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李雪玲:學習與記憶生理機制研究進展綜述 2003年第3期特異的聽幻覺或視幻覺,或者兩種幻覺同時出現(xiàn)。更換刺激點或過一定時間刺激同一點,則可能產(chǎn)生另一種不同的記憶幻覺。 2.2 海馬 有關(guān)海馬與學習記憶關(guān)系的實驗證據(jù)較多。比較一致的看法是:刺激信息在海馬處被記錄下來,表現(xiàn)為學習早期海馬Q節(jié)律的出現(xiàn),而后經(jīng)過海馬的活動,進入長期記憶。另外,在大鼠實驗中觀察到海馬與空間位置的學習有關(guān),它參與了近期記憶中的情節(jié)記憶過程。海馬損傷或切除海馬,將造成順行性健忘癥。在臨床上,由于癲癇病人需要切除兩側(cè)大腦顳葉,損傷了海馬及有關(guān)結(jié)構(gòu),引起病人喪失新近記憶能力,對眼前事情很清楚,但轉(zhuǎn)瞬就忘。實驗表明,海馬受電刺激的干擾后,可阻礙短時記憶鞏固發(fā)展為長時性記憶,由此推測,海馬在記憶鞏固過程中起重要作用。 2.3 與記憶有關(guān)的神經(jīng)回路 與近期記憶有關(guān)的神經(jīng)結(jié)構(gòu)在腦內(nèi)形成環(huán)路。除海馬外,邊緣系統(tǒng)的其它許多結(jié)構(gòu)參與了近期的陳述記憶,它們形成了兩個回路:①內(nèi)側(cè)邊緣環(huán)路(Papez環(huán)路):扣帶回※感覺皮質(zhì)周邊區(qū)及額葉、頂葉、顳葉的聯(lián)合皮質(zhì)※海馬回※海馬※穹隆※下丘腦乳頭體※乳頭丘腦束※丘腦前核※扣帶回。該回路與空間記憶有關(guān)。②以杏仁核為主體的基底外側(cè)邊緣環(huán)路:顳葉眶部皮質(zhì)※前額皮質(zhì)※杏仁核※丘腦背內(nèi)側(cè)核※額葉眶部皮質(zhì)。該通路主要參與感情記憶的儲存。與記憶有關(guān)的神經(jīng)回路不是一成不變的,在金絲雀的習鳴過程中發(fā)現(xiàn)有新的神經(jīng)元不斷替換陳舊的神經(jīng)元,說明學習在某種程度上可以引起神經(jīng)通路的改變。有人設(shè)想,當同一信息反復出現(xiàn)時,腦內(nèi)有關(guān)細胞活動可發(fā)生總和而活動增強,同時由于神經(jīng)環(huán)路的活動又可使神經(jīng)元的活動延長,如果多次如此反復,就可能引起突觸部位發(fā)生結(jié)構(gòu)上的變化,使得細胞間聯(lián)系變得更為容易,最終形成特殊機能通道,并不斷得以鞏固而形成長時記憶。 另外,在研究左右大腦半球的關(guān)系中發(fā)現(xiàn),胼胝體可以從學習腦中提取記憶痕跡,傳給非學習腦,并記錄下來。3 記憶的神經(jīng)元機理 六十年代期間,有人把一窩生下的小鼠分養(yǎng)在兩種環(huán)境中,一種是同伴多而玩具豐富,一種是沒有同伴和玩具,一個月后將小鼠處死后檢查,其結(jié)果發(fā)現(xiàn),前者比后者腦平均重4%,視覺皮層重6%,大腦皮層錐體細胞基部樹突上的小棘多10%,頂樹突上的小棘多3%,而且腦中膠質(zhì)細胞和膽堿酯酶的含量較多。此外,有人也觀察到海馬結(jié)構(gòu)中的錐體細胞的樹突上有小棘的生長。由此可認為,樹突上小棘的生長可能是使神經(jīng)元之間形成新的突觸聯(lián)系,最終可以形成特殊的機能通路的前奏。還有一點與此相一致的,即小鼠在 學習與記憶生理機制研究進展綜述_李雪玲_文檔下載http://www./b-8bcd433e6294dd88d0d26bf1-2.html 生下后即阻止其視覺發(fā)揮作用(摘除眼球或飼養(yǎng)于暗室之中),則小鼠視皮質(zhì)從組織學機能上表現(xiàn)出突軸變性的征狀,也即由于不充分使用出現(xiàn)突軸機能降低。美國Rutgers和Princeton大學的研究人員的研究結(jié)果表明成熟哺乳動物的海馬神經(jīng)元具有生成新的神經(jīng)元的能力,而新生的神經(jīng)元不僅會被“海馬依賴型記憶”的形成所影響,而且,它們反過來也會強烈地影響“海馬依賴型記憶”的形成。4 學習和記憶的電生理研究 在緩慢反應(yīng)實驗中,獼猴大腦皮層前額葉單位放電活動有一定的特異性,神經(jīng)細胞在延緩時放電頻率增加,另一些則放電減少,而且一些細胞對來自左側(cè)和右側(cè)的信號有選擇性反應(yīng),這些實驗說明,前額葉在獼猴的短時記憶中有重要作用。在大白鼠實驗中,根據(jù)條件刺激引起的單位放電的潛伏期看,短潛伏期的腦結(jié)構(gòu)可能直接包括在學習過程中;下丘腦內(nèi)側(cè)前腦束細胞在行為變化出現(xiàn)前便出現(xiàn)與學習有關(guān)的電變化。這些都提示,腦內(nèi)某些區(qū)域的細胞活動可能是行為變化的原因。低等動物神經(jīng)細胞較簡單,且神經(jīng)細胞較大,有些簡單的行為往往由幾個細胞來完成,給研究工作帶來很多方便之處。研究無脊椎動物的細胞電活動和學習的聯(lián)系,將有助于闡明學習和記憶的細胞生理學基礎(chǔ)。E·RKandel在海兔神經(jīng)系統(tǒng)方面的研究工作代表了當前對學習記憶機制的研究的一個重要方面。海兔含有特別大的神經(jīng)細胞,有的直徑可達1mm,便于微電極插入,在實驗過程中,噴水管皮膚受到一次機械刺激時即可引起一次縮腮反射,如果重復多次輕微地刺激噴水管,則縮腮反射逐漸減弱,最后終不出現(xiàn),認為這種習慣化是一種簡單的學習反射,意義在于使動物學會忽視那些不再新奇的或失去意義的刺激。這種不再出現(xiàn)的縮腮反射在很久以后又被遺忘而可再出現(xiàn)反射。若先給海兔一個強的傷害刺激,則此時動物對重復刺激噴水管發(fā)生增強的縮腮反射,這種敏感化持續(xù)幾分鐘至幾天,甚至幾周,視動物訓練的多少而論,敏感化被看成是學習的另一種形式,要求動物學會注意某一刺激。5 學習與記憶的神經(jīng)機制 突觸的可塑性是學習和記憶的基本神經(jīng)機制。與可塑性緊密相關(guān)的是習慣化和敏感化。前者神經(jīng)機制是感覺神經(jīng)元突觸前末梢鈣離子內(nèi)流阻斷,遞質(zhì)釋放減少,支配肌肉運動神經(jīng)元EPSP幅度減弱。敏感化的機制是突觸前易化。而海馬的長時程增強(LTP)被認為是學習和記憶的突觸可塑性模式,1973年Bliss和Lomo率先在麻醉兔的海馬上發(fā)現(xiàn)單突觸誘發(fā)反應(yīng)的長時程易化稱為長時程增強現(xiàn)象。即一連串電刺激能引起EPSP振幅增大,潛伏期縮短,突觸傳 學習與記憶生理機制研究進展綜述_李雪玲_文檔下載http://www./b-8bcd433e6294dd88d0d26bf1-2.html 遞效率增加,并能持續(xù)一定時間。我國陳宜張等電刺激兔大腦皮層也觀察到易化效應(yīng)。一般認為,LTP的形成和維持是突觸前和突觸后機制的聯(lián)合作用。目前,大量的實驗研究已經(jīng)證明:(1)改變突觸可塑性形成機制,可影響學習與記憶;(2)在學習記憶的相關(guān)腦區(qū)可見突觸可塑性的形成;(3)在特定環(huán)境中,誘導或增強突觸可塑性,同樣可促進或易化學習與記憶。Thomas在海馬突觸可塑性與年齡相關(guān)的記憶下降的關(guān)系研究中指出,易化LTP的誘導,或降低誘導LTP的域值,可改善老年鼠的記憶能力;而阻斷LTP的誘導,可直接影響海馬依賴性學習行為的獲得。但是,不能簡單地認為LTG是學習記憶的唯一神經(jīng)基礎(chǔ)。 6 學習與記憶的神經(jīng)分子生物學基礎(chǔ) 6.1 蛋白質(zhì)合成與學習記憶 學習記憶時蛋白質(zhì)增加,并有新的蛋白質(zhì)或肽產(chǎn)生。注入嘌呤霉素抑制蛋白質(zhì)的合成,也能影響動物的學習和記憶。六十年代,B.W.Agranoff以特制的水箱訓練金魚建立以燈光為信號的回避電擊的條件反射,訓練成功之后,隔天或一月檢查,金魚都能發(fā)生條件反射,即表明金魚有長時記憶,若在開始訓練之前,先給金魚注射適量的嘌呤霉素,金魚仍能完成正常學習,表明短時記憶正常,但學習后三天的記憶保持遭到明顯破壞,表明嘌呤霉素阻抑了蛋白質(zhì)合成,影響了記憶鞏固;若嘌呤霉素是在訓練后1小時注入,則長時記憶不受影響;若是在訓練后30分鐘注入,則產(chǎn)生介于前二者之間的效應(yīng)。若嘌呤霉素用量減少,則對記憶影響減弱。結(jié)果表明,長時記憶有賴于腦蛋白質(zhì)合成。短時記憶則似乎與蛋白質(zhì)合成無關(guān)。這一結(jié)論同樣在小白鼠走迷宮的實驗中得到證實。目前認為有一種被稱為S—100的蛋白質(zhì)與學習記憶的關(guān)系較為密切,它由海馬中的神經(jīng)膠質(zhì)細胞產(chǎn)生。有人用電擊方法訓練大白鼠使之避開黑暗場所,從這種大鼠的腦組織中分離出一種多肽,將這種多肽注入正常大鼠、小鼠及魚體內(nèi),也可使這些動物產(chǎn)生避光效應(yīng),這種多肽有15個氨基酸,名為避暗素。這一發(fā)現(xiàn)的價值如何難以確定,但這些生物大分子參與記憶的形成是可能的。還有人把大白鼠放在暗室中飼養(yǎng)一個階段,然后突然放在光亮環(huán)境中1—3小時,發(fā)現(xiàn)其視網(wǎng)膜、外膝 3體、視皮層等部位的(H)—氨基酸的攝入量增高20—30%。 6.2 RNA與學習和記憶 很多實驗證明,RNA在形成長時記憶過程中起重要作用。Hyden訓練大白鼠爬傾斜45°的鋼絲,訓練成功后將其處死,分析前庭外側(cè)核中的神經(jīng)細胞核中RNA堿基對組成,發(fā)現(xiàn)訓練組與對照組大不相同,訓練組腺嘌呤含量增高,胞嘧啶減少,據(jù)此推想,訓練組前庭外側(cè)核神經(jīng)細胞核中有新的RNA合成。此外有人對金魚和小白鼠應(yīng)用放線菌阻抑RNA多聚酶的活性,導致動物長時記憶形成受阻;用五溴殺結(jié)核菌素阻抑mR 學習與記憶生理機制研究進展綜述_李雪玲_文檔下載http://www./b-8bcd433e6294dd88d0d26bf1-3.html NA和rRNA兩者的生物合成,結(jié)果發(fā)生抑制動物長時記憶的效應(yīng)。Babich訓練大白鼠在短聲或閃光出現(xiàn)時按壓實驗箱的杠桿以獲得食物,然后從這兩組動物腦內(nèi)提取RNA,并以腹膜或腦室內(nèi)注射的方式分別注入兩組未經(jīng)訓練的大鼠體內(nèi),其結(jié)果使這兩組動物分別對聲與光和食物建立的條件反射的訓練時間大大縮短。另外,在McConnell的研究中發(fā)現(xiàn),把形成典型條件反射的動物的提取物—RNA轉(zhuǎn)移到野生型體內(nèi)能夠提高其學習的能力,認為RNA介導的記憶移轉(zhuǎn)可能改變了學習和記憶的分子通路,從而有助于學習和記憶能力的提高。在線蟲研究中發(fā)現(xiàn)的外源或內(nèi)源雙鏈RNA(dsRNA)可迅速使內(nèi)源的同源基因沉默,稱之為RNA干擾,RNA干擾極有可能就是RNA介導的記憶移轉(zhuǎn)的潛在機制,首先,在腦中存在反義RNA的轉(zhuǎn)錄就為dsRNA的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ),可以通過啟動RNA干擾抑制相應(yīng)腦中的基因表達,這種基因的表達抑制是長效且可擴增傳遞的,很適合腦學習和記憶所要求的物質(zhì)基礎(chǔ)。更有意思的是,Manade等通過基因摘除術(shù)發(fā)現(xiàn)在3型ryanodine受體、大麻素受體及痛素受體缺失后,鼠的空間學習能力不是降低了,而是提高了,提示某些基因的表達缺失是有利于學習和記憶能力提高。 6.3 神經(jīng)肽與學習和記憶 與記憶有關(guān)的神經(jīng)肽主要有腦垂體神經(jīng)肽及阿片肽。腦垂體的肽類激素中,加壓素、催產(chǎn)素、促腎上腺皮質(zhì)激素和黑色細胞刺激素等對學習和記憶均有不同程度的影響,尤以加壓素作用最突出。De.wied發(fā)現(xiàn),切除垂體后葉的大鼠不能保留條件性回避反應(yīng),但用垂體后葉粗提物處理后則能迅速恢復正常,粗提物中影響記憶的主要成分即是加壓素,是丘腦下部視上核所分泌的抑制九肽,先天缺乏加壓素的大鼠所建立的回避性條件反射在24小時內(nèi)即消失,而對照組則可達120小時。老年人血液中的垂體后葉激素含量減少,用加壓素噴鼻,可使他們記憶效率明顯提高。同樣,對順行性遺忘癥及逆行性遺忘癥兩類記憶障礙患者,用加壓素噴鼻,也收到良好效果?？梢?加壓素能明顯阻止條件反射的消退,有加強記憶、抗遺忘作用。關(guān)于加壓素增進學習記憶的機制,爭議較大,目前尚無定論,一類觀點認為,加壓素對學習記憶影響有直接的特異性的作用;另一類觀點認為加壓素是通過影響其它系統(tǒng)(如去甲腎上腺素系統(tǒng)及兒茶酚胺)的代謝而影響學習記憶的分子基礎(chǔ)。另外,Gold等報道訓練后注射腎上腺皮質(zhì)激素可改善切除垂體大鼠厭惡Y型迷宮分辯學習缺陷。趨食行為學習和猴識別反轉(zhuǎn)行為觀察結(jié)果表明阿片肽對記憶有易化作用。其他神經(jīng)肽如P物質(zhì)主要增強記憶鞏固過程,對小鼠食物性迷宮反射學習實驗后立即皮下注射P物質(zhì),24小時后進行反轉(zhuǎn)學習,注射P物質(zhì)組小鼠達到標準的反轉(zhuǎn)學習次數(shù)要明顯多于對照組。生長抑素對學習記憶乃至認知功能關(guān)系甚密, 學習與記憶生理機制研究進展綜述_李雪玲_文檔下載http://www./b-8bcd433e6294dd88d0d26bf1-3.html |
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