海马损伤或切除海马，将造成顺行性健忘症。2.3与记忆有关的神经回路与记忆有关的神经回路不是一成不变的，在金丝雀的习鸣过程中发现有新的神经元不断替换陈旧的神经元，说明学习在某种程度上可以引起神经通路的改变。除海马外，边缘系统的其他许多结构参与了近期的陈述记忆，它们

6、构成了两个回路：(1) 内侧边缘环路(Papez环路)：扣带回感觉皮质周边区及额叶、顶叶、颞叶的联合皮质海马回海马穹窿下丘脑乳头体乳头丘脑束丘脑前核扣带回。该回路与空间记忆有关。(2)以杏仁核为主体的基底外侧边缘环路：颞叶眶部皮质前额皮质杏仁核丘脑背内侧核额叶眶部皮质。该通路主要参与感情记忆的储存。另外，在研究左右大脑半球的关系中发现，胼低体可以从学习脑中提取记忆痕迹，传给非学习脑，并记录下来。3 LTP与学习与记忆的关系 突触的可塑性是学习和记忆的基本神经机制，而海马的长时程增强(LTP)被认为是学习和记忆的突触可塑性模式， 1973年Bliss和Lomo率先在麻醉兔的海马上发现单突触诱发反

7、应的长时程易化称为长时程增强现象。即一连串电刺激能引起EPSP振幅增大，潜伏期缩短，突触传递效率增加，并能持续一定时间。我国陈宜张等电刺激兔大脑皮层也观察到易化效应。一般认为， LTP的形成和维持是突触前和突触后机制的联合作用。3.1 LTP的作用机制LTP的作用机制包括了突触前的变化、突触后的变化和细胞兴奋性的变化。突触前末梢处化学递质是以含有一定数量的递质分子以囊泡的形式释放。其中，囊泡的释放几率、单个囊泡中包含的递质的量、释放位点的数目是由受神经活动（如动作电位，前膜释放的信号分子）的改变而改变。神经递质与突触后受体结合而使受体通道开放，进而改变突触后的细胞膜电位。其中，LTP会改变突触

8、后受体数目和功能，并导致突触电流电位的变化。同时，LTP诱导后会导致细胞兴奋性的变化，这种变化是整体性的，可以使神经活动从单个突触扩展到其它的神经元。32 LTP作用过程中生化分子的作用在神经突触传递信息的过程中，许多生化分子的参与4对于信息传递的调节产生了至关重要的作用，从而，也影响了记忆的形成与存储。321 蛋白质突触前后膜上的受体蛋白，递质释放过程中进行调节的酶5以及其它的蛋白质本质的调节因子在LTP作用以及维持的过程中起了关键的作用。其中蛋白质在LTP维持过程中的作用将在LTP维持机制中展开。322 mRNA由于mRNA通过对酶的控制作用决定着突触部位神经递质的释放和控制合成相应的蛋白

9、质，从而影响记忆的过程。323 神经递质不同种类的神经递质的释放对于LTP的促进与抑制有着不同的作用6。例如，应用拟胆碱药可显著增强学习记忆能力，相反，中枢胆碱受体阻断剂东莨菪碱可阻抑习得性LTP的形成，促进已形成的LTP的消退，从而引起记忆、识别能力明显减弱7。 324 基因由于与长时记忆相对应的LTP的过程需要新的RNA和蛋白质的合成。因此，在LTP的诱导与维持的过程中，基因的表达是必不可少的。有关LTP基因表达的研究正逐渐成为LTP研究的热点。经研究发现，LTP的形成过程涉及脑源性神经细胞诱向因子基因（brain-derived neurotrophic factor， BDNF）、即可

10、早期基因（immediate-early genes， IEGs）等多种基因的表达8。33 LTP的维持机制基于突触可塑性学说，LTP的长期维持与长期记忆的维持之间存在着密切的联系。因此，对LTP维持机制的研究有助于我们理解长期记忆的机制。科学家认为，要维持LTP的发生，需要蛋白质的合成和运送。而当前，对于蛋白质合成和运送的机制尚存争议，目前，大致存在以下四种学说9： （1）邮件假说该学说认为，突触可塑性相关大分子在胞体合成时，就被贴上突触地址的标签，以至它们合成后能象送邮件样直接运输到被激活的突触，不会运输到其它部位，大多数学者认为这是一理想化假说，目前还没有实验支持它。（2）局部蛋白质合成

11、假说该学说的提出，是基于突触脊(synaptie spine)附近的树突内有蛋白质合成所需的细胞器(粗面内质网、多聚核糖体等)，当这些细胞器附近的突触被激活发生长时程变化时，能启动它们合成蛋白质。由于蛋白质合成不是发生在单一的突触脊内而是邻近树突的一个局部区域，因此新合成的蛋白质仍需要一个二级信号或标记来识别和转运到需要它们的被激活的突触。（3）敏化假说该学说认为，突触可塑性相关蛋白质在胞体合成后能弥散地分布到每个突触附近，当它们被突触获取后能改变突触的某些阈值，如使Ca+通道的阈值降低等。诱导L-LTP的高强度刺激使突触获得较多的可塑性相关蛋白，突触阈值降低，因而产生L-LTP，诱导ELTP

12、的低强度刺激使突触获得的可塑性相关蛋白较少，突触阈值较高，只产生E-LTP，但这一假说不能解释海马脑片实验中的后期相关性和交叉性突触标识现象。（4）突触标识假说该学说认为诱导L-LTP的高强度刺激能使激活的突触建立突触标记(synaptic tag)，同时又能通过激活的信号转导通路，诱导细胞核靶基因表达，启动mRNA转录和蛋白质合成。蛋白质的合成既可发生在胞体也可在树突，这些新合成的与突触可塑性相关的蛋白质以及转录的mRNA可弥散地分布在整个树突树内。激活的突触能通过建立的突触标记识别、捕捉和利用它所需要的可塑性相关蛋白，以维持突触长时程的可塑性变化。4 神经递质、核酸和蛋白质与学习记忆的关系

13、4.1 乙酞胆碱 中枢胆碱能系统与学习和记忆有着密切的联系，胆碱能突触的功能与短期或近期记忆有关。 根据实验证明，脑内微量注射或系统服用拟胆碱药(如丙氟磷)能增进实验动物的学习记忆能力;而抗胆碱药物则相反，用东莨菪碱阻抑中枢M型胆碱能受体后，确能干扰受试者近期记忆能力。Drachman等观察正常青年受试者服用东莨菪碱引起的记忆功能减退，近似正常老人的健忘症征象，由此推测老年健忘症很可能是由于中枢胆碱系统功能衰退引起的。用胆碱疗法或用毒扁豆碱提高脑内胆碱和乙酰胆碱浓度，增加中枢胆碱能系统功能，可改善老年人学习记忆机能，由此可知，中枢胆碱能系统的正常功能是哺乳动物脑内记忆形成的必要条件。4.2 儿

14、茶酚胺 包括去甲肾上腺素、肾上腺素、多巴胺等神经递质，这类物质对学习和记忆有促进作用，可促使脑的兴奋水平增强，躯体运动能力增强。这主要是通过儿茶酚胺能神经元的活动参与对学习和记忆活动的调控。4.3 神经肽 促肾上腺皮质激素(ACTH)对学习记忆有调节作用，主要是促进短期记忆，有助于记忆保持及再现，激活腺苷酸环化酶，使cAMP的生成增加，从而使蛋白磷酸化，形成新的蛋白质。加压素(VP)对学习记忆保持增强的作用比ACTH还要强。4.4核酸、蛋白质 用放射性同位素标志的碱基、氨基酸饲喂小鼠，同时训练小鼠走钢丝，测定发现小以脑内核酸含量、前庭核蛋白合成量、海马和视皮质合成蛋白量均显著增加。临床上，用蛋

15、白质、核酸的前体物质碱基、五碳糖、鳞酸、氨基酸等作为药物给有记忆障碍的病人或老人服用，可以有效改善记忆。如果利用蛋白质、核酸的合成抵制剂如放线菌素、茵香霉素、嗓吟霉素等抑制蛋白质和核酸合成，可以发现动物的学习和记忆过程受到阻碍。有些学者实验表明：当学习和记忆活动时，RNA在量和质上都产生了变化，如RNA合成增加、腺嘌呤比例增加、尿嘧啶比例减少等。应用药物或RNA酶抑制RNA合成，对学习记忆会造成障碍。这些说明，核酸和蛋白质是学习和记忆的必要物质基础。参考文献：1吴馥梅.脑的高级功能学习与记忆.脑科学系列讲座，1990年第4期2严峰，俞诗源，张葵明.学习记忆神经机制研究方法与进展.甘肃科技，Vol.22 No.5 May.20063李雪玲.学习与记忆生理机制研究进展综述.楚雄师范学院学报，2003，64宁树成，记忆的分子基础，中国煤炭工业医学杂志，2003，125汤洋，学习记忆的分子生物学机制研究进展