学习与记忆的分子机制
学习和记忆(px)
海马的作用
① 与短时记忆以及短时记忆转入长时记忆有关。 —— 切除海马的病人不能形成长时性陈述记忆，非陈 述性记忆不受影响 ——可以奖赏和惩罚为基础，决定我们的想法是否足 够重要值得记忆。
② 与空间位置的学习记忆有关。
主要奖赏中枢 在下丘脑的外 侧和腹内侧核
主要惩罚中枢 在中脑导水管 周围中央灰质, 向上延伸进入 下丘脑室周区 和丘脑
学习和记忆
一、学习和记忆的概念与分类
学习：人和动物获得外界信息的神经过程 记忆：人和动物将学习到的信息贮存和读出的神经过程
(一) 学习的形式
⒈ 联合型学习 概念：指两个事件在时间上很靠
近地重复发生时，最后会在脑内 形成某种联系(也称联想型学习)
• 包括：经典条件反射和操作式条 件反射
• 建立条件反射的意义： — 使动物对环境的适应具有预见性； — 能大大提高动物适应环境的范围；
(二) 记忆的分类
1. 根据人脑对信息贮存与回忆的方式分两类 ⑴ 非陈述性记忆
概念：指与实际操作有关的记忆，又称反射性记 忆或内隐性记忆
• 特点:
① 需多次重复才能逐步形成；
② 对信息的贮存和回忆不依赖于意识表达 和认知过程；
③ 形成后不容易被遗忘。
⑵ 陈述性记忆 概念：指与事实、情节和资料有关的记忆，又称 外显性记忆 • 特点：
(二) 颞叶联合皮层 颞叶的作用：
① 优势半球颞叶的Wernicke’s 区是不同感觉解译区的汇 合部位
②非优势半球的颞叶 可能对理解音乐、视 觉经历、人与环境的 关系和身体语言的意 义等有重要意义
③颞叶可能也是某些 记忆痕迹的最后贮存 区
(三) 海马
海马记忆环路：海马→穹隆→下丘脑乳头体→丘脑前核 →扣带回→海马
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。
第五章学习与记忆的神经生物学ppt课件
在丰富条件下饲养的大鼠在解决问题方 面的能力，较其它两组动物为强。
丰富环 境
枯燥环境
二、学习记忆与突触传递效能的可塑性
（一）突触传递的长时程增强（LTP）
帕帕兹环路 : 三突触回路 : 长时程增强（LTP）:
（二）突触传递的长时程压抑（LTD）
长时程压抑（LTD）： LTD在学习记忆中的作用（功能）
帕帕兹环路
1937年，神经生理学家J.W.papez提出 即海马→穹窿→乳头体→乳头丘脑束→丘脑前
核→扣带回→海马
三突触回路
三突触回路：
穿通纤维
内嗅区皮层
海马齿状回
苔状纤维
CA1区
CA3区
长时程增强
Lomo（1966）
在内嗅区皮层给出一串连续性或电紧张性刺激，则可在齿 状回记录到场电位或细胞外电活动，刺激停止后5－25分 钟，再次记录齿状回的电反应，不但未衰减，反而增强 2 倍以上,象这种长时程的突触传递效能改变（易化）的现象 称之为“长时程增强LTP） 。
“丰富化、贫乏化环境”养育实验
21天的大鼠分成三组，饲养在不同的生 活环境
丰富环境
枯燥环境(即隔离环境)
标准饲养条件
结果：
丰富环境下：脑皮层较重较厚，特别在 枕区，而且皮层比脑其它区域增加的重 量，按比例计算较重，脑内神经元大,树 突分枝多，脑内乙酰胆碱脂酶和胆碱脂 酶 的 活 动 水 平 较 高 ， RNA/DNA 的 比 值 增高。
RNA假设
RNA的重要功能是合成蛋白质，RNA与长时记忆痕迹的关 系问题，自然包括含着蛋白质合成与记忆关系问题。即长时记 忆痕迹的形成，合成新的蛋白质是必需的。
（三）记忆痕迹的脑形态学基础
第7章 学习与记忆
（二）Lashley的大实验
1.损伤大脑皮质干扰了大鼠的学习能力。
2.大脑皮质的损毁破坏了大鼠对迷宫路线的记忆能力。
3.损伤大脑皮质的面积越大，大鼠的学习和记忆能力就越差。大脑的所有 皮质区域对学习和记忆都同样重要，这就是他的著名的同等能力原理 （principle of equipotentiality）。
（四）陈述性记忆的新皮层定位
1）猴的颞叶皮质与视觉分辨力实验： 实验结论： A. .猴子可以执行视觉分辨任务操作（分辨猴的脸谱）。 B. 执行视觉分辨任务的中枢位于颞下回。 C.猴的颞下回既是高级的视觉中枢区，又是一个记忆的 存储区。
3.陈述性记忆的新皮层定位
2）人类颞叶电刺激实验：
B.颞叶与久远的长期记忆无关，与非陈述性记忆的形成无关。
C.颞叶对记忆的形成，新近陈述性记忆的储存非常重要。 D.短期记忆与长期记忆，非陈述性记忆和陈述性记忆的解剖学结构、 神经机制不同。
（五）间脑和陈述性记忆 ：
1.间脑中与记忆有关的结构： 丘脑前核、丘脑背内侧核、乳头体 2.人类间脑损伤病例研究：
意义：
在条件反射中，动物学会了一种预示关系。
在操作条件反射中，动机起了很重要的 作用（只有饥饿的动物才会为了食物而 按杠杆），因此操作条件反射对于动物 学会生存具有非常重要的意义。
陈述性记忆和非陈述性记忆 （declarative memory and nondeclarative 记忆 memory ）
（三）Hebb的细胞集合学说：
（三） Hebb的细胞集合学说：
1.记忆印迹广泛分布于细胞集合的神经突触联系中。
生理心理学学习与记忆
人生体理解心剖理生理学学
海马结构图示
人生体理解心剖理生理学学
人生体理解心剖理生理学学 海马损伤典型案例：H.M. 的遗忘症
海马
H.M.失去了手术两年前的记 忆，并且无法再形成新的记忆
人生体理解心剖理生理学学
遗忘症
❖ 概念：对于一段时间内的生活经历全部丧失或部 分丧失。
❖ 分类：按照所遗忘的时间段不同分为 ☆ 逆行性遗忘 ☆ 顺行性遗忘
常用于研究短时记忆功能。
人生体理解心剖理生理学学
2、延迟非匹配样本任务（DNMS）
要求猴子记住前一次的正确反应，并在下一次做出 和前一次不同的选择。例如：前一次右边容器有 食物，下一次食物就会出现在左边的容器中。实 验记录不同间隔时间动物记忆的保持状况。 DNMS是研究工作记忆的经典实验范式，研究发 现，前额叶皮层是参与工作记忆最重要的脑区
人生体理解心剖理生理学学
2、突触可塑性的表现形式★ 突触效能可塑性
突触可塑性 突触形态可塑性 突触数量可塑性
人生体理解心剖理生理学学
（1）突触效能可塑性（突触传递效能可塑性） 长时程增强（LTP）
长时程抑制（LTD) ①学习记忆与突触传递的长时程增强★ 长时程增强是突触传递效能的易化现象 。 长时程增强是学习记忆的电生理学基础。
❖ Tanzi认为突触部位的经常使用类 似于肌肉锻炼那样可能引起生长 作用，从而使连接部位的功能得 到加强。
❖ 1949年Hebb（赫伯）提出了神 经元之间的功能的突触假说。
人生体理解心剖理生理学学
❖Hebb突触假说 突触的可塑性性（可修饰性）★ 如果神经元A（突触前神经元）的轴突与神 经元B（突触后神经元）之间空间位置足够 接近，并且重复激活神经元B，那么，两种 神经元或者两者之一的生长过程和代谢会 发生改变。
学习与记忆的神经机制研究简介
学习与记忆的神经机制研究概况（讲座）韩太真（西安交通大学医学院生理教研室，陕西西安 710061）国际上曾把20世纪90年代的十年称为“脑的十年”，现在又把21世纪开始的时代称为脑科学时代。
脑作为一个特别复杂的超巨系统，正在吸引整个自然科学界越来越大的关注。
伴随着脑科学以空前的广度和深度发展的趋势，新思想、新概念、新技术不断引入本学科的研究中，使神经科学成为生命科学中的一个发展高峰。
学习与记忆(learning and memory)功能与语言、思维一样，同属于脑的高级功能，主要由脑的不同部位分别或联合完成。
在神经科学领域中，学习与记忆的研究历来受到高度重视。
因为学习与记忆能力不仅是人们获取知识与经验、改造世界的需要，而且也是保证人类生存质量的基本因素之一。
生理性增龄所带来的记忆能力的降低，伴随多种神经、精神疾病所出现的记忆障碍，都向神经科学家提出了一个必须解决的课题——学习与记忆的神经机制。
因为只有在阐明各种类型的学习记忆神经机制的基础上，才可能寻找到延缓及阻止增龄性记忆衰退的途径，也才有可能治疗和改善不同神经、精神疾患所带来的学习不能和记忆障碍。
从分子水平到整体水平（行为）各层次阐明学习和记忆及其他认知脑功能的机制，必将使脑研究取得重大突破。
一、关于学习与记忆机制的早期研究人类对脑功能的认识可以追溯到三千多年前。
据历史文献记载，那时已有关于脑损伤和脑部疾病症状的描述。
公元前600～400年，希腊的哲学家也已有关于灵魂、思想均依赖于脑的观点。
并在此后出现了关于心理、精神过程定位于脑室的“脑室定位学说”。
这一学说保持其统治地位长达一千多年。
19世纪是人类对脑和行为的认识发展最快的一个时期。
解剖学与心理学的最初结合是始于19世纪初期颅相学的出现，以维也那内科医生、神经解剖学家Gall为杰出代表，他们将不同的脑功能，包括心理、意识、思想、情感等均定位在脑的不同部位，并在颅骨外标记出来，形成颅骨图。
他们还进一步提出，每一功能的发展均可使其功能区域扩大，犹如锻炼可以使肌肉强健一般，从而形成了脑功能局部定位学说。
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。
记忆与学习的神经递质分子机制探究
记忆与学习的神经递质分子机制探究一、引言学习与记忆是人类智慧的源泉，也是我们与周围环境进行互动和适应的关键。
在神经科学领域，许多研究集中在探究学习和记忆的神经机制，包括神经元之间的信号传递、神经元与突触之间的联系等。
这些研究深入了解神经递质分子机制、神经元调节、神经网络的形成和功能，有助于解决脑部相关疾病和老年痴呆症等问题。
二、学习与记忆的定义及其分化学习和记忆其实是两个不同的概念，学习是指通过线性学习和反应、体验、反思等方式获取新知识或技能。
而记忆则是指将获取的新知识或技能在神经系统中储存并能回收使用的过程。
三、神经递质分子机制的原理神经递质是神经元之间相互传递信息的化学物质，也是脑部疾病研究中的重要研究对象。
积极的神经递质可以在神经元之间传递信号，也能帮助神经元重新形成连接。
而健康的神经递质水平在大脑通信和信息转换的过程中发挥着重要作用。
事实上，神经递质还可以通过自我调节机制来控制脑部的功能，例如可以改变神经元的兴奋性、调整神经递质的水平、改变神经元之间的连接、增强或减少神经元的生长等。
四、神经递质分子机制在教育神经科学研究中的应用随着神经科学研究的发展，科研人员日益发现神经递质分子机制在聚焦教育领域时的应用前景。
一些神经递质不足的情况，例如过度工作、流感或感冒等问题，都可能严重干扰学习和记忆的过程。
早期的科研工作通过药物控制神经递质分子的水平来达到改变神经元连接与功能的目的。
同时，科学家们还在考虑如何通过育儿教育和优化课程设计等手段来帮助优化神经递质分子的发展和这一领域的相关问题。
五、神经递质分子机制与老年痴呆症老年痴呆症是一种逐渐发展的神经退行性疾病，患者常常会持续失去记忆力和认知功能。
虽然关于老年痴呆症的确切原因还有待研究，但现在已经知道神经递质分子机制的一些研究进展可以为老年痴呆症的治疗方案制定提供一定启示。
老年痴呆症的患者常常缺乏重要的神经递质分子，例如乙酰胆碱，这种递质对于控制记忆和注意力有重要影响。
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