腦記憶機制的研究進展

腦記憶機制的研究進展

近年來，對腦記憶機制的研究在分子和細胞水平、網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)水平上取得了顯著成就。一些長期被人們接受的觀點、概念和假設(shè)繼續(xù)受到影響，新的想法、概念和假設(shè)產(chǎn)生了。現(xiàn)就對記憶機制的研究進展作一個簡要的綜述。1腦內(nèi)沒有特殊部位和結(jié)構(gòu)二十世紀初期,心理學家Lashley在動物實驗研究的基礎(chǔ)上提出這兩條著名原理,他認為腦內(nèi)沒有特殊與記憶有關(guān)的部位和結(jié)構(gòu),記憶痕跡是彌漫地儲存于整個腦內(nèi)。皮層損傷的范圍大小對于記憶的損害作用遠大于具體的損傷部位。這一學說曾在心理學界占支配地位達數(shù)十年之久。2損傷海馬的記憶人們最初在病毒性腦炎、老年性癡呆、腦出血、動脈梗塞、顳葉內(nèi)側(cè)部損傷等患者的觀察研究中發(fā)現(xiàn)病人有不同程度的記憶障礙,50年代Scoville等報道兩側(cè)顳葉內(nèi)側(cè)部切除后出現(xiàn)嚴重記憶障礙,人們開始認識到腦內(nèi)存在與記憶有關(guān)的神經(jīng)結(jié)構(gòu)。1973年Bliss等在海馬發(fā)現(xiàn)了突觸傳遞的長時程增強現(xiàn)象,從此對海馬及海馬周圍的神經(jīng)結(jié)構(gòu)的研究引起了許多學者的極大興趣。Mishkin經(jīng)過詳細的研究,發(fā)現(xiàn)單獨切除兩側(cè)海馬或兩側(cè)杏仁都不引起明顯的記憶障礙,如果損傷顳葉下部的顳葉下皮層(TE區(qū))、杏仁—海馬復(fù)合體、丘腦內(nèi)側(cè)核群及丘腦前核、TE區(qū)與杏仁—海馬復(fù)合體之間的神經(jīng)通路以及杏仁—海馬復(fù)合體與丘腦之間的神經(jīng)通路中的任何一處結(jié)構(gòu),都使獼猴出現(xiàn)記憶障礙。這五處的神經(jīng)結(jié)構(gòu)共同形成一個功能系統(tǒng),其中包含兩個并行的神經(jīng)通路,一條是杏仁與丘腦背內(nèi)側(cè)核之間的回路,另一條是海馬與乳頭體、丘腦前核之間的回路,損傷任何一條通路都會使獼猴出現(xiàn)嚴重的健忘癥。Insausti的研究也表明海馬和齒狀回的傳入前穿質(zhì)的纖維主要來自內(nèi)嗅皮層,而內(nèi)嗅皮層的傳入纖維有將近2/3來自旁嗅皮層和旁海馬皮層,二者與額葉、顳葉和頂葉聯(lián)合區(qū)都有廣泛的雙向纖維投射,可見二者是大腦新皮層中的信息傳向海馬的主要途徑,說明嗅皮層不僅起著傳遞信息的通路作用,也有著重要的記憶功能。Zola等對Mishkin的研究作了進一步的修正,他們將獼猴分成7組作對照實驗,結(jié)果表明,損傷杏仁核對記憶無明顯影響,而損毀海馬和杏仁附近的皮層(包括齒狀面、下腳皮層,內(nèi)嗅皮層、旁海馬皮層、旁嗅皮層、旁杏仁皮層)對記憶分別有不同程度的影響,僅損毀旁嗅皮層和旁海馬皮層(不傷及海馬和杏仁)則出現(xiàn)嚴重的記憶障礙,可見二者對記憶起著重要的關(guān)健作用。他們后來又借助磁共振成像術(shù)和對海馬進行精確定位,使得損毀范圍局限在海馬、齒狀面和下腳而不損毀鄰近的皮層,同樣使猴出現(xiàn)明顯的記憶障礙,但在程度上不及伴有鄰近皮層損傷的動物那么嚴重。國內(nèi)外學術(shù)界將近花了半個世紀的研究才逐漸形成了“內(nèi)側(cè)顳葉記憶系統(tǒng)”的概念,也稱“海馬記憶系統(tǒng)”或“邊緣記憶系統(tǒng)”。3內(nèi)側(cè)哌葉記憶系統(tǒng)許多研究者認為,各種感覺信息的處理和儲存,都是在各自的皮層初級和次級感覺區(qū)、感覺聯(lián)合區(qū)與內(nèi)側(cè)顳葉記憶系統(tǒng)以及額葉聯(lián)合皮層,皮層下有關(guān)結(jié)構(gòu)所組成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進行。雖然內(nèi)側(cè)顳葉記憶系統(tǒng)對記憶的形成和鞏固極為重要,但不是唯一的記憶系統(tǒng)。除了有短期記憶與長期記憶、各種感覺記憶、各類運動學習記憶、空間記憶與非空間記憶等區(qū)分外,主要根據(jù)是否需要有內(nèi)側(cè)顳葉記憶系統(tǒng)的參與而區(qū)分彼此獨立的陳述性(declarative)和非陳述性(nondeclarative)記憶兩大類。3.1息的意識表達與評價、比較和推理又稱顯晰性(explicit)記憶,其特點是所記憶的內(nèi)容可以有意識地回憶出來,可以用語言表達和描述,負責對事實和事件的記憶,其功能有賴于顳葉海馬系統(tǒng)的完整,對信息獲得和回憶的意識表達,以及評價、比較和推理等認識過程,它往往只經(jīng)過一個測試或一次經(jīng)驗即能建立。例如:視覺信息的處理儲存是由初級和次級視皮層(枕葉紋狀區(qū)和紋狀前區(qū))、顳葉下皮層和顳葉內(nèi)側(cè)部的皮層和皮層下有關(guān)結(jié)構(gòu)等所組成的神經(jīng)回路中進行,其中顳葉下皮層是開始于枕葉紋狀皮層的一系列視覺圖像處理機制的最后一站,是視覺信息處理區(qū),也是處理后的信息儲存區(qū)。觸覺信息是在由頂葉的初級和次級體感區(qū)頂葉后部,通過腦島與顳葉內(nèi)側(cè)部的皮層和皮層下結(jié)構(gòu)等組成的神經(jīng)回路中進行處理和儲存。其他感覺模式的信息處理和儲存大致也是如此。3.2皮質(zhì)運動區(qū)的信息輸入和運動掌握又稱隱含性(implicit)記憶,其特點是具有自主或反射的性質(zhì),它的形成或讀出不依賴于意識或認識過程,所記憶內(nèi)容需要通過反復(fù)操作和反復(fù)練習才能夠獲得和鞏固,這種記憶不需要顳葉海馬系統(tǒng)參與,很可能都是由皮層—紋狀體系負責,也可能有小腦和腦干內(nèi)某些結(jié)構(gòu)的參與。從小腦、丘腦腹外側(cè)核、蒼白球、皮層體感區(qū)向皮層運動區(qū)的信息輸入在非陳述性記憶中起著非常重要的作用,而習慣性技巧的長期貯存主要依賴皮層運動區(qū)。例如:彈鋼琴和學打字開始時都需要用眼睛來看琴鍵和鍵盤,學會后就不需要用眼睛來看了。這表明一個特殊動作的重復(fù)練習后感覺反饋也就不再需要了,一種技巧性運動學會常常保持一輩子。除了上述的技巧性運動外,習慣的形成,簡單的經(jīng)典條件反射的建立,非聯(lián)想型學習等,凡涉及到無意識的學習和記憶都屬于非陳述性記憶。4葉皮內(nèi)部基本信息很早以前人們就已發(fā)現(xiàn)前額葉(又稱額葉聯(lián)合皮層區(qū))損傷病人常伴有明顯的記憶障礙。Fuster等在對獼猴的實驗中記錄到前額葉有許多神經(jīng)元出現(xiàn)明顯的放電變化,并在下顳葉皮層、頂葉皮層也記錄到這類放電的神經(jīng)元,并稱之為記憶細胞(memorycells)。這種記憶細胞對顏色和幾何形狀有明顯的選擇性,是廣泛分布于新皮層的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的組成成分。通過這些網(wǎng)絡(luò)使得不同部位的神經(jīng)元群相互聯(lián)系,從而為記憶提供神經(jīng)基質(zhì),通過相同神經(jīng)元的活動對感覺和運動信息進行編碼和儲存。Rakic等采用雙標法、脫氧葡萄糖代謝地圖技術(shù)和同時記錄數(shù)個腦區(qū)神經(jīng)元放電等技術(shù),對大腦的記憶網(wǎng)絡(luò)進行了研究。發(fā)現(xiàn)頂葉后部和前額葉背外側(cè)部除了彼此之間有交互投射外,還共同向10多個大腦皮層區(qū)的同一目標發(fā)出投射,這些腦區(qū)是:輔助運動區(qū)(6區(qū))、前扣帶皮層(24區(qū))、后扣帶皮層(23區(qū))、旁海馬回(TF區(qū))、前額葉的眶區(qū)(11區(qū))、弓狀溝前區(qū)(8區(qū))、顳上溝(20區(qū))、頂葉內(nèi)側(cè)區(qū)(7m區(qū))、枕葉紋狀前區(qū)內(nèi)側(cè)皮層(19區(qū))、額葉蓋部、SⅠ區(qū)和SⅡ區(qū)。在與皮層下結(jié)構(gòu)的聯(lián)系方面,前額葉背外側(cè)部和頂葉后部分別與新紋狀體,黑質(zhì)和蒼白球、上丘、丘腦背內(nèi)側(cè)核等組成一條皮層——皮層下回路。上述腦區(qū)之間形成的網(wǎng)絡(luò)可能與空間認識(spatialcognition)有關(guān)。額葉皮層聯(lián)合區(qū)與顳頂枕葉皮層的聯(lián)合區(qū)有一定區(qū)別,顳頂枕皮層區(qū)有較明顯的感覺模式特異性,主要是針對特定模式的感覺信息進行處理和儲存。而額葉聯(lián)合皮層則可以參與多種模式感覺信息的處理和儲存,似乎不受感覺模式的特異性的限制,好像超越了特定的感覺模式,它負責的不是對各種刺激物本身的具體屬性(如顏色、大小、形狀、位置等等)的學習和記憶,而是負責對各種剌激物的一般規(guī)則和規(guī)律的學習和記憶。Wilson等在研究猴的記憶中也發(fā)現(xiàn),前額葉背外側(cè)部神經(jīng)元在猴記憶空間位置時,放電活動增加,記憶物體或相貌特征時,放電活動沒有變化,前額葉腹外側(cè)部神經(jīng)元則與之相反。用正電子發(fā)射斷層掃描術(shù)(positronemissiontomography,PET)研究表明,枕葉皮層的初級視覺區(qū)不論是位置匹配任務(wù)操作,還是在相貌匹配任務(wù)操作時都激活,而背側(cè)通路的枕頂葉皮層只在位置匹配任務(wù)操作時被選擇性地激活,腹側(cè)道路的枕顳葉皮層只在相貌匹配任務(wù)操作時選擇性地激活,這不僅揭示了空間視覺和物體及相貌視覺的皮層通路,而且提示這兩種形式的視覺處理在額葉皮層也是分開進行的。D′Eposita等應(yīng)用功能性磁共振成像技術(shù)(functionalmagneticresonanceimaging,fMRI)發(fā)現(xiàn),在任務(wù)與任務(wù)之間切換注意控制時,人前額葉皮層(46區(qū))神經(jīng)活動增加,也就是說46區(qū)既是記憶的中央執(zhí)行機構(gòu)所在地,同時是計劃和注意控制的核心部位。Andersen等也報道,前額葉背外的側(cè)部(46區(qū)和9區(qū))接受來自后頂葉內(nèi)皮層(即brodmann7區(qū))的纖維投射。后頂葉皮層在空間視覺(spatiavision)中起關(guān)鍵作用,視覺信息傳至初級皮層后,視覺信息中的空間成分(如視覺剌激的運動方向、朝向、遠近以及組成刺激的各要素之間的空間關(guān)系等等),傳至后頂葉皮層,在此加工處理形成空間視覺,經(jīng)過整合的空間信息再由后頂葉皮層傳至前額葉背外側(cè)部,在此形成空間記憶。這就是視覺空間信息處理的“背側(cè)通路”(dorsalpathway)。前額葉腹外側(cè)部(12區(qū)和45區(qū)),接受來自顳下皮層(即Brodmann、20區(qū)、21區(qū))的纖維投射。顳下皮層在物體視覺中起關(guān)鍵作用,視覺信息傳至初級視皮層后,視覺信息中的特征成分(如顏色、形狀、模式和相貌等等)傳至顳下皮層,在此加工處理形成物體知覺,經(jīng)過整合的特征信息,再由顳下皮層傳至前額葉腹外側(cè)部,在此形成物體記憶。這就是視覺特征信息處理的“腹側(cè)通路”(Ventralpathway)。Courtney等研究表明,人前額葉不同亞區(qū)分別管理不同性質(zhì)的記憶,空間記憶選擇性地激活雙側(cè)額葉上部區(qū)域(