题目(中) 记忆的神经机制的研究进展
(英) Research progress of memory’s
neurophysiological mechanism
班级: 混合班1106
姓名: 董未来 学号: 3110000048
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记忆的神经机制研究进展
董未来 混合1106班 3110000048
摘要：近年来，对记忆机制的研究一直是脑科学研究中的热点，无论是从大脑的区划，从神经细胞层面，还是从分子生物学层面都对记忆机制进行了较为深入的阐释。其中，从神经生物学角度建立的突触可塑性学说被视为记忆机制的细胞基础，而突触可塑性的长时程增强（LTP，long-term potentiation）被称作记忆的理想模型。本文将就几十年来对于记忆机制的研究，从神经细胞层面对记忆形成和存储的研究成果进行总结和探讨。
关键词：记忆机制 神经 突触可塑性 LTP
记忆是人类心智活动的一种，代表着一个人对过去活动、感受、经验的印象累积，是行为习惯的存储和再现的过程。当前，对记忆机制的研究较为深入，研究者从大脑层面、神经层面以及分子生物学层面对记忆的生理机制展开了大量研究，并获得了许多可喜的成果。本文将着重从神经生物学的角度对记忆的形成和存储机制的研究成果进行总结和探讨。
1 记忆与神经元通讯
人类的大脑是由上千亿个神经元相互连接而组成的一个高度复杂的神经网络，但是，在绝大多数脑区中神经元的数目相对稳定，并不会随着年龄的增长而显著增加。因此，科学家认为，大脑记忆功能的实现是通过增强神经元之间的联系而产生的。
神经元之间通过突触相互连接通讯。从结构上看，突触由突触前膜，突触间隙和突触后膜构成。从传递方式来看，突触分为两类：以缝隙连接(gap junctions)为基础的电突触；以及传递递质分子的化学突触。而在哺乳动物中进行突触传递的几乎都是化学突触。化学突触传递是有方向的，其传递信息的基本原理是：突触前膜在接受信号之后，以囊泡形式释放神经递质与突触后膜的受体结合，诱发突触后神经元的兴奋，产生兴奋性突触后电位，触发一系列的生化反应，改变后膜的性质，从而使信号得到传递。
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2 突触传递效能与突触可塑性
而经实验发现，突触的传递效能是可以通过神经活动的调节而改变。在20世纪二三十
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年代，我国著名的神经生理学家冯德培先生通过一系列的实验研究发现，运动神经元的高频放电可以增强神经一肌肉接头的乙酰胆碱的突触传递效能，并维持数分钟。1973年，挪威科学家Tim Bliss和Terje Lomo报道了在麻醉兔大脑的海马区域高频刺激(250 Hz，100个)引起的内嗅皮层-齿状回突触反应增强并可维持数个小时至几天。
这些实验证实了神经元之间突触信息传递的效率可以被神经活动动态调节的，而这种突触连接变化的特性被称为突触可塑性。
记忆作为一种神经活动，通过调节神经细胞间的连接，使突触可塑性发生改变，从而使得记忆的信息得到传递与存储。因此，在当前，突触可塑性被认为是记忆的神经细胞学基础。
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3 突触的长时程增强
而突触可塑性又分为两类。在实验研究中，将持续时间数秒或数分钟的突触连续变化称为短时程可塑性；将持续时间达数个小时乃至几天的突触连接变化称为长时程突触可塑性。
其中，长时程突触可塑性又包括LTP（long-term potentiation, 突触传递的长时程增强）和LTD（long-term depression，突触长时程抑制）。经大量生物学实验和理论推导，科学家普遍认为，记忆存储是的机制神经细胞间的联系增强。因此，LTP促使神经环路中突触传递效能发生持续性增强的特点，与记忆的特点十分相符，因而成为人们感兴趣的记忆存储的突触机制。
因此，国内外研究者对LTP的运作机理展开了大量的研究。其中，LTP的诱导与产生机制，LTP的作用机制，以及LTP的维持机制都受到了广泛地关注与研究。 3．1 LTP的诱导与产生
经研究发现，LTP诱导与产生依赖于下述的几种神经活动因素： 3．1．1 动作电位的频率
动作电位能出发神经末梢释放神经递质，被认为是大脑信息传递的基本单元，而一串连续的动作电位所包含的放电频率信息则被认为是神经元之间传递信息的编码方式。经实验研究表明，LTP诱导幅度的大小与放电频率有着很强的相关性。只有超过一定频率的放电，才足以诱发出LTP。
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3．1．2 神经元的放电时序
突触前神经元放电先于突触后神经元，并在几十毫秒时间间隔窗口内，这种短暂的时序活动即可引发LTP。如果时序相反，则会引发LTD。
3．1．3 神经调质的作用
神经调质指的是神经元所释放的，能扩散到较远的范围，从而影响到一群神经元或者大范围的区域的神经递质。它们能够改变神经元环路的整体活动水平，从而诱导LTP的产生。
3．2 LTP的作用机制
LTP的作用机制包括了突触前的变化、突触后的变化和细胞兴奋性的变化。
突触前末梢处化学递质是以含有一定数量的递质分子以囊泡的形式释放。其中，囊泡的释放几率、单个囊泡中包含的递质的量、释放位点的数目是由受神经活动（如动作电位，前膜释放的信号分子）的改变而改变。
神经递质与突触后受体结合而使受体通道开放，进而改变突触后的细胞膜电位。其中，LTP会改变突触后受体数目和功能，并导致突触电流电位的变化。
同时，LTP诱导后会导致细胞兴奋性的变化，这种变化是整体性的，可以使神经活动从单个突触扩展到其它的神经元。
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3．3 LTP作用过程中生化分子的作用
在神经突触传递信息的过程中，许多生化分子的参与对于信息传递的调节产生了至关重要的作用，从而，也影响了记忆的形成与存储。 3．3．1 蛋白质
突触前后膜上的受体蛋白，递质释放过程中进行调节的酶以及其它的蛋白质本质的调节因子在LTP作用以及维持的过程中起了关键的作用。其中蛋白质在LTP维持过程中的作用将在LTP维持机制中展开。 3．3．2 mRNA
由于mRNA通过对酶的控制作用决定着突触部位神经递质的释放和控制合成相应的蛋白质，从而影响记忆的过程。 3．3．3 神经递质
不同种类的神经递质的释放对于LTP的促进与抑制有着不同的作用。例如，应用拟胆碱药可显著增强学习记忆能力，相反，中枢胆碱受体阻断剂——东莨菪碱可阻抑习得性LTP的形成，促进已形成的LTP的消退，从而引起记忆、识别能力明显减弱。 3．3．4 基因
由于与长时记忆相对应的LTP的过程需要新的RNA和蛋白质的合成。因此，在LTP的诱导与维持的过程中，基因的表达是必不可少的。有关LTP基因表达的研究正逐渐成为LTP研究的热点。经研究发现，LTP的形成过程涉及脑源性神经细胞诱向因子基因（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）、即可早期基因（immediate-early genes, IEGs）等多种基因的表达
3．4 LTP的维持机制
基于突触可塑性学说，LTP的长期维持与长期记忆的维持之间存在着密切的联系。因此，对LTP维持机制的研究有助于我们理解长期记忆的机制。
科学家认为，要维持LTP的发生，需要蛋白质的合成和运送。而当前，对于蛋白质合成和运送的机制尚存争议，目前，大致存在以下四种学说（1）邮件假说
该学说认为，突触可塑性相关大分子在胞体合成时，就被贴上突触地址的标签，以至它们合成后能象送邮件样直接运输到被激活的突触，不会运输到其它部位，大多数学者认为这是一理想化假说，目前还没有实验支持它。
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记忆的神经机制---浙江大学生物实验教学中心
