1、感知、学习与记忆Wang Yihan王仪涵Sun Ye孙晔行为是指有动机、有目的的行动 认知认知过程由感知觉、思维、注过程由感知觉、思维、注意和记忆活动组成。意和记忆活动组成。感知、学习与记感知、学习与记忆是认知的主要组成部分。忆是认知的主要组成部分。行为是由感知觉激发，经大脑复杂行为是由感知觉激发，经大脑复杂整合后，通过随意运动实施的过程整合后，通过随意运动实施的过程 感知觉感知觉感受器感受器学习、记忆、思维、情感、精神等活动学习、记忆、思维、情感、精神等活动发动随意运动发动随意运动 行为行为一、感知觉一、感知觉二、学习记忆的细胞和分子机制二、学习记忆的细胞和分子机制与脑功能定位与脑功能定位
2、感知、学习与记忆感知、学习与记忆早期感知经验剥夺可导致社会行为发育障碍举例：狼孩孤儿院和监狱中哺养的孩子的社会行为比较孤立饲养的猴（一）感知觉的一般规律（一）感知觉的一般规律（二）视觉（二）视觉（三）痛觉（三）痛觉1.刺激强度(S)和感觉(I)的关系：I=K(S-S0)n2.感觉的空间辨别和对比图像和相邻部分的亮度比02.在这幅图中，你看见了什么？你看见的是男人的腿，还是女人的腿？三角长度幻觉：哪个颜色的线看起来更长？【解析】绿色线看起来比红色线长，虽然它们其实一样长3.感觉通路中的侧向抑制4.感觉的时间特性刺激的时程影响感觉强度视锥细胞视锥细胞视杆细胞视杆细胞双极双极细胞细胞节节细细胞胞视神
3、经视神经视网膜鼻侧半纤维交叉视网膜鼻侧半纤维交叉视网膜颞侧半纤维不交叉视网膜颞侧半纤维不交叉视视束束外侧膝状外侧膝状体核体核内囊后肢内囊后肢视辐射视辐射枕叶距状沟上、下方的皮质（枕叶距状沟上、下方的皮质（17区）区）视视交交叉叉视觉传导路视觉传导路1.感光与视网膜信息处理感光与视网膜信息处理2.视觉中枢的神经机制视觉中枢的神经机制3.感觉经验与视感知发育感觉经验与视感知发育老鼠视网膜：包含70多种神经元 观看视网膜合成图的大屏幕 美国编码人员和神经学家(罗伯特马克)正联手合作，绘制兔眼后面的每一个细胞的显微图像（1）视网膜感光换能机制）视网膜感光换能机制（2）视网膜细胞和突触组构）视网膜细胞和
4、突触组构（3）视网膜神经元回路信息传递）视网膜神经元回路信息传递（1）视网膜感光换能机制感受器细胞：感光换能（产生超级化型慢电位）感受器细胞：感光换能（产生超级化型慢电位）水平细胞水平细胞双极细胞双极细胞 通过局部电位的变化初步处理视觉信息通过局部电位的变化初步处理视觉信息无长突细胞无长突细胞神经节细胞：产生神经冲动（神经节细胞：产生神经冲动（AP）水平细胞根据对不同波长光刺激的反应不同分2类：亮度型（L型）：任何光刺激均为超级化反应色度型（C型）：双相（如绿色超极化，红色去极化）或三相反应（可见光两端超级化，中间去极化）双极细胞 根据对光刺激的反应不同分2类：撤光-中心双极细胞（OFF型）：
5、对中心光斑呈超级化反应，而对环形光刺激呈去极化反应的双极细胞。给光-中心双极细胞（ON型）：对中心光斑呈去级化反应，而对环形光刺激呈超极化反应的双极细胞。双极细胞的特性：其感受野呈中心-周围相拮抗的同心圆式构型，甚至表现出颜色拮抗的特性（如中心区红去绿超；周围区红超绿去）。v视觉感受野视觉感受野指能够引起某个视觉神经元发指能够引起某个视觉神经元发生反应的视网膜区域。视觉系统在处理图生反应的视网膜区域。视觉系统在处理图像信息时，可以通过对不同形式的感受野像信息时，可以通过对不同形式的感受野逐级进行抽提（只保留有用信息）。逐级进行抽提（只保留有用信息）。它显示的是5,500X倍率下兔的双极细胞。位
6、于图片右侧的是一个普遍存在、但是至今仍是个谜的无长突细胞，它看起来比其他细胞更亮 无长突细胞无长突细胞根据其对闪光的反应性质分根据其对闪光的反应性质分2类：类：瞬时型无长突细胞：给光、撤光都产生去极化反应瞬时型无长突细胞：给光、撤光都产生去极化反应持续型无长突细胞：有去极化反应和超级化反应持续型无长突细胞：有去极化反应和超级化反应2种种神经节细胞神经节细胞按其感受野中心区对闪光刺激反应的按其感受野中心区对闪光刺激反应的性质分为性质分为给光给光-中心细胞中心细胞和和撤光撤光-中心细胞中心细胞。给光给光-中心细胞中心细胞：感受野的中心区给予光照时发：感受野的中心区给予光照时发生反应，周围区光照时不
7、发生反应，但在撤光生反应，周围区光照时不发生反应，但在撤光时发生反应。时发生反应。撤光撤光-中心细胞中心细胞：感受野的周围区给予光照时发：感受野的周围区给予光照时发生反应，中心区光照时不发生反应，但在撤光生反应，中心区光照时不发生反应，但在撤光时发生反应。时发生反应。M()细胞细胞M神经节细胞和神经节细胞和P神经节细胞（短尾猿）神经节细胞（短尾猿）P()细胞细胞感受野大感受野大对延长的视觉刺激表现出瞬时反应对延长的视觉刺激表现出瞬时反应对空间对比度微小差别和运动敏感对空间对比度微小差别和运动敏感对波长选择性差，对颜色不敏感对波长选择性差，对颜色不敏感感受野小感受野小具有高空间分辨率，对延长的具
8、有高空间分辨率，对延长的视觉刺激表现出持续的反应视觉刺激表现出持续的反应对波长有选择性，对颜色敏感对波长有选择性，对颜色敏感01.这幅图片是一个gif动画，闪烁的点实际上是紫色的，可是只要你盯着中间的十字架专注地看，很快你就会发现，那个闪烁的点变成了绿色的。（3）视网膜神经元回路信息传递）视网膜神经元回路信息传递R：光感受器细胞：光感受器细胞B：双极细胞：双极细胞H：水平细胞（空间）：水平细胞（空间）A：无长突细胞（时间）：无长突细胞（时间）G：神经节细胞：神经节细胞重要神经递质：重要神经递质：谷氨酸、谷氨酸、-氨基丁酸氨基丁酸2.视觉中枢的神经机制视觉中枢的神经机制（1）中枢视觉通路（视网膜
9、）中枢视觉通路（视网膜-丘脑丘脑-大脑皮层）大脑皮层）-大细胞通路和小细胞通路大细胞通路和小细胞通路大细胞通路大细胞通路视网膜视网膜型神经节细胞型神经节细胞外膝状体大细胞（外膝状体大细胞（M层）层）V1的的 4CV2V5（MT）V3V24B静态的没有循环帧的gif图片 你看到的这些静止的图片是不是在动呢？据心理医生说，图片与心理承受力有关，你的心理承受力越强，图片运动越慢。美国曾经以此作为犯罪嫌疑人的心理测试，据说犯罪嫌疑人看到的图片是高速运动的。小细胞通路小细胞通路视网膜视网膜型神经节细胞型神经节细胞外膝状体小细胞（外膝状体小细胞（P层）层）V4V1的的 4C V1的的 2、3层斑点层斑点V
10、1的的 2、3层斑点间层斑点间V2埃斯切尔的不可能的盒子：比利时艺术家马瑟黑梅克，从荷兰平面造型艺术家M.C.的一幅画中吸取灵感，创造了一个不可能存在的盒子的实物模型视觉系统的两个功能子系统1、枕-颞通路（what系统）负责物体是什么的信息。由V1-V2-V3-V4-颞下回（IT）区，实现物体方位、长度、宽度、空间频率和色调等信息的加工。因而又称物体知觉。2、枕-顶通路（Where系统）负责物体在哪里的信息。（1）由V1-V2-V3-颞上沟尾侧后沿和颞中回（MT）区，由MT区对物体在空间中的相对位置以及物体运动信息进行加工。（2）MT区将物体空间知觉与物体运动信息加工后，继续传向颞上沟内沿（M
11、ST）区和颞上沟底区（FST），对更大范围的物体空间关系和相对运动产生知觉，且将三维空间关系转换为二维图像进行信息压缩。（3）MST、FST区信息继续传向顶叶（物体运动知觉与空间知觉的高级中枢），由此多模式细胞形成复杂的综合知觉。V1：纹状皮层（17区）V2：第2视区 MST：内侧上颞区 MT：中央颞区（2）外膝体神经元的感受野）外膝体神经元的感受野 主要：同心圆或中心主要：同心圆或中心-周围拮抗构型周围拮抗构型 也存在对一定朝向刺激呈现更强反应也存在对一定朝向刺激呈现更强反应的非严格同心圆构型的非严格同心圆构型（3）初级视皮质神经元的感受野组构及反）初级视皮质神经元的感受野组构及反应特性应特
12、性感受野组构：感受野组构：同心圆对称型；左同心圆对称型；左-右排列型；右排列型；长方形长方形v皮层细胞：由简单型、复杂型、超复杂型三类细皮层细胞：由简单型、复杂型、超复杂型三类细胞，与外侧膝状体形成对应关系。在一级区实现胞，与外侧膝状体形成对应关系。在一级区实现对光刺激的初步分析（直线特征），在二级区实对光刺激的初步分析（直线特征），在二级区实现对光刺激的整合（图形特征）现对光刺激的整合（图形特征）简单细胞简单细胞：只分布在初级视皮层。由一系列外侧：只分布在初级视皮层。由一系列外侧膝状体细胞会聚到同一皮层简单细胞上，形成了膝状体细胞会聚到同一皮层简单细胞上，形成了皮层细胞左皮层细胞左-右排列、
13、平行带状的感受野，对光棒右排列、平行带状的感受野，对光棒或直线敏感。在此，整合外侧膝状体输入的信息，或直线敏感。在此，整合外侧膝状体输入的信息，并对直线作出反应。并对直线作出反应。不同细胞的反应及特性不同细胞的反应及特性简单细胞的特性：简单细胞的特性：1.具有最佳朝向具有最佳朝向最佳朝向最佳朝向：当一条给或者撤光区朝向相同的光带（暗：当一条给或者撤光区朝向相同的光带（暗带），落在感受野的特定位置时，能诱发最强的反带），落在感受野的特定位置时，能诱发最强的反应，这一朝向称为最佳朝向。最佳朝向说明皮层细应，这一朝向称为最佳朝向。最佳朝向说明皮层细胞可以将感受野中某一特定位置的线段刺激的信息胞可以将
14、感受野中某一特定位置的线段刺激的信息抽提出来。抽提出来。2.具有最佳运动速度具有最佳运动速度3.感受野中兴奋区和抑制区的反应总和基本接近感受野中兴奋区和抑制区的反应总和基本接近 用小光点可以测定，对大面积的弥散光无反应用小光点可以测定，对大面积的弥散光无反应v复杂型与超复杂型复杂型与超复杂型：存在于：存在于V1、V2区，区，感受野大，且为长方形，没有清晰的感受野大，且为长方形，没有清晰的给光区和撤光区。可以感知图形的边给光区和撤光区。可以感知图形的边角或运动。具有朝向柱或方位柱角或运动。具有朝向柱或方位柱（orientation column）朝向柱朝向柱（方位柱）：皮质中以垂直方向（方位柱）
15、：皮质中以垂直方向分隔，具有恒定感受野朝向的区域。分隔，具有恒定感受野朝向的区域。复杂细胞柱子是圆的还是方的?（4）皮质细胞的双眼性与眼优势柱）皮质细胞的双眼性与眼优势柱双眼性双眼性：感受野严格对称、最佳朝向相同、两眼的：感受野严格对称、最佳朝向相同、两眼的信号相互重叠的特性称为双眼性，双眼性是双眼视信号相互重叠的特性称为双眼性，双眼性是双眼视觉的基础。觉的基础。眼优势和眼优势柱眼优势和眼优势柱：一个刺激在两眼所引起的反应：一个刺激在两眼所引起的反应，往往是一只眼（左或右，因细胞而异）占优势，往往是一只眼（左或右，因细胞而异）占优势，占优势的眼产生的放电频率比另一只眼高，称为占优势的眼产生的放
16、电频率比另一只眼高，称为眼眼优势优势。与眼优势相关的、终止于初级视皮质、相互。与眼优势相关的、终止于初级视皮质、相互间隔的柱状或条索状区域，称为间隔的柱状或条索状区域，称为眼优势柱眼优势柱。它由双。它由双眼至皮质的传入纤维组成。与朝向柱独立存在。眼至皮质的传入纤维组成。与朝向柱独立存在。v超柱（超柱（hypercolumn）：视皮质中即有朝向柱又：视皮质中即有朝向柱又有眼优势柱的基本功能单位。一个超柱包含一组有眼优势柱的基本功能单位。一个超柱包含一组对各种朝向有反应的朝向片（一套朝向柱）、一对各种朝向有反应的朝向片（一套朝向柱）、一组左、右眼的眼优势柱和若干处理颜色信息的小组左、右眼的眼优势柱
17、和若干处理颜色信息的小杆。能对接受的信号进行新一轮的分析、整合，杆。能对接受的信号进行新一轮的分析、整合，并将处理结果输至脑的有关区域。并将处理结果输至脑的有关区域。功能柱 功能柱与视觉信息特征提取理论功能柱与视觉信息特征提取理论 认为对视野空间内各种视觉特征所形成的感觉，主要以初级视皮层的功能柱为基础。形成了两类功能柱理论：v1、特征提取功能柱、特征提取功能柱v（1）观点：v认为分别由不同类的视觉特征功能柱完成对各种特征信息的提取。v颜色柱：完成颜色特征提取；v眼优势柱和方位柱：完成对边界线、边角的位置、出现的方向与运动方向等进行特征提取。v（2）缺陷v对千变万化的外部世界需要许多类特征功能
18、柱。v2、空间频率柱、空间频率柱认为每个神经元敏感的空间频率不同。皮层神经元按其发生最大反应的频率不同，分成许多功能柱，称为空间频率柱。（6）人视觉的脑功能定位）人视觉的脑功能定位腹侧的枕、额区腹侧的枕、额区：颜色、形状、纹理等特征的知觉：颜色、形状、纹理等特征的知觉和物体的识别和物体的识别枕叶的背侧和顶叶皮质枕叶的背侧和顶叶皮质：空间和运动知觉：空间和运动知觉其它区域：其它区域：枕叶外侧部的特殊视觉功能区（枕叶外侧部的特殊视觉功能区（LO）：对特殊的照）：对特殊的照片、图片刺激反应，且对熟悉程度不同的刺激物片、图片刺激反应，且对熟悉程度不同的刺激物有差异有差异腹侧额叶：识别面孔。辨别面孔的性
19、别（后部）；腹侧额叶：识别面孔。辨别面孔的性别（后部）；辨别某张具体的脸（前部）。辨别某张具体的脸（前部）。左侧纹外皮质的内侧部：感知文字左侧纹外皮质的内侧部：感知文字v1、由、由3个层次不同的视中枢完成个层次不同的视中枢完成v低级中枢：视网膜内的神经节细胞低级中枢：视网膜内的神经节细胞v中级中枢：外侧膝状体中级中枢：外侧膝状体v高级中枢：视皮层高级中枢：视皮层v2、两级投射、两级投射v一级：双眼鼻侧交叉，投射至外侧膝状体一级：双眼鼻侧交叉，投射至外侧膝状体1、4、6层细胞，颞层细胞，颞侧不交叉投射至外侧膝状体侧不交叉投射至外侧膝状体2、3、5层细胞。层细胞。v二级：外侧膝状体投射至初级视皮层
20、二级：外侧膝状体投射至初级视皮层v3、两条通路、两条通路v大细胞通路（大细胞通路（M通路）：空间和运动识别通路）：空间和运动识别v小细胞通路（小细胞通路（P通路）：物体辨认通路）：物体辨认3.感觉经验与视感知发育感觉经验与视感知发育（1）视感知的发育需要感觉经验）视感知的发育需要感觉经验眼剥夺眼剥夺皮质盲皮质盲关键期：猴（前关键期：猴（前3-6个月）；猫（前个月）；猫（前3-6周）周）提示：先天性白内障手术的最佳时间提示：先天性白内障手术的最佳时间婴儿期婴儿期3.感觉经验与视感知发育感觉经验与视感知发育（2）视感知的发育需要感觉经验的机制）视感知的发育需要感觉经验的机制 -视皮质眼优势柱和方位
21、柱视皮质眼优势柱和方位柱实验实验1：新生猴单眼视剥夺：新生猴单眼视剥夺眼优势柱图形紊乱（被眼优势柱图形紊乱（被剥夺眼面积小；对侧眼大）剥夺眼面积小；对侧眼大）实验实验2：关键期猫双眼视剥夺：关键期猫双眼视剥夺方位柱衰退方位柱衰退-优势柱和方位柱的优势柱和方位柱的维持和可塑性需要视觉经验维持和可塑性需要视觉经验nociceptornociceptorA nerveC nervespinothalamicpathwayto reticularformationreticular formationspinothalamicpathwaythalamussomato-sensorycortex炎症和
22、神经病理痛的病理条件下出现炎症和神经病理痛的病理条件下出现痛觉过敏（痛觉过敏（hyperalgesia）：对伤害性刺激的敏感性明：对伤害性刺激的敏感性明显增强的现象。是由于外周伤害性感受器以及中枢显增强的现象。是由于外周伤害性感受器以及中枢敏感化的结果。敏感化的结果。触诱发痛（触诱发痛（allodynia）：生理状态下原本不能引起痛：生理状态下原本不能引起痛觉的刺激如轻触所诱发的疼痛。与低阈值机械感受觉的刺激如轻触所诱发的疼痛。与低阈值机械感受器诱发的感觉模式（由触到痛）的变化相关，发生器诱发的感觉模式（由触到痛）的变化相关，发生在非损伤区。在非损伤区。2.伤害性感受器的激活与致敏伤害性感受器
23、的激活与致敏（1）致痛物质及伤害性感受器的激活致敏）致痛物质及伤害性感受器的激活致敏（2）伤害性感受器的致敏与抗痛）伤害性感受器的致敏与抗痛缓激肽的致痛敏作用机制缓激肽的致痛敏作用机制控制伤害性初级神经元兴奋性的细胞内机制控制伤害性初级神经元兴奋性的细胞内机制阿片受体（阿片受体（、阿片受体亚型阿片受体亚型）Gi/o K+；Ca2+、Na+；SP释放释放 传入神经末梢兴奋性传入神经末梢兴奋性 抗痛抗痛伤害性感受器的抗痛机制伤害性感受器的抗痛机制nociceptornociceptorA nerveC nervespinothalamicpathwayto reticularformationCA
24、TSGA、C激活激活T细胞细胞A兴奋兴奋SG细胞细胞C抑制抑制SG细胞细胞C纤维的紧张性活动使阀门打开纤维的紧张性活动使阀门打开CATSGC纤维的紧张性活动使阀门打开纤维的紧张性活动使阀门打开A-DELTAA-BETACTO BRAIN+_ _+0Enhanced postsynaptic effects by NMDA-receptor sensitizationTonic activity in C nociceptorsA-DELTAA-BETATO BRAIN+_ _+0+C阀门控制学说（补充）阀门控制学说（补充）“Wind up”现象：用兴奋现象：用兴奋C纤维的阈上强度纤维的阈上强度
25、、反复刺激外周初级感觉神经干或末梢，导、反复刺激外周初级感觉神经干或末梢，导致脊髓的神经元对刺激的反应越来越强的现致脊髓的神经元对刺激的反应越来越强的现象，也称象，也称“紧发条紧发条”现象。该现象是神经元现象。该现象是神经元去极化总和的结果，与谷氨酸和去极化总和的结果，与谷氨酸和P物质（物质（SP）的同时释放以及）的同时释放以及NMDA受体相关。受体相关。Reproduced with permission from Mao J,et al.Pain.1995;61:361.基本概念：基本概念：视觉感受野；最佳朝向；朝向柱；眼优势和眼优势视觉感受野；最佳朝向；朝向柱；眼优势和眼优势柱；柱；超柱
26、；超柱；痛觉过敏；触诱发痛痛觉过敏；触诱发痛问题：问题：1.双极细胞和神经节细胞的分类、特点双极细胞和神经节细胞的分类、特点一、感知觉一、感知觉（一）学习记忆的分类学习记忆的分类（二）细胞和分子机制（二）细胞和分子机制（三）脑功能定位（三）脑功能定位v学习：学习：v记忆：记忆：获得新知识或新技能的过程获得新知识或新技能的过程经历使大脑产生了变化经历使大脑产生了变化将这种知识或技能编码，储存将这种知识或技能编码，储存以及随后读出的过程以及随后读出的过程大脑大脑在一段时间内保持了这种变化在一段时间内保持了这种变化 非联合性学习非联合性学习 联合性学习联合性学习习惯化习惯化敏感化敏感化经典条件反射经
27、典条件反射操纵式条件反射操纵式条件反射n非联合型学习非联合型学习（nonassociative）：是人和动物受到一次或多次单一刺激后是人和动物受到一次或多次单一刺激后形成的，并不需要将两个刺激联系起来。形成的，并不需要将两个刺激联系起来。习惯化（习惯化（habituation）敏感化（敏感化（sensitization）习惯化习惯化：是指人和动物：是指人和动物逐渐降低对某一反复出现逐渐降低对某一反复出现的温和刺激的反应。的温和刺激的反应。示例：对某些气味，噪音等习惯化示例：对某些气味，噪音等习惯化形成条件：非伤害性（温和）刺激，形成条件：非伤害性（温和）刺激，既无益也无害，多次连续出现。既无益
28、也无害，多次连续出现。存储部位存储部位:三个突触部位三个突触部位意义：学会辨认生活中对机体没有生意义：学会辨认生活中对机体没有生物学意义刺激，忽略该刺激的存在而保物学意义刺激，忽略该刺激的存在而保留有明确意义的信息。留有明确意义的信息。敏感化：敏感化：指人和动物受到某种强烈的或伤指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性增强。害性刺激后对其他刺激的反应性增强。示例：示例：轻触烫伤周围区轻触烫伤周围区形成条件：与联合性的条件反射不同，形成条件：与联合性的条件反射不同，它不依赖于强弱刺激间的配对，也不需它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，因而也称假要建立强弱刺激
29、间的联系，因而也称假性条件化。性条件化。意义：要求动物学会注意某一刺激，意义：要求动物学会注意某一刺激，因为它伴随有可能的疼痛或危险的后果。因为它伴随有可能的疼痛或危险的后果。n联合型学习联合型学习（associative）：两个刺激或刺激与行为之间发生联系两个刺激或刺激与行为之间发生联系 经典条件反射（经典条件反射（classical conditioning）操作式条件反射（操作式条件反射（operant conditioning）经典条件反射经典条件反射条件刺激（条件刺激（CS）：铃声）：铃声（conditioned stimulus）非条件刺激（非条件刺激（US）：食物）：食物（unc
30、onditioned stimulus）经典条件反射经典条件反射CS（铃声）（铃声）不引起唾液分泌不引起唾液分泌US（食物）（食物）引起唾液分泌引起唾液分泌CS+US经过一定时间的训练（学习）后，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。这便引发出一种新的反应叫条件反应。这时时CS预示着预示着US即将到来。即将到来。“望梅止渴望梅止渴”：不是先天就有的，是出生后在特定不是先天就有的，是出生后在特定的环境和情况下形成的。的环境和情况下形成的。经典条件反射经典条件反射消退消退 (extinction)(extinction)：v建立了条件反射后，如果非条件刺激反建立了条件反
31、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。件反射会逐渐减弱直至消失。v消退并不是遗忘。消退是一个新的学习消退并不是遗忘。消退是一个新的学习过程。过程。v消退所学习的是条件刺激预示着非条件消退所学习的是条件刺激预示着非条件刺激不再到来。刺激不再到来。经典条件反射经典条件反射操作式条件反射操作式条件反射操作：压杠杆操作：压杠杆强化刺激：食物强化刺激：食物联系联系压杠杆的频率：饥饿程度压杠杆的频率：饥饿程度奖励驯兽表演，驯兽员能让驯兽表演，驯兽员能让动物作出规定的动作。动物作出规定的动作。操作条件反射操作条件反射也可以用伤害性
32、刺激（电击）建立操作也可以用伤害性刺激（电击）建立操作性条件反射：性条件反射：压杠杆时断电目前操作性条件反射已被广泛应用于对目前操作性条件反射已被广泛应用于对动机行为的研究动机行为的研究经典条件反射和操作条件反射的经典条件反射和操作条件反射的建立遵循相似的原则建立遵循相似的原则刺激的同步性：刺激的同步性：经典：经典：US必须紧跟必须紧跟CS 操作：强化刺激必须紧跟操作操作：强化刺激必须紧跟操作卡尔森卡尔森生于生于1923年年在瑞典哥德堡在瑞典哥德堡大学药理学系大学药理学系（DA）格林加德格林加德生于生于1925年年在美国纽约洛克菲在美国纽约洛克菲勒大学分子和细胞勒大学分子和细胞神经学实验室神经
33、学实验室坎德尔坎德尔生于生于1929年年在美国纽约哥伦比在美国纽约哥伦比亚大学神经生物学亚大学神经生物学和行为学中心和行为学中心The Nobel Prize in Physiology or Medicine 20001.海兔缩鳃反射习惯化与敏感化的细胞和分子机制（1）海兔缩鳃反射习惯化（2）习惯化的细胞及 分子（突触）机制（3）敏感化的细胞及 分子（突触）机制海兔：神经系统组成和环路简单神经元：105个，腹神经节：2000个防御性反射相关组成：尾、鳃、喷水管习惯化：反复温和刺激，尾、鳃、喷水管等反射逐渐减弱或消失的现象SiphonGillSensory neuronSiphon skinM
34、otor neuronGill muscle短时短时缩鳃反射习惯化的细胞分子机制缩鳃反射习惯化的细胞分子机制机制：机制：1.突触前膜上突触前膜上N型钙通型钙通道失活，钙内流减少，道失活，钙内流减少，使递质释放减少，使递质释放减少，2.习惯化使可动员的突习惯化使可动员的突触小泡减少，导致递质触小泡减少，导致递质释放减少，释放减少，Glu EPSP 长时长时缩鳃反射习惯化的细胞分子机制缩鳃反射习惯化的细胞分子机制伴随感觉神经元结构的改变伴随感觉神经元结构的改变（3）缩鳃反射缩鳃反射敏感化敏感化的细胞机制的细胞机制 海兔缩鳃敏感化现象海兔缩鳃敏感化现象:当海兔尾部受到一个伤害性电刺激后，对当海兔尾部
35、受到一个伤害性电刺激后，对喷水管一个温和的触觉刺激会引起鳃和喷喷水管一个温和的触觉刺激会引起鳃和喷水管过于强烈的收缩，即产生敏感化，并水管过于强烈的收缩，即产生敏感化，并能维持一定的时间（数分钟能维持一定的时间（数分钟 数周）数周）SiphonGill缩鳃反射敏感化的细胞分子机制缩鳃反射敏感化的细胞分子机制SiphonSensoryneuronMotorneuronGill muscleL29ShockATPcAMPAdenylylcyclasePKA PKA POPO4 4PKA缩鳃反射敏感化的细胞机制：尾部的刺激通过影响中间神经元，而增强缩鳃反射回路中感觉神经元与其它神经元的突触联系。敏感
36、化是一个反射回路的兴奋对另一个反射回路的影响本质：本质：中间神经元释放中间神经元释放5-HT，经一系列步骤使突，经一系列步骤使突触传递效能增加。触传递效能增加。短期敏感化的机制短期敏感化的机制ATPcAMPCa2+内流内流DAGPKC 习惯化习惯化 敏感化敏感化刺激强度：刺激强度：非伤害性非伤害性 伤害性伤害性 反应强度：反应强度：逐渐减弱逐渐减弱 增强增强突触递质：突触递质：Glu 5-HT 神经环路神经环路:一个环路一个环路 两个环路两个环路意意 义：义：过滤无关刺激过滤无关刺激 注意某一刺激注意某一刺激电刺激尾部（电刺激尾部（US）刺激炉架（刺激炉架（CS）但是但是US必须紧跟必须紧跟C
37、S（0.5s）才能建）才能建立经典的条件反射。立经典的条件反射。2.海兔缩鳃反射性经典条件反射的分子机制海兔缩鳃反射性经典条件反射的分子机制 分子机制分子机制Ca2+内流内流在在CS下下Ca2+由动作电由动作电位进入感觉神经元，位进入感觉神经元，与与CaM结合活化结合活化AC。当当CS结合结合US后可进后可进一步增强一步增强AC的活化，的活化，产生更多的产生更多的cAMP。cAMP-PKA途径在途径在经典条件反射中起经典条件反射中起着重要的作用着重要的作用3.长时敏感化与突触持续增强的分子机制长时敏感化与突触持续增强的分子机制短时敏感化：中间神经元释放短时敏感化：中间神经元释放5-HT，通过，
38、通过cAMP-PKA途径，使感觉神经元递质释放途径，使感觉神经元递质释放增加而致敏感化。增加而致敏感化。长时敏感化：中间神经元反复释放长时敏感化：中间神经元反复释放5-HT，PKA持续激活，入核后活化多种转录因子，持续激活，入核后活化多种转录因子，启动基因转录，合成新蛋白形成长时敏感启动基因转录，合成新蛋白形成长时敏感化。化。4.陈述记忆的分子机制陈述记忆的分子机制-海马早期海马早期LTPLTP：1973年年Bliss等首次发现。等首次发现。高频重复刺激后，在突触后神经元快速形高频重复刺激后，在突触后神经元快速形成的、持续时间较长的成的、持续时间较长的EPSP增强（潜伏期缩增强（潜伏期缩短、振
39、幅增高、斜率加大）。该现象可持续的短、振幅增高、斜率加大）。该现象可持续的时间长达几小时时间长达几小时-几周。这种持续电刺激引起的几周。这种持续电刺激引起的突触后神经元的长时程易化称为突触后神经元的长时程易化称为长时程增强长时程增强（long term potentiation,LTP）。）。LTP的形成必的形成必须依赖于高频须依赖于高频刺激。刺激。或者说或者说LTP的的形成需要形成需要CA3和和CA1同步活同步活动。动。海马海马CA3和和CA1锥体细胞间的联系锥体细胞间的联系是以是以Glu为神经递质的。为神经递质的。突触后膜上有突触后膜上有NMDA和非和非NMDA受受体共存。体共存。正常突触
40、传递时正常突触传递时Glu与非与非NMDA受体受体结合。结合。NMDAR是配体门控的是配体门控的Na+/K+和和Ca2+通道通道NMDA可激活通道开放；可激活通道开放；Na+、Ca2+内流，内流，K+外流；外流；双重调节；双重调节；NMDAR上有很多调制位点；上有很多调制位点；参与兴奋性突触传递的参与兴奋性突触传递的LTP；CA3和和CA1同同步放电时步放电时Glu与与NMDA受体结合受体结合Ca2+进入胞内。进入胞内。Ca2+/CaM磷酸磷酸化非化非NMDA受体，受体，增加其对增加其对Glu的的敏感性敏感性释放逆行信使释放逆行信使NO，使，使Glu释放释放增加。增加。NMDA受体和受体和Ca
41、2+/CaM依赖性激酶是诱依赖性激酶是诱导导LTP的关键。的关键。基因敲除基因敲除CA1区的区的NMDA受体不能诱导受体不能诱导LTP，小鼠学习记忆受损。，小鼠学习记忆受损。通过转基因技术表达过量的通过转基因技术表达过量的NMDA受体，受体，小鼠变的更聪明。小鼠变的更聪明。晚期晚期LTP的分子机制的分子机制晚期晚期LTP：持续：持续24小时以上的小时以上的LTP。通过通过cAMP-PKA-MAP激酶激酶-CREB-1信信息转导途径，依赖息转导途径，依赖mRNA和新蛋白质的和新蛋白质的合成。合成。形态学：形态学：CA3和和CA1细胞间有新突触的细胞间有新突触的生长。生长。早期早期LTP 晚期晚期
42、LTP 一个刺激串一个刺激串 4个或多个刺激串个或多个刺激串 1-3小时小时 24小时以上小时以上不需新蛋白质的合成不需新蛋白质的合成 需要需要基本概念：基本概念：习惯化；敏感化；长时程增强（习惯化；敏感化；长时程增强（LTP）问题：问题：1.短时习惯化和敏感化的细胞分子机制短时习惯化和敏感化的细胞分子机制海马早期海马早期LTP的突触机制的突触机制n刺激喷水管皮肤，感觉神经元兴奋，使运刺激喷水管皮肤，感觉神经元兴奋，使运动神经元和中间神经元产生兴奋性突触后动神经元和中间神经元产生兴奋性突触后电位，经时间和空间总合使运动神经元放电位，经时间和空间总合使运动神经元放电而缩鳃。电而缩鳃。n多次重复刺
43、激，则感觉、运动和中间神经多次重复刺激，则感觉、运动和中间神经元的突触后电位逐渐减小，缩鳃动作减弱元的突触后电位逐渐减小，缩鳃动作减弱以至不再有行为反应，并保持一段时间。以至不再有行为反应，并保持一段时间。分散储存于整个反射回路的许多部位：感分散储存于整个反射回路的许多部位：感觉与运动，感觉与中间，中间与运动神经觉与运动，感觉与中间，中间与运动神经元部位。元部位。Perforant path：从前穿质到齿状回（：从前穿质到齿状回（DG）Mossy fiber path：从：从DG到到CA3Shaffer collateral：从：从CA3到到CA1Hippocampus3个个TMD/unit双重门控双重门控电压：去极化（电压：去极化（-20mV）配体：配体：Glu/NMDA4个个unitsNR1/NR2A-D配体门控配体门控Na+/K+通道通道陈述性记忆的神经回路需要边缘系统参与陈述性记忆的神经回路需要边缘系统参与 基底前脑胆碱能系统基底前脑胆碱能系统嗅皮层、杏仁复合体和海马嗅皮层、杏仁复合体和海马苍苍 白球白球运运 动系统动系统GLuGABAGABADA
