第24章 学习和记忆的分子机制

学习与记忆形成的分子机制研究学习与记忆一直是人类最为关注的问题之一。

在过去的几十年里，科学家们通过不断的研究，发现了很多关于学习与记忆形成的分子机制。

这些研究不仅为人类认识自身大脑提供了深刻的见解，也为治疗一些神经系统疾病提供了可靠的理论基础。

一、神经元突触可塑性神经元突触可塑性是学习与记忆形成的重要分子机制之一。

神经元是构成大脑神经网络的基本单位，它通常由一个细胞体和多个突起组成。

而突触是相邻神经元间的连接点，是神经元和神经元之间传递信息的站点。

突触可塑性指的是神经元和神经元之间连接点的结构和功能能够根据学习和经验发生改变。

例如，短期记忆发生时，突触连接变得更为敏感和强化，使得神经元可以更有效地传递信息，这种改变只是暂时的。

而长期记忆的形成需要突触连接的结构和功能发生长时间的改变。

二、激活蛋白除了神经元突触可塑性外，激活蛋白也是学习与记忆形成的重要分子机制之一。

学习和记忆的形成可以通过激活蛋白的合成和释放来实现。

在神经元内，激活蛋白主要包括cAMP反应元件结合蛋白（CREB）和脑源性神经营养因子（BDNF）。

当神经元被兴奋时，它们会释放cAMP，从而激活CREB和BDNF的产生。

这些蛋白质在学习和记忆的形成过程中起到关键作用。

三、线粒体功能线粒体是神经元内的重要细胞器，它们在控制细胞代谢和膜电位等方面具有重要作用。

近年来的研究表明，线粒体功能也与学习和记忆的形成有关。

神经元内的线粒体处于不断的运动和融合状态，并可调节细胞内的钙平衡。

学习和记忆的形成过程需要高能量水平的支持，线粒体通过维持正常的细胞代谢和提供充足的ATP能量来保证正常的大脑学习和记忆功能。

四、自噬自噬是一种维持细胞正常状态的重要机制，它能够清除过多的细胞垃圾和受损蛋白质。

研究表明，自噬在学习和记忆的形成过程中也发挥了非常重要的作用。

在神经元内，自噬过程可以清除突触上的垃圾和陈旧的蛋白质，从而为新突触的形成提供空间和基础。

此外，自噬还可以影响线粒体的数量和功能，从而控制能量水平，保证长期记忆的形成和维持。

细胞记忆和学习的分子机制细胞记忆是指细胞在生长、分化和发育过程中，对环境信号的一种长期持久的记忆。

学习则是指生物对外界刺激进行适应和形成记忆的过程。

最近的研究表明，细胞记忆和学习都是依赖于分子机制的。

一、细胞记忆与单细胞生物细胞记忆最初是在单细胞生物中被发现的。

由于单细胞生物只有一个细胞，所以其在环境适应和变化方面具有非常高的灵活性。

例如，草履虫在它的群体中会形成薄膜和管道，以便于它们在环境中寻找食物和避免捕食。

这些行为要求细胞能够感知到周围的信号，并且能够在记忆和学习的基础上形成适应性行为。

尽管单细胞生物通常只有一个细胞，但它们仍然能够保存和持久记忆。

例如，草履虫会在薄膜和管道的形成中保持旋转的方向，这个方向会持续数小时，这说明草履虫具有一定的细胞记忆。

二、细胞记忆与免疫系统细胞记忆也存在于免疫系统中。

在免疫系统中，记忆细胞会对曾经接触过的病原体或疫苗，形成长期的免疫记忆。

这些记忆细胞能够在再次接触到相同的病原体或疫苗时迅速应答，形成强大的免疫反应。

这说明记忆细胞具有长期的记忆能力，这在免疫系统中尤其重要。

三、学习和突触可塑性学习和突触可塑性密切相关。

突触可塑性是指神经元之间连接的能力随着时间和经验的变化而发生的持续性改变。

这些改变可以导致学习和记忆能力的增强。

突触可塑性是学习和记忆的生物学基础，其重要性已经得到广泛的认可。

突触可塑性可以分为长期强化和长期抑制，这取决于神经元之间的信号传递。

在长期强化过程中，突触后神经元的兴奋性增强，这可以导致学习和记忆能力的增强。

在长期抑制过程中，突触后神经元的兴奋性下降，这可以导致学习和记忆能力的减弱。

四、分子机制细胞记忆和学习的分子机制非常复杂，涉及到多种分子信号和途径。

其中，神经递质和突触后信号传递的作用非常重要。

美国的研究人员发现，在体内细胞内微小管的重新组装和重塑过程与分子记忆和学习有关。

微小管由蛋白质分子tubulin 连接而成，微小管易于重塑和重新组装。

学习与记忆的神经机制研究概况（讲座）韩太真（西安交通大学医学院生理教研室，陕西西安 710061）国际上曾把20世纪90年代的十年称为“脑的十年”，现在又把21世纪开始的时代称为脑科学时代。

脑作为一个特别复杂的超巨系统，正在吸引整个自然科学界越来越大的关注。

伴随着脑科学以空前的广度和深度发展的趋势，新思想、新概念、新技术不断引入本学科的研究中，使神经科学成为生命科学中的一个发展高峰。

学习与记忆(learning and memory)功能与语言、思维一样，同属于脑的高级功能，主要由脑的不同部位分别或联合完成。

在神经科学领域中，学习与记忆的研究历来受到高度重视。

因为学习与记忆能力不仅是人们获取知识与经验、改造世界的需要，而且也是保证人类生存质量的基本因素之一。

生理性增龄所带来的记忆能力的降低，伴随多种神经、精神疾病所出现的记忆障碍，都向神经科学家提出了一个必须解决的课题——学习与记忆的神经机制。

因为只有在阐明各种类型的学习记忆神经机制的基础上，才可能寻找到延缓及阻止增龄性记忆衰退的途径，也才有可能治疗和改善不同神经、精神疾患所带来的学习不能和记忆障碍。

从分子水平到整体水平（行为）各层次阐明学习和记忆及其他认知脑功能的机制，必将使脑研究取得重大突破。

一、关于学习与记忆机制的早期研究人类对脑功能的认识可以追溯到三千多年前。

据历史文献记载，那时已有关于脑损伤和脑部疾病症状的描述。

公元前600～400年，希腊的哲学家也已有关于灵魂、思想均依赖于脑的观点。

并在此后出现了关于心理、精神过程定位于脑室的“脑室定位学说”。

这一学说保持其统治地位长达一千多年。

19世纪是人类对脑和行为的认识发展最快的一个时期。

解剖学与心理学的最初结合是始于19世纪初期颅相学的出现，以维也那内科医生、神经解剖学家Gall为杰出代表，他们将不同的脑功能，包括心理、意识、思想、情感等均定位在脑的不同部位，并在颅骨外标记出来，形成颅骨图。

他们还进一步提出，每一功能的发展均可使其功能区域扩大，犹如锻炼可以使肌肉强健一般，从而形成了脑功能局部定位学说。

《生理心理学》教学大纲一、课程基本信息课程名称：生理心理学课程类别：专业基础课课程学分：＿____课程总学时：＿____授课对象：＿____二、课程性质与目标（一）课程性质生理心理学是心理学的重要基础学科之一，它以心身关系为基本命题，以实验研究为基本方法，试图阐明各种心理活动的生理机制。

通过本课程的学习，学生能够了解生理心理学的研究方法和基本理论，掌握大脑与心理活动之间的关系，为进一步学习心理学的其他分支学科打下坚实的基础。

（二）课程目标1、知识目标使学生掌握生理心理学的基本概念、研究方法和理论体系。

让学生了解神经系统的结构和功能，特别是大脑的结构和神经递质的作用。

帮助学生理解感觉、知觉、学习、记忆、情绪、语言等心理过程的生理机制。

2、能力目标培养学生运用生理心理学的知识和方法，分析和解决实际问题的能力。

提高学生的实验设计和数据分析能力，能够阅读和理解相关的科研文献。

3、素质目标培养学生的科学思维和创新精神，提高学生的科学素养。

增强学生对生命科学的尊重和对人类自身的认识，培养学生的人文关怀和社会责任感。

三、课程内容与要求（一）神经系统的结构与功能1、神经元的结构与功能神经元的形态和分类神经元的电生理特性神经递质的合成、释放和作用2、神经系统的解剖结构中枢神经系统（大脑、脊髓）外周神经系统（躯体神经系统、自主神经系统）3、大脑的结构与功能大脑皮层的分区和功能边缘系统的结构和功能基底神经节的结构和功能（二）感觉与知觉的生理机制1、视觉的生理机制视网膜的结构和功能视觉通路和视觉中枢颜色视觉的理论2、听觉的生理机制耳的结构和功能听觉通路和听觉中枢声音定位的机制3、躯体感觉的生理机制皮肤感觉的感受器和传导通路深部感觉的感受器和传导通路4、知觉的生理机制知觉的神经基础知觉的组织原则（三）学习与记忆的生理机制1、学习与记忆的分类陈述性记忆和非陈述性记忆短时记忆和长时记忆2、学习与记忆的神经基础海马在记忆中的作用新皮层在记忆中的作用神经递质与学习记忆3、学习与记忆的细胞和分子机制长时程增强（LTP）和长时程抑制（LTD）基因表达与学习记忆（四）情绪的生理机制1、情绪的分类和表现基本情绪和复合情绪情绪的外部表现和生理反应2、情绪的神经基础杏仁核在情绪中的作用下丘脑在情绪中的作用前额叶皮层在情绪中的作用3、情绪的神经化学机制单胺类神经递质与情绪神经肽与情绪（五）语言的生理机制1、语言的神经基础语言中枢的定位语言的单侧化优势2、语言的产生和理解语言产生的神经机制语言理解的神经机制（六）意识的生理机制1、意识的概念和特征意识的不同层次意识的主观体验和客观测量2、意识的神经基础大脑皮层的广泛激活与意识丘脑在意识中的作用四、教学方法与手段1、课堂讲授采用多媒体教学手段，结合图片、动画和视频等资料，讲解生理心理学的基本概念、理论和实验研究成果。

学习与记忆的机制简介出生那一刻开始，人无时无刻不在学习和技艺。

学习就是通过神经系统不断接受外界环境的刺激而获得新知识、新行为的过程，或者说是获得信息的过程。

学习预计一密切相关，人们储存、提取和再现获得的信息就是记忆。

通俗的讲，人们能够会想起以前曾经发生过的某种事情的思维能力就是记忆。

人脑中与学习和记忆有关的中枢有四个：运动语言中枢、感觉语言中枢、书写中枢及阅读中枢。

学习过程中说、听、读、写四个环节都是有着四个中枢完成的。

人的一生中可储存十多兆个信息单元，这是一个庞大的信息储存场所，它的储存记忆功能远远大于一台普通计算机的功能。

人类的记忆可以分成感觉性、短期、长期记忆。

感觉性记忆就是一种在脑内感觉回去留存时间很短的感觉信号。

如果这一信息未被利用，则在没1秒的时间内被代莱信息替代，例如听见一个陌生的电话号码，不经过特别注意和处置，这一信息很快消失。

用听而不闻一词去则表示这类记忆可能将就是确当的。

短期记忆又叫第一记忆。

这是指对少数事实、词语、数字等持续几秒钟到几分钟的记忆。

如在感觉记忆的基础上，重复强化这个电话号码，那么，短期内可记住它。

但当输入一个新信息时，就信息可能被替换。

长期记忆可以分成第二记忆和第三记忆，第二记忆可持续几分钟至纪念。

它就是在短期记忆的基础上多次重复拒绝接受和运用相同信息所产生的记忆。

它搜寻抽取信息(也就是回忆起)须要时间较长，一段时间不拒绝接受相同提振，信息难遗失(忘记)，例如记忆一个老同学的姓名。

第三记忆有很强的记忆痕迹。

这类记忆由于经年累月的反复刺激、反复运用，因而可持续终生，不被忘记，储存的信息可被随时迅速提出使用。

通常脱口而出的事物都属于第三记忆。

这类记忆的信息由简单的数码、字母、自己的名字、通用的词语及熟悉的环境和人物等等。

短期记忆通过多次、反反复复的信息重演、整理，可以获得稳固而转型为长期记忆。

人的大脑由两个半球体组成，左脑指挥身体右半部的活动，右脑指挥身体左半部的活动。