学习与记忆神经生物学.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,Copyright 2001 by Allyn&Bacon,学习与记忆,Learning and Memory:Basic Mechanisms,概要：,学习记忆概念,学习的基本类型,记忆的基本类型,学习记忆的脑功能定位,学习记忆的神经机制,分子机制,可塑性变化,长时程增强,概念:,学习,：,记忆,：,获得新知识或新技能的过程,经历使大脑产生了变化,将这种知识或技能编码，储存以及随后读出的过程,大脑在一段时间内保持了这种变化,流程：,获得,巩固,再现,Acquired or encoded,获得,：感知外界事物或接受外界信息(外界刺激)的阶段，也即通过感觉系统向脑内输入讯号,学习过程,Consolidated 巩固,：获取的信息在脑内编码贮存和保持的阶段,Retrieved 再现,：将贮存于脑内的信息提取出来使之再现于意识中的过程,回忆过程,一、学习的基本类型,非联合性学习 习惯化,敏感化,学习,联合性学习 经典条件反射,操纵式条件反射,1.,非联合性学习（,nonassociative learning,）,概念：不需要刺激的反应之间形成某种联系。,包括：习惯化、敏感化等,2.,联合性学习（,associative learning,）,概念：在时间上很接近的两个事件重复的发生，最后在脑内形成联系。,包括：,经典条件反射和操作式条件反射均属于联合型学习,非联合性学习,（,nonassociative learning,）,：,概念：,人或动物受到一次或多次单一刺激后形成的学习方式。这种学习方式学习不需要将两个刺激联系起来。,包括：,习惯化、敏感化等。,非联合性学习,人和动物会对一个新的刺激作出反应,如果该刺激对动物既无益也无害，经过多次刺激后，动物就失去了对这一刺激的反应性。,通过习惯化，动物学会了辨别某种刺激对它没有生物学意义,并在以后的生活中忽略这一刺激的存在。,习惯化(,habituation),海兔缩腮反射,海兔（Aplysia）,有一种非常清楚的反射行为：如果用一般水流喷射或用毛笔触碰它的喷水管，喷水管和呼吸腮就会收缩，这一反射称为,缩腮反射,习惯化,缩,腮,反,射,的,神,经,回,路,24个感觉神经元,6个运动神经元,喷水管,鳃,尾,套膜板,头,非联合性学习,习惯化：,喷水管温和的触觉刺激会引起鳃和喷水管收缩。如果反复给以刺激这些反射就会逐渐减弱甚至消失，而表现为习惯化。,Sensory neuron,Siphon skin,Motor neuron,Gill muscle,来自喷水管的感觉信息经感觉神经元传自腹神经节，与L7运动神经元形成突触，L7支配腮肌，控制缩腮运动。在这个简单的单突触反射中，习惯化发生在哪个环节？,习惯化机制,习惯化的机制,递质释放量减少：,突触前膜上N型Ca通道的失活，造成钙内流减少，使递质释放减少；,习惯化也可能使可动员的突触小泡数减少，从而导致递质释放的减少。,习惯化,突触后电位减弱的原因是因为感觉神经元所释放的神经递质谷氨酸显著减少，而突触后谷氨酸受体的敏感性没有变化。,非联合性学习,习惯化,由于在缩鳃反射的习惯化中感觉神经元与中间神经元和运动神经元以及中间神经元与运动神经元之间的突触联系均有所减弱,非联合性学习,非联合性学习,当人和动物受到某种强烈的或伤害性刺激后对其他刺激的反应增强。,例如当动物受到强烈的痛觉刺激后，它对温和的触觉刺激也会产生强烈的反应。,敏感化(,sensitization,),非联合性学习,与联合性学习的条件反射不同，敏感化的形成不依赖于强弱刺激间的配对，也不需要建立强弱刺激间的联系，因而敏感化也称为,假性条件化。,敏感化(,sensitization,),敏感化,强刺激,温和刺激,非联合性学习,敏感化发生,敏感化发生,敏感化发生,敏感化,敏感化是当动物受到一个伤害性刺激后增强对其他非伤害性刺激的反应性。,非联合性学习,Siphon,Sensory,neuron,Motor,neuron,Gill muscle,L29,Shock,Neuroscience,中间神经元的短期兴奋，使感觉神经元释放的神经递质增加，而运动神经元上神经递质受体的数量或敏感性并没有明显变化,尾部一次电刺激兴奋中间神经元并释放5-HT，5-HT与感觉神经元上的5-HT4受体结合后，通过Gs蛋白激活腺苷酸环化酶以产生环单磷酸腺苷（cAMP），在感觉神经元内cAMP进而激活cAMP依赖性蛋白激酶（PKA）,敏感化,非联合性学习,敏感化的机制,易化中间神经元释放的神经递质5-HT与感觉神经元上的5-HT4受体结合，再通过Gs蛋白的作用使AC的活力增强，从而使感觉神经元末梢内的cAMP增加，cAMP激活PKA。,激活的PKA至少有3个功能：,PKA使K通道磷酸化改变通道的构型而降低K电流，延长动作电位的时程。,PKA/PKC通过使突触小泡从递质库移向活化区的可释放库，增加递质的释放。,PKA/PKC磷酸化并开放L型Ca通道，进一步增加Ca内流。,第2、3种功能依赖于PKA和PKC的协同作用。,强直后增强,(posttetanic potentiation),：,定义：,突触前末梢受到一短串强直性刺激后在突触后神经元上产生的突触后电位增强，可持续,60s,。,机制：,强直性刺激,突触前神经元内,Ca,2+,积累,突触前末梢持续释放神经递质,突触后电位增强,补充概念：,敏感化,习惯化仅仅涉及一个反射回路中的各个神经元,敏感化是一个反射回路的兴奋对另一个反射回路的影响,非联合性学习,联合性学习（associative learning）,：,概念：,两个或两个以上事件在时间上很接近地重复发生，最后在脑内逐渐形成联系。,包括：,经典条件反射、操作式条件反射,联合性学习,非条件刺激（,US,）：,产生强烈的反应,喂食,非条件反射（,UR,）：,先天性的,不需要学习,条件刺激（CS）：,不刺激唾液分泌,铃声,条件反射（,CR,）：,当CS伴随US出现时，CS便,引发出一种新的反应叫条,件反射,需要学习,经典条件反射中的要素,非条件反射,：,是的指在出生后无需训练就具有的反射。,按生物学意义的不同，它可分为防御反射、食物反 射、性反射等。,这类反射能使机体初步适应环境，对个体生存与种系生存有重要的生理意义。,条件反射,：,是指在出生后通过训练而形成的反射。它可以建立，也能消退，数量可以不断增加。,条件反射的建立要求在时间上把某一无关刺激（铃声）与非条件刺激（食物）结合多次，一般条件刺激要先于非条件刺激而出现。,条件反射的建立与动物机体的状态有很密切的关系,联合性学习,消退,(extinction)：,建立了条件反射后，如果非条件刺激反复不与条件刺激同时出现，所建立的条件反射会逐渐减弱直至消失。,消退并不是遗忘。消退是一个新的学习过程。,消退所学习的是条件刺激预示着非条件刺激不再到来。,经典条件反射,联合性学习,操作式条件反射,饥饿的大鼠放入实验箱内,实验箱内有一个杠杆。大鼠偶然压了一下杠杆而随后立刻出现食物，大鼠会,?,动物必须通过自己完成某种运动或操作后才能得到强化。,操作式条件反射（,operant conditioning,）,联合性学习的共性,刺激相关性,经典条件反射：一种刺激预示另一种刺激的到来,操纵条件反射：一种行为预示另一种刺激的到来,刺激同步性,经典条件反射：非条件刺激必须紧跟条件刺激才能有效地建立,操作条件反射：强化刺激必须紧跟操作才能有效地建立。,记忆分类,陈述性记忆,信息储存和回忆的方式,非陈述性记忆,长时记忆,记忆保持的时间,短时记忆,记忆的储存有阶段性,普遍接受的一种记忆分类就是将记忆分成,短时记忆：数秒到数分钟,长时记忆：,相对长期稳定，但随时间的推,移会逐渐减弱,记忆的储存有阶段性,记忆储存的阶段性,记忆储存的阶段性是从短时记忆向长时记忆的转化过程,刚学到的新知识先在短时工作记忆中加工，然后经过一步或若干步转化为永久性的长时记忆。,当回忆时，一个搜寻和提取系统从储存的记忆中找到所要的信息,First Order,Memory,Sensory Memory,外,界,信,息,输,入,遗忘（信息丢失）,注意,不,重,复,遗忘,Second Order,Memory,重复,Third Order,Memory,可能遗忘,再现,终生不忘,Short-term Memory,Long-term Memory,不,注,意,Neuroscience,记忆储存的阶段性,影像记忆：感觉影像出现后的1秒内,即刻记忆：可保持几秒钟,短时记忆,初级记忆：1890年提出，一时即过而,仍保留在意识中的记忆和,对事件的选择注意,工作记忆：1983年，从认知心理提出,的概念，指在执行某些认,知行为中的一种暂时的信,息储存。,短时记忆,分 类,记忆时程及其特点的比较,记忆时程,信息贮存时间(S),脑内可能的神经机制,举例,感觉性记忆,5um,Ca,2+,i,1um,蛋白磷酸化,蛋白去磷酸化,蛋白磷酸酶,蛋白激酶,LTP,LTD,Ca,2+,浓度大幅度升高激活,CAMKII,促进蛋白质磷酸化；使得后膜上,AMPA,的电导和数目增加,Ca,2+,轻度升高激活蛋白磷酸酶，使磷酸化蛋白去磷酸化，使得后膜上,AMPA,的电导和数目减少,