海马和学习记忆的关系

课程名称：学习与记忆

主讲教师：王少宏

学号：2010212460

姓名：万兵

海马和学习记忆的关系

摘要：海马(hippocampus)并非指传统中医药理论指导临床运用的中药海马，而是指人类大脑颞内侧以及腹侧卷曲的海马回及齿状区。在与学习记忆有关的脑区中，海马结构的作用显得特别突出，海马神经元结构的复杂变化与学习、记忆密切相关。在研究脑的学习和记忆的功能上，海马是一个重点；加上它具片层组构，结构相对较简单，是一个很适用的研究模型，因而对它的研究一直成为研究的热点。本文将从海马的结构特点，海马结构的内回路与片层学说，海马在学习记忆中的作用，海马的学习和记忆功能四大方面来谈谈海马和学习记忆的关系。

正文：海马结构的特点:现在认为最可能参与记忆痕迹形成的结构是小脑、海马、杏仁体和大脑皮层。海马(hippocampus)1齿状回(dentate gyrus)、下托（subi culum）在结构和功能上可视为一个整体，合称海马结构(hippocampal formati on)。海马结构属原皮质。根据其解剖学特点及生理学研究，Anderson(1971)提出片层假说(Lamellar hypothesis)并被广泛接受，用以探讨和解释海马结构的信息传递与加工。近年来，根据研究的最新进度，提出了修改意见，强调它的三维组构，认为通过海马内回路的信息可能有“通道化”(Chanelling)。

海马及齿状回皮层构筑的特征

海马和齿状回皮层构筑的一个最突出的特点，是神经元有规则的排列。紧密排列的细胞使海马界限非常明确。密集的细胞构成显著的带状。神经元可分主神经元和非主神经元，主神经元在海马是锥体细胞，在齿状回是颗粒细胞。非主神经元即中间神经元，其类型较多，数量不少，大约占神经元总数的12％.海马与齿状回属原皮质，仅有三层细胞结构。海马皮质从海马沟至脑室回依次为分子层、锥体层和多形层。在分子层与锥体层之间还可分出两个神经纤维层，即腔隙层和辐射层，这两层并无神经细胞。因此，海马也可分为5层，即分子层、腔隙层、辐射层、锥形层和多形层。此外，在海马皮质的多形层之外，还有一个白质层，它紧贴脑室膜，称为室床，主要由海马的传人和传出纤维组成。齿状回的皮质也分为三层：分子层、颗粒细胞层和多形层。其神经细胞发出的纤维不超出海马结构的范围。侮马由于锥体细胞有规则的排列，故其结构是比较一致的。虽然如此，细胞形态还是有差异的，依据细胞形态、不同皮质区发育的差异以及纤维排列的不同，将海马分为4个沿其长轴分布的不同区，即CA1、CA2、CA3、CA4区.CA4区邻接齿状回，CAl区与副下托相连接。

海马结构的纤维联系

海马结构的传人纤维主要来自内嗅区、前梨状区和杏仁体，其中内嗅区投射的纤维在数量上是最多的。其次，是来自隔核、下丘脑(乳头体附近)、丘脑前核、中缝核、蓝斑及扣带回。小脑的顶核有纤维投射至海马。海马结构还接受额叶和颖叶皮质来的纤维。内嗅区发出至海马的纤维分布于海马及齿状回全长，它是海马结构的主要信息源。

海马结构的传出纤维，主要经穹窿出海马。这些纤维由海马锥体细胞发出的轴突组成，终止于乳头体，其它还有止于扣带回、隔核、视前区、下丘脑外侧区、丘脑前核和对侧海马等。

海马结构与大脑皮质和皮质下中枢有广泛的纤维联系。其中，尤其受到注意的是Papez环路。它是PaPez(1937)在研究边缘叶后提出的。他认为脑内存在一与情绪行为有关的神经环路，这个环路是：接受新皮质信息的海马，其传出纤维经穹窿至下丘脑乳头体，下丘脑发出乳头丘脑束至丘脑前核，丘脑前核发出纤维至扣带回，而扣带回又发出纤维至海马。这样，海马、下丘脑、丘脑前核和扣带回问就形成了一个环路，海马是它的中心环节。后来称此环路为PaPez环路。近年来研究认为，海马与情绪反应活动关系不大，而大量事实说明，海马在学习和记忆活动中有重要作用。因而认为此环路可能与学习、记忆有关。

海马结构内部纤维联系的特点

二.海马结构的内回路与片层学说

海马和齿状回的主细胞密集排列成带状。这种规则排列的形式决定着整个结构模式。Anderson等(1971)在总结了前人和他的工作的基础上提出了海马结构的片层假说，即来源于内嗅区的冲动，是沿着横轴方向在一个片或层内向海马结构进行垂直于海马长轴的定向投射的。与每一片层相应的穿通道纤维起自嗅内皮质的一处独立区域。海马结构正是由许多这样沿长轴(隔颞轴)平行排列的片层组成。在信息处理上，这样的一个片层是作为一个独立的功能单位而起作用的。进入某一隔颞水平的海马回路的信息，不是广泛地转向海马结构的别的隔颞水平，在不同隔颞水平之间亦即各片层之间不存在信息往来。不过，随着研究的发展，却发现海马结构的功能是异常复杂的，可是，按片层假说，其信息处理却如此单一，似乎不大容易满足其复杂功能的要求。近年来，由于研究技术的进步，发现海马结构内部纤维联系比片层假说所认识的要复杂得多，即并非那么均匀单一，而是“非均匀性(heterogeneity)”的；并且根据目前资料，提示着海马结构似乎存在某种潜在的通道，使信息选择性通过，即使信息传递加工通道化。

B海马内信息处理“通道化”学说

从近年来所获得的资料，我们可以看出，海马结构的内部联系并非像片层假说所认为的那么单一：主细胞发出的纤维投射并非以一种漫射的方式进行．而存在一个最高密度的投射野，各个通路纤维投射最高密度在三维空间(纵向、横向、径向)上呈现一定的变化规律，如内嗅皮质、CA3、CA1其主细跑发出的纤维，在纵向(隔颞向)上似乎是一种扭向投射，在横向上似乎是一种镜面投射，在径向上似乎是一种扭向投射，这种变化规律在很大程度上是依赖于发出纤维投射的主细胞在海马结构中所处的位置。根据这种纤维投射的“非均匀性”，Amaral提出，通过海马内回路的信息可能有“通道化”。海马结构内的由各种中间神经元形成的前馈和反馈回路，似乎介导着“通道”内和“通道”间的整合作用。这样一来，海马结构信息的主要输入——内嗅皮质输入的“非均匀性”，使得不同脑区的信息，似乎将通过内嗅皮质从不同人口输人海马结构；同时，又由于海马结构信息的主要输出——下托输出也具“非均匀性”，使得经海马结构处理的信息，似乎经不同出口向不同脑区传送。所有这些结构特点，令人产生这样一种推测，即海马结构似乎是以一种方便、省时、高效的方式对信息进行加工的，对不同信息，无需经过海马结构的整体来处理，可以由特定“通道”来加工处理，并由不同出口将处理后的信息输送到有关脑结构。也就是说，存在这样一种可能性：海马结构每一个区域可选择性地引导信息进入内在回路的下一个区域，即把信息“通道

化”。并且最终信息被做成若干个拷贝传向海马结构的不同传出区域，通过不同出口输给不同脑结构。这种“通道化”“通道”，也许就是海马信息处理的结构功能单位。

三．海马在学习记忆中的作用

在研究脑的学习和记忆的功能上，海马是一个重点；加上它具片层组构，结构相对较简单，是一个很适用的研究模型，因而对它的研究一直成为研究的热点。

海马损伤对学习和记忆的影响

总的来说，海马损伤会损害学习与记忆，而其作用似乎与学习的类型、与海马抑制行为反应能力的损害、与损害所涉及的部位(不同的海马区)的不同有关。

研究发现，损毁双侧海马可大大妨碍动物视觉分辨学习；使大鼠Y迷宫分辨学习和防御条件反应的保持遭到严重的破坏；此外，大区域的损毁海马，不仅影响动物原先学会的反应，而且影响重新学习的能力。有工作发现，损毁双侧侮马对学习的影响与记忆巩固水平有关，记忆愈巩固，受海马损毁的影响就愈小，并据此认为海马在记忆形成的早期阶段更为重要。但损毁双侧海马并非对任何学习都有损害作用，海马损毁对学习的影响似乎与学习类型有关。

选择性地损毁海马不同区域，发现海马不同区域对学习和记忆的参与是有不同的。例如，损毁海马腹部的大鼠，其分辨学习的保存明显受到破坏，而海马背部损毁的，其分辨学习的保存则不受影响

个别报导指出，损毁海马，对脉鼠双向主动回避学习不仅不受损害，反而有促进作用；而用普鲁卡因注人海马以损伤海马的实验，也同样观察到类似的作用(Weis和Henzler，1973)。所以会产生这种结果，有认为海马对机体的行为反应(或反应方式)具有抑制作用。海马受损，其抑制能力受损。实验发现，海马损毁的动物，对多次重复的某一新异刺激，其朝向反射并不消退；在延缓条件反射的建立(以食物为强化物)中，海马损毁的动物在延缓期内会过早和过多地出现食物运动反应，这都足以说明。

海马损毁对学习和记忆的影响的结果表明，海马是参与学习和记忆的，但并非参与任何学习任务的习得和记忆，有些类型的学习，海马并非是必需的；同时海马不同区域，其参与程度也并非完全相同，结合新近对海马结构信息传递的“通道化”假设来考虑，存在不同是合理的。海马的神经递质与学习记忆学习和记忆中脑内神经回路的活动，必然涉及神经递质、调质的变化。研究已表明，神经递质(包括经典递质和神经肤等)具可塑性，即某一神经元所含神经递质在量和质上能产生改变。有认为这种可塑性是神经系统执行复杂功能的又一基础。由于神经递质可塑性的存在，可使同一靶细胞随递质的改变而产生兴奋性、抑制性或者是可变性的反应；另一方面，改变了的神经送质可以影响靶区中具备不同递质受体的细胞。已知突触的前膜和后膜上分布有不同的受体类型和亚型。于是，同一神经元可以通过递质的改变对新的靶细胞发挥作用。改变递质性质的可塑性形式(例如同一神经元内共存的递质受到某些因素影响而在比例上发生变化)，在增加神经活动的可变性中有重要意义，它使得在固定的神经通路上无需改变细胞间的回路，无需形成新的突触，即可通过改变递质的表型达到改变信息交流的目的。故在学习和记忆的神经机制的研究(包括海马学习、记忆功能的研究)中，有关递质可塑性方面的研究，是一个值得重视的课题。

四．海马的学习和记忆功能

海马在学习和记忆上是具有重要作用的，海马是具有学习和记忆功能的。但是，研究中也发现，答案并非如此简单，例如，并非所有学习任务海马都是必需

的，或者说它都具关键性作用；又如，在不同学习任务，在学习和记忆的不同阶段(如学习的初期与行为习得后)，海马的神经活动常有很不相同的表现、甚至在习得行为巩固后，海马的作用会变成并非必需的，等等。因此，海马究竟具有怎样的学习和记忆功能，还是一个有待深入研究的问题，显然它的完全阐明，有必要置于整个学习、记亿神经机制中一起解决。有关学习和记忆的机制，虽然不断有种种假设提出，但离完全阐明距离尚远。下面介绍海马记忆编目说（ Teyler (1985)提出）。

Teyler的海马记忆编目(编索引)理论，认为海马贮存着一个别的脑区的位置图．海马设置新皮层和其它脑结构的功能单位。新来的经验信息由丘脑皮层通路传递到新皮层，新皮层能翻译感觉信息的含意，经过适当的皮层区进行加工，被以一个皮层模块的组件登记在不同的皮层感觉区和联合区上。海马的作用是贮存这些皮层模块的一个图或素引(index)，即海马贮存的不是传统的神经密码模式，而是新皮层模块的时—空模式。此信息集中至海马的特定部位，在那里导致LTP的形成，即通过此特定部位的海马LTP，编出皮层模块索引，这一编目(皮层模块位置图)是由海马内激活部位的列阵而描绘的。由于这些突触产生LTP，海马编目活动将被易化，易化的海马输出可反馈于新皮层。当经历的事件再次出现而被新皮层识别，由于海马——新皮层的双向相互连结，能便编目于海马的新皮层模块的列阵可再激活，从而导致记忆的体验。简言之，新经验信息由新皮层处理为皮层模块，然后送至海马编目贮存。这样一来，一旦经验信息重新出现时、可被同一新皮层部位识别和理解，并使原先编目于海马的新皮层模块再激活，从而产生回忆。若经验不能复制新皮层激活的初期模式，这个事件将不能作为一个记忆事件来认知。

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