第24章 学习和记忆的分子机制
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。
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。
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
《生理心理学》教学大纲
《生理心理学》教学大纲一、课程基本信息课程名称：生理心理学课程类别：专业基础课课程学分：＿____课程总学时：＿____授课对象：＿____二、课程性质与目标（一）课程性质生理心理学是心理学的重要基础学科之一，它以心身关系为基本命题，以实验研究为基本方法，试图阐明各种心理活动的生理机制。
通过本课程的学习，学生能够了解生理心理学的研究方法和基本理论，掌握大脑与心理活动之间的关系，为进一步学习心理学的其他分支学科打下坚实的基础。
（二）课程目标1、知识目标使学生掌握生理心理学的基本概念、研究方法和理论体系。
让学生了解神经系统的结构和功能，特别是大脑的结构和神经递质的作用。
帮助学生理解感觉、知觉、学习、记忆、情绪、语言等心理过程的生理机制。
2、能力目标培养学生运用生理心理学的知识和方法，分析和解决实际问题的能力。
提高学生的实验设计和数据分析能力，能够阅读和理解相关的科研文献。
3、素质目标培养学生的科学思维和创新精神，提高学生的科学素养。
增强学生对生命科学的尊重和对人类自身的认识，培养学生的人文关怀和社会责任感。
三、课程内容与要求（一）神经系统的结构与功能1、神经元的结构与功能神经元的形态和分类神经元的电生理特性神经递质的合成、释放和作用2、神经系统的解剖结构中枢神经系统（大脑、脊髓）外周神经系统（躯体神经系统、自主神经系统）3、大脑的结构与功能大脑皮层的分区和功能边缘系统的结构和功能基底神经节的结构和功能（二）感觉与知觉的生理机制1、视觉的生理机制视网膜的结构和功能视觉通路和视觉中枢颜色视觉的理论2、听觉的生理机制耳的结构和功能听觉通路和听觉中枢声音定位的机制3、躯体感觉的生理机制皮肤感觉的感受器和传导通路深部感觉的感受器和传导通路4、知觉的生理机制知觉的神经基础知觉的组织原则（三）学习与记忆的生理机制1、学习与记忆的分类陈述性记忆和非陈述性记忆短时记忆和长时记忆2、学习与记忆的神经基础海马在记忆中的作用新皮层在记忆中的作用神经递质与学习记忆3、学习与记忆的细胞和分子机制长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）基因表达与学习记忆（四）情绪的生理机制1、情绪的分类和表现基本情绪和复合情绪情绪的外部表现和生理反应2、情绪的神经基础杏仁核在情绪中的作用下丘脑在情绪中的作用前额叶皮层在情绪中的作用3、情绪的神经化学机制单胺类神经递质与情绪神经肽与情绪（五）语言的生理机制1、语言的神经基础语言中枢的定位语言的单侧化优势2、语言的产生和理解语言产生的神经机制语言理解的神经机制（六）意识的生理机制1、意识的概念和特征意识的不同层次意识的主观体验和客观测量2、意识的神经基础大脑皮层的广泛激活与意识丘脑在意识中的作用四、教学方法与手段1、课堂讲授采用多媒体教学手段，结合图片、动画和视频等资料，讲解生理心理学的基本概念、理论和实验研究成果。
学习和记忆libo2
与学习记忆有关的脑结构
记忆痕迹
记忆痕迹：记忆的物质代表或记忆所在的部位。 实验： Lashley的大鼠迷宫实验 结论：记忆弥散分布于皮层 Hebb的细胞集合学说 结论：记忆痕迹分布于不同的细胞集合 陈述性记忆的皮层电位 结论：皮层感觉区既处理感觉信息，又储存记 忆。 人类颞叶电刺激实验 结论：陈述性记忆的痕迹位于颞叶新皮质。
实验结果：切除猴的前额叶皮质层后， 短时空间记忆能力降低。 （放电活动 图P288） 证明：前额叶皮质主沟区（46区）是空 间记忆的关键脑区。主沟区某侧神经元 在延缓期放电代表了对空间位置信息的 短时记忆
（空间工作记忆） 前额叶主沟区 ↑ 顶叶联合皮层 空间 特征
(物体工作记忆） 前额叶下凸部 ↑ 颞下联合皮层 物理 特征
The effect of medial temporal lesions of DNMS performance
H.M.病例：陈述性记忆 顺行性遗忘 且 主要涉及长时记忆 DNMS遗忘症动物模型： 假说：内侧颞叶 巩固记忆并将其转移至新皮层。有 可能是记忆的中间处理阶段而不是永久贮存,也不 是短时记忆形成阶段
初级视皮层 ↑ 外侧膝状体 ↑ 视觉信息
视觉空间信息和视觉特征信息的 大脑皮层处理通路
后顶叶
前额叶主沟区
初级 视皮层
前额叶下凸部
颞下回
（四）海马与空间记忆
海马(hippocampus)又称Ammon角,因其外形与 一种海生鱼类(seahorse,希腊文hippokampos)的 形状相似而命名． 海马结构包括海马本体、齿状回、下托。 海马的分层： （5层）多形层、锥体细胞层、辐射层、腔隙层、 分子层（3层）分子层、锥体细胞层 、多形细 胞层
学习与记忆及其细胞分子机制(共88张PPT)
LTP的形成必 须依赖于高频
刺激。
或者说LTP的 形成需要CA3 和CA1同步活
同一组突触联系可以参与多种形式的学习
细胞机制
电刺激尾部（US） 刺激喷水管（CS）
但是US必须紧跟 CS（0.5s）才能建 立经典的条件反射。
分子机制
感觉神经元轴突 末梢内生成的 cAMP量起着至 关重要的作用
在CS下Ca2+由动作电 位进入感觉神经元， 与CaM结合活化AC。
当CS结合US后可进 一步增强AC的活化， 产生更多的cAMP。
■突触前活动的调节
突触前抑制
通过突触前轴突末梢
突触前易化
兴奋而抑制另一个突
触前膜的递质释放，
从而使突触后神经元
◆突触前神经元被高频刺呈激现几出秒抑制后性，效会应增 加胞内Ca2+水平，并由进于而突增触加前递轴质突末释梢放被量反，复 而使后神经元产生后刺量强激，直，从电增而加使位了突。递触质 后释 的放 反的 应数 增 ◆脑中某些部位的突强的触现，象被。反复刺激可产
NMDAR是配体门控的Na+/K+和Ca2+ 通道
NMDA可激活通道开放； Na+、 Ca2+ 内流， K+外流； 双重调节； NMDAR上有很多调制位点； 参与兴奋性突触传递的LTP；
早期基因表达： 泛素羧端水解酶：降解PKA调节亚单位 释放活性亚单位 C/EBP：结合CAAT启动子，启动晚期 基因表达
晚期基因表达：依赖于C/EBP的表达，与新 突触的生长有关。
学习与记忆的机制简介
学习与记忆的机制简介出生那一刻开始，人无时无刻不在学习和技艺。
学习就是通过神经系统不断接受外界环境的刺激而获得新知识、新行为的过程，或者说是获得信息的过程。
学习预计一密切相关，人们储存、提取和再现获得的信息就是记忆。
通俗的讲，人们能够会想起以前曾经发生过的某种事情的思维能力就是记忆。
人脑中与学习和记忆有关的中枢有四个：运动语言中枢、感觉语言中枢、书写中枢及阅读中枢。
学习过程中说、听、读、写四个环节都是有着四个中枢完成的。
人的一生中可储存十多兆个信息单元，这是一个庞大的信息储存场所，它的储存记忆功能远远大于一台普通计算机的功能。
人类的记忆可以分成感觉性、短期、长期记忆。
感觉性记忆就是一种在脑内感觉回去留存时间很短的感觉信号。
如果这一信息未被利用，则在没1秒的时间内被代莱信息替代，例如听见一个陌生的电话号码，不经过特别注意和处置，这一信息很快消失。
用听而不闻一词去则表示这类记忆可能将就是确当的。
短期记忆又叫第一记忆。
这是指对少数事实、词语、数字等持续几秒钟到几分钟的记忆。
如在感觉记忆的基础上，重复强化这个电话号码，那么，短期内可记住它。
但当输入一个新信息时，就信息可能被替换。
长期记忆可以分成第二记忆和第三记忆，第二记忆可持续几分钟至纪念。
它就是在短期记忆的基础上多次重复拒绝接受和运用相同信息所产生的记忆。
它搜寻抽取信息(也就是回忆起)须要时间较长，一段时间不拒绝接受相同提振，信息难遗失(忘记)，例如记忆一个老同学的姓名。
第三记忆有很强的记忆痕迹。
这类记忆由于经年累月的反复刺激、反复运用，因而可持续终生，不被忘记，储存的信息可被随时迅速提出使用。
通常脱口而出的事物都属于第三记忆。
这类记忆的信息由简单的数码、字母、自己的名字、通用的词语及熟悉的环境和人物等等。
短期记忆通过多次、反反复复的信息重演、整理，可以获得稳固而转型为长期记忆。
人的大脑由两个半球体组成，左脑指挥身体右半部的活动，右脑指挥身体左半部的活动。
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第章学习和忆的分子机制24学习和记忆的分子机制
主讲人张隆华
主讲人：张隆华
一、程序性学习
程序性学
学会对感觉输入产生运动反应
11, 非联合型学习
非联合型学习：指对单一刺激作出行为反应的改变，分为习惯化和敏感化。
习惯化和敏感化
习惯化：
学会忽略无意义的刺激
敏感化：
对刺激的反应出现加强
2 2, 联合型学习联合型学习：将事件之间建立联系，分为经典的条件反射和操作式条件反射。
和操作式条件反射•经典的条件反射：将一种诱发可测量反应的刺激与另一种通常不产生这种反应的刺激联合起来。
非条件刺激：通常引起反应的刺激条件刺激：通常不引起反应的刺激
条件反应：对条件刺激的习得性反应。
2 2, 联合型学习经典的条件反射：将一种诱发可测量反应的刺激与另一•经典的条件反射：将种诱发可测量反应的刺激与另种通常不产生这种反应的刺激联合起来。
成功的条件反射有一定的时间要求：
当非条件刺激和条件刺激同时出现或条件刺激先于非条件刺激较短时间间隔时条件反射才会发生。
如条件刺激先于非条件刺激过久，条件反射则会减弱或不会发生如条件刺激出现在非条件刺激之后，条件反射通常则不能发生•操作式条件反射：在操作过程中学到的特定的行为和特定的结果关联
动机在操作室条件反射中起着重要的作用，因此神经环路更复杂。
二、简单系统：
简单系统
无脊椎动物的学习模型
1 1,
海兔的非联合型学习缩鳃反射：将水流喷射到海兔的虹管的肉质区域，会引起虹管和鳃的收缩
1 1,
海兔的非联合型学习（1）缩鳃反射的习惯化：
感觉神经元运动神经元（L7鳃肌缩鳃反射的习惯化产生于感觉传入和运动神经元的突触上，习惯化后每次动作电位递质释放的量子数减少而突触后习惯化后每次动作电位递质释放的量子数减少，而突触后细胞对递质的敏感性无改变，即习惯化与突触前修饰相关
1 1,
海兔的非联合型学习（2）缩鳃反射的敏感化：电击海兔头部电击海兔头部，
L29细胞激活，释放5-HT ，使感觉神经元更敏感神经元更敏感。
11, 海兔的非联合型
学习
2）缩鳃反射的敏感化：（）缩鳃反射的敏感化敏感化引起5-HT作用于G蛋白,催化激酶磷酸
化钾通道蛋白,导致通
道关闭,延长动作电位,
使钙内流增加。
22, 海兔的联合型学习
强电击尾部刺激(非条件刺激)与轻微
虹管刺激(条件刺
激)相结合后,单独
刺激虹管引起的
反应比敏感化引
起的反应更强
22, 海兔的联合型学习
a.非条件刺激使感觉输入敏感化;
b.配对刺激引起比单用非条
件刺激更强的cAMP通路激活
二、脊椎动物的学习模型
1 1,
小脑皮层的突触可塑性（1）小脑的结构
皮质：分子层
浦肯野细胞层颗粒细胞层
白质
11, 小脑皮层的突触可塑性
（1）小脑的结构
小脑的输入：
小脑的输入
A B
延髓下橄榄核脑桥核团
爬行纤维苔状纤维
浦肯野细胞小脑颗粒细胞
（树突）
平行纤维
（小脑颗粒细胞轴突）
浦肯野细胞（树突）
11, 小脑皮层的突触可塑性
（2）小脑皮层的长时程抑制
•刺激平行纤维，测浦肯野细胞的EPSP
刺激平行纤维测浦肯野细胞的
•配对刺激平行纤维和爬行纤维后，单独刺激平行纤维，浦肯野细胞的EPSP显著减小，可持续至少1小时，称为长时程抑制（LTD）
11, 小脑皮层的突触可塑性
（2）小脑皮层的长时程抑制
小脑LTD的一个重要特性为仅出现于伴有爬行纤维同时被激活的平行纤维的突触上，未于爬行纤维同时被激活的平行纤维的突触不发生可塑性变化。
这种仅由主动的输入才表现突触可塑性的特性称为输入特异性
11, 小脑皮层的突触可塑性
（3）小脑LTD的机制：需3个细胞内信号同时出现•爬行纤维激活引起细胞内钙的升高
•平行纤维激活引起细胞内钠的升高
•G蛋白受体激活引起PKC的活化
上述信号的改变结果是AMPA受体内移和EPSP被抑制
1 1, 小脑皮层的突触可塑性
•突触传递的修饰
可产生学习和记
忆
•神经活动转化为
细胞内第二信使
可触发突触修饰
•现存突触蛋白的
变化可产生记忆
22, 海马和新皮层的突触可塑性
（1）海马的解剖：含2层神经细胞层，为齿状回和阿蒙氏角（Ammon s horn)
Ammon’s horn)
内嗅皮层
前穿质通路
齿状回
CA3区神经元
A、Schaffer侧支至CA1区
B、经穹隆离开海马
22, 海马和新皮层的突触可塑性（2）CA1区长时程增强的特点
给予突触前轴突强直刺激（一阵短促的高频刺激），可在突触后
CA1神经元诱发LTP。
神元诱发
同一神经元上未受强直刺激的突触不表现LTP，说明具有输入特异性。
LTP需要突触后CA1神经元发生强烈去极化的同时突触被激活，及激
活突触的协同性
22, 海马和新皮层的突
触可塑性
（2）CA1区长时程增强
的特点
CA1中的LTP具有Hebb突
触的特征，即一起兴奋
的输入通路在结构上是看玫瑰连接到一起的
闻玫瑰
闻洋葱
22, 海马和新皮层的突触可塑性（3）CA1区LTP的机制
NMDA受体激活，钙内流增加，激
受体激活钙内流增加激活CaMKII，磷酸化膜AMPA受体，增强其效应；并促进新的
AMPA 受体融合到突触后膜上，形成LTP
22, 海马和新皮层的突触可塑性（4）CA1区长时程压抑（LTD）
一个低频强直刺激，引起突触后细一个低频强直刺激引起突触后细胞微弱的去极化，少量钙流入细
胞，导致
LTD
BCM理论：当其他输入引起突触后细胞仅仅微弱去极化时，兴奋突
触产生LTD而非LTP。
22, 海马和新皮层的突触可塑性（4）CA1区长时程压抑（LTD）不同NMDA受体激活水平
不同类型的Ca2+反应
不同类型的酶
22, 海马和新皮层的突触可塑性（5）LTP、LTD和记忆
人类颞叶下皮层的双向突
触修饰
22, 海马和新皮层的突触可塑性
（5）LTP、LTD和记忆
Morris水迷宫
未训练鼠训练鼠
22, 海马和新皮层的突触可塑性
（5）LTP、LTD和记忆
LTP、LTD和记忆均与NMDA受体有关
•NMDA受体阻断剂注射入大鼠海马，大鼠不能记住水迷宫的水下平台
•CaMKII亚单位敲除后，动物海马LTP和记忆均产生缺陷
•CA1区NMDA受体缺陷，动物LTP、LTD和记忆均产生缺陷
三、长时程记忆的分子基础
1, 持续激活的蛋
1静止状态
静止状态CaMKII 白激酶
（1）CaMKII和LTP
CaMKII激活作用于
AMPA受体，引起
受体引起
LTP 被钙和钙调素激活
分子开关假说：能发
生自身磷酸化的激
酶可以再突触部位
存储信息。
自身磷酸化引起持
续激活
22, 蛋白质合成
（1）蛋白质的合成与记忆巩固
抑制蛋白质合成，动物可正常学习，但数天后出现记忆缺失短时程记忆转化为长时程记忆时，需要新的蛋白合成
2 2,
蛋白质合成（2）cAMP 反应元件结合蛋白（CREB ）与记忆CREB 1•CREB-1磷酸化可引起基因转录•CREB-2抑制基因转录
•在果蝇复制额外的CREB-2可阻断简单
的联合记忆•在额外复制CREB-1的果蝇增强联合记忆
2, 蛋白质合成
（3）结构可塑性与记忆
•缩鳃反射的感觉神经元中，长时程敏感化使神经元形成的缩鳃反射的感觉神经中长时程敏感化使神经形成的突触数目增加一倍
•
在复杂环境下的大鼠枕叶皮层单个神经元上的突触数目增加25%
•小脑皮层长时程压抑的条件刺激，引起平行纤维-浦肯野细小脑皮层长时程压抑的条件刺激引起平行纤维
胞突触数目的减少。