脑的学习记忆机制

脑的学习记忆机制

脑是对身体有意识和无意识活动的高级指挥和调节中心。几乎所有的简单和复杂任务都可以由大脑参与和活动。简要的概括,脑有四大功能:感觉、运动、调节(适应)和高级功能。高级功能是指认知、注意、学习、记忆、语言和思维等。而学习和记忆就包含在脑的高级功能之中。通常我们所说的学习是指通过神经系统接受环境的变化而获得的行为习惯(或称经验)的过程,记忆则指行为习惯的贮存和再现过程。学习改变了脑内神经元群的活动,就是说通过不同努力程度的学习,我们的脑内产生不同的神经元,神经元之间建立不同程度的神经联结,而这些活动的又因为学习的深浅的不同而以不同的表现方式再现的这样一个过程,可称为“塑造”。也可因为学习的停止或者是刺激的不再出现,导致了这一神经活动处于沉默的状态并不能记忆,而出现了消退,并且原先建立的神经联结可能已被其他的神经活动所代替的过程,从而形成了“修剪”的过程。随着生理性增龄所带来的记忆能力降低,或伴随多种神经、精神疾病所出现的学习和记忆障碍,都向神经科学家提出了一个亟待解决的课题——学习与记忆的神经机制的研究与发展。因为只有真正了解了学习和记忆的神经机制,我们才能有针对性的对各种学习和记忆障碍进行积极有效的治疗和干预,恢复机体功能,克服学习记忆障碍,提高生活质量。1学习和记忆相关的脑组织1.1长时记忆的储存颞叶与记忆关系最为密切,因为海马这个长时记忆的存储机构就在颞叶内侧。Scoville关于H·M·的个案清楚地说明了海马在长时记忆的储存过程中扮演的重要角色,H·M·因癫痫病的不断恶化手术切除两侧颞叶内侧和海马,术后患者出现遗忘症。有报道为病患右侧颞叶被切除后,对病人进行的视觉或听觉的非言语性测验发现:病人对复杂几何图形的记忆、无意义的图形的学习和再认、面孔和音调的再认都显著受损,但言语记忆方面没有衰退。在记忆过程中,海马这一居位显要而不可缺少的结构是完全可以肯定的。1.2对行为的再认记忆Corsi(1972)证实了额叶与先后次序的记忆关系密切,实验发现在判断词语是否出现的再认结果中,颞叶损伤者略有障碍,而额叶损伤者却表现正常,但在先后次序的记忆上,额叶损伤者,特别是左侧额叶损伤者表现出了非常显著的障碍。因此验证了1960年额叶认定与记忆有关的相关研究。1.3顶叶受损者Warrington和Weiskrantz(1973、1978)的个案研究结果显示左侧顶叶与短时记忆有关,左侧顶叶受损者在数字广度方面严重受损,但在对词语配对和故事回忆的测验上表现正常。我们熟知的典故是,Penfield在进行外科手术时在不伤害患者脑组织的情况下,用微电极刺激清醒的癜痫患者一侧顶叶联合区,结果引起患者对过往事件的相关记忆,并且产生一种特异的听幻觉或视幻觉或者两种幻觉同时出现。说明了顶叶的记忆功能不光只有短时记忆,还可能为长时记忆。1.4杏仁核—丘脑、杏仁核Korsakoff’ssyndrome的病因是长期酗酒导致体内持久缺乏维生素B1所导致的脑损伤。在Korsakoff遗忘症患者尸检的报告中发现,患者的乳头体和穹窿、丘脑内侧部位发生了病变,意味丘脑可能与记忆有关。米斯根等人证明,杏仁核与大脑皮质的感觉系统有联系,它与丘脑联系相联系,也是感觉输入的中转站。杏仁核———海马联合损毁的猴学习记忆功能严重损害,提示海马、杏仁核两者都参加了记忆过程。在ERP的相关研究中都证实了丘脑、杏仁核这两个生理调节中枢与情绪密切相关。2学习和记忆的神经机制2.1行为的敏感化学习可分为非联合型学习和联合型学习。非联合型学习又可划分为习惯化和敏感化,在习惯形成之后,会出现思维定势和固定行为,而有了敏感化的配合,学习者对周围事物发生、发展所产生的变化就不会无动于衷,可能生理上产生一些改变并伴随行为的相继发生。联合型学习可分为经典条件反射和操作式条件反射,将刺激和无关刺激经有效的强化物联系在一起,最后形成我们想要得到的行为,在学习中,关键就是给刺激找到有效的强化物,来得到结果。2.2材料中的导致系统发育的记忆认知心理学家把记忆分为陈述性记忆和非陈述性记忆。陈述性记忆的痕迹储存在海马、内侧颞叶、间脑以及它们之间形成的神经网络。陈旭性记忆又可分为:痕迹储存在纹状体、运动皮层、小脑以及它们之间形成的神经网络程的序性记忆;痕迹储存在新皮层的初始化效应;储存在小脑、杏仁核和海马的非陈述性记忆。陈述性记忆可以通过有意识的回忆获取,用语言来描述被记忆的内容,容易形成也容易遗忘。程序性记忆是技能得后的一种记忆,不用通过有意识的回忆,记忆形成通常需要多次的重复和练习,一旦形成不会轻易忘记。3正常的和脑损伤人类的研究理解学习和记忆的生物学的研究在许多战线上努力同时进行着,从有关无脊椎动物的研究到正常的和脑损伤人类的研究。生物种族的发展导致了神经元的分化和突触的改变,学习也同样能导致新的树突和许多新的、暂时的突触,其中一些是对神经结构的稳定的修改。3.1机械刺激变性元素对海兔喷水管皮肤的抑制效应E·R·Kandel在海兔神经系统方面的研究工作代表了当前对学习记忆机制的研究的一个重要方面。因为海兔含有特别大的神经细胞,有的直径可达1mm便于微电极插入,实验中对海兔喷水管皮肤进行一次机械刺激可引起一次缩腮反射,如此反复多次轻微地刺激喷水管,则缩腮反射逐渐减弱,最终不出现,这被认为是一种习惯化的过程,习惯化是一种简单的学习反射,动物学会了忽视那些重复性或无意义的刺激。这种习惯化缩腮反射在一段时间后被遗忘可再出现反射,若给海兔一个强的伤害刺激则此时海兔的喷水管发生增强的缩腮反射,并且这种敏感化持续几分钟至几天,甚至几周,敏感化被看成是学习的另一种形式要求动物学会注意某一刺激。3.2对小鼠海马记忆能力的影响学习与记忆突触机制的研究开始于20世纪70年代,Bliss和Lφmo的实验研究发现哺乳动物大脑海马中的长时程突触增强(long-termpotentiation,LTP)现象。Thomas在海马突触可塑性与年老动物记忆下降的关系研究中指出,易化LTP的诱导,或降低诱导LTP的域值,可改善老年鼠的记忆能力;而阻断LTP的诱导,可直接影响老鼠海马学习记忆能力。分子生物学技术把编码LTP诱导或维持环节上任意一种蛋白质剔除后,小鼠海马就没有LTP现象,而小鼠则失去了记忆,以NMDA受体和CREB受体为例,NMDA受体是LTP诱导环节上的第一关,CREB则是神经细胞核内启动基因表达的关键分子。编码NMDA受体的基因被剔除后,小鼠海马CA1区缺乏LTP,不能形成关于水迷宫中隐藏平台的空间位置记忆(把小鼠放进圆形水池,圆形水池中放置一隐藏平台)。而用分子生物学技术,使海马表达更多NMDA可使小鼠变得“聪明”,它们学习记忆能力比正常鼠有显著提高,并且其“聪明”可遗传给后代。4增加mg2+的量对于记忆学习的研究涉及到了很多的领域,孔令斌等研究结果显示:海马、额叶rCFB降低可以引起大鼠学习能力降低,其降低原因可能与c-fos、c-jun、Bcl-2和Bax阳性细胞表达增多有关。刘国松指出当神经网络可塑性处于优势功能状态,神经细胞在突触上的分布状态以及决定突触可塑性的分子表达模式,他在动物实验中发现增加Mg2+的摄入量可有效阻止由年龄造成的记忆衰退。竺平晖在研究中指出:CIE可改善D-半乳糖致衰老模型小鼠记忆能力,其作用机制可能与CIE具有抗氧化能力有关。当然,新近的研究越来越多的是向改善记忆及增强记忆的方向来靠近,研究的目的也是为了更好的为人类服务。学习记忆的生理机制的研究在加紧探索的步伐,因为有很多的机制是不为人类了解,迷惑着众多在求索的人类科学家们。正常人体察不到记忆障碍者的痛苦,记忆力好的人在学习、生活和工作中有者特定的优势,而学习记忆障碍者则不光出现学习方面