学习记忆的分子和细胞机制
学习记忆在毒品成瘾中的分子生物学机制
众所周知，海马是许多种类的学习记忆中枢，其功能对应激或糖皮质激素非常敏感。
因此，海马可能参与了应激导致的吸毒量增加，成瘾敏感性增加，诱发成瘾者对毒品的渴求并导致复吸。
昆明动物所徐林研究员领导的研究小组和心理所的隋南教授等，昆明动物所徐林研究员领导的研究小组和心理所的隋南教授等，应用电生理学和行为学方法对应激和吗啡对活体动物海马CA1区突触效能和对Morris 水迷宫中延缓逃避策略的共同影响进行了研究。
其结果揭示应激易化了低频刺激导致的突触效能降低，而急性吗啡却导致了突触效能增强。
尤其值得注意的是，应激使急性吗啡的效应从突触效能增强转变成了突触效能抑制，并且阻碍了低频刺激诱导的突触效能降低。
这种新型突触可塑性能被糖皮质激素受体拮抗剂RU38486或NMDA 受体拮抗剂APV 阻断。
慢性吗啡成瘾后，急性吗啡的突触效能增强效应和应激易化的突触效能均降低。
但是应激后急性吗啡导致的新型突触效能降低没有改变。
另外，在毒品成瘾的早期阶段，反复吗啡和皮质酮的共同处理，提高了延缓逃避行为，并导致了戒断后的持续毒品寻求行为。
这些发现表明海马突触可塑性在应激对鸦片成瘾的影响中起着关键性作用。
这一研究的相关论文发表在2004年42卷第19期J. Neurosci 上。
根据以往和上述研究结果，根据以往和上述研究结果，研究小组提出了组合突触可塑性是形成毒品异常记忆的基础的假说，也可称其为记忆形成的组合编码假说。
这个假说是这样来解释鸦片成瘾的：摄取鸦片后，导致海马突触效能增强，同时已知几乎所有毒品均导致糖皮质激素增高，因此，糖皮质激素和鸦片一起又导致了新型突触能降低。
这样海马系统中就同时具备了突触效能的增强和其它突触效能降低。
组合突触效能就使净突触效能改变很少，使整个记忆系统稳定地、高信噪比地编码和储存毒品成瘾相关的新信息。
然而，毒品成瘾后，鸦片不再能诱导突触效能增强，但应激导致的鸦片复吸能导致同样的新型突触效能降低，此时，使整个系统就不能进行新的学习，如戒断学习，使毒品成瘾的异常记忆持续存在。
神经元突触可塑性和学习记忆的分子生物学机制
神经元突触可塑性和学习记忆的分子生物学机制人脑是我们身体最为重要的一部分，它是负责指导我们的行动和思考的机器。
神经元是脑细胞的重要组成部分，也是神经信号的传播单位。
神经元有大量的树突，枝状的突起，负责接收其他神经元的信号，将其转换成电信号，再传递到神经元的细胞体上。
细胞体中的电信号会抵达神经元的轴突，再通过轴突末端交给其他神经元的树突，这个联系点就是突触。
突触是神经信号传导的基本单位，其长期可塑性是神经系统能够形成记忆和学习的基础。
长期可塑性的神经元突触包括过程中牵涉到许多分子生物学机制，如突触结构，神经递质受体的调节，突触前细胞膜和突触后细胞膜的信号传递，细胞背景酶和拮抗物的调节以及神经元内钙离子含量的调节等。
在这篇文章中，我们将讨论神经元突触的可塑性，重点介绍突触后细胞膜上的神经递质受体的变化及其负责形成长期可塑性的分子生物学机制。
突触后细胞膜上的神经递质受体变化突触后的细胞膜上的神经递质受体的变化与学习记忆直接相关。
当神经元间的突触长时间得到重复的刺激时，突触后的细胞膜上的神经递质受体的数量和功能发生改变。
例如，NMDA型谷氨酸受体（NMDAR）是用于突触可塑性调节的重要受体之一。
当这种受体受到紧密模拟神经元间突触间通讯的刺激时，细胞内的钙离子浓度会升高。
这些钙离子随后触发了许多针对突触可塑性的分子生物学机制，包括激活蛋白激酶C和磷酸化活性蛋白。
通过这些信号转导途径，NMDAR中的另一系列分子会导致该受体的数量和功能发生改变。
有研究显示，这种改变在长期的学习和记忆过程中是必不可少的。
另一个与突触后细胞膜上受体数量和功能相关的激素是腺苷酸酰化酶（PDE4）。
这种酶是一个突触后区域的酶，调节细胞膜内cAMP（环磷腺苷）水平的分解。
cAMP信号和突触可塑性密切相关，cAMP的作用是保持NMDAR的激活状态。
在有些研究中发现，在短时刻间，PDE4的抑制也能够提高该受体的激活水平，从而改变突触的可塑性。
大脑皮层结构和学习记忆的神经机制
大脑皮层结构和学习记忆的神经机制大脑是人类最神秘、最复杂的器官，其内部由众多神经元组成，能够负责控制我们身体的各种行为和反应。
其中最关键的组织便是大脑皮层。
在大脑的深处，还有一些区域也参与着我们的认知、记忆、情绪等复杂的神经网络，这些大脑区域可用于处理和处理各种信息。
本文将详细讲述大脑皮层的结构以及它在学习记忆中所起到的神经机制。
大脑皮层的结构大脑皮层是人类大脑最重要的一部分，也是最先进化的一部分。
它由神经元、胶质细胞和血管等构成，这些结构紧密相连，形成了一个高度精细的网络。
大脑皮层的分层结构总体上可分为六层，不同的大脑区域在结构上也存在差异。
大脑皮层的六层结构从表层到深层依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，各自具有不同的细胞形态和功能，脑细胞之间复杂的交流连接最终成就了人类的情感、思维和行动。
大脑皮层的结构分层不但是为了让不同神经元可以执行不同的任务，同时也能有效的进行信息的处理。
例如，外侧枕叶的Ⅰ层负责处理视觉刺激的方向，Ⅱ层负责处理目标的形状，Ⅲ层负责处理运动方向和速度，整个大脑皮层的分层结构可以把不同部位能处理的信息一下子单独提取出来，从而协助我们在复杂的信息中更好的复杂信息得到处理和表达。
学习记忆的神经机制大脑皮层对人类的学习和记忆来说是十分关键的。
很多性能甚至可以通过长期训练而被改变。
学习和记忆的神经机制在这里主要涉及突触的形成和完善。
记忆过程包括3个主要的阶段：记忆编码、记忆存储和记忆检索。
神经元村片上的突触连接形成学习和记忆的“根基”。
当神经元接收到重复的刺激时，它们的突触会慢慢加强和改善，形成更有效的连接。
这种现象被称为“突触可塑性”。
多个连续的学习事件能加强大脑神经分支和连结，更好地欣赏到新事物，并且更容易产生积极影响。
在神经元中，突触的形状、大小和功能都可以发生改变。
长期推进教育以及不断的学习和尝试是大脑学习和记忆的关键。
人类记忆过程中的大脑皮层神经机制由于突触可塑性，还会添加其他的变化。
学习与记忆形成的分子机制研究
学习与记忆形成的分子机制研究学习与记忆一直是人类最为关注的问题之一。
在过去的几十年里，科学家们通过不断的研究，发现了很多关于学习与记忆形成的分子机制。
这些研究不仅为人类认识自身大脑提供了深刻的见解，也为治疗一些神经系统疾病提供了可靠的理论基础。
一、神经元突触可塑性神经元突触可塑性是学习与记忆形成的重要分子机制之一。
神经元是构成大脑神经网络的基本单位，它通常由一个细胞体和多个突起组成。
而突触是相邻神经元间的连接点，是神经元和神经元之间传递信息的站点。
突触可塑性指的是神经元和神经元之间连接点的结构和功能能够根据学习和经验发生改变。
例如，短期记忆发生时，突触连接变得更为敏感和强化，使得神经元可以更有效地传递信息，这种改变只是暂时的。
而长期记忆的形成需要突触连接的结构和功能发生长时间的改变。
二、激活蛋白除了神经元突触可塑性外，激活蛋白也是学习与记忆形成的重要分子机制之一。
学习和记忆的形成可以通过激活蛋白的合成和释放来实现。
在神经元内，激活蛋白主要包括cAMP反应元件结合蛋白（CREB）和脑源性神经营养因子（BDNF）。
当神经元被兴奋时，它们会释放cAMP，从而激活CREB和BDNF的产生。
这些蛋白质在学习和记忆的形成过程中起到关键作用。
三、线粒体功能线粒体是神经元内的重要细胞器，它们在控制细胞代谢和膜电位等方面具有重要作用。
近年来的研究表明，线粒体功能也与学习和记忆的形成有关。
神经元内的线粒体处于不断的运动和融合状态，并可调节细胞内的钙平衡。
学习和记忆的形成过程需要高能量水平的支持，线粒体通过维持正常的细胞代谢和提供充足的ATP能量来保证正常的大脑学习和记忆功能。
四、自噬自噬是一种维持细胞正常状态的重要机制，它能够清除过多的细胞垃圾和受损蛋白质。
研究表明，自噬在学习和记忆的形成过程中也发挥了非常重要的作用。
在神经元内，自噬过程可以清除突触上的垃圾和陈旧的蛋白质，从而为新突触的形成提供空间和基础。
此外，自噬还可以影响线粒体的数量和功能，从而控制能量水平，保证长期记忆的形成和维持。
细胞记忆和学习的分子机制
细胞记忆和学习的分子机制细胞记忆是指细胞在生长、分化和发育过程中，对环境信号的一种长期持久的记忆。
学习则是指生物对外界刺激进行适应和形成记忆的过程。
最近的研究表明，细胞记忆和学习都是依赖于分子机制的。
一、细胞记忆与单细胞生物细胞记忆最初是在单细胞生物中被发现的。
由于单细胞生物只有一个细胞，所以其在环境适应和变化方面具有非常高的灵活性。
例如，草履虫在它的群体中会形成薄膜和管道，以便于它们在环境中寻找食物和避免捕食。
这些行为要求细胞能够感知到周围的信号，并且能够在记忆和学习的基础上形成适应性行为。
尽管单细胞生物通常只有一个细胞，但它们仍然能够保存和持久记忆。
例如，草履虫会在薄膜和管道的形成中保持旋转的方向，这个方向会持续数小时，这说明草履虫具有一定的细胞记忆。
二、细胞记忆与免疫系统细胞记忆也存在于免疫系统中。
在免疫系统中，记忆细胞会对曾经接触过的病原体或疫苗，形成长期的免疫记忆。
这些记忆细胞能够在再次接触到相同的病原体或疫苗时迅速应答，形成强大的免疫反应。
这说明记忆细胞具有长期的记忆能力，这在免疫系统中尤其重要。
三、学习和突触可塑性学习和突触可塑性密切相关。
突触可塑性是指神经元之间连接的能力随着时间和经验的变化而发生的持续性改变。
这些改变可以导致学习和记忆能力的增强。
突触可塑性是学习和记忆的生物学基础，其重要性已经得到广泛的认可。
突触可塑性可以分为长期强化和长期抑制，这取决于神经元之间的信号传递。
在长期强化过程中，突触后神经元的兴奋性增强，这可以导致学习和记忆能力的增强。
在长期抑制过程中，突触后神经元的兴奋性下降，这可以导致学习和记忆能力的减弱。
四、分子机制细胞记忆和学习的分子机制非常复杂，涉及到多种分子信号和途径。
其中，神经递质和突触后信号传递的作用非常重要。
美国的研究人员发现，在体内细胞内微小管的重新组装和重塑过程与分子记忆和学习有关。
微小管由蛋白质分子tubulin 连接而成，微小管易于重塑和重新组装。
记忆的生理机制
二、记忆生理机制（一）记忆的脑学说1、整合论：美国心理学家拉胥里(1929)最早提出了记忆的非定位理论，或称为整合论。
他认为记忆是整个大脑皮层活动的结果，它和脑的各个部分都有关系，而不是皮层上某个特殊部位的机能。
2、定位论：拉胥里提出整合论之前，法国医生布洛卡(1860)就提出了脑机能定位的思想，即定位说，认为脑的机能都是由大脑的一些特定区域负责的，记忆当然也不例外。
这种理论得到了一些研究的支持。
研究发现，记忆和大脑的一些特定区域有关系。
3、SPI理论：SPI是串行(serial)、并行(parallel)和独立(independent)三个英文单词的首字母，这三个词集中说明了多重记忆系统之间的关系。
（二）记忆的脑细胞机制1、反响回路：反响回路是指神经系统中皮层和皮层下组织之间存在的某种闭合的神经环路。
当外界刺激作用于神经环路的某一部分时，回路便产生神经冲动。
刺激停止后，这种冲动并不立即停止，而是继续在回路中往返传递并持续一段短暂的时间。
2、突触结构：作为人类长时记忆的神经基础包含着神经突触的持久性改变，这种变化往往是由特异的神经冲动导致的。
3、长时程增强作用：1973年，波利斯和勒蒙(Bliss＆Lemo)在研究中发现，海马的神经元具有形成长时记所需要的塑造能力。
在海马内的一种神经通路中，存在着一系列短暂的高频动作电位，能使该通路的突触强度增加，他们将这种强化称为长时程增强(LTP)作用。
（三）记忆的生物化学机制1、核糖核酸：近年来，随着分子生物学的兴起，特别是发现了遗传信息的传递机制——脱氧核糖核酸(DNA)借助另一种核酸分子核糖核酸(RNA)来传递遗传密码，使得科学家相信，记忆是由神经元内部的核糖核酸的分子结构来承担的。
由学习引起的神经活动，可以改变与之有关的那些神经元内部的核糖核酸的细微的化学结构。
2、激素和记忆：近来的研究表明，机体内部的一些激素分泌能够促进其记忆的保持。
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。
学习记忆的分子生物学机制研究进展
南昌大学学报（医学版）２０１０年第５０卷第３期Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｃｈａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）２０１０，Ｖ０１．５０
Ｎｏ．３
学习记忆的分子生物学机制研究进展
汤
洋８（综述），罗佛全６（审校）
（南昌大学ａ．研究生院医学部２００９级；ｂ．第一附属医院麻醉科，南昌３３０００６） 关键词：学习记忆；分子生物学；调控；大脑；ＮＭＤＡ受体；细胞因子；基因 中图分类号：Ｒ３２２．８１ 文献标志码：Ａ
ＭＡＰＫ Ｐ３８活性增加，导致齿状回受刺激时兴奋性
ＰＫＡ可促进动力蛋白工一１的磷酸化，通过动力蛋白 Ｉ一１的激活来抑制ＰＰｌ的表达。负调控机制：ＣＮ 可直接增强ＰＰｌ的表达，或通过抑制动力蛋白Ｉ一１ 来增强ＰＰｌ的表达。
４
基因转录调控相关因子与学习记忆
在细胞的转录反应中，ＣＲＥＢ起着翻译各种不
同行为刺激的重要作用ｎ ４｜。几种传递信息的细胞 内信号通路的启动都与细胞内ＣＲＥＢ膜受体的激 活有关，包括蛋白激酶Ａ（ＰＫＡ）、钙调蛋白激酶Ⅳ （ＣａＭＫＩＶ）、丝裂元和应激激活蛋白激酶（ＭＳＫ）、促 分裂原活化蛋白激酶和核糖体ｓ６激酶（ＲＳＫｓ）等多 种与突触可塑性和学习记忆稳定有关的蛋白质¨“。 当增强ＣＲＥＢ的活性，小鼠前脑的蛋白质表达增 强，ＬＴＰ也随之增强。 抑制诱导转录因子ＡＴＦ４能够增强学习记忆， 延伸因子２的ａ亚基ｅｌＦ２ａ的磷酸化能够刺激 ＡＴＦ４的翻译，消除ｅｌＦ２ａ的激酶ＧＣＮ２、或通过抑 制ｅＩＦ２ａ的磷酸化均能抑制ＡＴＦ４ ｍＲＮＡ的翻译， 增强学习记忆能力。因此，抑制ＡＴＦ４的转录翻译 对突触可塑性和学习记忆来说，是一种重要的负调
文章编号：１０００－－２２９４（２０１０）０３一０１１６－－０３
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学习记忆的分子和细胞机制
学习记忆是人脑中最为神秘的一个领域之一，经过长期的探索与研究，人类逐
渐揭开了一些学习记忆的分子和细胞机制，这些被发现的机制可以极大地促进我们对于学习记忆的理解，同时也为人类的脑科学研究提供了新的方向和思路。
众所周知，学习记忆的关键是神经元。
神经元是生物体中高级神经系统的构成
单位。
而学习记忆，所谓的神经可塑性，指的是神经元发生结构变化、功能变化或连接变化等学习过程中的改变。
神经可塑性的重要性已无需多言，对于大脑的发育、感知、学习、记忆等都发挥着不可或缺的作用。
而学习记忆的分子和细胞机制，则是神经可塑性研究的重中之重。
在神经元内部，有一些特定的分子在学习过程中发挥了极为重要的作用。
一些分子在学习和记忆过程中充当了信号传导的“信使”，比如在学习过程中，神经递质从神经元之间的突触传递，有多种分子可以发挥调节神经递质释放的作用，这些分子包括乙酰胆碱、谷氨酸、多巴胺、5-羟色胺等。
此外，NCAM（神经细胞粘附分子）、PKC（蛋白激酶C）、CaMKII（钙/钙
调蛋白激活性蛋白激酶II）和CREB（cAMP response element binding protein）等分子的作用也被证实在神经元的可塑性中具有重要作用。
这些分子在学习过程中，能够促进神经元之间的连接，在记忆形成过程中扮演了关键的角色。
值得一提的是，以上的这些分子在神经元内部作用的具体机制，尚未完全了解
清楚，是未来神经科学家们探索的重点之一。
但需要注意的是，在神经元中还有许多不同分子的相互影响和作用，这些复杂的相互作用未来有待于进一步的研究和解释。
除了以上的分子外，神经可塑性的机理还包括了神经元数量的变化、神经元之
间的连接强度的变化、以及突触可塑性的改变等。
神经元数量的变化被认为是学习和记忆过程中神经可塑性的一个重要方面。
例如，某一个地区的大脑在学习过程中
需要加强特定的神经元之间的联系，神经元之间的连接强度会被加强，同时，新的神经元也会被创建出来以支持这些连接，这就是神经元数量的变化。
再比如，突触可塑性是神经可塑性机理中重要的方面之一。
突触可塑性指的是神经元之间的突触连接强度会因为学习、记忆等因素而改变的现象。
通过一些实验和观察发现，突触可塑性可以是长期抑制或长期增强，主要包括LTP（长时程增强）和LTD（长时程抑制）两种形式。
其中，LTP是指当激发神经元的信号强烈到达时，神经元之间的连接强度会增强，而LTD则是指当激发神经元的信号弱到一定程度时，神经元之间的连接强度会减弱。
总体来说，学习记忆的分子和细胞机制还有很多未知之谜值得探索。
随着神经科学的发展和技术的不断提高，相信未来我们会有更深入的了解和更加精确地解释学习记忆的分子和细胞机制，这将会为神经可塑性的治疗提供新的思路和方向，最终使我们能够更好地理解人类的大脑和神经系统。