记忆的神经机制 - 浙江大学生物实验教学中心(共9页)

1、 题目(tm)(中) 记忆的神经(shnjng)机制的研究进展 (英) Research progress of memorys neurophysiological mechanism 班级(bnj): 混合班1106 姓名: 董未来 学号: 3110000048 记忆的神经(shnjng)机制研究进展 董未来(wili) 混合1106班 3110000048摘要(zhiyo)：近年来，对记忆机制的研究一直是脑科学研究中的热点，无论是从大脑的区划，从神经细胞层面，还是从分子生物学层面都对记忆机制进行了较为深入的阐释。其中，从神经生物学角度建立的突触可塑性学说被视为记忆机制的细胞基础，而突触可

2、塑性的长时程增强（LTP，long-term potentiation）被称作记忆的理想模型。本文将就几十年来对于记忆机制的研究，从神经细胞层面对记忆形成和存储的研究成果进行总结和探讨。关键词：记忆机制 神经 突触可塑性 LTP记忆是人类心智活动的一种，代表着一个人对过去活动、感受、经验的印象累积，是行为习惯的存储和再现的过程。当前，对记忆机制的研究较为深入，研究者从大脑层面、神经层面以及分子生物学层面对记忆的生理机制展开了大量研究，并获得了许多可喜的成果。本文将着重从神经生物学的角度对记忆的形成和存储机制的研究成果进行总结和探讨。1 记忆与神经元通讯人类的大脑是由上千亿个神经元相互连接而组成

3、的一个高度复杂的神经网络，但是，在绝大多数脑区中神经元的数目相对稳定，并不会随着年龄的增长而显著增加。因此，科学家认为，大脑记忆功能的实现是通过增强神经元之间的联系而产生的1。 神经元之间通过突触相互连接通讯。从结构上看，突触由突触前膜，突触间隙和突触后膜构成。从传递方式来看，突触分为两类：以缝隙连接(gap junctions)为基础的电突触；以及传递递质分子的化学突触。而在哺乳动物中进行突触传递的几乎都是化学突触。化学突触传递是有方向的，其传递信息的基本原理是：突触前膜在接受信号之后，以囊泡形式释放神经递质与突触后膜的受体结合，诱发突触后神经元的兴奋，产生兴奋性突触后电位，触发一系列的生化

4、反应，改变后膜的性质，从而使信号得到传递。 2 突触传递(chund)效能与突触可塑性 而经实验(shyn)发现，突触的传递效能是可以通过神经活动的调节而改变。在20世纪二三十年代，我国著名的神经生理学家冯德培先生通过一系列的实验研究发现(fxin)，运动神经元的高频放电可以增强神经一肌肉接头的乙酰胆碱的突触传递效能，并维持数分钟。1973年，挪威科学家Tim Bliss和Terje Lomo报道了在麻醉兔大脑的海马区域高频刺激(250 Hz，100个)引起的内嗅皮层-齿状回突触反应增强并可维持数个小时至几天2。 这些实验证实了神经元之间突触信息传递的效率可以被神经活动动态调节的，而这种突触连

5、接变化的特性被称为突触可塑性。记忆作为一种神经活动，通过调节神经细胞间的连接，使突触可塑性发生改变，从而使得记忆的信息得到传递与存储。因此，在当前，突触可塑性被认为是记忆的神经细胞学基础3。3 突触的长时程增强而突触可塑性又分为两类。在实验研究中，将持续时间数秒或数分钟的突触连续变化称为短时程可塑性；将持续时间达数个小时乃至几天的突触连接变化称为长时程突触可塑性。其中，长时程突触可塑性又包括LTP（long-term potentiation, 突触传递的长时程增强）和LTD（long-term depression，突触长时程抑制）4。经大量生物学实验和理论推导，科学家普遍认为，记忆存储是的

6、机制神经细胞间的联系增强。因此，LTP促使神经环路中突触传递效能发生持续性增强的特点，与记忆的特点十分相符，因而成为人们感兴趣的记忆存储的突触机制。因此(ync)，国内外研究者对LTP的运作机理展开了大量的研究。其中(qzhng)，LTP的诱导(yudo)与产生机制，LTP的作用机制，以及LTP的维持机制都受到了广泛地关注与研究。31 LTP的诱导与产生5经研究发现，LTP诱导与产生依赖于下述的几种神经活动因素：311 动作电位的频率动作电位能出发神经末梢释放神经递质，被认为是大脑信息传递的基本单元，而一串连续的动作电位所包含的放电频率信息则被认为是神经元之间传递信息的编码方式。经实验研究表明

7、，LTP诱导幅度的大小与放电频率有着很强的相关性。只有超过一定频率的放电，才足以诱发出LTP。312 神经元的放电时序突触前神经元放电先于突触后神经元，并在几十毫秒时间间隔窗口内，这种短暂的时序活动即可引发LTP。如果时序相反，则会引发LTD。313 神经调质的作用神经调质指的是神经元所释放的，能扩散到较远的范围，从而影响到一群神经元或者大范围的区域的神经递质。它们能够改变神经元环路的整体活动水平，从而诱导LTP的产生。32 LTP的作用(zuyng)机制LTP的作用机制包括(boku)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(hn yu)一定数量的递质分子

8、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。33 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6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。331 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

9、的酶7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。332 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质，从而影响记忆的过程。333 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8。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9。 334 基因由于与长时记忆(jy)相对应的LTP的过程(guchng)需要新的RNA和蛋白质的合成。

10、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）、即可早期基因（immediate-early genes, IEGs）等多种基因(jyn)的表达10。34 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

11、尚存争议，目前，大致存在以下四种学说11： （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

12、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(biozh)假说该学说认为诱导L-LTP的高强度刺激能使激活(j hu)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

13、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(zhxi)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 突触的结构可塑性 树突棘是树突上兴奋性突触的突触后部分。棘头通过一个细小的颈部与树突的轴连接，它不仅是含有受体的功能单位，也是一个整合输入信息和进行生化加工过程的独立单元，人们相信它可能是记忆储存的地方。在实验中发现，用谷氨酸诱导LTP期间，刺激20秒后即可见到棘变大。可见记忆的产生与树突棘的变化可能具有对应的关系，然而，仅凭

14、现有的研究结果来确定棘的形态变化和记忆的保持和巩固之间的相关性，理由还不充分，还需要大量深入的研究12。5 讨论与展望21世纪是脑科学研究的世纪13，记忆机制一直是神经科学以及脑科学中研究的热点。而对阐释记忆机制的长时程突触可塑性的研究也一直是人们所广为关注的。这些研究从神经细胞的层面，通过对突触可塑性的特点、性质、表现形式和细胞学机制的研究，证实了长时程突触可塑性在学习记忆中的重要作用。但在基于突触可塑性阐述记忆(jy)机制的过程中，我认为(rnwi)，还有许多(xdu)问题亟待解决：（1）突触可塑性学说不能十分合理地解释记忆的长期性。新记忆的获得需要新的蛋白质的合成，然而新合成蛋白质的更新

15、至多需要几个月14，如何维持新蛋白所“携带”的长期记忆仍是一个需要解决的问题。（2）虽然科学家对突触可塑性进行了大量研究，但多数研究是在离体的培养细胞中进行的15，因此，突触可塑性假说的结论还需要在活体中得到进一步的证实。（3）记忆是动物非常复杂的神经活动过程，大脑不可能存在单一的记忆机制，LTP与记忆之间也不可能只是简单的因果关系，除了LTP以外势必还存在着其他与记忆有关的机制，其中，基因由于其稳定性与记忆的稳定性之间存在着较强的对应关系，很可能是一种更加合理的记忆机制。相信在不久将来，通过对记忆机制的进一步研究，人们能够深入了解记忆在脑内是怎样进行认知与加工，信息是如何进行获得、存储与提取

16、16。这对人们理解神经系统的奥妙，以及对一些神经性疾病的治疗将带来新的视角。参考文献：1徐春，章晓辉.学习和记忆的突触模型：长时程突触可塑性.Chinese Journal of Nature，Vol.31 No.32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，2003，63谢文骏.记忆研究方向的新探讨.韶关大学学报.1994.104许琳,张均田.突触长时程增强形成机制的研究进展.生理科学进展2001年第23卷第4期5徐春，章晓辉.学习和记忆的突触模型：长时程突触可塑性.Chinese Journal of Nature，Vol.31 No.36宁树成,记忆的分子基础,中国煤炭工

17、业医学杂志,2003,127汤洋，学习记忆的分子生物学机制研究进展，南昌大学学报，2010年第50卷第3期8徐淑庆，学习与记忆生理机制的研究进展，钦州学院学报，2008，69叶智文，娄艾琳，郑华，等老年(lonin)大鼠的海马神经元对微量注射Ach的敏感性J生理科学(kxu)进展，1988，8(4)：25710徐虹,与长时程增强相关(xinggun)的基因表达的研究进展,生理科学进展2001年第32卷第2期11毛慕华.长时程突触可塑性中的突触标识.生理科学进展2008年第39卷第1期12陈燕,神经元的突触可塑性与学习和记忆,生物化学与生物物理进展,2009,35(6) 13许琳,张均田.突触长时程增强形成机制的研究进展.生理科学