[拼音]:xuxie he jiyi

学习与记忆

学习是由反复的经验引起的一种更持久的行为改变。这种变化不是天生的，也不是暂时的。学习是一种神经系统的可塑性，是一个条件反射的过程。记忆是保留和回忆过去经历的能力，以及学习后行为变化的保留和储存能力。学习一词侧重于行为变化的获得，而记忆一词侧重于行为变化的维持和储存。但很难将两者区分开来，因为不学习就无法记住；没有记忆就无法学习。

学习记忆是大脑的高级神经活动，对其进行实验研究需要应用神经生理学、神经化学、神经药理学、神经解剖学、动物行为学、生理心理学等手段。大脑是物质世界高度进化的产物。对大脑功能(包括学习和记忆)的研究与生命起源和遗传规律一样，是当代生物科学的三大基本理论问题之一。

短期记忆和长期记忆

学习和记忆是通过身体的行为来衡量的。动物通常会接受某种训练，在一段时间后，对它们的记忆力进行测试。前者是指学习后几秒钟、几分钟或几小时的记忆；后者是持续数天、数周或更长时间的记忆。根据不同的实验条件，确定了时限的区别。短期记忆不巩固，容易受到某些强烈刺激，如低温、电击、麻醉和缺氧，但这些刺激不影响长期记忆。例如，在大鼠迷宫反应建立后，将大脑冷却至5，再加热一段时间后，大鼠仍能保持迷宫反应。但是，当大脑在训练后几分钟或立即冷却下来时，迷宫反应就消失了。

切除方法的研究

观察部分脑组织切除对已建立的学习反应的影响。或者观察手术对未训练动物学习效率的影响，确定切除的脑组织与学习记忆的关系，是研究学习记忆的基本方法。通过这种方式，K.S. Lashley发现了学习前后皮层切除对学习或保存的影响。他提出了两个互补的概念：

(2)等电位原理，即损伤效应不具有区域特异性，任何一个皮层区域都可以平等地完成迷宫学习。但此后的大量研究表明，大脑的某些部分比其他部分更参与学习和记忆。例如，通过观察前额叶切除对恒河猴延迟反应的影响，前额叶沟在空间记忆中的重要作用逐渐得到证实。两侧海马体切除患者的近期记忆丧失。病人记不住几分钟前和他们说过话的人的名字，而且他们没有时间。患者还患有中度退行性遗忘，越接近手术时间，回忆事件就越困难。但手术后心智能力保持正常，长期记忆和专业技能都没有受到影响。

在20世纪50年代末，临床采用局部麻醉在脑外科手术中给患者颞叶皮层的某一区域进行电刺激，可引起受试者回忆过去。刺激电流可以诱发复杂的心理活动，称为诱发回忆。观察者认为，在唤起回忆实验中，对颞叶的刺激会触发神经活动，产生“反馈”效应，将储存在大脑中的意识带回来。脑干的中央脑系统被认为是记忆储存和回忆的最后一个综合机制。此外，刺激深后中颞叶已被发现诱导可逆性健忘症患者。当受到刺激时，受试者不知道“他此刻在哪里”或“他认识的医生的名字”。这种现象被理解为由刺激引起的正常回忆机制的暂时瘫痪。

脑损伤实验确实表明，某些学习任务往往与大脑某些区域的损伤有关。术后保留的大脑皮层可在一定程度上补偿受损的皮质功能。脑损伤研究也可以区分容易和困难的学习任务。

基于猴子脑损伤实验，提出了以下记忆模型：刺激的编码表征存储在皮层的高级感觉区(关联区)，当这些区域被刺激激活时，皮层-边缘-丘脑-皮层回路也被触发。就像铭文机制或复述机制一样，这可能由两个平行的回路组成，一个由杏仁核和背核组成，另一个由海马体和丘脑前核组成。通过这些回路，储存在大脑皮层的刺激编码代表被认为传递了三个不同的记忆过程：识别记忆、回忆记忆和联想记忆。

与学习和记忆有关的电生理学研究

在学习过程中可以记录到各种形式的脑电图变化，如自发性休克、诱发电位和单位活动。然而，在训练过程中，感觉系统、运动、觉醒、动机和情绪也会受到影响，这使得分析学习与大脑电变化之间的相关性变得困难。在条件反应建立之前，刺激信号诱发定向反应，脑电图呈现广义皮层唤醒反应和诱发电位。皮层下结构(海马、杏仁核和网状结构)呈现节律性活动。没有强化的重复刺激消除了上述反应(习惯化)。如果刺激与强化相结合，反应就会再次出现并加剧。条件脑电图的出现通常先于行为条件反应的出现。在回归测试中，回归也比较晚。然而，脑电图变化与行为条件反应的形成之间是否存在内在关系尚不清楚。

在延迟反应期间，前额叶的许多电活动单元都发生了一定程度的变化。一些细胞的放电速率增加，而另一些细胞的放电速率降低。此外，在延迟期间，额叶沟中的细胞对左侧或右侧测试的反应不同。电生理实验证实了前额叶在记忆中的作用。

根据条件刺激引起的单位电活动潜伏期分析，下丘脑内侧前脑束神经细胞在行为改变前表现出学习电变化(细胞传递频率增加)。这些区域的细胞活动可能与学习有因果关系。研究与学习有关的细胞活动的主要目的之一是找到直接参与学习的细胞和神经回路。一些人反对这种关于学习的“连接板”观点。他们认为，在学习和训练过程中，大脑中许多细胞的分布模式发生了变化。这表明每个细胞接受多种训练效果。学习不是形成特定的神经回路，而是由大脑许多区域的相同活动模式来代表。

学习和记忆的细胞基础对无脊椎动物的研究

人类有近1000亿个脑细胞，很难研究行为的细胞生理基础。软体动物aemauna的腹神经节只有2000个神经元，这些细胞足够大，可以进行细胞水平的分析。刺激鱼的输水管道，引起鱼鳃收缩。控制鳃收缩的感觉神经元和运动神经元已被确定。反复给予无伤害的刺激，可使鳃萎缩反应逐渐减弱，甚至消失，称为“习惯化”，也可“习惯化”。在行为习惯化的同时，记录鳃运动神经元的电位。观察鳃收缩过程中运动神经元相对峰电位和膜电位的变化。习惯化是一个中枢过程，是由感觉神经元释放减少和运动神经元兴奋性突触电位变化引起的。习惯化和去习惯化是特定感觉和运动中枢兴奋性突触效应的变化。由此可见，习惯化的神经基础是神经回路的整合功能，而不是新的神经连接的产生。

学习和记忆的神经化学研究

据推测，训练会引发影响细胞释放的化学变化。这些变化可能导致突触前末端递质的增加或改变突触后受体的特性。这两种变化都需要RNA和蛋白质的合成。自20世纪60年代以来，人们对学习和训练过程中RNA和蛋白质合成的变化进行了许多研究。这方面的研究可分为相关研究和干扰研究。相关研究是观察动物在生理功能正常的情况下，学习后脑内生化物质的变化。通常采用放射性示踪元素作为掺入试验，测量掺入速度和分布，比较学习引起的某些大分子合成的变化。干扰研究是观察具有特定生化作用的药物对学习记忆的影响，从而推断学习记忆性质的变化。例如，注射蛋白质合成抑制剂会导致记忆障碍。其他常用的干扰记忆的因素包括RNA合成抑制剂、特定蛋白质抗体、神经递质激动剂和拮抗剂。

在大鼠和猴子中使用显微分光光度法，观察到训练可以诱导神经元RNA碱基组成的变化：腺嘌呤增加，尿嘧啶减少。这种碱基比值的变化主要发生在海马CA3区。新合成的RNA具有与细胞核相似的碱基比率。这种变化是否反映了学习的特殊性还有待证实。

采用放射自显影技术研究学习前后海马区RNA和蛋白质合成的特异性变化。研究发现，学习后海马各区域神经细胞中标记化合物的掺入量显著增加，而大脑其他部位没有变化。蛋白质合成增加也有两个高峰：

(1)学习后1小时内，可溶性蛋白合成主要增加；

(2)学习8小时后观察到不溶性蛋白增加。

在防御性金鱼实验中，当金鱼在训练前不久注射嘌呤霉素时，它们仍然完成了正常的学习，并表现出正常的短期记忆。但在学习一周后，记忆力明显受损。这表明这种药物会影响长期记忆。如果在学习后立即注射，嘌呤霉素也会在学习后一周内造成记忆破坏。然而，如果在学习6小时后进行测试，记忆仍然正常。研究还表明，注射嘌呤霉素后，大脑中的蛋白质合成立即受到显著抑制(超过90%)，持续至少6小时。这表明，长期记忆的形成取决于大脑中蛋白质的合成，而短期记忆的维持则独立于蛋白质的合成。

一般认为，在学习过程中或学习训练后，大脑会发生一定的化学代谢变化，这些变化具有相对特定的大脑位置、生化物质甚至行为。但对这些变化的神经生物学解释存在分歧。有人认为，经验是通过大脑中大分子的组成和结构进行化学编码的。这个想法导致了所谓的“记忆分子”的概念。大多数神经生理学家不支持这种观点。许多人假设记忆储存可能合成与突触传递长期激活相关的蛋白质，从而改变突触传递的效果。还有一种观点认为，代谢变化可能显示了学习所需的一般细胞激活。

大脑不同区域与学习和记忆之间的关系

除了大脑皮层的电刺激引起的回忆外，动物实验也表明，在学习测试后，通过大鼠额叶的电流(电极放置在两个耳廓上)可以导致退化性遗忘。电刺激对大脑皮层下部分区域(尾状核、黑质、海马、中脑网状结构、杏仁核等)的学习记忆效应进行了系统研究。例如，刺激中脑网状结构会干扰小鼠的短期记忆。在其他实验条件下，测试后刺激中脑网状结构和海马导致记忆保存改善而不是受损。此外，刺激诱导的记忆增强或破坏效应取决于动物在学习训练时的功能状态。例如，在训练后刺激杏仁核可以增强对低强度电击的记忆。杏仁核在受到高强度电击后，会产生防御反射，从而破坏记忆。刺激杏仁核最有效的区域是杏仁核的基底内侧核区。由此可见，电刺激与训练条件引起的生理过程之间存在着复杂的相互关系。

边缘系统与学习和记忆功能密切相关。人鼻中隔受伤后，病人难以用一般术语表达事物的特征。杏仁核被破坏后，改变的能力就会减弱。海马体结构与学习和记忆功能更密切相关：破坏海马体可以创造动物的操作性条件反射，但需要200到1000次或更多的训练来巩固它。杀死海马的动物能够培养或识别不同的反射模式，但需要更多的信号刺激，反应的准确性低于正常动物。在双门迷宫实验中，正常的动物通常会在两扇门中旋转进出，但在损伤了大鼠或猴子的海马后，动物顽固地只从一扇门进出，失去了正常的空间旋转反应。这些动物很难建立受时间间隔限制的反射。海马体的切除也未能产生条件延迟反射。从已经形成反射迟缓的动物身上移除海马体后，反射迟缓不再存在，但其他条件活动仍然存在。

海马破坏后，动物对周围刺激的定向反应增强，但社会行为、饮水、喂食、喂养幼畜等活动变化不显著。然而，当新的动机被重复时，反应很难平息。这使得动物失去了改变其对环境变化的反应的能力，并且无论主要和次要的外部刺激都以相同的格式做出反应。有人认为，在切除海马体的动物身上，“新”刺激永远不会变成“旧”刺激，因为动物失去了“记忆”的能力。但既定条件并没有消失。动物在学习过程中，特别是在学习初期，如果海马结构受损，条件反射就不容易建立。提示海马体结构参与条件反射的建立，特别是一些复杂“记忆”痕迹的保留与海马体活动有关。有可能在学习过程中，各种刺激在海马体中留下痕迹，然后通过海马体转移到长期记忆中。

在学习开始时，海马体中的突触数量有所增加。突触后膜密度的增加和乙酰胆碱含量的增加表明此时突触结构的活性增加。这些变化可能对短期和长期记忆痕迹的形成都很重要。海马神经元代谢物的变化，早期是大分子化合物的增加，核糖体的增加，然后是特定蛋白质和糖蛋白的形成。后者可能与“长期记忆”有关，两者对于形成记忆功能的痕迹都很重要。海马体的这些变化伴随着大脑皮层相应部位的类似变化，这是有道理的。因此，在细胞和分子水平上，海马结构与记忆的形成有关。

神经递质和内分泌对学习和记忆的调节作用

自20世纪70年代以来，人们对神经递质与学习记忆的关系进行了许多研究，但结果非常不一致。例如，儿茶酚胺拮抗剂会干扰学习和记忆，中枢兴奋剂会改善记忆；但也有相反的报道。此外，关于药物的生化和行为效应的研究很少。儿茶酚胺现在不被认为是记忆形成所必需的，但它在记忆调节中起着重要作用。促肾上腺皮质激素影响学习和储存，调节记忆保持。抗利尿激素可以防止正常动物条件反射的退化。小剂量的抗利尿激素或相关肽增强防御反射的分辨率，其作用已被证明与抗利尿激素的血管收缩和抗利尿作用无关。神经垂体激素分子中的共价环结构是影响学习行为的主要成分。

环境因素对学习和记忆的影响

外部环境对人和动物机体的影响可以看作是一种特殊的训练形式。经验和经历已被发现会引起大脑的形态变化，包括大脑重量、皮质厚度、树突分支的复杂性、树突棘的数量和突触大小的变化。但这些变化究竟是经历和经验的影响，还是记忆的神经基础，目前还不清楚。宠物老鼠比笼子里的老鼠学得快。复杂环境饲养的大鼠学习训练效率明显高于单调环境饲养的大鼠。复杂的环境改变了学习能力，也改变了大脑的形状和化学成分。克汀症(低学习能力)大鼠置于刺激环境5周后，其学习能力达到正常水平。此外，甲状腺功能减退引起脑细胞突触减少和皮质神经堆发育不全。在复杂的环境中，这些缺陷可以得到一定程度的恢复和改善。上述环境疗法的实验研究为临床治疗脑功能障碍提供了依据。

从进化的角度看学习和记忆

原生动物具有学习的最初特征。经过反复的机械刺激后，细胞内记录的电变化逐渐减少，这是一种原始的习惯化。扁虫具有两侧对称和突触神经系统，能够实现习惯化和联合学习。例如，涡虫可以形成光防御条件反应(光和电击的结合)。环节动物蚯蚓可以建立t形迷宫防御反射。有趣的是，当蚯蚓建立这种反射时，它们仍然可以通过切除头体的5个部分(包括头神经节)来维持已经建立的防御反射。未学习的动物在去除头神经节后仍有反射。这表明学习诱导的神经变化可能发生在头节以下的神经节。软体动物章鱼的大脑和眼睛更发达，学习能力更强，能更快地学会区分防御信号。昆虫的行为曾经被认为是天生的反射和本能，但研究表明，蜜蜂和蚂蚁都可以学习和巩固操作条件。

乌龟的智力一度被认为很低，但经过几十次训练测试后，它可以学会更复杂的迷宫反应。鱼类的大脑结构相对原始，但与爬行动物和两栖动物相比，鱼类的学习能力更接近于哺乳动物。

在生物进化过程中，人类的大脑花了大约10亿年的时间才形成。大脑皮层的发育始于1亿年前。据估计，100万年前，形成意识所必需的复杂神经回路。人脑有数百亿高度特化的神经细胞，每个细胞平均有几千个突触，构成了一个接收、传输、存储和整合信息的器官。

30多年前，学习和记忆主要是心理学研究的对象。目前，它已成为动物生理学研究的一个活跃领域和跨学科研究的边缘领域。研究人员渴望应用现代科学的新思想和新技术，并已开始进行一些尝试。问题是如何使学习记忆的实验研究方法和程序适应新技术的应用要求，如何提供必要的参数或模型。

A.J.Dunn，学习和记忆的神经化学：对最近数据的评价，心理学年度评论，年鉴公司，加利福尼亚，PaloAlto, 1980。