9. 学习与记忆的相关脑区【整理】 —— 认知神经科学系列文

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学习记忆是大脑最基本也是最重要的高级神经功能之一,一般认为,学习主要是指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的过程, 记忆是指获得的信息或经验在脑内贮存和提取(再现)的神经活动过程, 二者密切相关。记忆的生物学基础称之为记忆痕迹。学习记忆已经成为神经科学、心理学和精神病学领域的研究热点之一, 对其机制的理解将有助于神经科学家们探索脑的奥秘。大脑是如何执行如此复杂的过程的呢?是整个大脑都参与了学习记忆过程, 还是存在着一些与学习记忆相关的脑区?20 世纪著名的神经心理学家Lashiey 〔1〕认为脑内不存在记忆相关的特殊结构, 记忆痕迹是弥漫存在于脑内的, 记忆功能的受损程度受脑损害范围的影响大于受位置的影响。这个理论统治了神经科学领域近半个世纪。1957年,Scoviiie 〔2〕报道了一例因双侧内侧颞叶切除而造成严重的近期记忆丧失的病例, 神经科学家们开始相信不同的脑部结构在学习记忆中扮演着不同的角色。以后几十年里, “内侧颞叶记忆系统”的概念逐渐形成,其它一些脑区,如前额叶、杏仁核和Meynert基底核(Basainucieusof Meynert ,MBN)等也相继被证实参与了学习记忆过程,纹状体边缘区是舒斯云等在研究大鼠脑时在新纹状体内侧边缘发现的一个与学习记忆有关的新区。

1 内侧颞叶记忆系统:

内侧颞叶记忆系统由海马及相邻有关皮层组成, 包括内嗅皮层、外嗅皮层和海马旁回等。临床和实验研究都提示内侧颞叶系统的海马及其相关结构对学习记忆都十分重要。内侧颞叶系统结构的损害, 尤其是海马的损害, 无论在人、猴、鼠,都会造成逆行和顺行性遗忘。海马是内侧颞叶系统中与学习记忆最密切相关的结构,因此内侧颞叶记忆系统又称海马记忆系统。对海马有病变的大鼠的研究发现海马是正常的再认记忆的结构基础。可以假设大鼠的海马是认知图的焦点, 而认知图又在随着动物探索环境时的学习过程不断地更新。这种假说的证据来自于海马内位置细胞和锥体细胞的存在, 它们在大鼠处于某一特定环境时特异地激活。临床病例报告和神经影像学发现也证实海马参与了陈述性记忆的过程〔3〕。事件相关功能核磁共振研究也提示旁海马回在语言信号的正确提取过程中有明确的作用〔4〕。然而,这个记忆系统的作用只是暂时的。Zoia - Morgan和Sguire〔5〕发现海马受损的猴记忆近期学过的任务能力严重受损,但对远期学过的任务记忆的能力与正常猴相近。他们指出海马仅在学习的某一段时间对记忆的贮存是必须的, 这段时间过后,它在记忆过程中的作用就消退了, 更永久的记忆的形成不再依赖海马的存在, 而是在新皮层内形成。

2 前额叶皮层:

1970年后,前额叶皮层的学习记忆功能逐渐被人们所认识。前额叶皮层的3 个环路对行为有重要作用: 背外侧前额叶环路介导执行行为;眶额环路介导社会行为;而内侧额叶环路参与动机的形成。人和动物实验的研究都提示前额叶与工作记忆之间存在紧密的联系〔6,7〕。功能神经成像研究显示事件记忆的编码过程与左侧前额叶(BA,10,45,46,47)的激活有关,而记忆的提取则与右侧前额叶(BA,9,10,46)的激活有关〔8〕。前额叶的背外侧区是参与工作记忆的最重要的脑区〔9〕。

3 间脑:

间脑内的3个结构与颞叶有广泛联系并在记忆中起作用。它们包括下丘脑的乳头体,前丘脑和丘脑背内侧核。Korsakoff综合征病人因慢性酒精中毒, 硫胺(维生素B1)缺乏致背内侧核、乳头体和其它脑区的损害会产生严重的逆行和顺行性遗忘。顺行性遗忘的关键性部位包括乳头体、乳头体丘脑束和前丘脑。逆行性遗忘依赖于背内侧丘脑和前额叶之间环路的功能损害〔10〕。因此内侧颞叶系统和间脑结构之间的联系形成了脑记忆系统的一个组成部分。此外, 前额叶和包括海马、丘脑和小脑3 个部分的脑区之间的联系异常似乎也参与了精神分裂症病人的记忆障碍〔11〕。

4 杏仁核:

杏仁中央核的神经元的激活方式与恐惧反应的发展相关。杏仁核的病变会阻断动物或人新的条件恐惧反射的形成或旧的条件恐惧反射的表达。外科手术时电刺激人的杏仁核会产生恐惧和焦虑的感觉。杏仁核的功能联系的研究支持它在厌恶学习过程中起作用, 它会激活乙酰胆碱能注意系统、交感神经系统和促进加压素的释放〔12〕。杏仁核— ——海马联合损毁的猴学习记忆功能严重损害, 结果提示海马、杏仁核或两者同时都参与了记忆过程〔13〕。

5 小脑:

通过大量研究在经典的瞬目反射中的运动学习, 发现小脑在运动学习中起着至关重要的作用〔14〕。小脑的运动学习功能来自于平行纤维和蒲肯野细胞之间的长时程抑制, 当信号通过上升纤维来到蒲肯野细胞时,长时程抑制就被启动了〔15〕。

6 Meynert 基底核(MBN ):

神经病理学观察表明MBN是AIzheimer病(AD)肯定的损害,证实MBN参与了AD 的形成。AD 病人的MBN中神经元有44%~ 76%的损失,并且损失程度与发病年龄和死亡年龄呈负相关〔16〕。大鼠的实验研究结果也提示MBN神经元的退行性变导致散发AD病人其它脑组织病理改变的首要和决定性因素〔17〕。

7 纹状边缘区( MrD ):

纹状边缘区(MarginaIdivision of the striaIum,MrD)是舒斯云等在鼠〔18〕、猫、猴和人脑内新纹状体尾内侧发现的一个由梭形细胞组成的亚区。边缘区内有特殊的神经联系和大量在神经纤维、终末和神经元胞体内表达的神经递质, 这些特征把边缘区与纹状体内其它结构区别开来。三维重建显示边缘区为新纹状体和苍白球之间一扁平盘状结构。大鼠双侧边缘区化学性损毁后进行双盲Y 迷宫试验结果发现大鼠出现了严重的学习记忆功能障碍〔19〕,应用功能性核磁共振在人体活体试验也证明了边缘区的学习记忆功能〔20〕。化学诱导c - fos表达法观察到边缘区和海马、杏仁核和Meynert基底核之间有功能联系〔21〕。可以认为边缘区是哺乳动物脑内一个新发现的新纹状体内的特殊结构,可能在学习记忆的过程中起到重要的作用。综上所述,内侧颞叶记忆系统、前额叶、间脑、杏仁核、小脑、Meynert基底核及纹状体边缘区等脑区在不同的学习记忆类型中扮演着不同的角色, 它们之间的相互协调、相互影响可能在学习记忆过程中发挥着重要的作用。

参考文献:

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参考链接:
https://ghmicr.jnu.edu.cn/app_upload/file/20161123/20161123111769906990.pdf
https://wenku.baidu.com/view/4184e923192e45361066f5a0.html

20190227整理

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