生理心理学 学习与记忆.doc

华中师大生命科学学院张铭编制学习和记忆生理心理学 华中师大生命科学学院张铭编制 华中师大生命科学学院张铭编制学习和记忆的基本特性学习是人或动物获得外界信息的神经过程，记忆是将获得的信息存储和读出的神经过程。人脑学习和记忆的生物学特性：1 、不变量形成；2 、平行处理；3 、结构复杂、高效低耗；4 、壮实性。 华中师大生命科学学院张铭编制主要内容l学习与记忆的分类l学习与记忆的神经基础l学习与记忆的突触可塑性l学习与记忆的分子机制l学习与记忆过程的调控l记忆障碍 华中师大生命科学学院张铭编制第一节学习与记忆的分类机体所保存的关于它所生存的环境信息和它自身的信息都可看作是记忆。个体记忆种族记忆根据不同的标准可把学习、记忆分为不同的类型。 华中师大生命科学学院张铭编制一、学习模式1 、非联合型学习在刺激与反应之间不形成明确联系的学习形式称为非联合型学习。习惯化和敏感化属于典型的非联合型学习。习惯化指一个非伤害性刺激重复作用时，机体对该刺激的反应逐渐减弱的过程。敏感化指当一个强刺激存在时，机体对一个弱刺激的反应得到加强。 华中师大生命科学学院张铭编制海兔 华中师大生命科学学院张铭编制2 、联合型学习在刺激与反应之间建立联系的学习称为联合型学习。巴甫诺夫的经典条件反射。斯金纳的操作式条件反射。一、学习模式 华中师大生命科学学院张铭编制3 、成熟性学习或熟练与技巧性学习无论联合型学习还是非联合型学习，经过多次训练可以达到非常熟练的程度。这时的学习呈现出短潜伏期自动化行为模式。一、学习模式 华中师大生命科学学院张铭编制4 、认知学习与前述的经验式学习不同，高等灵长类和人类的许多学习过程，并不总是建立在重复的个体经验基础之上，往往一次性观察或模仿就会完成。这种学习也称为“顿悟式学习”，它通常建立在视觉认知过程的基础之上，又可称为认知学习观察与模仿是青少年攻击行为形成的主要学习方式。一、学习模式 华中师大生命科学学院张铭编制观察与模仿 华中师大生命科学学院张铭编制5 、情绪性学习阳性情绪行为模式阴性情绪行为模式主动性躲避反应被动性躲避反应冲突性性情绪行为模式。一、学习模式 华中师大生命科学学院张铭编制6 、味 -厌恶式学习对大白鼠的味觉刺激更易与毒物间形成联系，而声或光刺激则容易与足底或皮肤电刺激间形成联系。这种学习行为模式既有联合型学习的特点，也有非联合型学习的特点。一、学习模式 华中师大生命科学学院张铭编制7 、印记式学习是鸟类和低等哺乳动物中的特殊习得行为模式。其特征是母亲的行为类型对子代产生深刻印记式影响，以致它的作用可以持续终生。一、学习模式 华中师大生命科学学院张铭编制母鸡和小鸡 华中师大生命科学学院张铭编制二、陈述性记忆和非陈述性记忆1 、陈述性记忆陈述性记忆是指对事实或时间及其相互关系的记忆，又称外显记忆。陈述性记忆依赖于对信息的获得和回忆的意识表达，依赖于评价、比较和推力等认知过程。常常只经过一个测试或一次经验就可形成，能够用语言简明的表达出来。陈述性记忆包含了对片段信息的加工，脑可利用这些片段信息重组过去的事件或情节。 华中师大生命科学学院张铭编制二、陈述性记忆和非陈述性记忆2 、非陈述性记忆具有自主或反射性质的记忆，又称内隐性记忆或反射性记忆。非陈述性记忆几乎不能用语言简明表达。 华中师大生命科学学院张铭编制三、短时记忆和长时记忆1 、短时记忆感觉记忆第一级记忆2 、长时记忆第二级记忆第三级记忆 华中师大生命科学学院张铭编制 华中师大生命科学学院张铭编制四、工作记忆和参考记忆1 、工作记忆工作记忆指对某次训练时出现的特殊刺激或线索的记忆。 华中师大生命科学学院张铭编制四、工作记忆和参考记忆2 、参考记忆参考记忆指对整个训练过程中一直不变的一般线索和规则的记忆。 华中师大生命科学学院张铭编制第二节学习与记忆的神经基础一、脑的结构与学习和记忆二、脑内记忆系统 华中师大生命科学学院张铭编制 华中师大生命科学学院张铭编制一、脑的结构与学习和记忆l颞叶在记忆中的作用l海马与杏仁核在记忆中的作用l间脑与记忆加工l新皮层与记忆l小脑的学习与记忆功能 华中师大生命科学学院张铭编制颞叶在记忆中的作用人类的临床观察和动物实验发现，颞叶病变或切除会导致记忆障碍。动物实验发现，颞下回在视觉辨别学习记忆中具有重要作用。切除猴子的双侧颞叶，猴子不能再认原来熟悉的物体；极度饥饿时，对食物和非食物不加分辨；对新旧刺激毫无分辨地进行不断地探索；对蛇失去恐惧感。损伤猕猴颞叶下部属于视皮质区的下颞皮质，尽管实验动物的视觉功能完好，但不再具有辨别能力。 华中师大生命科学学院张铭编制颞叶在记忆中的作用人类患者的临床观察。对癫痫病灶位于颞叶的病人以微弱的电流刺激常产生幻觉或回忆过去的经验；切除颞叶和海马的病人产生严重的顺行性遗忘，反复做同一件事情。研究表明，颞叶在陈述性记忆中具有重要作用，大脑皮层既能加工感觉信息，又能贮存信息。 华中师大生命科学学院张铭编制颞叶在记忆中的作用颞叶下部的神经元接受视觉系统传来的大量信息，而这些信息构成有关视觉刺激的整体特征（包括大小、形状、颜色和结构等），因此，一旦损伤或切除，必然产生视觉记忆辨别障碍。 华中师大生命科学学院张铭编制海马与杏仁核在记忆中的作用l海马和杏仁核的结构l大鼠迷宫实验l纯音和吹风的瞬膜反应实验l延迟性非配对样品的记忆实验（ DNMS ） 华中师大生命科学学院张铭编制海马Hippocampus 华中师大生命科学学院张铭编制 华中师大生命科学学院张铭编制大鼠迷宫实验在正常情况下，经过训练的大鼠可在放射状排列的迷宫内不走重复通路而得到食物。海马损伤后的大鼠则记不清曾在迷宫中走过的无效通路，需化很长时间才能得到食物。因此海马对建立环境的空间位置记忆有特殊作用。 华中师大生命科学学院张铭编制纯音和吹风的瞬膜反应实验向兔子眼里吹气作为瞬膜反射的无条件刺激；用纯音作为条件刺激；记录瞬膜反射的程度和海马单个神经元的放电；条件反射建立后，反射和放电同步；海马神经元的活动反映了条件刺激和非条件刺激的特殊的时间耦合作用。 华中师大生命科学学院张铭编制延迟性非配对样品的记忆实验（DNMS）在受试猴前的桌子上放有若干圆槽，其中一个内有食物。每个圆槽上有不同形状的盖子。经过短期训练后，猴子很快学会揭开盖子得到食物。延搁实验。在一段时间（数秒到10分钟）不让猴子看见下，把一个圆槽拿下换成一个新的，内放食物并加盖另一形状的盖子（新的非匹配样品）。 华中师大生命科学学院张铭编制延迟性非配对样品的记忆实验（DNMS）（1）正常猴子能发觉和认出熟悉的物体选择新的物体而获得奖赏；（2）颞叶下部切除的猴子未能发觉和认出熟悉的物体；（3）视觉系统正常，但切除双侧海马和杏仁核的猴子，延搁较短时可完成任务，延迟12分钟则随机选择。这说明海马和杏仁核是感觉体验转化为记忆的关键部位。 华中师大生命科学学院张铭编制 华中师大生命科学学院张铭编制杏仁核杏仁核在记忆汇合过程中的作用十分突出。在记忆中存在感觉体验的汇聚，一些不同的感觉体验往往会唤起记忆，如电话里一个熟悉的声音会唤起对对方的视觉记忆，看到新鲜的梅子使人想起它的滋味。 华中师大生命科学学院张铭编制猴子对样品视觉特征和触觉特征的DNMS实验（1）每一样品都有各自的视觉特征和触觉特征；（2）让动物在可视条件下凭视觉选择，在黑暗环境中按触觉选择；（3）切除杏仁核，（2）无变化；（4）熟悉样品的视觉特征和触觉特征后，让动物在黑暗环境中按触觉选择一个样品，在明亮处对同样的样品和一个新样品进行选择；（5）切除杏仁核后随机选择，切除海马，90正确。 华中师大生命科学学院张铭编制间脑与记忆加工间脑中的丘脑前核、丘脑背内侧核和下丘脑乳头体参与加工认识记忆。病人甚至不能看电视，因为他记不住任何已发生的情节。因此内侧颞叶和间脑是形成陈述性长时记忆功能系统的组成部分。 华中师大生命科学学院张铭编制新皮层与记忆前额皮质新皮质中的前额皮质和外侧顶下区都与工作记忆有关。 华中师大生命科学学院张铭编制小脑的学习与记忆功能小脑的主要功能是配合大脑皮质完成运动功能，它在某些类型的学习记忆过程中发挥重要作用。 华中师大生命科学学院张铭编制二、脑内记忆系统l陈述性记忆的神经回路l非陈述性记忆的神经回路l工作记忆系统l运动性学习记忆神经回路 华中师大生命科学学院张铭编制陈述性记忆的神经回路大脑皮层V1 V2，V3，V4边缘系统内侧颞叶、内侧丘脑、腹内侧额叶基底前脑胆碱能系统 华中师大生命科学学院张铭编制非陈述性记忆的神经回路大脑皮层丘脑尾核苍白球运动系统伏隔核边缘系统VTP 华中师大生命科学学院张铭编制工作记忆系统大脑皮层V1空间视觉物体视觉空间记忆物体记忆 华中师大生命科学学院张铭编制运动性学习记忆神经回路 华中师大生命科学学院张铭编制第三节学习与记忆的突触可塑性一、学习和记忆与突触结构的可塑性二、学习和记忆与突触传递效能的可塑性三、学习和记忆过程中突触结构可塑性与突触功能可塑性的关系 华中师大生命科学学院张铭编制可塑性广义：所有不同于通常的神经活动方式和神经结构形式的变化。狭义：指各种因素和各种条件经过一定时间的作用后引起的神经变化。可塑性是神经系统的重要特性 华中师大生命科学学院张铭编制宏观上：脑功能（如学习和记忆）、行为表现、精神活动的改变。微观上：神经元突触、神经环路的细微结构与功能的变化。神经系统可塑性的表现 华中师大生命科学学院张铭编制一、学习和记忆与突触结构的可塑性l Cajal 提出学习可能与神经元之间的新突触有关。l 1949 Hebb 学说 华中师大生命科学学院张铭编制如果两个细胞（神经元）都被激发（即都是+1）或都不被激发（即都是-1），则两个细胞（神经元）的突触连结被强化；如果两个细胞（神经元）状态不同则突触连结不被强化。Hebb 假说（1949） 华中师大生命科学学院张铭编制一、学习和记忆与突触结构的可塑性1 、低等动物学习训练过程中突触的解剖学变化（1）雪白海兔对蓝光和橙光的趋光实验（2）一组闪光旋转，二组对照，三组随机闪光（3）观察光感受神经元轴突突触的变化（4）一组的突触最多 华中师大生命科学学院张铭编制一、学习和记忆与突触结构的可塑性2 、哺乳动物学习过程中树突数目的变化（1）同窝同性别幼鼠断乳后不同环境的饲养（2）一组为标准的生活环境，有食物和水，无玩具；二组为丰富的生活环境，有云梯、迷宫、坑道等玩具，玩具每天更换一部分；三组为枯燥的生活环境，单只鼠在一个笼内饲养，没有玩具（3）观察大脑皮质重量和锥体细胞树突数目的变化（4）三个组具有显著差异 华中师大生命科学学院张铭编制二、学习和记忆与突触传递效能的可塑性1 、学习与记忆与突触传递的长时程增强（1）行为学习中海马突触传递可塑性变化及其分布（2）LTP的保持或改变与记忆的保持或改变之间的一致性（3）记忆能力与LTP的相关性（4）学习障碍与LTP变化的一致性 华中师大生命科学学院张铭编制 华中师大生命科学学院张铭编制长时程增强（LTP）长时程压抑（LTD）协同性特异性联合性 华中师大生命科学学院张铭编制Schaffer 侧支早期相LTP：12hr，NMDA ，AMPA晚期相LTP：24hr基因转录，突触蛋白合成 华中师大生命科学学院张铭编制二、学习和记忆与突触传递效能的可塑性2 、学习与记忆与突触传递的长时程压抑 华中师大生命科学学院张铭编制三、学习和记忆过程中突触结构可塑性与突触功能可塑性的关系突触结构的可塑性是突触功能可塑性的物质基础。 华中师大生命科学学院张铭编制第四节学习与记忆的分子机制一、习惯化和敏感化的机制二、学习和记忆的分子基础 华中师大生命科学学院张铭编制一、习惯化和敏感化的机制l海兔的结构l海兔的缩腮反射l习惯化的机制l敏感化的机制 华中师大生命科学学院张铭编制 华中师大生命科学学院张铭编制 华中师大生命科学学院张铭编制 华中师大生命科学学院张铭编制 The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2000Arvid Carlsson Sweden Gteborg University Gothenburg, Sweden b. 1923for their discoveries concerning signal transduction in the nervous systemPaul Greengard Rockefeller University New York, NY, USA b. 1925Eric R. Kandel Columbia University New York, NY, USA b. 1929 (in Vienna, Austria) 华中师大生命科学学院张铭编制二、学习和记忆的分子基础l cAMP 和 CREB 在学习中的作用l NMDA 受体在记忆中的作用la CaMK 在学习记忆中的作用l代谢性 RmGluR 在学习记忆中的作用 华中师大生命科学学院张铭编制制造一只笨老鼠1饲养两只老鼠：A 含LoxP-NR1-LoxP geneB 含Cre gene2 出生的子代中同时含这两个gene3 Cre 酶在海马CA1区切去NR1 gene4 KO mouse 华中师大生命科学学院张铭编制 华中师大生命科学学院张铭编制 华中师大生命科学学院张铭编制制造一只聪明老鼠1分离受精卵2 将含有启动开关和NR2B亚基的gene注射到核中3 受精卵分裂4将胚胎植入雌鼠体内5选择中含外源基因的子代6 Doogie mouse 华中师大生命科学学院张铭编制 华中师大生命科学学院张铭编制 华中师大生命科学学院张铭编制第五节学习与记忆过程的调控l中枢胆碱能递质与学习记忆l儿茶酚胺类递质与学习记忆l氨基酸与学习记忆l神经肽与学习记忆 华中师大生命科学学院张铭编制一、中枢胆碱能递质与学习记忆抗胆碱酯酶药二异丙基氟磷酸（DEP）的作用（1d4d：0；7d：；21d：）东莨菪碱的作用（）槟榔碱的作用（） 华中师大生命科学学院张铭编制二、儿茶酚胺类递质与学习记忆在情绪兴奋状态下释放的肾上腺素对事件的记忆存储有增强作用。大鼠的暗室电击或注射肾上腺素实验。 华中师大生命科学学院张铭编制三、氨基酸与学习记忆GABA 局部注射于相关的大脑皮层运动区或感觉区可暂时地抑制条件反射的出现；在训练后注射GABA的拮抗剂对记忆保持有增强作用，而注射GABA的激动剂则使记忆的保持遭到破坏。 华中师大生命科学学院张铭编制四、神经肽与学习记忆神经肽的种类较多，结构不同，对记忆的作用不一样。ADH 可加强记忆。 华中师大生命科学学院张铭编制第六节记忆障碍l记忆增强l记忆减退