学习和记忆的生物学基础

学习和记忆的生物学基础

努尔艾拉·艾力学号：1244408058

摘要：学习和记忆是脑的重要功能，，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的过程，记忆则指行为习惯的贮存和再现过程，关于学习和记忆神经基础的研究是当前神经科学研究的热点。神经科学的任务之一就是要阐明在学习和记忆过程中脑内发生了什么变化，信息是如何获得和储存的，又是如何读出的，从而可以延缓学习和记忆能力的衰退，治疗学习和记忆障碍，提高学习和记忆能力。

关键词：学习记忆神经机制

神经科学把学习定义为“人和动物获得关于外界只是的神经过程”，把记忆定义为“将获得的知识储存和读出的神经过程”。随着对学习和记忆神经生物学研究的不断深入，人们对学习和记忆的神经基础有了更多的了解，越来越认识到学习和记忆神经过程的复杂性。

一．学习与记忆的脑功能定位

运用脑外科手术切除某一部分脑组织，观察手术对某种学会了的反应的影响，或者观察手术对动物的学习效率的影响，以及对病人的临床观察，这是学习和记忆的神经基础研究手段。

临床上，潘菲尔德用微弱电流刺激清醒的癫痫患者一侧颞叶联合区，结果引起病人对以往经验的回顾记忆，并且产生一种特异时听幻觉或视幻觉，或者两种幻觉同时出现。更换刺激点或过一定时间刺激同一点则可能产生另一种不同的记忆幻觉，由此推测，颞叶在记忆功能上是一个重要部分。在临床上，由于癫痫病人需要切除两侧大脑颞叶，损伤了海马及有关结构，引起病人丧失新近记忆的能力，丧失记忆程度常取决于受伤部位大小，但手术后病人智力正常。由此推测，颞叶与海马结构可能与记忆巩固有关。

后来有人通过动物实验证明了这一推测，实验过程是把动物分实验和对照两组，同时给两组大鼠的海马埋藏好电极，然后训练大鼠压杠杆，以得到一滴糖水喝作为奖赏。训练成功后，在实验组的大鼠按压杠杆时给其一次强电击，有了这次经验后，动物不再去按压，或很慢地去按压杠杆。但过了24小时后则与对照组不同，又去按压杠杆。实验表明，海马受电

刺激的干扰后，可阻碍短时性记忆巩固发展为长时性记忆。

据此推测，海马在记忆巩固过程中起重要作用。由于手术切除第三脑室囊肿而损伤了穹窿，也使患者丧失了近期记忆能力。由此看来，与近期记忆有关的神经结构在脑内形成一个环路，与设想的情绪反应活动环路极为根似，其中一些环路包括扣带回、梅马、穹窿、下丘脑乳头体、丘脑前核、丘脑背内侧核和大脑皮层前额叶等，动物实验还发现，海马受刺激而兴奋时，其触突活动可持续数小时，因此，有人设想，当同一信息反复出砚时，脑内有关细胞活动可发生总和而活动增强，同时由于神经环路的活动又可使神经元的活动延长，如来多次如此反复，就可能引起突触部位发生结构上的变化，使得细胞间联系变得更为容易，最终形成特殊机能通道，并不断得以巩固而形成长时记忆。

二．学习记忆的分子生物学基础

六十年代，安格拉诺夫以特制的水箱训练金鱼建立以灯光为信号的回避电击的条件反射，训练成功之后，隔天或一月检查，金鱼都能发生条件反射，即表明金鱼有长时记忆，若在开始训练之前，先给金鱼注射适量的嘌呤毒素，金鱼仍能完成正常学习，表明短时记忆正常，但学习后三天的记忆保持遭到明显破坏，表明嘌呤毒素阻抑了蛋白质合成，影响了记忆巩固；若嘌呤毒素是在训练后1小时注人，则长时记忆不受影响；若是在训练后30分钟注人，则产生介于前二者之间的效应。若嘌呤毒素用量减少，则对记忆影响减弱。结果表明，长时记忆有赖于脑蛋白质合成。短时记忆则似乎与蛋白质合成无关，这一结论同样在小白鼠走迷宫的实验中得到证实。

很多实验证明，RNA在形成长时记忆过程中起重要作用。海登训练大白鼠爬倾斜45度的钢丝，训练成功后将其处死，分析前庭外侧核中的神经细胞核中RNA碱基对组成，发现训练组腺嘌呤含量增加，胞嘧啶减少，据此推想，训练组前庭外侧核神经细胞核中有新的RNA合成。巴宾奇训练大白鼠在短声或闪光出现时按压实验箱的杆杠以获得食物，然后从这两组动物脑内提取RNA，并以腹膜或脑室内注射的方式分别注人两组未经训练的大鼠体内，其结果使这两组动物分别对声与光和食物建立的条件反射的训练时间大大缩短。

有人用电击方法训练大白鼠使之避开黑暗场所，从这种大鼠的脑组织中分离出一种多肽，将这种多肤注人正常大鼠、小鼠及鱼类体内，也可使这些动物产生避光效应，这种多肤有15个氨基酸，名为避暗素。

总之，上述种种研究支持如下假说：脑内神经环路的反复循环或活动，可导致神经元内RNA成分上的改变，进而便蛋白质合成模式发生改变，结果导致形成长时记忆。

根据实脸证明，脑内微量注射或系统服用拟胆碱药能增进实脸动物的学习记忆能力；而

抗胆碱药物则相反，能干扰受试者近期记忆能力。德拉奇曼等观察正常育年受试者服用引起的记忆功能衰退，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。用胆碱疗法提高脑内胆碱和乙联胆碱浓度，增强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。

脑垂体的肽类激素中，加压素、催产素、促肾上腺皮质激素和黑色素细胞刺激等对学习和记忆均有不同程度的影响。德·摄尔得发现，切除垂体后叶的大鼠不能保留条件性回避反应，但用垂体后叶粗提物处理后则能迅速恢复正常，粗提物中影响记忆的主要成分即是加压素，是丘脑下部视上核所分泌的一种九肽，先天缺乏加压素的大鼠所建立的回避性条件反射在24小时内即消失，而对照组则可达120小时。老年人血液中的垂体后叶激素含量减少，用加压素喷鼻，可使他们记忆效率明显提商。关于加压素增进学习记忆的机制：一类观点认为，加压素对学习记忆影响有直接的特异性的作用；另一类观点认为加压素是通过影响其它系统的代谢而影响学习记忆的分子基础。

三．学习和记忆的神经生理学基础

从神经生理的角度来看，感觉性记忆和第一级记忆主要是神经元生理活动的功能表现。神经元活动具有一定的后作用，在刺激作用过去以后，活动仍存留一定时间，这是记忆的最简单的形式，感觉性记忆的机制可能属于这一类，在神经系统中，神经元之间形成许多环路联系，环路的连续活动也是记忆的一种形式，第一级记忆的机制可能属于这一类。例如，海马环路的活动就与第一级记忆的保持以及第一级记忆转入第二级记忆有关。

近年来对突触传递过程的变化与学习记忆的关系进行了许多研究。在海兔（一种海洋软体动物）的缩鳃反射的研究中观察到，习惯化的发生是由于突触传递出现了改变，突触前末梢的递质释放量减少导致突触后电位减少，从而使反射反应逐渐减弱；敏感化的机制是突触传递效能的增强，突触前末梢的递质释放量增加。在高等动物中也观察到突触传递具有可塑性。有人在麻醉兔中，记录海马齿状回颗粒细胞的电活动观察到，如先以一串电脉冲刺激海马的传入纤维（前穿质纤维），再用单个电刺激来测试颗粒细胞电活动改变，则兴奋性突触后电位和锋电位波幅增大，锋电位的潜伏期缩短。这种易化现象持续时间可长达10小时以上，并被称为长时程增强。不少人把长时程增强与学习记忆联系起来，认为它可能是学习记忆的神经基础。在训练大鼠进行旋转平台的空间分辨学习过程中，记忆能力强的大鼠海马长时程增强反应大，而记忆能力差的大鼠长时程增强反应小。

四．学习和记忆的神经生物化学基础

从神经生化的角度来看，较长时性的记忆必然与脑内的物质代谢有关，尤其是与脑内蛋白质的合成有关。在金鱼建立条件反射的过程中，如用嘌呤霉素注入动物脑内以抑制脑内蛋白质的合成，则运动不能完成条件反射的建立，学习记忆能力发生明显障碍。人类的第二级记忆可能与这一类机制关系较大。在逆行性遗忘症中，可能就是由于脑内蛋白质合成代谢受到了破坏，以致使前一段时间的记忆丧失。

中枢递质与学习记忆活动也有关。运动学习训练后注射拟胆碱药毒扁豆碱可加强记忆活动，而注射抗胆碱药东莨菪硷可使学习记忆减退。用利血平使脑内儿茶酚胺耗竭，则破坏学习记忆过程。动物在训练后，在脑室内注入γ-氨基丁酸可加速学习。动物训练后将加压素注入海马齿状回可增强记忆，而注入催产素则使记忆减退。一定量的脑啡可使动物学习过程遭受破坏，而纳洛酮可增强记忆。临床研究发现，老年人血液中垂体后叶激素含量减少，用加压素喷鼻可使记忆效率提高；用加压素治疗遗忘症亦收到满意效果。

以上只是从几个比较受到重视的方面概述了学习和记忆的生理基础的研究成果。目前对学习和记忆的研究已经在各个水平上都开展了大量工作。但是，要完全阐明学习与记忆的机理，还需要各个水平的研究工作的密切配合，才能揭示学习与记忆的本质，并在实践上为控制某些神经系统疾病及增进人类学习与记忆的能力提供有效手段。