学习与记忆(神经生物学) ppt课件
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第二十一章学习和记忆的神经基础实用PPT文档
内嗅皮层
穿通回路
齿状回颗粒细胞
颗粒细胞
苔藓纤维
海马CA3区锥体细胞
CA3区锥体细胞
Schaffer侧枝
CA1区锥体细胞
海马和新皮层的突触可塑性
海马和新皮层的突触可塑性
海马CA区突触传递的长时程增强（long-term potentiation）
LTP的性质： 联合性（associativity）
③Th细e p胞ap集ez合ci中rcTu的iht部e分e神f经fe元c被t损s毁o并f不b能r消a除in记忆s。timulation in three patients being treated for epilepsy
Activity in the human brain related to spatial navigation
Responses to faces in inferotemporal cortex
4. 人类颞叶电刺激实验
The papez circuit 联合型学习：两个事件在时间上很靠近地重复发生，最后在脑内逐渐形成联系。 第二节 遗忘症和记忆痕迹 反应期（choice） 所诱导的LTP对激活的通路是特异性的，在其他通路上不产生LTP; 联合型学习：两个事件在时间上很靠近地重复发生，最后在脑内逐渐形成联系。 一、蛋白激酶C的持续活化 传入纤维：苔状纤维（mossy fiber）、爬行纤维（climbing fiber）、平行纤维 眼动延缓反应任务（oculomotor delayed-response） 海马和新皮层的突触可塑性 第三节 学习和记忆相关的脑区 Activity in the human brain related to spatial navigation Lashley 的大鼠迷宫实验 in one-trial learning) 海马的位置细胞（place cell） 第一节 学习和记忆的分类
脑功能之学习与记忆 PPT
感觉性记忆
1
第一级记忆
数秒钟
第二级记忆 数分钟至若干年
第三级记忆
终生
感觉讯号传向大脑，在 皮层感觉区传递的时程
在查找字典上 的某个词时， 对其他的词一 闪而过
特定的神经信息在有关 神经通路中往返传递一 短时间，其化学机制可 能是关键大分子的可逆 性构象变化
查到一个电话 号码，拨完后 即忘
蛋白质合成增加，突触 功能增强及突触结构修 饰等。神经信息影响 mRNA或基因表达
概念 Concepts
学 习 (Learning) ： the process by which we acquire knowledge about the world via the nerve system
人或动物通过神经系统接受外界环境信息而影响自身行为 记忆(Memory)：the process by which that knowledge is
习惯化 敏感化 经典条件反射
动物实验研究学习与记忆的机制
鼠
小鼠是常用实 验动物，而且 也是哺乳动物， 故而有较发达 的神经系统， 因此也常被用 于学习和记忆 方面的研究。
动物实验研究学习与记忆的机制
人脑学习与记忆的机制与原理
记忆的形成原理：
当一个脑神经细胞受到刺激发生兴奋时， 它的突触就会发生 增生或感应阈下降，经常受到刺激 而反复兴奋的脑神经细胞， 它的突触会比其它较少受到刺激和兴奋的脑细胞具有更强的 信号发生和信号接收能力。当两个相互间有突触邻接的神经 细胞同时受到刺激而同时发生兴奋时，两个神经细胞的个突 触就会同时发生增生，以至它们之间邻接的突触对的相互得 到增强，当这种同步刺激反复多次后，两个细胞的邻接突触 对的相互作用达到一定 的强度（达到或超过一定的阈值）， 则它们之间就会发生兴奋的传播现象，就是当其中任何一个 细胞受到刺激发生兴奋时都会引起另一个细胞发生兴奋，从 而形成细胞之间的相互呼应联系，这就是记忆联系
学习及其神经生物学基础PPT课件
杏仁核是情绪记忆的主要区 域，负责处理情感相关的信 息。
海马体是短期记忆和长期记 忆的转换区域，负责信息的 整理和分类。
神经元之间的连接是记忆的 基础，通过突触的改变来存 储和回忆信息。
06 学习与大脑发展
大脑发展的阶段
婴儿期
大脑突触连接大量增加，形成 初步的学习和记忆能力。
青少年期
大脑进行神经重塑，对知识的 学习和记忆能力达到高峰。
长期记忆
长期记忆是指信息在大脑中长时 间存储的过程，可以持续数小时、
数天、数年甚至更长时间。
长期记忆涉及大脑皮层、海马体、 杏仁核等多个区域的活动，用于 存储和回忆过去的经验和知识。
长期记忆的容量无限，可以存储 大量的信息，但需要不断巩固和
提取才能保持记忆。
记忆的神经生物学基础
大脑皮层是记忆的主要区域 之一，负责信息的编码和存 储。
神经可塑性
基因影响大脑的神经可塑性，即大脑在经验和学习过程中改变的能力。 不同的基因组合可以影响大脑对学习刺激的敏感性和适应性。
环境因素
社会环境
社会环境对学习的影响不容忽视。 例如，家庭、学校和社区的环境 条件可以塑造个人的学习方式和 效果。
文化背景
文化背景影响人们对世界的认知和 解释，从而影响学习过程。不同的 文化对知识、学习和教育有不同的 观念和期望。
学习及其神经生物学基础
目录
• 学习概述 • 神经生物学基础 • 学习与神经生物学 • 学习的影响因素 • 学习与记忆 • 学习与大脑发展
01 学习概述
学习的定义
学习的定义
学习是指个体通过经验获得并长期保 留新知识或技能的过程，这些知识或 技能可能对个体的行为产生影响。
学习的过程
第一章 学习与记忆概述 PPT课件
久贮存的信息总是特别有意义和经常反复再现的信息，那些不巩固的信息就会消失 (遗忘)。 3. 再现(retrieval)：再现是将贮存了脑内的信息提取出来，使之再现于意识中的过程， 即回忆过程。
还有人将学习记忆过程分为识记、保存、认识(再认)和再现四个阶段，并将识记 分为无意识记与有意识记。
1. 学习与记忆概述 2. 学习与记忆的结构基础 3. 神经元的电活动
4. 神经元之间的信息传递
5. 突触可塑性的细胞分子机制 6. 感觉形成的神经机制 7. 神经系统的发育 8. 学习与记忆的研究进展
参考书目： 1. 学习与记忆的神经生物学（第二版），（美）凯斯纳（Kesner，R.P.）等主编，2008，科学出版社 2. 神经生物学（第四版），杨雄里等翻译，From Neuron to Brain （Forth Edition），2003，科学出版社 3. 神经科学——探索脑（第二版），王建军主译，Neuroscience: Exploring the Brain，2004，高等教育出版社
非生物记忆 记忆材料：包括有机弹性记忆材料、高分子记忆材料及形状记忆合金等 电子计算机识别记忆
美国生理学家埃里克•坎德尔日出生于1929年11月7，哥伦 比亚大学生物化学与分子生物物理学系教授。曾获得2000年 诺贝尔医学生理学奖 。
一、学习和记忆的基本概念
1. 什么是学习和记忆呢? 行为学：学习是引起个体对特殊环境条件所产生的适应性行为的全部过程。另一种说法，学 习是指经验引起的一种适应性行为变化，记忆是过去经验的贮存和回忆。
心理学：记忆是一种心理过程，由识记、保持、再认或回忆所组成。记忆是人脑对过去经历
的事物的反映。另一种说法，事物的具体形象或抽象概念在脑内的停留叫做记忆。
还有人将学习记忆过程分为识记、保存、认识(再认)和再现四个阶段，并将识记 分为无意识记与有意识记。
1. 学习与记忆概述 2. 学习与记忆的结构基础 3. 神经元的电活动
4. 神经元之间的信息传递
5. 突触可塑性的细胞分子机制 6. 感觉形成的神经机制 7. 神经系统的发育 8. 学习与记忆的研究进展
参考书目： 1. 学习与记忆的神经生物学（第二版），（美）凯斯纳（Kesner，R.P.）等主编，2008，科学出版社 2. 神经生物学（第四版），杨雄里等翻译，From Neuron to Brain （Forth Edition），2003，科学出版社 3. 神经科学——探索脑（第二版），王建军主译，Neuroscience: Exploring the Brain，2004，高等教育出版社
非生物记忆 记忆材料：包括有机弹性记忆材料、高分子记忆材料及形状记忆合金等 电子计算机识别记忆
美国生理学家埃里克•坎德尔日出生于1929年11月7，哥伦 比亚大学生物化学与分子生物物理学系教授。曾获得2000年 诺贝尔医学生理学奖 。
一、学习和记忆的基本概念
1. 什么是学习和记忆呢? 行为学：学习是引起个体对特殊环境条件所产生的适应性行为的全部过程。另一种说法，学 习是指经验引起的一种适应性行为变化，记忆是过去经验的贮存和回忆。
心理学：记忆是一种心理过程，由识记、保持、再认或回忆所组成。记忆是人脑对过去经历
的事物的反映。另一种说法，事物的具体形象或抽象概念在脑内的停留叫做记忆。
学习与记忆及其细胞分子机制(共88张PPT)
经典条件反射
条件刺激（CS）：铃声 （conditioned stimulus）
非条件刺激（US）：食物 （unconditioned stimulus）
经典条件反射
CS（铃声）
不引起唾液分泌
US（食物）
引起唾液分泌
CS+US经过一定时间的训练（学习）后， CS便引发出一种新的反应叫条件反应。这 时CS预示着US即将到来。
对空间定位的记忆也具有陈述记忆的特 性。
非陈述记忆概念
◆神经系统整合分析的结果通过传出神 经调节效应器的功能活动.
◆兴奋的本质是动作电位,它是可兴奋细胞 的细胞膜传导的电信号.
◆神经元间/神经元与效应器间信息的 传递需通过突触
◆突触(synapses) :是神经元与神经元间 特化的相接触部位，是信息传递和整 合的关键部位。
◆化学性突触的结构
突触前膜 突触间隙 突触后膜
学习与记忆及其细胞分子机制
一.学习与记忆的生理学基础 二.学习与记忆概述 三.学习与记忆的细胞分子机制
一.学习与记忆的生理学基础
学习与记忆是高级神经活动
学习：人和动物获得外界信息的神经过程 记忆：人和动物将学习到的信息贮存和读出的 神经过程
神经调节的基本方式是反射
膝 跳 反 射
◆躯体感受器受到刺激，机体会产生感觉.
操作式条件反射
操作：压杠杆
联 系
奖励
强化刺激：食物
压杠杆的频率：饥饿程度
操作条件反射
驯兽表演，驯 兽员能让动物作出 规定的动作。
经典条件反射和操作条件反射的 建立遵循相似的原则
刺激的同步性： 经典：US必须紧跟CS 操作：强化刺激必须紧跟操作
记忆的分类( ) 根据人脑对信息贮存与回忆的方式分两类
学习与记忆的神经生物学
（3）海马和杏仁核是感觉体验转化为记忆的 关键部位。
学习与记忆的神经生物学
14
（二）杏仁核和学习记忆
（1）把感觉体验转化为记忆的另一关键部位。 （2）在记忆汇合过程中有重要作用。
学习与记忆的神经生物学
15
（三）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 头体参与认识记忆
1959年，美有一个21岁的雷达技师N.A.
（一）短时记忆的反响回路
（二）长时记忆的生化基础
（三）记忆痕迹的脑形态学基础
学习与记忆的神经生物学
19
（一）短时记忆的反响回路
证据
电休克处理对短时记忆的 影响
说明：
反响回路的概念对记忆痕 迹的保存提供了部分的回 答。
如果反复记忆，导致短时 记忆向长时记忆转化。
神经解剖学表明反响环 路确实存在
学习与记忆的神经生物学
27
“丰富化、贫乏化环境”养育实验
21天的大鼠分成三组，饲养在不同的生 活环境
丰富环
丰富环境
境
枯燥环境(即隔离环境)
标准饲养条件
结果：
丰富环境下：脑皮层较重较厚，特别在
枕区，而且皮层比脑其它区域增加的重 量，按比例计算较重，脑内神经元大,树
突分枝多，脑内乙酰胆碱脂酶和胆碱脂 酶 的 活 动 水 平 较 高 ， RNA/DNA 的 比 值 增高。
RNA假设
RNA的重要功能是合成蛋白质，RNA与长时记忆痕迹的关 系问题，自然包括含着蛋白质合成与记忆关系问题。即长时 记忆痕迹的形成，合成新的蛋白质是必需的。
学习与记忆的神经生物学
21
（三）记忆痕迹的脑形态学基础
1、突触前的变化包括突触小体的数目、大小 方面的变化，以及神经递质的合成、储存、 释放等环节。
学习与记忆的神经生物学
14
（二）杏仁核和学习记忆
（1）把感觉体验转化为记忆的另一关键部位。 （2）在记忆汇合过程中有重要作用。
学习与记忆的神经生物学
15
（三）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 头体参与认识记忆
1959年，美有一个21岁的雷达技师N.A.
（一）短时记忆的反响回路
（二）长时记忆的生化基础
（三）记忆痕迹的脑形态学基础
学习与记忆的神经生物学
19
（一）短时记忆的反响回路
证据
电休克处理对短时记忆的 影响
说明：
反响回路的概念对记忆痕 迹的保存提供了部分的回 答。
如果反复记忆，导致短时 记忆向长时记忆转化。
神经解剖学表明反响环 路确实存在
学习与记忆的神经生物学
27
“丰富化、贫乏化环境”养育实验
21天的大鼠分成三组，饲养在不同的生 活环境
丰富环
丰富环境
境
枯燥环境(即隔离环境)
标准饲养条件
结果：
丰富环境下：脑皮层较重较厚，特别在
枕区，而且皮层比脑其它区域增加的重 量，按比例计算较重，脑内神经元大,树
突分枝多，脑内乙酰胆碱脂酶和胆碱脂 酶 的 活 动 水 平 较 高 ， RNA/DNA 的 比 值 增高。
RNA假设
RNA的重要功能是合成蛋白质，RNA与长时记忆痕迹的关 系问题，自然包括含着蛋白质合成与记忆关系问题。即长时 记忆痕迹的形成，合成新的蛋白质是必需的。
学习与记忆的神经生物学
21
（三）记忆痕迹的脑形态学基础
1、突触前的变化包括突触小体的数目、大小 方面的变化，以及神经递质的合成、储存、 释放等环节。
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Gill muscle
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。
非联合性学习
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 敏感化(sensitization)
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。
非联合性学习
温和刺激
强ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ激
敏感化
敏感化发生
敏感化发生
敏感化发生
非联合性学习
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。
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
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
库，增加递质的释放。 3. 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。
补充概念：
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。
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5HT4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： 1. 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。 2. PKA/PKC通过使突触小泡从递质库移向活化区的可释放
非联合性学习
缩
腮
反
射
的
神 套膜板
经
回
路
喷水管
习惯化
24个感觉神经元
头
6个运动神经元
鳃 尾
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。
Siphon skin
Sensory neuron
习惯化机制
Motor neuron
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？
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。
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
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
Copyright 2001 by Allyn & Bacon
概念:
学习： 获得新知识或新技能的过程—
—经历使大脑产生了变化
记忆： 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：
Siphon
Sensory neuron
Shock
L29 Motor neuron
Gill muscle
Neuroscience
非联合性学习
敏感化
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5HT，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）
习惯化
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 敏感化(sensitization)
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。
机制：强直性刺激→突触前神经元内
Ca2+ 积累→突触前末梢持续释放 神经递质→突触后电位增强
Copyright 2001 by Allyn & Bacon
非联合性学习
敏感化
习惯化仅仅涉及一个反射 敏感化是一个反射回路的兴 回路中的各个神经元 奋对另一个反射回路的影响
Acquired or encoded 获得：感知
获得
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
巩固
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
再现
－－回忆过程
Copyright 2001 by Allyn & Bacon
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
Copyright 2001 by Allyn & Bacon
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
习惯化(habituation)