学习及记忆的神经生物学基础课件.ppt

1、第一节第一节学习和记忆的分类学习和记忆的分类1.1 学习类型1.2 记忆类型第二节第二节学习的脑机制学习的脑机制2.1 行为水平2.2 细胞水平2.3 分子水平第三节第三节记忆的神经生化基础记忆的神经生化基础3.1 短时记忆的生理机制3.2 长时记忆的生理机制3.3 长时记忆的分子生物学基础 第四节第四节学习记忆与突触可塑性学习记忆与突触可塑性4.1 对侧长时程增强效应的建立与突触的可塑性4.2 学习和记忆能力与发育的关系4.3 环境、教育与脑第五节第五节记忆与智能障碍记忆与智能障碍5.1 记忆障碍5.2 智能障碍本章重点和难点本章重点和难点重点：学习和记忆的脑机制、学习与突触可塑性的关系。难

2、点：学习和记忆的神经及分子生物学基础 本章必读书目与参考书目本章必读书目与参考书目1.梅镇彤学习和记忆的神经生物学，上海科技教育出版社，1997。2.沈政、林庶之生理心理学,北京大学出版社，1993。3.邵郊生理心理学,北京大学出版社，1978。4.Carlson N.R Physiology of behavior,Allyn&Bacon，2000。5.Carson R.C.&Butcher J.N.游恒山译，变态心理学，五南图书出版有限公司，中华民国82年10月（资料室）。学习与记忆障碍问题：学习与记忆障碍问题：F学习失能F智能不足F老年性痴呆F科尔萨科夫综合症F 1.1学习类型学习类型A

3、.联想式学习联想式学习 根据外部条件和实验方法不同，可分为3种类型：尝试与错误学习，经典条件反射和操作式条件反射。第一节第一节 学习和记忆的分类学习和记忆的分类q 尝试与错误学习：桑戴克（E.L.Thorndike)问题箱、迷津箱（T与Y迷津）学习行为形成的指标是动物通过尝试与错误的经验积累，使正确反应所需的时间逐渐缩短。q经典条件反射：条件刺激（CS、无关刺激、铃声）非条件刺激（US、食物）学习是刺激（S）与反应（R）之间的联结，并在脑内伴随着联想的出现。q操作式条件反射(instrumental conditioned reflex)斯金纳（B.F.Skinner,1938-）单一模式的刺

4、激重复出现单一兴奋灶重复出现兴奋性发生量变F习惯化F敏感化 B.非联想式学习非联想式学习肯特尔肯特尔（E.R.Kandel,1976）C.程序性学习或熟练与技巧性学习程序性学习或熟练与技巧性学习D.认知学习认知学习E.情绪性学习情绪性学习F.味厌恶式学习味厌恶式学习G.印记式学习印记式学习q 短时记忆和长时记忆短时记忆和长时记忆 1.2记忆类型记忆类型q陈述性记忆和非陈述性记忆陈述性记忆和非陈述性记忆陈述性记忆外显记忆（explicit memory）非陈述性记忆内隐记忆（implicit memory)A.机能定位论机能定位论加尔（Franz Josef Gall 1758-1828）：颅相

5、说。第二节第二节 学习的脑机制学习的脑机制失语症的临床研究。20世纪40-50年代，定位说得到进一步的发展。2.1行为水平上：脑等位论和机能定位论的统行为水平上：脑等位论和机能定位论的统一一 B.脑等位论脑等位论拉什利（Karl Spencer Lashley,1890-1958）。F均势(equipotentiality)原理F总体活动(mass action)原理我们如何理解我们如何理解Lashley的实验结果呢？的实验结果呢？C.C.机能系统学说机能系统学说 鲁利亚 第一机能系统：激活与觉醒，脑干网状结构和边缘系统等。第二机能系统：信息接受、加工和储存的系统。皮层的枕叶、颞叶和顶叶以及相

6、应的皮层下组织。第三机能系统：行为调节系统，是编制行为程序、调节和控制行为的系统。人的各种行为和心理活动是三个机能系统相互作用、协同活动的结果。其中每个机能系统又起各自不同的作用。D.D.模块说模块说(module theory)(module theory)F人脑在结构和功能上都是由高度专门化并相对独立的模块（module）组成。F模块复杂而巧妙的结合是实现复杂而精细认知功能的基础。F认知神经科学的许多新的研究成果，都支持了模块学说。总结总结 学习与记忆都不是统一的过程，也不是哪一种脑结构的特殊功能。学习是积累经验与知识的过程，也是对外部事物前后关联的把握和理解的过程；记忆是知识或经验的输入

7、、保持和提取的过程。根据知识、经验、外部事件动态变化规律不同，学习或掌握规律的方式就不同，参与这些过程的脑结构也就不完全相同 2.2细胞水平上：异源性突触易化细胞水平上：异源性突触易化F暂时联系F异源性突触联系F异源性突触易化异源性突触易化至少有两种方式：F突触前成分间的活动依存性强化机制；突触前后间强化机制A.非联想学习的神经机制非联想学习的神经机制F敏感化的机制F习惯化的机制CR CS B.联想学习的神经机制联想学习的神经机制l简单的联想学习CS+USCRl海兔的经典条件反射学习 US（5-HT）总结：l联想学习和非联想学习具有共同的机制活动依存性突触易化 两者之间仅具有量的差别：联想式学

8、习，其突触后兴奋电位（EPSPs）最强；敏感化引起的EPSPs次之，却强于习惯化组动物。2.3分子水平上：蛋白质变构是学习的分子生物学基础分子水平上：蛋白质变构是学习的分子生物学基础A.非联想学习非联想学习 敏感化F习惯化B.简单联想学习简单联想学习lCS引起适量钙离子的流入，通过钙调素首先引起腺苷酸环化酶（AC）活性轻度增加。lUS引起递质（5-HT）与受体结合，增强了环化酶的活性。l A C 的 激 活 及 其 所 导 致 的cAMP大量生成过程符合条件反射建立的基本规律。AC的分子具备学习过程的基本条件，成为学习的分子基础。第三节第三节 记忆的神经生化基础记忆的神经生化基础记忆过程记忆过

9、程 编码（encoding）巩固(sonsolidation)提取(retrieval)。F Wi11iamJames（1890）：短时记忆和长时记忆可能是不同的过程。F缪勒(Muller，1900)：F实验过程：学习 紧张的智力活动 测查对原先学习材料回忆的正确率。F结果：回忆的正确率大大下降。F“巩固假设”（consolidation hypothesis）。3.1短时记忆的生理机制短时记忆的生理机制 加拿大神经心理学家Hebb（1949）反响回路（返回环路说）返回环路说：返回环路说：F神经解剖学表明返回环路确实存在，主要观察证据：F白鼠跳台实验（Jarcik 等）说明：l反响回路的概念对

10、记忆痕迹的保存提供了部分的回答。l如果反复记忆，导致短时记忆向长时记忆转化。3.2长时记忆的生理机制长时记忆的生理机制 F生理学家证明：学习记忆活动也能改变突触的结构。F突触的可塑性包括 突触结合的可塑性 突触传递的可塑性长时记忆的突触学说长时记忆的突触学说：a.突触前变化包括突触小体的数目、大小方面的变化，以及神经递质的合成、储存、释放等环节。b.形态结构的变化：突触的增大或增多，树突的大小、传导性及其内部的化学组成的改变。c.突触后变化包括受体密度，受体活性，离子通道蛋白和细胞内信使的变化。突触后的反应性和敏感性的改变，增加了敏感就会使同样数量的神经递质产生更大的效果。3.4长时记忆的分子

11、生物学基础长时记忆的分子生物学基础A.核糖核酸（核糖核酸（RNA）与学习与学习H.Hyden（1960）最早报道了关于记忆与 RNA关系的实验结果及其理论设想。学习训练后引起脑细胞内RNA变化（1959）。训练老鼠换肢取食(1964)B.RNA假设假设 FRNA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。F环磷酸腺苷激酶理论环磷酸腺苷激酶理论（The cAMP-Kinase Theory）FCNS的可塑性的可塑性F突触的可塑性突触的可塑性第四节第四节学习记忆与突触可塑性学习记忆与突触可塑性4.1对侧

12、长时程增强效应的建立与突触的可塑性对侧长时程增强效应的建立与突触的可塑性 三突触回路：返通路或穿通 内嗅区皮层 海马齿状回 苔状纤维 CA1区 CA3区长时程增强效应长时程增强效应（LTP）：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525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。一侧性 对侧条件反射性 LTP对侧内嗅区电刺激（CS）+对侧LTP条件反射同侧内嗅区电刺激（US）4.2学习和记忆能力与发育的关系学习和记忆能力与发育的关系F学习和记忆能力在人的一生中是有变化的。F形成长时记忆的能力需要神经系统

13、的成熟。4.3环境、教育与脑环境、教育与脑早期环境对动物大脑发育的影响早期环境对动物大脑发育的影响:Rosenzweig等（l966，l97l）21天的大鼠分成三组，饲养在不同的生活环境中l丰富环境l枯燥环境(即隔离环境)l标准饲养条件丰富环境枯燥环境结果：结果：F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。F标准环境下的大白鼠其特征介于另外两组之间。F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。结论：结论：F较大较少的突触是由于学习和经

14、验的结果。F迄今为止，由隔离和丰富环境引起的脑的变化，在人身上并没有得到证明。脑的可塑性F顺行性遗忘症顺行性遗忘症(anterograde amnesia，简称AA)F逆行性遗忘症逆行性遗忘症(retrograde amnesia，简称RA)第五节第五节 记忆与智能障碍记忆与智能障碍 5.1记忆障碍记忆障碍 H.M.F1953年，27岁，因癫痫而切除了双侧海马结构。手术后产生严重的学习和记忆功能的异常：FH.M.脑功能的损伤对记忆是特异的，而且是对记忆的某些方面具有特异性。F顺行性遗忘。F逆行性遗忘症状同样是局限的。F技巧性活动的能力仍是完好无缺。陈述性记忆(经验)与非陈述性记忆是属于不同的记

15、忆系统，是可以分开的。意义：l大大推动了对海马记忆功能的了解。5.2智能不足智能不足F智能不足者学习基本学业技巧的障碍智能不足者学习基本学业技巧的障碍F起因：可能是生物的、心理社会的、社会文化的或上述这些因素的某种结合。q智能不足的器质因素智能不足的器质因素 约25%.（1）遗传-染色体的因素。（2）有毒物质感染。（3）早产和外伤。（4）放射线。（5）营养不良和其他生物因素。q器质性智障征候群器质性智障征候群（1）唐氏综合症（Down syndrome）（2）苯酮尿症(苯丙酮酸尿性智力不全或苯丙酮酸尿症)（Phenylketonuria,PKU）（3）矮呆症（Cretinism）q智能不足和社会文化的剥夺智能不足和社会文化的剥夺本章作业（或思考题）与实习活动本章作业（或思考题）与实习活动1.如何理解学习、记忆与突触可塑性的关系？2.如何理解学习的脑机制？3.如何预防记忆痕迹间的混淆？4.思考与讨论：（1）结合学习记忆的生物学基础知识分析自己学习方法的合理性。（2）讨论环境、教育与脑发育的关系。