学习和记忆神经生物学

学习和记忆神经生物学第一页，共六十页，2022年，8月28日记忆机制简介记忆机制研究的意义：不仅可以揭示人脑的工作原理，防治记忆疾病，提高人类的记忆能力，而且对于发展新型的信息处理机器也有很大的作用。第二页，共六十页，2022年，8月28日记忆的脑功能定位20世纪30年代，拉塞利提出了记忆分布于全脑的学说，到了40年代，潘菲尔德（Penfield）又提出了脑功能的局部定位说。第三页，共六十页，2022年，8月28日记忆的物质基础已有资料表明，在细胞水平上，细胞间的突触联系的改变是形成记忆的基础；在分子层次的记忆研究表明，对于不同种属动物的脑，记忆的分子机制是相当一致的，这些研究揭示了生物基本原理的统一性。第四页，共六十页，2022年，8月28日记忆研究的理论探讨黑伯（Hebb）在20世纪40年代提出了突触联系的改变为记忆的基础，即著名的突触变化的黑伯定律。认知心理学从信息处理观点出发，也提出了一些记忆的模型。第五页，共六十页，2022年，8月28日学习与记忆学习：指人和动物获得外界信息的神经过程记忆：将获得的信息贮存和读出的神经过程学习广义的行为定义：动物个体在与环境中发生的新事物接触的经验中改变自己的适应行为，也就是新的适应行为（或新行为模式）的获得过程第六页，共六十页，2022年，8月28日学习与记忆功能的生物学特性不变量形成信息平行处理结构复杂，高效低耗能第七页，共六十页，2022年，8月28日第一节学习与记忆的分类记忆的广义定义：指机体所保存的关于生存的环境信息和它自身的信息

个体记忆：个体生命中所积累的实践经验分类

种族记忆：来自进化过程中祖先积累保存下来的信息第八页，共六十页，2022年，8月28日非联合型学习和联合学习非联合型学习：在刺激和反应之间不形成明确联系的学习形式表现：在单一刺激长期重复作用下个体对该刺激的行为发生改变典型方式习惯化：指一个不具有伤害性效应刺激重复作用时，机体对该刺激的反射性行为反应逐渐减弱的过程敏感化：表现为当一个强刺激存在时，大脑对一个弱刺激的反应会得到加强第九页，共六十页，2022年，8月28日联合型学习：指刺激和反应之间建立联系的学习。它的实质是由两种或两种以上刺激所引起的脑内两个以上的中枢之间的活动形成联结而实现的过程种类：经典性条件反射和操作性条件反射第十页，共六十页，2022年，8月28日陈述性记忆和非陈述性记忆陈述性记忆：指对事实或事件及其相互关系的记忆，又称外显记忆非陈述性记忆：是具有自主或反射性质的记忆，又称内隐记忆第十一页，共六十页，2022年，8月28日短时记忆和长时记忆工作记忆与参考记忆工作记忆：指对某次训练时出现的特殊刺激或线索的记忆，也就是动物或人在进行某种复杂的认知任务操作过程中脑内“在线”或短暂贮存某些必要信息的神经过程参考记忆：整个训练过程中一直不变的一般线索或规则的记忆第十二页，共六十页，2022年，8月28日第二节学习与记忆的神经基础参与学习与记忆的脑结构颞叶海马和杏仁核间脑新皮质脑内记忆系统陈述性记忆的神经回路非陈述性记忆的神经回路工作记忆系统运动性学习记忆神经回路记忆的生理单元第十三页，共六十页，2022年，8月28日颞叶的记忆作用1.颞叶下回在视觉辨别学习记忆中具有重要作用2.颞叶新皮质具有贮存记忆印记的能力：Penfield关于癫痫病人的研究3.颞叶损伤容易产生长时记忆障碍：

Scoville和Milner对H.M的研究第十四页，共六十页，2022年，8月28日4.颞叶皮质的偏侧化倾向

Milner采用各种不同的记忆测验，验证了两侧颞叶新皮质受损的不同效应，进一步证实了颞叶皮质的偏侧化倾向。（结果）5.Hebb的理论

Hebb认为，如果某种记忆印记仅由一种感觉模式所形成，那么该印记位于与这种感觉有关的大脑皮质区域第十五页，共六十页，2022年，8月28日海马在记忆中的作用海马是实现记忆的第一步来自电生理方面的证据：Thompson等人的瞬膜反射实验脑损伤方面的证据：Mishkin等人的延迟性非配对样品（DNMS）的记忆实验第十六页，共六十页，2022年，8月28日海马是长时记忆的过滤器，信息传递给海马，并暂时储存，只有经过海马加工的信息才能进入长时记忆进行储存第十七页，共六十页，2022年，8月28日修补大脑芯片的诞生1.由美国南加利福尼亚大学西奥多·伯格等人研制，以在实验鼠脑组织切片上试验成功，随后将进行活体实验。该芯片主要是发挥大脑“海马”部位的功能。2.研制该芯片克服了三大困难

1）建立“海马”在各种不同条件下工作的数学模型

2）将这一模型编程到芯片中

3）使芯片能够与大脑其他部位协调工作第十八页，共六十页，2022年，8月28日“四肢发达，头脑简单”真的有道理适量运动会使人更聪明运动过度脑子会变笨第十九页，共六十页，2022年，8月28日杏仁核在记忆中的作用将感觉体验转换为记忆，在记忆汇合过程中的作用十分突出。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（图）杏仁核在联系不同的感觉所形成的记忆中发挥着重要作用：延迟性非配对样品实验第二十页，共六十页，2022年，8月28日间脑与记忆加工间脑中的丘脑前核、丘脑背内侧核和下丘脑乳头体参与加工认识记忆（图）间脑与科尔萨可夫（Korsakoff）综合症第二十一页，共六十页，2022年，8月28日新皮质与记忆新皮质是人类长期进化过程中形成的大脑皮质，它与一些高级的精细、复杂的加工有关。前额叶与记忆的关系第二十二页，共六十页，2022年，8月28日前额叶与记忆的关系前额叶与空间工作记忆有关系前额叶与物体工作记忆有关系前额叶与先后次序的记忆关系密切第二十三页，共六十页，2022年，8月28日前额叶与空间工作记忆的关系延缓反应任务实验（delayed-response,DR任务）Jacobsen等人通过DR实验证明，前额皮层主沟区（46区）是空间工作记忆的关键脑区第二十四页，共六十页，2022年，8月28日前额叶皮层与物体工作记忆的关系前额叶皮层的下凸部（12区和45区）具有物体工作记忆的功能证据来自于延缓样本匹配任务（delayedmatching-to-sample,DMS任务）第二十五页，共六十页，2022年，8月28日额叶与先后次序的记忆关系密切Corsi等通过对额叶损伤的病人进行研究，证实了这种关系。采用词语测验的方式让额叶和颞叶分别受损伤的病人进行回忆，结果证实额叶与先后次序的记忆存在密切关系。第二十六页，共六十页，2022年，8月28日总结颞叶：在视觉辨别学习中有着重要作用，与长时记忆的贮存关系密切，并且颞叶皮质的记忆功能具有偏侧化倾向海马：与短时记忆有关系，是记忆的第一步，也是短时记忆转为长时记忆的过滤器第二十七页，共六十页，2022年，8月28日杏仁核：负责将感觉体验转化为记忆，在记忆汇合过程中的作用十分突出间脑：记忆环路的一个重要环节额叶：与工作记忆、先后次序的记忆关系密切，同时具有偏侧化倾向第二十八页，共六十页，2022年，8月28日脑内记忆系统陈述性记忆的神经回路非陈述性记忆的神经回路工作记忆系统运动性学习记忆神经回路第二十九页，共六十页，2022年，8月28日陈述性记忆的神经回路以视觉学习记忆为例：大脑皮层V1V2,V3,V4边缘系统内侧颞叶，内侧丘脑，腹内侧额叶基底前脑胆碱能系统第三十页，共六十页，2022年，8月28日非陈述性记忆的神经回路Mishkin等人提出，除了陈述性记忆这个学习系统之外，还存在着用于学习的第二个系统，它是独立与边缘环路之外的，对重复刺激做出反应是该系统的关键成分。第二系统的学习被成为“习惯”。梅镇彤等人提出的习得性行为神经调控的框图第三十一页，共六十页，2022年，8月28日工作记忆系统Goldman-Rakic提出的前额叶皮层工作记忆模块假说：前额叶皮层具有多个工作记忆模块；不同模块位于不同的亚区，主管不同性质的工作记忆；具体的说，前额叶皮层主沟区管理空间工作记忆；前额叶皮层下凸部管理物体或相貌工作记忆。第三十二页，共六十页，2022年，8月28日运动性学习记忆神经回路NM/EBCC：是经典瞬膜/眨眼条件反射，其训练过程是：以声音或灯光等作为条件刺激（CS），以向角膜吹风或眶周电击作为非条件刺激（US），训练被试建立瞬膜/眨眼条件反射（CR）。这种学习记忆活动属于感觉－运动记忆。NM/EBCC的重要环路第三十三页，共六十页，2022年，8月28日结果研究者对这个环路进行了“可逆失活”研究，发现运动核和红核失是传出通路的一部分，并不是记忆产生的部分。中位核和小脑皮层是运动学习记忆产生的重要部分，特别是后背侧中位核及其覆盖的小脑HVI皮层。这一部分被冷冻或失活之后，学习将完全消失。第三十四页，共六十页，2022年，8月28日记忆的生理单元短时记忆的神经过程长时记忆的神经过程短时记忆向长时记忆转化的机制第三十五页，共六十页，2022年，8月28日短时记忆的神经过程Hebb认为短时记忆的活动过程只持续短暂的一段时间、而长时记忆则涉及神经系统结构上的改变、所以较为持久。它们有不同的神经生理机制。他认为脑部的神经元彼此连接。互通信息。一旦神经元a被激活，就依次传递到b，c，d，…，最后又返回神经元M，如此循环。这些连接的神经元形成所谓的神经环，或称为神经回路．往返于皮质的不同区域，也可以通往皮质下的结构(如丘脑、海马)。第三十六页，共六十页，2022年，8月28日由于神经允许输入和输出的信息量很大，所以脑部的神经回路密布，而回路的神经突触互相联系。任何心理过程都可以看作某特定神经回路的活动。短时记忆可以看作神经回路短暂的反响。这个反响回路是皮质神经元所组成一个无终端的闭合线路，一旦受刺激，则产生环绕此封闭线路的回响，回响可以持续20至30秒。反响回路不仅可以说明短时记亿为什么在短暂时间内消失，也可以说明在此极短的时间内，新旧材料所产生的干扰作用。

第三十七页，共六十页，2022年，8月28日长时记忆的神经过程长时记忆是神经突触所产生的持久性改变．这种突触结构的改变需要一段时间才能巩固。通过固化，脑细胞发生生理变化，产生新的树突或轴突。这种变化一旦发生，记忆痕迹就深刻脑海，信息得以长期储存。不过，脑细胞这种结构上的变化也只是持续相当长的时间．并不是永久不变。因为生理上的代谢或衰退的过程，可以使突触的联系松弛，以致长时记忆也有衰退的现象。第三十八页，共六十页，2022年，8月28日短时记忆向长时记忆转化的机制突触假说神经胶质假设生物化学假设第三十九页，共六十页，2022年，8月28日突触假说

Bennult(1977)认为．生活在刺激丰富的环境中的白鼠之所以比生活在刺激贫乏环境中白鼠大脑皮层厚而且重、是由于轴突末梢增长、树突增多、突触间隙变窄，使相邻的神经元更易于相互作用。在学习的时候，抵制相邻神经元之间冲动传送的突触阻力下降，因此学习所创造的稳定神经线路是记忆的生理“支柱”。

第四十页，共六十页，2022年，8月28日神经胶质假设

罗森茨威格及其合作者(1964—1967)的实验揭示，在刺激丰富环境中生长的白鼠与在刺激缺乏环境中生长的白鼠相比较，大脑出现了量的变化，大脑重量的增加。特别是枕叶的胶质细胞增加，而神经元则保持不变。研究者假设：数量的变化，特别是神经胶质细胞的数量变化可能与记亿过程有关。

第四十一页，共六十页，2022年，8月28日生物化学假设神经元的电活动造成细胞内部某些分子结构，特别是核糖核酸或特殊蛋白质的化学变化。所以，结构变化是信息记亿的生物“编码”。第四十二页，共六十页，2022年，8月28日第三节学习和记忆与突触可塑性学习记忆与突触结构的可塑性学习记忆与突触传递效能的可塑性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突触间隙树突突触小泡神经递质分子受体第四十三页，共六十页，2022年，8月28日学习记忆与突触结构的可塑性突触的生理变化：在学习过程中，有许多生理变化可以改变已有突触后对突触前的兴奋的反应。这种变化可能是突触前的，也可能是突触后的，还可能两者都有。结构的改变：突触可以在训练过程中长大，长时间不用就会萎缩；另外，训练也可以使突触数目增加。第四十四页，共六十页，2022年，8月28日突触的生理变化和结构变化图第四十五页，共六十页，2022年，8月28日学习记忆与突触长的效能的可塑性学习记忆与突触传递的长时程增强海马结构的三突触回路长时程增强（long-termpotentiation,LTP）:最初由Lomo首先发现这种现象，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。这种长时程增强效应是短时记忆转化为长时记忆的基本的脑神经信息加工过程。第四十六页，共六十页，2022年，8月28日LTP的特性LTP具有联合的性质，即在本质上是由两种不同的、具有一定时间关系的刺激协同作用产生的。LTP还具有特异性第四十七页，共六十页，2022年，8月28日学习记忆与突触传递的长时程压抑长时程压抑（long-termdepression,LTD）是指突触传递的效率长时程降低。LTD在运动学习中负担着不断纠正操作错误的重要作用第四十八页，共六十页，2022年，8月28日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突触结构可塑性是其功能可塑性的物质基础，二者统一于突触信息传递过程中。第四十九页，共六十页，2022年，8月28日TheEnd第五十页，共六十页，2022年，8月28日瞬膜/眨眼条件反射基本神经通路第五十一页，共六十页，2022年，8月28日延缓反应训练第五十二页，共六十页，2022年，8月28日丘脑结构图第五十三页，共六十页，2022年，8月28日杏仁体的多种联系第五十四页，共六十页，2022年，8月28日颞叶切除后，在记忆功能上所表现的双重分离效应记忆测验切除部位左颞叶右颞叶几何图形的回忆√×无意义图形的配对学习√×无意义图形的记认或再认√×人面再认