第六章学习与记忆ppt课件

教学内容教学内容 学习学习两者的区别与联系两者的区别与联系n 学习是积累经验与知识的过程，学习是积累经验与知识的过程，也是对外部事物前后关联的把也是对外部事物前后关联的把握和理解的过程；握和理解的过程；n 记忆是知识或经验的输入、保记忆是知识或经验的输入、保持和提取的过程。持和提取的过程。知识、经验、外部事件动态变化规律不同，学习或掌握规律的知识、经验、外部事件动态变化规律不同，学习或掌握规律的方式就不同，参与这些过程的脑结构也就不完全相同方式就不同，参与这些过程的脑结构也就不完全相同 n学习和记忆是脑的最基学习和记忆是脑的最基本功能之一，是大脑神本功能之一，是大脑神经回路对环境变化的终经回路对环境变化的终生适应，目的是获得生生适应，目的是获得生存技巧，利用以更好地存技巧，利用以更好地适应环境和改造环境适应环境和改造环境学习是记忆的前提，而新的学习又常常在已获得经验学习是记忆的前提，而新的学习又常常在已获得经验的基础上进行的的基础上进行的2、个体学习和记忆（、个体学习和记忆（individual memory and learning）（二）记忆的历程与类型（二）记忆的历程与类型 1、记忆过程、记忆过程 记忆的获得：学习阶段记忆的获得：学习阶段 记忆的巩固记忆的巩固 记忆的再现记忆的再现 对自身经历和学习的事件进行编码、贮存并对自身经历和学习的事件进行编码、贮存并回忆、再现的过程，包括对发生在过去的特殊场回忆、再现的过程，包括对发生在过去的特殊场景和重要事件的回忆和再现，用语言表达出来的景和重要事件的回忆和再现，用语言表达出来的情景式记忆情景式记忆和对文字、语言和法律等回忆的和对文字、语言和法律等回忆的语义语义式记忆式记忆n特征：特征：意识参与意识参与，语言表达，语言表达n例子：例子：不依赖于意识或认知过程，但需要经不依赖于意识或认知过程，但需要经过多次重复测试才能逐步形成，是对一系过多次重复测试才能逐步形成，是对一系列规律性操作程序的下意识的感知和反射列规律性操作程序的下意识的感知和反射活动，因而又称为活动，因而又称为反射性记忆。反射性记忆。n特征：无意识，不需语言表达特征：无意识，不需语言表达驾驶、驾驶、2、海马对学习记忆的作用、海马对学习记忆的作用海马海马杏仁核杏仁核乳头体乳头体下丘脑下丘脑丘脑丘脑扣带回扣带回嗅球嗅球延迟性非配对样品任务实验延迟性非配对样品任务实验4、间脑和陈述性记忆、间脑和陈述性记忆 间脑中与记忆有间脑中与记忆有关的结构：关的结构：丘脑前核、丘脑前核、丘脑背内侧核、丘脑背内侧核、乳头体乳头体 海马海马杏仁核杏仁核乳头体乳头体下丘脑下丘脑丘脑丘脑扣带回扣带回嗅球嗅球帕帕兹环路帕帕兹环路3030年代就认识到的年代就认识到的边缘系统的主要回路，边缘系统的主要回路，称为帕帕兹环：称为帕帕兹环：海马海马穹窿乳头体穹窿乳头体乳头丘脑束丘脑乳头丘脑束丘脑前核扣带回前核扣带回海马海马在这条环路中，在这条环路中，海海马马结构是中心环节。结构是中心环节。丘丘 脑脑杏仁核杏仁核八臂迷宫模型八臂迷宫模型结果：习惯学习中，新纹状体具有重要作用，海马损伤没有影响。结果：习惯学习中，新纹状体具有重要作用，海马损伤没有影响。Hebb的细胞集合学说的细胞集合学说大脑皮层大脑皮层V1 V2V1 V2、V3V3、V4V4 边缘系统边缘系统内侧颞叶、内侧丘脑、腹内侧额叶内侧颞叶、内侧丘脑、腹内侧额叶 基底前脑胆碱能系统基底前脑胆碱能系统颞下回RosenzweigRosenzweig等（等（l966l966，l97ll97l），对哺乳动物进行），对哺乳动物进行了不同环境的养育实验，验证了学习经验或许了不同环境的养育实验，验证了学习经验或许能改变脑的解剖学结构的假说。能改变脑的解剖学结构的假说。2121天的大鼠分成三组，饲养在不同的生活环境中天的大鼠分成三组，饲养在不同的生活环境中l丰富环境丰富环境l枯燥环境枯燥环境(即隔离环境即隔离环境)l标准饲养条件标准饲养条件丰富环境枯燥环境n突触修饰理论的提出突触修饰理论的提出 1949年，年，Hebb 指出，心理功能，如记忆、情绪指出，心理功能，如记忆、情绪和思维等，都是由于以特定方式联结在一起的细和思维等，都是由于以特定方式联结在一起的细胞装置的活动所致。当细胞活动时，它的突触联胞装置的活动所致。当细胞活动时，它的突触联结就会变得更加有效。这种效应可以表现为短时结就会变得更加有效。这种效应可以表现为短时程的兴奋性增强（如在短期记忆时）；或者可以程的兴奋性增强（如在短期记忆时）；或者可以涉及到某些长持续的突触结构的改变（如在长期涉及到某些长持续的突触结构的改变（如在长期记忆时）。这一突触修饰理论很快被人们所接受记忆时）。这一突触修饰理论很快被人们所接受并成为研究学习记忆神经机制的重要理论依据并成为研究学习记忆神经机制的重要理论依据p海兔等低等动物模型在学习记忆研究中的贡献海兔等低等动物模型在学习记忆研究中的贡献 2020世纪世纪6060年代，年代，KandelKandel等人利用海兔这一软体动等人利用海兔这一软体动物的物的缩腮反射缩腮反射，对习惯化和敏感化这一简单的学习形，对习惯化和敏感化这一简单的学习形式进行了详细深入的研究，式进行了详细深入的研究，揭示了这种简单的学习模揭示了这种简单的学习模式完成的分子机制，首次使学习和记忆的神经机理在式完成的分子机制，首次使学习和记忆的神经机理在分子水平上得到了阐明。分子水平上得到了阐明。在海兔标本上发现的学习过在海兔标本上发现的学习过程的基本规律和特征，程的基本规律和特征，指导了哺乳动物学习记忆机制指导了哺乳动物学习记忆机制的研究。的研究。海兔（海兔（AplysiaAplysia）有一种非常清有一种非常清楚的反射行为：如果用一般水楚的反射行为：如果用一般水流喷射或用毛笔触碰它的喷水流喷射或用毛笔触碰它的喷水管，喷水管和呼吸腮就会收缩，管，喷水管和呼吸腮就会收缩，这一反射称为这一反射称为缩腮反射缩腮反射；重复；重复刺激喷水管后，缩腮反射幅度刺激喷水管后，缩腮反射幅度会逐渐变小，这就是缩腮反射会逐渐变小，这就是缩腮反射的的习惯化习惯化。来自喷水管的感觉信息经来自喷水管的感觉信息经感觉神经元传自腹神经节，与感觉神经元传自腹神经节，与L7L7运动神经元形成突触，运动神经元形成突触，L7L7支支配腮肌，控制缩腮运动。在这配腮肌，控制缩腮运动。在这个简单的单突触反射弧中，习个简单的单突触反射弧中，习惯化发生在那个环节？惯化发生在那个环节？缩腮反射习惯化的可能原因：缩腮反射习惯化的可能原因：（1 1）喷水管皮肤的感觉神经末梢）喷水管皮肤的感觉神经末梢对刺对刺激的敏感性降低。激的敏感性降低。但通过微电极记录但通过微电极记录感觉神经元的电活动排除了这种可能感觉神经元的电活动排除了这种可能性。性。（2 2）缩腮肌肉对）缩腮肌肉对来自来自L7L7运动神经元信运动神经元信号的反应能力降低。号的反应能力降低。但当习惯化形成但当习惯化形成后，电刺激后，电刺激L7L7总能引起与习惯化形成总能引起与习惯化形成前同等强度的缩腮反应，因而也排除前同等强度的缩腮反应，因而也排除了第了第2 2中可能性。中可能性。（3 3）只剩下一种可能性，即习惯化发）只剩下一种可能性，即习惯化发生在感觉神经元与运动神经元的生在感觉神经元与运动神经元的突触突触连接连接处。重复刺激感觉神经元后，在处。重复刺激感觉神经元后，在L7L7运动神经元上引起的运动神经元上引起的EPSPEPSP会逐渐减会逐渐减小。小。突触修饰是习惯化的神经机制突触修饰是习惯化的神经机制 经坎德尔（诺贝尔奖获得者，经坎德尔（诺贝尔奖获得者，2000）等）等人研究发现，感觉神经元的每个动作电位人研究发现，感觉神经元的每个动作电位在突触末梢引起的神经递质释放减少，而在突触末梢引起的神经递质释放减少，而L7对神经递质的敏感性并未改变，说明对神经递质的敏感性并未改变，说明缩缩腮反射的习惯化与突触前修饰有关。腮反射的习惯化与突触前修饰有关。2 2、学习与记忆的电生理研究发展、学习与记忆的电生理研究发展n强直后增强现象的发现强直后增强现象的发现：强直后增强（：强直后增强（Post-tetanic Post-tetanic potentiationpotentiation，PTPPTP）是指突触前末梢在接受一短串强直）是指突触前末梢在接受一短串强直刺激（高频刺激）后其突触后电位发生明显增强的现象。刺激（高频刺激）后其突触后电位发生明显增强的现象。n19491949年，年，LloydLloyd在脊髓阶段所做的单突触传递特征的研究在脊髓阶段所做的单突触传递特征的研究为突触修饰理论提供了电生理的证据。他的研究发现，为突触修饰理论提供了电生理的证据。他的研究发现，给肌肉纤维施加给肌肉纤维施加强直刺激强直刺激后，脊髓内的单突触传递出现后，脊髓内的单突触传递出现了传递效应的增强。这一现象被称为了传递效应的增强。这一现象被称为强直后增强。强直后增强。强直强直后增强现象的发现后增强现象的发现表明突触传递效应可以通过使用而得表明突触传递效应可以通过使用而得到加强，到加强，这不仅为这不仅为HebbHebb的突触修饰理论增添了证据，而的突触修饰理论增添了证据，而且为学习与记忆神经机制的探讨找到了一个可能的电生且为学习与记忆神经机制的探讨找到了一个可能的电生理指标。理指标。n强直后增强现象是一种活动引起的突触传递功能的增强，这强直后增强现象是一种活动引起的突触传递功能的增强，这一客观指标的出现曾经一度引发学习记忆神经机制的电生理一客观指标的出现曾经一度引发学习记忆神经机制的电生理研究热潮。但是把这一现象作为研究学习与记忆神经机制的研究热潮。但是把这一现象作为研究学习与记忆神经机制的指标，却有着明显的缺陷，即它的指标，却有着明显的缺陷，即它的持续时间太短。持续时间太短。因为持续因为持续时间的长短，是作为记忆的神经基础一个重要指标。时间的长短，是作为记忆的神经基础一个重要指标。n强直后增强是由于强直刺激使强直后增强是由于强直刺激使突触前神经元胞内突触前神经元胞内Ca2+Ca2+增多增多，促使突触末梢释放神经递质最多，导致促使突触末梢释放神经递质最多，导致EPSPEPSP增大增大。nPTPPTP可可持续数分钟持续数分钟-1-1小时小时。PTPPTP普遍存在于中枢神经系统，特普遍存在于中枢神经系统，特别是与学习记忆有关的部位，因而认为与学习记忆有关。别是与学习记忆有关的部位，因而认为与学习记忆有关。n长时程增强现象的发现长时程增强现象的发现：（：（long-term potentiationlong-term potentiation，LTPLTP）是指突触前神经元受到短时间的快速重复刺激后，在突触后是指突触前神经元受到短时间的快速重复刺激后，在突触后神经元快速形成的持续时间较长的神经元快速形成的持续时间较长的EPSPEPSP增强。增强。n19731973年，年，BlissBliss等人在哺乳动物的海马部位发现了长时程增等人在哺乳动物的海马部位发现了长时程增强现象。与强直后增强现象不同的是，强现象。与强直后增强现象不同的是，在传入纤维上施加短在传入纤维上施加短暂的强直刺激，所引起的突触效应增强可以持续相当长的时暂的强直刺激，所引起的突触效应增强可以持续相当长的时间。间。在慢性动物实验中，这一现象在慢性动物实验中，这一现象可以持续几周时间可以持续几周时间。由于。由于长时程增强现象首先发现于哺乳动物的长时程增强现象首先发现于哺乳动物的海马部位海马部位，而临床资，而临床资料早已证明这一部位与某些记忆形式有着极为密切的关系，料早已证明这一部位与某些记忆形式有着极为密切的关系，因而长时程增强现象从一开始就受到神经科学家的高度重视，因而长时程增强现象从一开始就受到神经科学家的高度重视，已被广泛作为信息贮存过程中突触效应增强的客观电生理指已被广泛作为信息贮存过程中突触效应增强的客观电生理指标。标。Long-term potentiation(LTP)is the persistent increase in synaptic strength following high-frequency stimulation of a chemical synapse.Studies of LTP are often carried out in slices of the hippocampus,an important organ for learning and memory.In such studies,eletrical recordings are made from cells and plotted in a graph such as this one.This graph compares the response to stimuli in synapses that have undergone LTP versus synapses that have not undergone LTP.Synapses that have undergone LTP tend to have stronger electrical responses to stimuli than other synapses.The term long-term potentiation comes from the fact that this increase in synaptic strength,or potentiation,lasts a very long time compared to other processes that affect synaptic strength.穿通纤维穿通纤维苔状纤维苔状纤维SchafferSchaffer侧支通路侧支通路乙酰胆碱乙酰胆碱：n在学习之后不同的时间施用抗胆碱脂酶药物在学习之后不同的时间施用抗胆碱脂酶药物(二异二异丙基氟磷酸丙基氟磷酸(DFP)或毒扁豆碱或毒扁豆碱)，14天无影响，天无影响，7天损天损害记忆害记忆,21天则易化记忆。抗胆碱脂酶药物提高胆天则易化记忆。抗胆碱脂酶药物提高胆碱能突触效应。（碱能突触效应。（胆碱能效应达最佳时具有易化记忆，胆碱能效应达最佳时具有易化记忆，提高或超过则损害记忆）提高或超过则损害记忆）n酒精中毒导致记忆减退，其原因是损害了与胆碱酒精中毒导致记忆减退，其原因是损害了与胆碱传导阻滞有关；传导阻滞有关；学习后逐渐发生的胆碱能突触变化的时间与记忆有关。学习后逐渐发生的胆碱能突触变化的时间与记忆有关。n氨基酸类氨基酸类：氨基丁酸氨基丁酸(GABA)外源性给外源性给药药,注射注射GABA拮抗剂对记忆保持有增强作拮抗剂对记忆保持有增强作用；注射用；注射GABA激动剂使记忆保持受到损坏；激动剂使记忆保持受到损坏；也有认为在人焦虑时，产生内源性激动剂也有认为在人焦虑时，产生内源性激动剂影响影响GABA系统对记忆的调制功能系统对记忆的调制功能n单胺类单胺类（去甲肾上腺素和多巴胺）：（去甲肾上腺素和多巴胺）：n蛋白质和核糖核酸蛋白质和核糖核酸的变化将直接影响到突的变化将直接影响到突触效应，或调节控制突触的可塑性变化。触效应，或调节控制突触的可塑性变化。采用药物途径，观察和测定学习后脑内化采用药物途径，观察和测定学习后脑内化学物质分量的变化，研究记忆的脑化学基学物质分量的变化，研究记忆的脑化学基础。础。伤病伤病时间时间顺行性遗忘顺行性遗忘逆行性遗忘逆行性遗忘重点重点（六）研究学习和记忆的动物模型（六）研究学习和记忆的动物模型 1.1.经典条件反射和操作式条件反射模型经典条件反射和操作式条件反射模型 2.2.迷宫学习模型迷宫学习模型 3.3.研究记忆过程的行为模型研究记忆过程的行为模型 4.4.常用的猴行为模型常用的猴行为模型v 迷宫学习模型：迷宫学习模型：是一类与空间学习与记忆有关的行为是一类与空间学习与记忆有关的行为 模型：模型：Y Y型迷宫：型迷宫：是一种含有分辨性质的主动回避学习，常是一种含有分辨性质的主动回避学习，常 用于药物筛选。用于药物筛选。八臂迷宫：八臂迷宫：是一种食物性行为模型，可设计不同的训是一种食物性行为模型，可设计不同的训 练程序，如固定取食程序和插板延时程序等。练程序，如固定取食程序和插板延时程序等。水迷宫：水迷宫：是一种空间记忆模型，与海马的功能有关。是一种空间记忆模型，与海马的功能有关。训练开始时把大鼠放在盛水的圆桶内，为逃避水淹动训练开始时把大鼠放在盛水的圆桶内，为逃避水淹动 物就要寻找平台，平台略低于水面。为使动物看不见物就要寻找平台，平台略低于水面。为使动物看不见 平台需把水染成深色。计算动物找到平台的时间、游平台需把水染成深色。计算动物找到平台的时间、游 动轨迹、通过平台轨迹所在象限的次数等。动轨迹、通过平台轨迹所在象限的次数等。v 几种研究记忆过程的行为模型：几种研究记忆过程的行为模型：（1 1）一次性被动回避（）一次性被动回避（step-throughstep-through）：）：用于大鼠，主要适用于大鼠，主要适合记忆巩固（合记忆巩固（memory consolidation)memory consolidation)和记忆保持（和记忆保持（memory memory retention)retention)。测定动物经过一次电击后能维持多长时间不进。测定动物经过一次电击后能维持多长时间不进入给电击的小室。不进入小室的时间愈长，说明记忆保持愈入给电击的小室。不进入小室的时间愈长，说明记忆保持愈好。好。（2 2）跳台）跳台：也是一种被动回避。将动物先放在平台上，这一也是一种被动回避。将动物先放在平台上，这一平台面积较小，动物必须不十分平台面积较小，动物必须不十分“舒服舒服”地坚持在平台上，地坚持在平台上，跳下平台即要遭到电击，坚持在平台上的时间愈长则记忆愈跳下平台即要遭到电击，坚持在平台上的时间愈长则记忆愈巩固。巩固。（3 3）小鸡一次性厌恶回避反应）小鸡一次性厌恶回避反应：把一日龄小鸡放在一个小把一日龄小鸡放在一个小筐内，并控制光照，适应一定时间后先进行啄珠的预训练，筐内，并控制光照，适应一定时间后先进行啄珠的预训练，1010分钟后开始厌恶回避行为的训练，即给小鸡呈现蘸过水的分钟后开始厌恶回避行为的训练，即给小鸡呈现蘸过水的橘黄色小珠（对照组）或蘸过有苦味的的橘黄色小珠（实验橘黄色小珠（对照组）或蘸过有苦味的的橘黄色小珠（实验组），记录其啄珠或回避的反应。然后可以间隔不同时间测组），记录其啄珠或回避的反应。然后可以间隔不同时间测试小鸡啄珠或回避反应。小鸡能回避具有苦味小珠的行为是试小鸡啄珠或回避反应。小鸡能回避具有苦味小珠的行为是一个学习和记忆过程。这种行为对动物适应生后的环境具有一个学习和记忆过程。这种行为对动物适应生后的环境具有十分重要的意义。十分重要的意义。