神经生物学课程学习记忆
神经生物学中的学习和记忆机制
神经生物学中的学习和记忆机制神经生物学是研究神经系统结构和功能的学科，它对人类的认知能力起着至关重要的作用，其中学习和记忆机制是重点研究的领域。
学习和记忆是大脑最复杂的功能之一，它们是相互关联的，但具有不同的特征。
学习是对新事物的感知和理解，是获取新知识的过程；而记忆则是保存和存储获得的信息以便日后使用的过程。
神经生物学研究表明，学习和记忆是由与神经突触（神经元之间的连接点）有关的分子、细胞和电信号所支配的。
当人们接收到新的信息时，这些信息会产生神经元之间的突触活动，以及与突触有关的分子和电信号的变化。
这些变化导致神经元的突触产生长期的改变，从而加强或削弱两个神经元之间的联系，最终形成记忆。
在学习的过程中，长期记忆的形成可以通过两种方法获得：一种是称为条件反射的基础性学习，当一个有意义的刺激与另一个刺激相结合时，人们就会形成一个条件反射，这种方法被广泛用于训练学习与行为的研究；另一个是通过语言和经验类似的学习方式进行的高级认识性学习，这种学习方式涉及到许多大脑区域的神经元之间的复杂连接和互动。
长期记忆的形成需要触发另一种具有高度可塑性的神经物质：脑神经营养因子（BDNF）。
BDNF是一种蛋白质，它促进了神经突触的形成和发展，并加强了神经元之间的联系。
研究表明，在适当的情况下，BDNF可以促进学习和记忆的形成。
因此，神经营养因子可以作为神经系统健康和心理健康的一种重要保障。
此外，神经生物学家们也研究了另一个与学习和记忆有关的蛋白：卡曼体素（CAMK）。
CAMK是一种酶，它通过将磷酸基团添加到突触内的分子上，来增强突触的活性。
在实验中，科学家发现，如果在学习之前或学习期间增加CAMK活性，就可以促进记忆的形成。
这一发现为对神经元的准确控制提供了希望。
总之，学习和记忆是大脑最为复杂的过程之一，有许多分子和电信号与之关联。
在神经生物学的研究中，脑营养因子和卡曼体素等基础蛋白质的作用，为进一步探索学习和记忆形成的运作机制和应用奠定了基础，从而为日后的医疗保健和神经疾病治疗提供帮助。
学习和记忆的神经生物学
第二节
学习与记忆的神经基础
一、参与学习和记忆的脑结构 （一）颞叶的记忆作用 1、颞叶与视觉辨别学习 动物实验： 切除或损毁猴子子的颞叶，实验动物不再能够辨认熟悉的物体； Eg：丧失对蛇的恐惧感。 人类实验：
人类的颞叶受到微弱刺激能够唤起过去的经验；切除颞叶则产生了顺行性遗忘。 潘菲尔德刺激病人的颞叶，唤起了童年经验和遗忘很久的歌谣。 Herry.M 癫痫病人：切除双侧中层颞叶（海马切除 1/3 和 2/3 杏仁核） ，术后癫痫痊愈， 但产生顺行性遗忘症（短时记忆完好，但短时记忆向长时记忆转化障碍；空间记忆障碍） 。
正常大鼠经过训练可以在八臂迷宫（又叫放射性迷宫）内不走重复通路而得到食物。 海马被损毁的大鼠记不住曾经在迷宫中走过的无效通路。 20 世纪 70 年代，英国伦敦大学的学者通过细胞内电记录发现，当大鼠处于不同的位置 时，海马内不同神经元会选择性的产生反应（放电） 。大鼠海马位置细胞的放电反应是 动物“认为”的位置。
结构可变性 突触的数目和形态 脑皮层的重量和厚度，树突数目 乙酰胆碱的效能和活性 效能可变性
一、学习记忆与突触结构的可塑性 （一）低等动物学习训练过程中突触的解剖学变化（形态变化） 实验证据： 海参的趋光性：可旋转的小室有训练过的——神经末梢轴突呈河流三角洲散开状； 训练过的——神经末梢发散程度变小。 （二）哺乳动物学习过程中树突突触数目变化（丰富化养育环境实验） （脑皮层重量增加）
颞叶切除，对陈述性记忆影响很大，而几乎不影响程序性记忆：镜式画测验 2、颞叶参与视觉辨别学习的机制: 每侧颞叶下部神经元接受从相当大的视觉系统传来的信息，这些信息常常是构成有关视 觉刺激的整体特征。 也就是说， 视觉系统各个神经站把视觉对象的物理性质 （如大小、 形状、 颜色、以至于结构等）逐级汇合，最终在颞叶下部视觉的最后一个神经站综合该物体的全部 特征。因此，颞叶损伤或切除，必然要产生视觉（记忆）辨别障碍。 (二)海马和杏仁核在记忆中的作用 海马和杏仁核都是属于内侧颞叶的结构。 1.海马 海马参与陈述性记忆 海马内存在位置细胞，在空间位置记忆中有重要作用 海马对运动的速度、方向记忆的影响，参与相关记忆 海马在学习记忆中的神经元放电是原发性的 第一，海马参与陈述性记忆 海马切除影响了记忆信息的巩固。即海马在短时记忆转化为长时记忆中具有重要作用。 实验证据： DNMS——延迟性与非配对样品任务 Mishkin 切除海马和杏仁核，视觉系统正常，则表现记忆缺失。记忆缺陷不局限于视觉记忆。 通过恒河猴子进行实验证明，海马是对感觉体验进行加工并转化为记忆贮存（记忆 巩固）的关键部位之一。 第二，海马参与空间位置记忆 海马中有位置细胞 place cell（位置记忆） 实验证据：
学习与记忆的神经生物学机制
学习与记忆的神经生物学机制学习与记忆是人类思维活动中的重要组成部分，涉及到神经系统的复杂机制。
本文将探讨学习与记忆的神经生物学机制，通过对大脑结构和神经元功能的分析，以及相关实验证据的介绍，全面解析了学习与记忆的神经基础。
一、大脑结构与学习记忆大脑是人类学习与记忆的基础，其中海马体、脑内嗅球、小脑皮质等结构与学习、记忆密切相关。
海马体位于颞叶内侧，被认为是短期记忆向长期记忆的转换关键区域，其功能障碍可导致长期记忆受损。
脑内嗅球则参与情感记忆的形成，其受损可导致情感记忆的缺失。
小脑皮质则参与到运动、技能类的学习，损伤可导致运动技能学习困难。
二、神经元与学习记忆神经元是神经系统的基本功能单元，其通过神经细胞之间的连接与突触传递信息。
学习与记忆是通过神经元之间的突触可塑性实现的，其中包括突触前后神经元连接强度的改变，即突触增益或突触减弱。
这种突触可塑性机制被称为突触可塑性。
长期增强突触连接能够加强信息传递效率，促进记忆的形成。
三、突触可塑性的机制突触可塑性机制包括短时程可塑性和长时程可塑性。
短时程可塑性通常涉及到神经传导物质的释放改变，突触前或突触后神经元的电活动改变等。
而长时程可塑性则主要包括长时程突触增强和长时程突触抑制两种形式。
长时程突触增强依赖于输入源的高频刺激，可引起神经元之间的突触传递增强，从而加强记忆的形成。
相反，长时程突触抑制则依赖于输入源的低频刺激，可引起神经元之间的突触传递减弱，从而影响记忆的形成。
四、实验证据与学习记忆许多实验证据支持学习与记忆的神经生物学机制。
例如，当动物在学习任务中表现出记忆能力增强时，其大脑相关区域的神经元活动也会相应改变。
神经成像研究表明，人类学习某项任务时，其脑活动也会发生变化。
此外，激活某些特定的神经元可以增强动物的记忆能力，而抑制这些神经元则会导致记忆能力下降。
总结：学习与记忆的神经生物学机制是一项复杂而庞大的研究领域。
通过对大脑结构和神经元功能的研究，我们可以更深入地了解学习与记忆的本质。
学习与记忆(神经生物学)
记忆分类
长时记忆
记忆保持的时间
短时记忆 陈述性记忆 信息储存和回忆的方式 非陈述性记忆
记忆的储存有阶段性
普遍接受的一种记忆分类就是将记忆分成
短时记忆：数秒到数分钟 长时记忆：相对长期稳定，但随时间的推 移会逐渐减弱
记忆的储存有阶段性
记忆储存的阶段性
记忆储存的阶段 性是从短时记忆 向长时记忆的转 化过程 刚学到的新知识 先在短时工作记 忆中加工，然后 经过一步或若干 步转化为永久性 的长时记忆。 当回忆时，一个 搜寻和提取系统 从储存的记忆中 找到所要的信息
Ca2+ 积累→突触前末梢持续释放神 经递质→突触后电位增强
Copyright 2001 by Allyn & Bacon
非联合性学习
敏感化
习惯化仅仅涉及一个反射 敏感化是一个反射回路的兴 回路中的各个神经元 奋对另一个反射回路的影响
联合性学习（associative learning）：
概念：两个或两个以上事件在时间上很 接近地重复发生，最后在脑内逐渐形成 联系。
PKA/PKC磷酸化并开放L型Ca通道，进一步增加Ca内流。
3.
第2、3种功能依赖于PKA和PKC的协同作用。
补充概念：
强直后增强 (posttetanic potentiation)： 定义：突触前末梢受到一短串强直性
刺激后在突触后神经元上产生的突 触后电位增强，可持续60s。
机制：强直性刺激→突触前神经元内
概
念
陈述记忆是有关时间、地点和人物的知识 ，这种记忆需要一个清醒地回忆的过程。 它的形成依赖于评价，比较和推理等认知 过程。 陈述记忆储存的是有关事件或事实的知识 ，它有时经过一次测试或一次经历即可形 成。我们通常所说的记忆就是指的陈述记 忆。
神经科学与学习记忆
神经科学与学习记忆神经科学是一门研究神经系统的学科，它探索了大脑的结构、功能和行为表现。
而学习记忆是人类的一项基本能力，它使我们能够获取、储存和回忆信息。
神经科学与学习记忆之间的关系至关重要，它们相互影响，共同构建了我们的认知能力和智力发展。
1. 神经科学的基础理论神经科学的研究为我们了解大脑的基本结构和功能提供了基础。
通过探索神经元的功能、突触传递和神经回路的作用机制，我们可以揭示大脑是如何处理和整合信息的。
这为学习记忆的机制提供了深入的观察和解释。
2. 学习记忆的基本过程学习记忆包括输入、加工和存储三个基本过程。
输入阶段是指我们获得信息的过程，通过感知器官对外界环境进行感知。
加工阶段是指大脑对信息进行处理和整合的过程，涉及到注意、理解和分析等认知过程。
存储阶段是指信息通过突触传递进行固化和记录的过程，在大脑中形成记忆的痕迹。
3. 神经机制和学习记忆神经科学的研究揭示了学习记忆的神经机制，突触可塑性是关键所在。
学习和记忆的形成是通过突触之间的连接加强和调整来实现的。
这种突触可塑性在神经网络中产生新的神经回路，促进信息的存储和检索。
4. 学习记忆的调控与训练神经科学的发展为我们提供了一些方法和策略来调控和训练学习记忆。
例如，多次重复和刻意练习可以加强相关突触的连接，促进记忆的巩固和提高学习效果。
此外，在学习过程中的情绪、动机和注意力等因素也对学习记忆有重要影响。
5. 应用前景和挑战神经科学与学习记忆的研究为认知科学、教育学和神经学等领域带来了重要的启示。
掌握学习记忆的机制和调控方法，可以有针对性地提高学习效能和智力水平。
然而，我们仍然面临着大脑和记忆机制的诸多未知和挑战，需要进一步研究和探索。
综上所述，神经科学和学习记忆之间存在着密切的联系和相互作用。
通过深入研究神经科学的基础理论和学习记忆的基本过程，我们可以更好地理解学习记忆的本质和机制。
神经科学为我们提供了调控和训练学习记忆的方法和策略，这对于提高学习效能和智力发展具有重要意义。
学习和记忆神经生物学
汇报人：可编辑 2024-01-11
目 录
• 引言 • 学习与记忆的神经机制 • 记忆的种类和神经基础 • 学习和记忆的神经化学机制 • 学习和记忆的神经影像学研究 • 学习与记忆障碍的神经生物学研究 • 学习和记忆的未来研究方向
01
引言
学习和记忆的定义
学习和记忆的定义
学习和记忆是大脑对信息进行编码、存储和提取的过程。学习是指获取新知识或技能的过程，而记忆则是对这些 知识或技能进行存储和回忆的过程。
神经环路与学习和记忆
总结词
神经环路是大脑中信息处理的关键结构，未来研究将深入了解其在记忆和学习能力中的 作用。
详细描述
神经环路是由大量神经元相互连接形成的复杂网络。在学习和记忆过程中，神经环路的 活动模式发生改变，以实现信息的编码和存储。未来的研究将致力于解析不同类型神经 环路在学习和记忆中的功能，以及它们之间的相互作用，以期揭示大脑信息处理的奥秘
络中。
神经元网络的编码和存储机制具有高度 的复杂性和动态性，可以同时处理多种 类型的信息，并能够根据需要进行信息
的提取和回忆。
短期与长期记忆的神经机制
长期记忆是指信息在大脑中持久保持的过程，可以持 续数小时、数天、数月甚至数年。长期记忆主要依赖 于大脑皮层和海马体等区域的结构性改变，如新突触 的形成和原有突触的强化等。
目前的研究主要集中在开发药物来抑制亨廷顿蛋白的聚集和毒
03
性，以及探索基因治疗等方法。
精神分裂症（SZ）
精神分裂症是一种常见的精神疾 病，主要表现为幻觉、妄想、情
感淡漠等症状。
神经生物学研究发现，精神分裂 症患者大脑中的多巴胺系统异常
是导致症状的主要原因。
目前的研究主要集中在开发药物 来调节多巴胺的释放和再摄取， 以及探索其他神经递质系统在精
神经生物学解析记忆形成过程
神经生物学解析记忆形成过程记忆是我们日常生活中不可或缺的一部分。
它让我们能够回想起过去的经历和知识，帮助我们做出决策，并且促进我们的学习能力。
而记忆的形成过程则是一个神秘而复杂的领域，需要神经生物学来解析。
记忆的形成可以分为三个主要阶段：编码、存储和检索。
编码是指将信息转化为大脑中的神经活动形式；存储是指将这些神经活动持久地保存下来；而检索则是指当我们需要使用记忆时，从存储区域取回信息。
编码阶段是记忆形成的第一步。
在接收到感知信息后，大脑会将其转化为神经电信号，在神经元之间相互传递。
这种电信号会通过神经突触的连接来传递，并且会引起突触间的化学反应。
这些化学反应可以加强或减弱突触传递信号的能力，从而改变神经元之间的连接强度。
这种长期增强的突触传递称为长时程增强（LTP），它被认为是记忆编码的关键机制之一。
存储阶段是指将编码的信息保存在大脑中的过程。
长时程增强是记忆存储的主要机制之一。
当突触传递信号增强时，神经元之间的连接会加强，从而形成新的神经元回路。
这些新的回路被认为是存储记忆的基础。
除了长时程增强外，还有一种记忆存储机制称为长时程抑制（LTD）。
LTD可以减弱突触传递信号的能力，并降低突触连接强度。
这种机制可以帮助大脑忘记不必要的信息，以便更好地记忆重要的信息。
在存储阶段，记忆信息被脑部的不同区域分别存储。
根据研究，大脑的海马体和相关区域被认为是短期记忆的存储中心，而长期记忆的存储发生在大脑的皮质区域。
这些区域之间通过神经回路相互连接，形成记忆信息的整体网络。
检索是将存储的记忆信息取回的过程。
当我们需要使用某个记忆时，大脑会通过激活相关的神经回路来检索这个记忆。
这种激活过程可以在大脑中重新激活之前存储的神经活动，从而使记忆信息再次可用。
记忆形成过程中，神经递质也起着重要的作用。
神经递质是一种化学物质，可以在神经元之间传递信号。
多巴胺是一种重要的神经递质，它与奖赏和记忆形成密切相关。
研究表明，当我们经历愉快的事情时，多巴胺会被释放，并加强相关神经回路之间的连接。
学习记忆过程的神经生物学机制
学习记忆过程的神经生物学机制学习至今已经成为每一个人生活中不可或缺的一部分，无论你是小学生、中学生还是大学生或是职业人士。
但是我们为什么能够记住学过的东西呢？这背后涉及到复杂的神经生物学机制，下面就来探讨学习记忆过程的神经生物学机制。
一、学习和记忆的定义学习是指个体通过经验（包括接受外部信息、内部信息和行为反馈）使得行为和认知能力发生改变的过程。
学习的三个要素是行为、经验和改变。
而记忆则是指通过学习获得的知识、信息、经验或技能在一定时间内的保持或再现的心理过程。
二、学习记忆的神经生物学基础大量的研究表明，学习和记忆的过程可以分解成对信息的输入、处理和存储。
而这些过程主要和神经元的活动和连接有关。
1.信息输入人类获取外部环境信息，主要是通过感知器官的输入，并在脑中进行加工和处理。
这些接受信号的神经元通常被称为“前馈神经元”，它们将接收和处理来自感知器官的信号，并将其转化成神经脉冲信号从一个神经元传递到另一个神经元。
2.信息处理在人脑中，信息在神经网络中传递并进行处理。
学习的过程是基于神经元与神经元之间的连接－即突触的变化。
通过突触，神经元可以与其他神经元相互作用从而传递信息。
在学习过程中，突触的改变往往可以强化或削弱神经元之间的相互作用，从而影响下一次神经元之间的连接和信息传递。
3.信息存储在学习过程中，经常反复暴露于外部刺激，反复强化和削弱了神经元之间的联系，从而促成了长期记忆的形成。
记忆的物质基础原本被认为是分布在大脑皮层中的长链分子。
然而，随着研究的深入，研究者发现，各种类型的突触调节因子是在较长时间尺度上调节突触连接性的关键物质之一。
同时神经递质和神经元之间的连接也起到了重要的作用。
三、长期增强（LTP）长期增强（Long-term potentiation, LTP）是一个涉及到学习和记忆的重要神经生物学机制，LTP是一种由强化的兴奋性突触传递所致的突触连接增强。
当神经元之间的突触输入强度增强时，连接会持续增强长达数小时。
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中华医学会医学教育分会
第四届医学（医药）院校青年教师教学基本功比赛
参赛选手教案
院 校： 北京大学医学部
系 所： 基础医学院神经生物学系 授课教师： 伊 鸣 研究员 授课时间： 2014年5月20日
神经生物学
课程
学习 与 记忆
教师简介
伊鸣，男，32岁，博士，研究员。
医学学士学位。
2009年毕业于英国伦敦大学学院解剖
与发育生物学系，获神经科学专业哲学博士学位（导
师John O’Keefe教授，英国皇家科学院与皇家医学院
两院院士，认知神经科学现代研究奠基人之一）。
2009
年7月在北京大学神经科学研究所∕基础医学院神经
生物学系做博士后工作。
2012年2月入选北京大学青年百人计划，现任北京大学神经科学研究所∕基础医学院神经生物学系特聘研究员，北京神经科学学会、中国神经科学学会、美国神经科学学会会员。
科研工作：主要从事高等认知神经生物学研究。
在PNAS（美国科学院院刊）、J Neurosci（神经科学杂志）等SCI杂志发表相关论文8篇，先后获得英国ORS奖学金、MSD全额奖学金、中国博士后科学基金、国家自然科学基金、国家重点基础研究发展计划（973计划）等资助。
多次在国内外学术会议上做报告。
Br Med J（英国医学杂志）、Pain（疼痛）等杂志审稿人。
教学工作：目前承担北京大学医学部基础医学和临床医学八年制学生《神经生物学》及研究生《高级神经生物学》、《神经科学进展》、《神经生物学实验》等课程教学。
教学过程中大量融入本领域研究真实案例与最新技术，并采用多种课堂互动形式在讲授知识的同时培养学生科研思维与独立思维，广受好评。
2012年获北京大学基础医学院第十二届青年教师教学演示竞赛一等奖、北京大学第十二届青年教师教学演示竞赛（医科类）一等奖。
2013年获北京高校第八届青年教师教学基本功比赛一等奖、最受学生欢迎奖、最佳演示奖，同年获评北京大学医学部优秀教师。
2014年获北京神经科学学会第二届青年学术演讲比赛一等奖。
现正培养硕士研究生3人，博士研究生2人。
科普工作：2014年3月与中央电视台科教频道（CCTV-10）《走近科学》栏目
合作专题节目，介绍在体电生理与神经计算技术在高等认知研究中的应用。
一、教学基本情况
展示大鼠习惯化学习、海马脑区的三维解剖位置和海马位置细胞放电。
”实验，使学生现场体验简单的科研，激发兴趣。
课程中穿插提问多个简单但重要的问题，培养学生的逻辑思维并复习已学知识。
二、具体教学安排（红框部分为演示内容）
2.记忆的分类
2.1.显性记忆与隐性记忆
显性（explicit memory）或陈述性记忆：信息的记忆
隐性（implicit memory）或非陈述性记忆：行为的记忆
3.2.海马的大体解剖学
颞叶内侧深层（图片、三维视频、教具）。
穿插提问：H.M.案例是否足以证明海马编码显性记忆？答案：否。
因为单独的个案不符合“重复、随机、对照”
的科学原则。
3.3.显性记忆训练增大海马体积
伦敦出租车司机（必须熟记伦敦市区100平方公里内25000条街道名称和位置，并用最短路径抵达目的地）海马体积大于常人（PNAS. 2000; 97: 4398）。
新进展
授课教师的研究发现老年痴呆小鼠海马神经元功能发生PNAS. 2008; 105: 7863-8）。
5.3.LTP与学习和记忆的关系
课堂讨论：如何证明LTP等同于显性学习？
答案：（1）显性学习时出现LTP样现象；（2）诱导LTP 可产生显性学习；（3）阻断LTP干扰新的显性学
习；（4）没有新的显性学习时不出现LTP。
显性记忆的时相：短期和长期记忆
三、教学设计与板书。