（运动人体科学专业论文）不同运动模型下大鼠海马神经细胞凋亡对学习、记忆的影响.pdf

论文摘要 研究目的和背景： 学习与记忆是大脑主要的高级神经功能之一，是由不同而又紧密联系的神经 元共同作用的结果。因此，保持神经元的健康和脑细胞的可塑性是学习和记忆的 先决条件，在脑功能定位分区中，海马是研究动物和人类认知功能的经典脑区， 已有研究报道，大鼠认知功能受损可能与海马神经元的凋亡有关。越来越多的实 验证明，长期有规律的适宜体育运动有助于提高学习和记忆能力。亦有研究表明， 脑细胞过早凋亡可引发脑萎缩、老年痴呆、帕金森氏症等脑病，从而影响学习、 记忆能力。b c l 2 、b a ) 【是有关细胞凋亡的重要调控基因，b c l 2 又称为“生存基 因”，表达水平与细胞寿命呈正相关。而b a x 是促凋亡基因，可使细胞器释放出某 些分子，引起半胱氨酸蛋白酶的活化，并拮抗b c l 2 的保护效应而使细胞趋于凋亡， 或者通过启动线粒体通透性转变的方式诱导细胞凋亡。研究表明，过度运动会对 大鼠海马造成细胞凋亡，但很少有人将运动、脑细胞凋亡和学习、记忆联系在一 起进行研究。本研究通过在不同强度的运动模式下，比较和分析长期不同的游泳 运动模式对学习、记忆能力、细胞凋亡以及对b c l 2 、b a x 表达的影响。 研究对象和方法： 把平均体重为2 1 8 8 9 的s d 大鼠筛选，选出的2 5 只s d 大鼠随机分为三组： ( 1 ) 安静对照组( c o n t r o lg r o u p ，c ) 7 只，常规饲养，每周一次适应性的游泳，不加其 他干预。( 2 ) 中等强度训练组( m o d e r a t en e n s 时s 州m m i n gg r o u p ，m s ) 8 只，进 行中等强度游泳训练，泳池为：1 0 0 c m 7 0 c m 6 0 c m 的长方体，水深5 0c m ，水 温3 3 1 ，大鼠每周训练5 天，每天1 次，第一天下水游泳1 0 i 山，以后逐日 增加，第1 周末时每次游泳3 0 m i n ，第2 周末时每次6 0 t n j n ，此后维持该运动量直 至第8 周末；( 3 ) 过度负荷组( o v 甜o a dg r o u p ，o ) 1 0 只，前2 周安排和m s 组相 同，第3 周末时每次1 2 0 m i n ，第4 周起开始高强度训练：第4 周开始时大鼠负重 1 体重的重物，每天训练1 2 0 m i n ，第5 周增加负重量到体重的3 ，每次1 2 0 n l i n ， 第6 周维持3 的负重，每天上、下午各训练一次，每次1 2 0 m i n ，发现有力竭表 现( 在水下1 0 s 不能上浮) ，捞出水面休息1 0m i n 后继续训练满1 2 0 m i l l ，第7 、 第8 周大鼠维持2 体重的重物量，每天反复2 次游至力竭，两次力竭时间间隔 3 0 m i n 。三组大鼠分别在第7 周进行y 迷宫学习，大鼠达到标准休息三天，之后 在y 迷宫中再进行记忆能力测试。在第8 周最后一次训练2 4 h 后处死取样，流 式细胞仪p i 单染法测试细胞凋亡，r t - p c r 法检测b c l 2 、b a x 砌矾a 的表达水 平。 实验结果： 1 三组大鼠体重比较：经过8 周不同模式的游泳训练后发现，三组大鼠体重 变化率有小到达依次为：o 组( 2 6 5 1 8 9 3 ) 、m s 组( 3 9 9 4 2 5 1 ) 、c 组 ( 5 9 0 5 1 7 6 8 ) 。 2 三组大鼠学习能力的比较：三组大鼠学会达标所需学习次数由少到多依次 为：m s 组( 3 2 6 3 9 4 7 ) 、c 组( 5 3 8 6 1 1 7 0 ) 、o 组( 6 4 0 0 6 7 5 ) 。而在学 会达标过程中所出现的错误次数上，由少到多依次为：m s 组( 1 7 5 0 7 0 1 ) 、c 组( 2 8 2 9 4 6 8 ) 、0 组( 3 4 2 9 5 7 1 ) 。 3 在2 0 次记忆能力测试过程中，出现的错误次数由少到多依次为：m s 组 ( 2 5 0 2 5 1 ) 、c 组( 5 4 3 1 4 0 ) 、o 组( 7 1 4 0 6 9 ) 。 4 三组大鼠细胞凋亡的比较：8 周不同模式的游泳训练后，三组大鼠海马神 经细胞凋亡由少到多依次为：m s 组( 6 7 3 0 5 3 ) 、c 组( 6 9 2 0 5 4 ) 、o 组 ( 2 2 8 0 0 7 1 ) 。 5 经过8 周不同模式的游泳训练后，三组大鼠海马b c l 2 的表达由少到多依 次为：0 组( 0 7 7 o 0 2 ) 、c 组( 1 1 3 0 0 7 ) 、m s 组( 1 4 4 o 0 9 ) 。b a ) 【的表达 由少到多依次为：m s 组( 1 0 7 o 0 2 ) 、c 组( 1 0 9 0 0 4 ) 、o 组( 2 0 6 0 0 2 ) 。 结论： 1 不同的运动模式会对大鼠的体重产生不同的影响。适宜的游泳训练有利于大 鼠的健康成长，过度训练对可对机体造成一定的损害，缺乏运动则会导致肥 胖。 2 长期有规律的适宜游泳运动可促进大鼠的空间学习、记忆能力，而过度的游 泳训练对大鼠的学习和记忆能力产生一定的阻碍。 3 长期过度的游泳训练，使大鼠海马神经细胞发生了细胞凋亡现象，而在适宜 训练组和对照组海马细胞凋亡现象不明显。 4 长期适宜的游泳运动促使b c l 2 的表达增多，有利于海马神经细胞的生存， 而过度的游泳训练使b a x 的表达增多，促使海马细胞发生凋亡现象。 关键词：海马，训练模式，学习、记忆，细胞凋亡，b c l 一2 、b a x b a c k g r o u n da n do b j e c t i v e ： a b s t r a c t l e 删n ga n dm e m o r yi so n eo f t h em a i l l l yn e n ，ef h n c t i o n si nt h eb r a i n ，w k c hi s t h er e s u l to fd i f f e r e n tn e u r o n a lc e l l sa s s o c i a t e dc l o s e l y n l e r e f o r e ，m a i n t a i n i n gb r a i n c e l lh e a l t ha u l dp l a l s t i c i 哆t h i o u 曲o u tl i f ea r ep r e r e q u i s i t et ol e 锄i n g 锄dm e m o 叮 c a p a c i t ) ，i nt l l eh 面nf h n c t i o nd i s t r i c t s ，t l l el l i p p o c 锄p u si st l l ec l 私s i cr e g i o nf o r c o g l l i t i v e 锄dm o v e m e n tf b n c t i o n s 访h 啪a r l s 锄da 1 1 i m a l s s t u d i e sh a v eb e e nr 印o r t e d t h er a tc o 鲥t i v ed y s f 岫“o nm a yb er e l a t e dt ot h en e r u o n sa p o p t o s i si n1 1 i p p o c 锄p u s m o r e 锄dm o r e ，t 1 1 er e s u l t sh a v eb e e ns h o 、i l ，l o n g t e 珊r e g u l a rp h y s i c 出e x e r c i s e c 0 一b u t e s t ol e 删n g 柚dm e m o 叫c a p a c i t ) ，r e s e a r c ha l s os h o w st 1 1 a ta p o p t o s i s p 佗m a t u r ei 1 1t l l eb r a i l lc a nt r i g g e rb r a i l la t r o p h y ，a l z h e i i i l e r | s ，p a r l 【i n s o n se t c ，t l i u s a f f e “n gl e a 玎1 i i l ga i l dm e m o 巧c 印a c i t ) ，b c l - 2 锄db a x i sa p a i ro fi i n p 删g e n ei n t l l er e g u l a t i o no fa p o p t o s i s ，b c l - 2 ，出s ol ( i l o w n 硒”s u r v i v a lg e n e ”，t h el e v e lo f e x p r e s s i o ni sp o s i t i v e l yc o 仃e l a t e dt oc e l l1 i f e w h j l et 1 1 eb a xi st l l ep r o a p o p t o t i cg e n e ， w l l i c he x p r e s s i o nc a nl e a dt oc e l lr e l e a l s ef o rc e 埘ne l e m e n t s ，c 矶l s e dc y s t e i n e p r o t e 筋ea c t i v a t i o na 1 1 da n t a g o l l i s tb c l - 2o ft h ep r o t e c t i v ee f f e c t ，i n d u c i n gc e l l a p o p t o s i s ，o rb yt l l es 切no fr n j t o c h o n d r i a lp e 加e a b i l i 哆仃a 玎s i t i o nt e n d 访ga p o p t o s i s o t l l e rr e s e a r c hh a v eb e e ns h o w nt h a to v e rt 1 1 eg 锄e sc a u s e d 印o p t o s i si nm t l l i p p i 锄p u s ，b u tt 1 1 e r ew e r ev e r yf b wp e o p l ew h o 、v o u l db em o v e m e m ，也eb r 豳c e l l 印o p t o s i sa n dl e a r n j n g 觚dm e m o d ，l i n k e dt or e s e a r c h 1 1 1 i ss t u d yi sa i l m y s i so f t l l e r e l a t i o n s l i pt 0l e 蛐g 锄dm e m o r yc a p a c i 妙，邳i o p t o s i s 卸db c l 2a n db a x e x p r e s s i o nu n d e r 也ed i 脏r e n tl o n g - t e 肿p a n e mo fs 谢舢【n i n ge x e r c i s e m a t e r i a i s m e t h o d s ： t h ee l e c t e d2 5s p a r g u e - d a w l e yr a t sw e r e 啪d o m l yd i v i d e di n t ot h r e e 伊o u p s ：( 1 ) t h ec o n 仃0 lg r o u p ，( c ，n = 7 ) ，c o n v e n t i o n a l 衙m i n g ，a d a p t i v es w i 咖i n go n c ea w e e k ，n o n eo t l l e ri n t e r v e n t i o n s ( 2 ) t h em o d e r a t em t e n s i t ) ，s w i m m i n gg r o u p ( m s ， n = 8 ) ，m o d e r a t e - m t e n s i t ys 、i m m i n gt r a i l l i n g ， t h es 、访m m i n gp 0 0 1i s10 0c m 7 0 c m 6 0 c mr e c t a i l g u l a r ，5 0c md e p t h ，w a t e rt e m p e r a n l r e3 3 士1 r a t st 豫i m n gi sf i v e d a y saw e e k ，o n c ead a y ；i nt h ef i r s td a y ，s 晰l n 】嘶n g1om i n ，蚯e ri 1 1 c r e a l s i n gd a i l y ，a t t h ef i r s tw e e k e n df o r3 0m i n ，a tt h es e c o n dw e e k e n df o r6 0m i n ，t h e nm a i n t e n a n i n go f m ee x e r c i s eu n t i lt 1 1 ew e e k e n d8 山 ( 3 ) t h eo v e r l o a dg r o u p ，( o ，n = 1 0 ) ，t h ef i r s tt 、v o 、v e e k s “n i n ga r r a i l g e m e n t sa r es 锄ea l st 1 1 em sg r o u p ，b u ta t3 t l lw e e k e n d ，t l l e s w i m m i n gf o r12 0m i n w 1 1 i l ei i lt h e4 t l lw e e k ，b e g i n l l i n go f1 1 i g h i 1 1 t e n s i t ) ，t r a i l l i n g ： c a 吖m gt 1 1 eh e a 、7w e i 曲to f1 f o r12 0m 曲d a i l yt r a i n i n g 1 1 1t 1 1 e5 t l lw e e k ，n e g a t i v e t l 】ew e i 曲tt ob o d y3 ，s 谢m m i l l g1 2 0l l l i na d a y 1 1 1t h es i xw e 如k e 印i n g3 o 九h e l o a de v e d rd a y ，m o m i i l ga n da r e m o o nt r a i l l i n g ，e v e r yt i m ee x e r c i s el2 0m i l l 7 ：n l er a t w e r er e m o v e d10m i l lh a v i n gar e s ti fh ep e r f o m a n c e de x h a u s t a n c e ( d o n tn o a t m l d e rt ：h ew a t e r10 s ) ，t h e nc o m i n u et h ee x e r c i s ef - 0 r12 0m i n i nt l l e7 m 锄d 8 山、e e k s m a i n t a i l l i n g2 l o a d ，t h em t sr e p e a t e de x h a u s t i v e 俩1 1 i n g2t 曲e sd a j l y ，铆os p a r ei s 3 0 血n 血e r v a l ，慨n j n gi n t e i l s 时p r o g 姗u i l t i lt l l ee n do ft 1 1 et e s t n 鹏eg r o u p so f r a t sp a n i c i p a t ei l lm el e 删n gt e s to fym a z ea tt l l eb e g i m 曲go ft h 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，锄di nt h e 目o u pc ( 6 9 2 o 5 4 ) a 1 1 dt h e m sg r o u p ( 6 7 3 o 5 3 ) ，印o p t o s i sp h e n o m e n o no c c u 仃em r e l y 5 a r e re i g h tw e e k so ft h ed i 雎r e n tm o d e so fs 、历l t u t l i n gt r a i m n g ，i 1 1t 1 1 es u i t a b l e e x e r c i s eg r o u p ，t h ee x p r e s s i o no fb c l 一2i ss i g l l i 巧c a n t l yi n c r e 2 l s e dp h e n o m e n o n ( 1 4 4 0 0 9 ) ，a i l di nt 1 1 e 笋o u pc ( 1 1 3 o 0 7 ) a 1 1 dt h eg r o u po( 0 7 7 o 0 2 ) h a v e 肌l e i 1 1 c r e a l s e b u tt 1 1 eb a xe x p r e s s i o nl e v e l i st l l el a 唱e s ti nt l l eg r o u po ( 2 0 6 o 0 2 ) ，i n u pc ( 1 0 9 o 0 4 ) 锄dt l l e 劬u pm s ( 1 0 7 0 0 2 ) e x p r e s s i o nh a v er a r e l y c o n c l u s i o n ： 1 e x c e s s i v e 仃a “n gc o u l da ：陆c tw e i 出g a i l li 1 1r a t s 2 l o n g t e r mr e g u l a rs u i t a b l ef o rs w i n 硼i n ge x e r c i s ec a np r o m o t e r a t ss p a t i a l l e 枷n g 锄dm e m o r yc a p a c 时，锄dt l l ee x c e s s i v es 州删n g 们曲j n gp r o d u c ea c e n a i no b 嗽屺l e so nl e 删n g 锄dm e m o d ra b i l i t ) ，i 1 1r a t s 3 l o n g - t e 珊o v e rt l l es w i m m m g 订a i l l i n gc a u s et 1 1 er a tc e l l st 0a p l 0 i p t o s i si 1 1t 1 1 e l l i p p o c 锄p a ln e u r o n s ，曲di i la p p r o 研a t e 仃a i n i n gg r o u p 锄dt h ec o n 仃o lg r o u p d 彻t f i n dc e ua p o p t o s i s 4 t h el o n g - t e 册s u i t a b l es 晰m m i n gc a l li e a d st 0m o r et l l ee x p r e s s i o no fb c l 2 如dc o n d u c i v et 0t 1 1 es u n ，i v a jo fn e n ，ec e l l si 1 1t 1 1 eh i p p o c 甜n m l s ，b me x c e s s i v e s 、) 痂：l u l l i n g 删n gt 0i n c r e a s et 1 1 ee x p r e s s i o no fb a x ，c a u s e dt l l e1 1 i p p o c a m p a lc e l l st o k 呵w o r d s ：l l i p p o c 锄p u s ，仃a i l l i n gp a n e m s ，l e a n l i n ga 1 1 dm e m o 叫，a p o p t o s i s ，b c l 一2 锄db a ) 【 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名： 辽蛀吼坦星缈 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版保密的学位论文在 解密后适用本规定 糊黼张己懈 日期：扛占：圣 导师签名：1 奄霸 日期：! 竺! 三：! 第一部分文献综述 学习是指人和运动依赖于经验来改变自身行为以适应环境的神经活动过程， 记忆则是指学习到的信息贮存和“读出”的神经活动过程，学习和记忆是两个相联 系的神经过程。学习和记忆是脑的高级活动功能之一，是各个神经元之间相互联 系的结果体现，由此可见，参与学习、记忆的各神经元功能的好坏可以直接影响 学习、记忆的效果。 1 学习与记忆概述 学习、记忆是人和动物的生存和发展的重要功能之一，可是人们直到2 0 世 纪初才了解到学习、记忆是脑的功能，脑的学习、记忆功能是人类维持正常生活 和工作必不可少的功能，它使人类能够对以往经历的事情做出恰当的反应，从而 形成适应环境、得以生存的能力。1 9 5 7 年以后，人们又发现了一些和学习、记 忆有关的脑区，包括大脑皮层、海马、杏仁核以及与老年性痴呆症密切相关的 m e y n e n 基底核等。近年来，随着科技的进步，各种先进仪器、手段的运用，尤 其是分子生物学和细胞生物学的迅猛发展，人们对学习和记忆的神经机制研究取 得了突飞猛进的进展。从整体水平的研究进一步深入到细胞、分子及基因调控水 平的研究，并将各个水平的研究有机的结合起来，进行全面研究学习、记忆的过 程，大大推动了学习和记忆的机制研究水平。 1 1 学习的分类 学习和记忆是密切联系不可分割的，它们包括着不同的神经过程，依据不同 的标准可以把学习、记忆分为不同的类型。 1 1 1 非联合型学习( n o n a s s o c i a t i v e1 e a r n i n g ) 在刺激和反应之间没有形成明确联系的学习形式，称为非联合型学习。它主 要表现为：在单一刺激长期重复作用下，个体对该刺激的行为反应发生的改变( 增 强或减弱的过程) 。习惯化和敏感化就属于这种类型的学习；习惯化是指当一个 4 不产生伤害性效应的刺激重复作用时，机体对该刺激的反射反应逐渐减弱的过 程，例如人们对有规律而重要出现的强噪音逐渐不再对它产生反应。敏感化是习 惯化的对立面，又称假性条件化( p s e u d oc o n d i t i o 伍n g ) ，表现为当一个强烈刺激 存在时，大脑对一个弱刺激的反应会得到加强。 1 1 2 联合型学习( a s s o c i a t i v e1 e a r n i n g ) 联合性学习是指在刺激和反应之间建立起联系的学习。它的实质是有两种或 两种以上刺激所引起的脑区两个以上的中枢之间的活动形式联结而实现的学习 过程。经典的条件反射和操作性条件反射就属于这种类型的学习。 经典条件反射( 巴甫洛夫的经典条件反射) ：在动物实验中，给狗吃食物会 引起唾液分泌，这是非条件反射。给狗以铃声则不会引起唾液分泌，因为铃声与 食物无关，这种情况下铃声称为无关刺激。但是，如果每次给狗吃食物之前先出 现一次铃声，然后再给以食物，这样多次结合以后，当铃声一出现，动物就会出 现唾液分泌。铃声本来是无关刺激，现在由于多次与食物结合应用，铃声具有了 引起唾液分泌的作用，即铃声己成为进食( 非条件刺激) 的信号。所以这时就把 铃声称为信号刺激或条件刺激，这样的反射就称为条件反射。可见，条件反射是 在后天生活中形成的。形成条件反射的基本条件就是无关刺激与非条件刺激在时 间上的结合，这个过程称为强化。任何无关刺激与非条件刺激结合应用，都可以 形成条件反射。 操作式条件反射( 斯金纳的操作性条件反射) ：操作式条件反射比较复杂， 它要求动物完成一定的操作。例如，将大鼠放入实验箱内，当它在走动中偶然踩 在杠杆上时，即喂食以强化这一操作；如此重复多次，大鼠就学会了自动踩杠杆 而得食。然后，在此基础上进一步训练动物只有当再现某一特定的信号( 如灯光) 后踩杠杆，才能得到食物的强化。在训练完成后，动物见到特定的信号，就去踩 杠杆而得食。这类条件反射的特点是，动物必须通过自己完成某种运动或操作后 才能得到强化，所以称为操作式条件反射。 1 2 记忆的类型 外界通过感觉器官进入大脑的信息量是很大的，但估计仅有1 的信息能被 较长期地贮存记忆，而大部分却被遗忘。能被长期贮存的信息都是对个体具有重 要意义的，而且是反复作用的信息。因此，在信息贮存过程中必然包含着对信息 的选择和遗忘两个因素。 1 2 1 根据记忆贮存时间的长短可分为短时记忆和长时记忆 短时记忆是指信息被稍加注意而在头脑中保持很短的一段时间( 大约3 0 s ) 的记忆，其容量只有7 2 个信息单位。长时记忆是指信息经过编码进入长期记 忆库，并保持在1 分钟以上乃至终身的记忆，其容量很大，可以储存大量的信息。 短时记忆中的信息必须经过复述才有可能进入长时记忆，一般而言，只有经过复 述，并了解信息之间的意义和联系，才能产生长时记忆。但是某些记忆巩固过程 并不一定需要短时程记忆作为中介，两种类型的记忆可以同时平行存在【。 k 卸d e l 【2 】也认为，学习和记忆不是两种单一的心理活动，至少要包括两种以上的 神经活动。 从生物学的角度来看，短时记忆是指正在进行活动的神经元将信息贮存下来， 在分子水平上仅仅需要进行蛋白质的共价修饰：而长时记忆( 1 0 n g t e 册m 锄o r y ) 却与脑内某些长期性的功能和结构变化有关，在分子水平上需要有新的m r n a 和 蛋白质的形成。 1 2 2 记忆障碍 临床上把记忆障碍分为两类，即顺行性遗忘症( a n t e r 0 酉a d e 锄m e s i a ) 和逆 行性遗忘症( r e 仃o g r a d ea m n e s i a ) 。 凡不能保留新近获得的信息的称为顺行性遗忘症。患者对于一个新的感觉性 信息虽能作出合适的反应，但只限于该刺激出现时，旦该刺激物消失，患者在 数秒钟就失去作出正确反应的能力。所以患者易忘近事，而远的记忆仍存在。一 般认为，这种障碍与海马的功能损坏有关，海马及其环路的功能遭受破坏，会发 生近期记忆障碍。 6 凡是正常脑功能发生障碍之前的一段时间内的记忆均已丧失的，称为逆行性 遗忘症；患者不能回忆起紧接着本症发生前一段时间的经历。一些非特异性脑疾 患( 脑震荡、电击等) 和麻醉均可引起本症。 1 3 不同脑区对学习、记忆的功能定位 人类对脑功能的认识已有上千年了，到目前为止，已知与学习、记忆功能密 切有关的脑结构主要包括：大脑皮层联络区、海马及其邻近结构、杏仁核、丘脑 和脑干网状结构等。 1 3 1 大脑皮层联络区 大脑皮层联络区是指在大脑皮层中，除了感觉和运动以外的区域，这些区域 之间有着广泛的神经纤维联系，可以收集、传递、整合、处理和加工低一级神经 元传来的信息，是记忆痕迹的最终储存区域。 1 3 2 海马 海马位于侧脑室的下底部，在额状切面上呈c 型，和齿状回相连，共同形 成s 形结构，依据海马细胞形态，不同皮质区发育的差异以及纤维排列不同，可 将海马划分为4 个不同的区域：c a l 、c a 2 、c a 3 、c a 4 区。 海马结构是学习、记忆的重要部位，其中海马c a l 区对缺氧缺血特别敏感， 海马c a 3 区被认为与空间记忆密切相关，1 9 5 7 年，米尔纳、潘菲尔德和斯科特维 尔观察了海马在记忆中的作用。他们初步观察了两侧海马损伤病人记忆的丧失情 况，根据观察断定，在直接印象痕迹的保持和再现中，海马结构起着重要的作用p 】。 海马似乎是长期记忆的暂时贮存场所，对新习得的信息进行为期数周到数月的加 工，然后将这种信息传输到大脑皮层的有关部位作更长时间的贮存，贮存在大脑 皮层不同部位的记忆信息再由额叶皮层的记忆活动表现出来。 海马有两个记忆回路：帕帕兹环和三突触回路。海马_ 穹窿一乳头体_ 乳头 丘脑束_ 丘脑前核一扣带回一海马，这条环路是3 0 年代就认识到的边缘系统的 主要回路，称为帕帕兹环。三突触回路是海马齿状回、嗅区与海马之间的联系， 具有特殊的机能特性，长时程增强现象，成为支持长时记忆机制的证据。 1 3 3 其他脑区 纹状体具有调整躯体和内脏的传入信息、参与学习、记忆神经环路的组成以 及疼痛反应等多种功能，在形成行为性习惯的程序性记忆中起关键作用；间脑中 的丘脑前核、丘脑背内侧核和下丘脑乳头体参与加工认识记忆；杏仁核是参与情 绪有关的记忆，杏仁核对学习、记忆的作用主要是通过对海马的控制实现的。虽 然不同的脑区在学习、记忆类型中扮演着不同的角色，但它们之间相互作用、相 互协调，共同影响着学习、记忆。 1 4 学习和记忆的机制 神经元之间的连接部位称为突触，突触的可塑性被认为是学习和记忆的基本 神经机制，1 9 4 9 年，h e b b 【4 】阐明了突触修饰的概念，他认为：“当神经细胞a 的 轴突足够靠近细胞b 并能使之兴奋时，如果a 重复或持续激发b ，那么在这两个细 胞或其中的一个细胞上必然有某种生长过程或代谢的变化，这种变化使a 激活b 的效率有所增加”。突触的可塑性主要表现在功能的可塑性和结构的可塑性两 个方面。长时程增强( 1 0 n g t e 肋p o t e n t i a t i o n ，l t p ) 和长时程抑制( 1 0 n g t e 肌 d e p r e s s i o n ，l t d ) 就属于功能可塑性，而l 阳和l t d 也被认为是学习和记忆的 神经生物学机制。 1 4 1 功能的可塑性 目前大量实验证明，突触可塑性参与了记忆的获取、巩固和提取过程。u 甲 是突触增强的一种现象，是突触可塑性的表现形式，也被认为是学习、记忆的神经 基础之。1 9 7 3 年，b l i s s 等l5 j 人在哺乳动物的海马部位发现了长时程增强现象 ( l 1 p ) ，m a l s a 0i t o l 6 】的实验报道了长时程抑制效应( l t d ) 。 由于l 1 曙具有时程长和联合的性质，因此许多学者认为它可能是学习和记 忆的神经基础，b e a r l 7 】等在麻醉的家兔上也发现了l t p 现象，并发现这种长时 程增强现象在海马的其他突触联接系统如苔状纤维至c a 3 锥体细胞，s c h a 脑侧 支至c 灿锥体细胞等处都可以观察到。r u t l l r i c h 等【8 】报道条件反射的训练过程中 伴随着m 的改变，他们对大鼠进行了y 迷宫的学习训练，发现训练后4 小时和 2 4 小时刺激前穿质纤维诱发的群体锋电位的振幅和训练前比较明显增大，其中记 忆保持好的动物，其l t p 效应显著增大，记忆差的动物的u 限效应增大不明显。反 之，研究显示，影响l t p 的因素或药物也能影响学习和记忆过程。总之，这些资料 都说明u 甲可能是学习和记忆的神经基础。 1 4 2 结构的可塑性 结构的可塑性主要有新的突触联系的建立，突触前膜，突触间隙以及突触 后膜结构的改变，而这些结构的改变均与神经元内蛋白质的合成或神经递质的活 性有关。在金鱼建立条件反射的过程中，如用嘌呤霉素( p u r o m y c m ) 注入动物 脑内以抑制脑内蛋白质的合成，则运动不能完成条件反射的建立，学习、记忆能 力发生明显障碍。在逆行性遗忘症中，可能就是由于脑内蛋白质合成代谢受到了 破坏，以致使前一段时间的记忆丧失。 中枢递质与学习、记忆活动也有关。运动学习训练后注射拟胆碱药毒扁豆碱 可加强记忆活动，而注射抗胆碱药东莨菪硷可使学习、记忆减退。用利血平使脑 内儿茶酚胺耗竭，则破坏学习、记忆过程。动物在训练后，在脑室内注入丫氨基 丁酸可加速学习。动物训练后将加压素注入海马齿状回可增强记忆，而注入催产 素则使记忆减退。 2 运动与学习、记忆 长期适宜的运动训练可以提高人和动物的学习、记忆能力和认知功能，【9 1 2 】 但对于适宜运动训练影响学习、记忆的作用机制还不清楚。刘鸿宇1 1 3 】研究发现 大强度运动训练可使大鼠海马各区神经元发生变化，可能参与了运动性疲劳的形 成及调控，进而影响了学习和记忆能力。同样，已有许多研究证实了适宜的运动 训练对学习和记忆有促进作用，运动训练可以影响海马的神经化学物质，增强神 经元的活性，提高有关营养因子的表达【1 4 1 。人体实验中，日本的t a e k oh 等1 1 5 】让 健康的年轻人进行了一项慢跑强化训练，每周慢跑2 3 次，每次3 0m i n ，坚持1 2 周 之后在计算机上进行了一系列的测试，发现其记忆能力比训练前有显著提高。动 物实验中，p a u l 【16 】等发现，长期的主动运动可以使大鼠海马内脑源性神经营养因 9 子( b d n f ) m i 埘a 表达增高，从而提高学习、记忆的能力。a n d e 卜s o n b j l 9 】通过研 究运动对八臂放射迷宫测试大鼠空间学习、记忆能力的影响发现，经过7 周主动训 练的大鼠在迷宫测试中的成绩比安静组大鼠显著提高，表明训练组比安静组学 习、记忆能力显著提高。h e 血e t t ev 锄p r a g 【1 0 】也报道，跑步运动可以促进海马的 神经活动、突触的活性，从而促进学习、记忆能力。国内田苏平等【1 7 】研究发现，通 过游泳应激可明显改善由d 半乳糖所致衰老小鼠的学习、记忆能力；徐波【1 8 】等人 也通过实验发现，通过8 周中等强度游泳训练使大鼠脑内纹状体、海马、前额叶皮 层、伏隔核的d a 代谢加强，对大鼠学习、记忆能力起到正调控作用。李宁川【19 】的 研究表明，8 周中等负荷的运动训练可增加大鼠脑组织中原生型n o s ( c n o s ) 活 性，对改善大脑功能有一定的作用。以上的研究都说明：有规律的长期的运动训 练对学习、记忆能力有一定促进作用。 3 细胞凋亡对学习、记忆的影响 1 9 9 8 年，瑞典科学家e 血s s o n 等人应用5 溴脱氧尿核苷 ( 5 b r o m o d e o x y 谢d i n e ，b r d u ) 标记分裂细胞的方法，发现成年人脑中存在神经元 发生现象，脑神经元作为终极细胞、不能再生的传统观点由此被彻底打破。研究 表明，脑细胞发育受阻或损伤，可引发脑瘫、脑积水、智力低下、癫痫、精神发 育迟滞等；脑细胞过早凋亡可引发老年痴呆、帕金森氏症等脑病，从而影响学习、 记忆、能力【2 0 1 。在对阿默海茨病( a d ) 和痴呆病的研究中发现，其脑细胞都出 现了不同程度的细胞凋亡现象【2 1 1 ，从而产生了记忆能力的下降。目前，相关的研 究结果表明，缺血、缺氧、外伤等许多原因所致的脑损伤均可诱导成年脑组织神 经元发生水平的上调，这种上调可能是脑组织损伤后的一种保护反应【2 2 之习。在 对成年小鼠、大鼠、兔、豚鼠、鸟、猴及人脑的研究发现，神经元发生现象仅局 限于脑内某些特定区域，如海马齿状回亚颗粒增生带( s u b 伊a n u l a rp r o l i f e r a t i v e z o n e ，s g z ) 和前脑脑室下带( s u b v e n t r i c u l a rz o n e ，s v z ) 等，实验证实无论是短暂 性全脑缺血再灌注还是局灶性脑缺血再灌注，以及局灶性脑梗死所致的脑损伤，均 可促进成年脑海马齿状回神经元( 颗粒细胞) 的发生i 圳。 另有研究报道，成年沙土鼠在夹闭双侧颈总动脉1 0r n j n 造成短暂性全脑缺 1 0 血后，齿状回神经元发生逐渐增加，缺血后第1 1 天神经元发生达到峰值，与无缺血 的对照组相比，每平方微米齿状回的b r d u 标记阳性细胞增加1 2 倍；1 4d 时，神经 元发生水平开始下降，但仍较正常对照组高；3 5 周后，神经元发生水平逐渐降低 至正常水平。缺血性脑损伤