学习与记忆

学习与记忆学习和记忆learningandmemory学习和记忆是动物与人类长期进化发展起来的重要脑功能。学习和记忆的发展不仅使动物与人类能适应自身生存复杂多变的外部环境，而且可以创造、改造环境。学习和记忆是两个相互联系的神经过程。学习是指人和动物获得外界信息的神经过程，记忆这是将获得的信息储存和读出的过程。分类非联合型学习：对一个简单的刺激形式所产生的随时间而变化的行为反应，也是一种非条件反射性学习，其可分为习惯化和敏感化两种形式。联合型学习：是简单的非条件性刺激与条件刺激相结合的学习方式，包括操作条件反射和经典条件反射。分类短时程记忆保持记忆时间在数秒和数分钟内，记忆容量有限，且易丢失。长时程记忆保持记忆时间为数日或更久，记忆容量几乎无限。新信息－短时程记忆－加工、读出－巩固－长时程记忆神经基础：突触的可塑性1973年，在麻醉的兔子上发现，当以一连串或几串频率的电刺激作为条件刺激，继后的单个测试刺激引起的群体锋电位和群体兴奋性突触后电位的振幅将增大，潜伏期将缩短。LTP单突触诱发反应的长时程易化称为长时程增强（long－termpotentiation，LTP），随着条件刺激的频率和强度不同，LTP持续的时间也不同。诱导LTP的主要因素是强直刺激的频率和强度。一定强度的刺激可提高单个刺激引起的EPSP幅度，一定频率的刺激可使EPSP产生叠加效应，使突触后膜的去极化达到一定强度，使NMDA受体通道内阻止Ca2＋内流的Mg2＋移开，当递质与NMDA受体结合后，通道打开，Ca2＋内流，胞内Ca2＋浓度升高，继后触发一系列生化反应，改变膜性质，导致LTP产生。Ca2＋与LTP诱导早期LTP形成是由一个train引起的动作电位产生，由NMDA受体激活，Ca2＋内流到突触后，激活一系列第二信使。晚期LTP的形成是由重复性的数个动作电位，引起Ca2＋内流，同时募集AC，激活cAMP依赖性PKA，该酶被转移至胞核中，磷酸化CREB，再激活靶点。学习与记忆的过程：1.获得acquisition2.储存、巩固storageandconsolidation3.再现retrieral相关的解剖学脑区与记忆有关的脑区及其联系：1.海马hippocampus2.杏仁体amygala3.额前区prefrontalarea4.基底前脑结构5.间脑diencephalonPapez回路：海马－穹隆－下丘脑乳头体－乳头丘脑束－丘脑前核群－大脑半球内侧面的扣带回－下托皮质－海马学习和记忆检测的方法系统包括：Morris水迷宫、大小鼠跳台、穿梭、避暗（规避）、自主活动、耐力测试、平衡能力测试等测试仪。系统综合了神经生理学、实验动物学、电子工程学以及视频影像处理技术等多学科的综合优势，实现了动物学习记忆的综合测试。动物行为研究分析系统动物行为研究分析系统通过对动物在迷宫中受许多不同外界因素作用下，运动轨迹、运动图形的实时监测与长时间记录，再经专门的硬件设备（图象处理器）及相关软件分析统计等处理，最终得出动物在特定的刺激下寻找目标平台的反应速度、运动轨迹、总游程、总时间等行为数据。为开发人类大脑记忆功能（边缘区、海马区、嗅觉区）和药物的开发研究提供最根本和最直接的方法和手段。水迷宫检测分析系统（WaterMazesystem）主要用于研究外界因素（环境温度、照度、湿度、含氧度、疼痛刺激、药物作用、医药刺激、脑组织神经探损、磁场辐射等）对动物大脑的“学习”、记忆、认知、识别行为的影响和变化规律。小鼠方形水迷宫大鼠Morris水迷宫自制Morris水迷宫MG－2型Y型电迷宫缺氧对学习记忆的影响居住在高原上的人们，已经适应了高原的低氧环境，进化形成一套应对低氧的生理机制，包括低氧代谢和能量补充。短期考察或旅游的人们却常常发生低氧应激反应。低氧等环境因素对生物的影响非常明显，不仅仅是高原问题，也是许多重大疾病发生发展的基本病理生理改变。动物实验研究显示，低氧对学习记忆有不同的影响，主要和低氧的强度、暴露的方式、暴露的时间以及动物的不同生长发育阶段有关，显示出增强和损伤学习记忆能力。有关动物实验发现成年大鼠暴露于5.9km、6.4km三个高度2－6h后发现大鼠在水迷宫里的成绩显著下降。新生小鼠或成年大鼠在低氧、低压后空间学习记忆能力提高。出生后7－11天给予6h/d10％的低氧暴露可损害大鼠的学习记忆能力。高原低氧训练有助于提高运动员成绩低氧能增加血红蛋白浓度，提高缓冲能力，改善骨骼肌的结构和生化特性。研究表明：在海拔2500m的高原训练适应后，再在1500m高原上训练，有助于提高运动员在平原上的成绩。低氧适应可以提高对缺氧缺血的耐受性，增强机体抗病能力。低氧到底是增强还是减弱学习记忆能力？适度低氧可以促进学习记忆能力，在脑的不同阶段，对低氧的反应性是不同的。低氧可能刺激发育过程中中枢神经细胞的增殖，增加海马神经突触数目和LTP。急性缺氧－脑内兴奋性氨基酸浓度上升缺氧环境－NMDA受体1和生长抑素mRNA表达改变研究称人脑记忆力22岁处于顶峰研究发现，人类的脑筋大概都在二十二岁时处于顶峰，但推理能力、思考速度和在脑海中处理图像的能力却会在二十七岁开始走下坡。研究对象介乎十八至六十岁，多数都身体健康而且受过高等教育，研究员为他们安排了十二项测试，包括视觉谜题、字词记忆、故事内容记忆，以及找出字母和符号的形状──类似的测试，经常用于诊断智力障碍和智力衰退症状，包括痴呆症。结果显示，其中九项测试的成绩都是在二十二岁时最佳，但在推理能力、思考速度和“空间可视化”的能力(即在脑海中处理平面和立体图像的能力)方面，在二十七岁时开始出现显著的倒退。其它受测试的智能，则在四十二岁左右开始走下坡。词汇、常识等依靠知识累积的能力，更可在六十岁甚至之后仍不断增长。老年痴呆症：抹去记忆的橡皮擦这个以德国神经精神医学家阿尔茨海默名字命名的病症，至今病因不明，尚无特效治疗药物。人们对于这个能抹去大脑记忆的“魔鬼”并不了解，很多人对老年痴呆的认识仅限于是“老小孩儿”、“老糊涂”的一种表现。其实阿尔茨海默氏病远没有人们想象的那么简单。当我们发现自己时常健忘的时候，这种“吞噬”就已经潜移默化地开始了。对于这种记忆遗忘，目前科学界比较主流的观点认为，在我们的体内有一种“小身材”的垃圾蛋白质—Aβ，而其大量聚集形成了一个个“大块头”。研究表明，蛋白质中4个相邻的氨基酸有序排列导致了这种变形和集聚，从而使它“越来越胖”，形成了像老年斑一样的斑块，阻断了神经元间突触的联系，这些垃圾蛋白每天能吞噬掉几百万个承载我们记忆的神经元。失忆最终，患者除了叫喊外，无语言能力、无法行走，甚至失去了吞咽功能，常常因为继发性感染和衰竭而死去。丧失记忆也会导致死亡？初听起来不禁使人悚然，在年轻人看来也许只有老年人才会得这种病，可事实并非如此。实际上阿尔茨海默氏病有两种类型，家族性阿尔茨海默氏病是阿尔茨海默氏病中较罕见的类型。多发病于30~60岁之间，这类阿尔茨海默氏病有很强的遗传因素。而大部分的阿尔茨海默氏病患者属于晚发性阿尔茨海默氏病。他们多数在60岁以后发病，年龄越大发病率越高。而人口专家预计2035年前后，中国65岁以上老人占总人口比例将上升到20%，他们之中会有3%~8%的人受到这种疾病的困扰。阿尔茨海默氏病目前已经成为继癌症、心脑血管疾病、中风之后的第四大老年人杀手。其实，阿尔茨海默氏病并不是一下子窃走所有记忆，患者首先会从无法保留新记忆开始。这种长期记忆在发病初期暂时得到了保留，但随着时间的推移也不会幸存下来，阿尔茨海默氏病对记忆的吞噬是不可逆转的，近期记忆逐渐流失后，随着疾病蔓延至大脑皮质，所有的记忆逐一崩塌，甚至包括亲情。考前吃一颗考试不犯愁记忆药片即将上市考前狂背复习资料和记住重要纪念日或许不再是难事，一种据称有助提高记忆力的药片有望数年内在药店销售。英国报道的“记忆药片”，可用于治疗与年龄相关的记忆力减退症状。这种药原本用于治疗阿尔茨海默氏症，配方更温和时，则可供健康人日常服用。有证据显示，英国一些健康人正服用药品提神。一些学生服用用于治疗嗜眠病的药品帮助熬夜，还有人服用治疗注意力不集中的药品以集中精力。英国剑桥大学神经心理学教授说：“很难判断这一人群的数量，但可以确定，这种趋势正在增强。事实上，我们并不总是精力充沛。许多人熬夜照顾孩子或旅行后，都愿意喝点东西提神。喝红牛没什么大不了，吃药提高记忆力道理也一样。”美科学家称记忆存储在DNA而非大脑中据国外媒体报道，人们在常识上一直认为，思考和记忆是大脑的最重要功能之一。但美国的科学家日前称，他们在研究中发现记忆很可能并不是由大脑来完成的，而是存储在DNA基因中。研究人员还发现，未被注射药物的老鼠在受到电击后的一个小时内，其大脑海马体区域的基因甲基一直在快速地变化。但一天后，它又开始恢复正常。这一现象表明，甲基化与海马体内部的短期记忆产生有关。为了弄清楚甲基化是否也与长期记忆的形成有关，科学家重复上述电击试验。这次他们观测的目标是老鼠大脑皮层的变化。科学家们发现，老鼠受到电击一天后，甲基已与钙调神经磷酸酶基因分离开来，并附着于另一个基因之上。甲基化的精确模式最终稳定了下来，并一直保持稳定状态长达7天之久，直到实验结束。因此，研究人员认为甲基的变化可以使得电击记忆成为一种长期记忆，并不仅仅是对记忆形成过程的控制。当DNA受到损伤时，一些细胞的“记忆”就会慢慢丢失。虽说很多物质都会导致DNA受损，但人体自身有着各种防御DNA受损和修复DNA的机制，但是这个机制会随着年龄的增长而逐渐衰退，这就解释了为什么人类的记忆为随着年龄的增大而衰减。深度睡眠时间长短会影响记忆力荷兰研究人员发现，人的记忆力会受到深度睡眠时间长短的影响。如果没有沉睡期或者沉睡期过短，人对此前学习内容的记忆会比正常睡眠时差得多。荷兰神经科学研究所的《自然神经学》杂志发表报告说，这是由于脑内海马体结构的活动过少，而海马体结构承担着强化记忆的功能，即把信息从短期记忆转变成长期记忆。不过，研究人员还无法说明海马体结构为什么会在缺乏沉睡时有这种反应。范德韦夫和同事挑选了13名年龄在52岁至68岁之间身体健康的女性作为研究对象，让她们在睡前看一些图片，并对其中一半人的睡眠进行监测。当脑电波显示已进入沉睡时则发出一声轻微的嘀声，音量的大小足以对沉睡者造成干扰，但又不能将其吵醒。第二天，接受测试者会继续看一些图片，并指出其中是否有昨天看过的图片。在学习和回忆的过程中，研究人员会记录测试者的大脑活跃程度。结果显示，虽然两组测试者睡了同样长的时间，但缺乏沉睡显然对记忆力造成了影响。睡眠能为记忆“腾出空间”-一项新的研究显示，睡眠不仅可使人的身体恢复活力，而且还能触发大脑中的“复原按钮”，以此帮助大脑保持灵活，为学习做好准备。研究还表明，睡眠可以减少由于大脑中连接点（突触）过多所造成的有害积累。有专家提出，无论是慢波睡眠还是快速眼动睡眠，都会改变大脑的生物化学组合，这样的改变是继续学习新东西的必需。有证据表明，睡眠可能同时具备巩固记忆和恢复能量两种功效。人体24小时器官工作表：20点记忆力最强1∶00人体进入浅睡眠阶段，易醒，对痛觉特别敏感。2∶00体内大部分器官处于一天中工作最慢的时刻。而肝脏却在紧张地工作，为人体排毒。3∶00全身处于休息状态，肌肉完全放松。4∶00血压最低，人体脑部供血最少。所以，此时老年人容易发生心脑血管意外。5∶00经历了一定时间的睡眠，人体得到了充分休息。此时起床，显得精神饱满。6∶00血压开始升高，心跳也逐渐加快。7∶00体温开始上升，人体免疫力最强。8∶00皮肤有毒物质排除殆尽，性激素含量最高。9∶00皮肤痛觉降低。此时是就医注射的好时机。10∶00精力充沛，最适宜工作。11∶00精力最旺盛，人体不易感觉疲劳。12∶00经历了一个上午的工作，人体需要休息。13∶00此时胃液分泌最多，胃肠加紧工作，适宜进餐，人体稍感疲乏，需要短时间的休息。1