大學功能食品課件功能食品5

第七章增智食品學習和記憶是人類智力的主要功能組成部分，是腦的高級機能之一。學習與記憶功能的退化與腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)的漸進性老化有密切關系。食物營養(yǎng)素對學習與記憶的影響日益受到人們的重視。腦的正常功能取決于足夠數(shù)量的腦神經(jīng)細胞及其合成和分泌足量的神經(jīng)遞質(zhì)。營養(yǎng)素對智力的影響主要在于，許多營養(yǎng)素是一些神經(jīng)遞質(zhì)的前體，或是神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)及功能活動的生物活性或其前體。第一節(jié)學習與記憶一、學習與記憶的過程（一）學習與記憶的概念

傳統(tǒng)的實驗心理學認為，學習是指獲得經(jīng)驗，記憶則指經(jīng)驗的印記、認知與回記。經(jīng)典的生理心理學認為，學習是指神經(jīng)系統(tǒng)有關部位暫時聯(lián)系的建立，記憶則指其痕跡的保持與恢復。而近代生理心理學則進一步認為，學習是指信息的獲得，記憶則指獲得信息的登記、鞏固與抽取。（二）學習與記憶的過程人類之所以有能終身維持生命不息和高度適應生活環(huán)境變化的能力，學習與記憶是重要的一環(huán)，它們是識別復雜生活環(huán)境最基本的神經(jīng)功能。青年人學習快，記憶深；中老年學習與記憶的能力逐漸下降。各人減退的程度不一，有輕度的，暫時，也有發(fā)展成為經(jīng)常的、較重的記憶衰退或健忘癥。記憶儲存在大腦不同部位。短期記憶在大腦少數(shù)局部神經(jīng)區(qū)核，長期記憶的中樞部位分布較廣，由多部位神經(jīng)核共同參加并協(xié)調(diào)記憶功能，主要部俠為小腦、杏仁核、下丘腦、丘腦、大腦皮層。記憶可分為短期記憶、中期記憶、長期記憶，這是由感覺信號保持時間的長短而定。短期記憶的信號僅在1秒之內(nèi)消失；中期記憶的信號維持可達幾分鐘；長期記憶要求信號持續(xù)長達幾小時到幾天，地能成為穩(wěn)固的記憶。人類的記憶過程可以細分為4個連續(xù)的階段、即感覺性記憶、第一級記憶、第二級記憶和第三級記憶。前兩個階段相當天短時性記憶，后兩個階段相當于長時性記憶。感覺性記憶也稱瞬進記憶或掠影式記憶。它是指感覺系統(tǒng)獲得信息后，首先在腦的感覺區(qū)內(nèi)貯存的階段，這一階段貯存的時間很短，一般為幾百毫秒。如果沒有經(jīng)過注意和會很快消失。如果信息在這一階段經(jīng)過加工處理，把那些不連續(xù)的、先后進來的信息整合成新的連續(xù)的印象，就可以從短時間的感覺性記憶轉入第一級記憶。但是，信息在第一級記憶中停留的時間仍然很短暫，平均約幾秒鐘，經(jīng)過反復運用學習，使信息在第一級記憶中循環(huán)，從而延長了信息在第一級記憶中停留的時間，這樣就使信息容易轉入第二級記憶中。第二級記憶是一個大而持久的貯存系統(tǒng)，發(fā)生在第二級記憶內(nèi)的遺忘，似乎是由于先前的或后來的住處的干擾所造成的。有些記憶的痕跡，通過長年累月的運用，是不大會遺忘的，這一類記憶是貯存在第三級記憶中的。第三級記憶一般能保持數(shù)日、數(shù)月、數(shù)年，有的可以終身不忘。二、記憶障礙1、順行性遺忘癥凡不能保留新近獲得的信息的稱為順行性遺忘癥，臨床上稱為科爾薩科夫氏綜合癥（korsaskff’ssymdrom）?；颊邔τ谝粋€新的感覺性信息雖然能作出合適的瓜，但只限于在該刺激繼續(xù)出現(xiàn)時，一旦該刺激物消失，病人在數(shù)秒鐘內(nèi)就失去正確反應的能力。所以患者易忘近事，而對遠的記憶仍存在。本癥多見于慢性酒精中毒者。病人對病前的第二級和第三級記憶十分正常，而且第一級記憶力也完好，但不能將信息從第一級記憶轉為第二級。一般認為，這種障礙與海馬功能的破壞有關。病理解剖學和神經(jīng)外科學的觀察表明，損害或切除雙側海馬及其相聯(lián)系的結構，會引起順行性遺忘癥。2、逆行性遺忘癥凡正常腦機制發(fā)生障礙，一段時期內(nèi)的記憶均已喪失的，稱為逆行性遺忘癥。引起該癥狀的已知例子有腦震蕩、腦中風，電休克和麻醉等非特異性腦損傷。患者不能回憶起緊接著本癥發(fā)生前一段時間的經(jīng)歷。逆行性遺忘癥的機制可能是第二級記憶或多或少地喪失，而且受損程度越嚴重，逆行遺忘的往事向回推的時間越遠。忘記事的時間范圍可以縮小，甚至在許多時候可完全恢復。一些研究結果表明，逆行性遺忘癥可能主要是不能從第二級記憶中提取信息，而不太可能是記憶內(nèi)容的喪失。即使是嚴重的逆行性遺忘，第三級記憶通常也不受影響。三、學習記憶的機理巴甫洛夫認為學習和記憶是一種高級神經(jīng)活動，是大腦皮質(zhì)獨有的功能。他認為條件反射是在大腦皮質(zhì)的感覺和運動區(qū)之間形成的一種暫時聯(lián)系的產(chǎn)物。沒有大腦皮質(zhì)就不能形成條件反射。但現(xiàn)代的研究者們已經(jīng)不再這樣認識了，因為后來有許多實驗證明，去大腦皮質(zhì)的狗也能建立條件反射，甚至在其他脊椎動物中也能建立條件反射。神經(jīng)系統(tǒng)的許多部分的許多突觸的傳遞特性都可能在學習過程中得到改變。

記憶的貯存廣泛地分布于神經(jīng)系統(tǒng)之中，然而某些腦區(qū)在學習和記憶中具有特殊的功能。現(xiàn)代生物學研究指出，學習記憶是通過劉經(jīng)系統(tǒng)突觸部位的一系列生理、生化和組織學可塑性變化而實現(xiàn)的。短時性記憶主要借助于中樞臨時性的電活動來完成，而長時性記憶是腦內(nèi)RNA-蛋白質(zhì)系統(tǒng)微細結構方面變化的結果。短時性記憶可能是通過大腦皮層內(nèi)部或皮質(zhì)—丘腦之間的復雜神經(jīng)元環(huán)路的返回振蕩而產(chǎn)生的。臨時性電活動反復進行，便能逐漸誘發(fā)參與活動的神經(jīng)元突觸部分產(chǎn)生種種理化變化，如遞質(zhì)的合成、釋放以及受體的數(shù)量及其與遞質(zhì)親和力的改變；突觸膜通透性的改變，RNA-蛋白質(zhì)合成的增加，神經(jīng)末稍和樹突膨脹而使突觸間隙變窄，神經(jīng)末稍增多等等，從而導致突觸傳遞發(fā)生持久的易化作用。這種易化回路機能通道有人稱之為記憶痕跡。

第二節(jié)

學習記憶的實驗方法一、實驗原理學習的類型可分為兩類，即“聯(lián)想學習”和非聯(lián)想學習。在實驗室中經(jīng)常做的學習記憶實驗有經(jīng)典條件反射（classicalconditionedreflex）和操作條件反射（operantconditionedreflex），這兩種都是聯(lián)想類型的學習。（一）聯(lián)想學習1、經(jīng)典條件反射在這種類型的學習中，一個原來不能引起某種特殊瓜的刺激，即中性刺激（neutralstimulus），經(jīng)過與某種能夠引起特殊反應的刺激多次配合出現(xiàn)之后，前者獲得后者的性質(zhì)，即在前者單獨出現(xiàn)時亦可引起該種特殊反應。我們把原來的中性激刺稱為條件刺激（conditionedstimulus，簡稱CS），把本來起作用的刺激稱為非條件刺激（unconditionedstimulus，簡稱US）。

實驗證明，當條件反射建立之后，如果CS多次單獨出現(xiàn)而不伴有US，動物對CS的瓜就逐漸減弱甚至不出現(xiàn)，這叫條件反射的消退（extinction）。另外，條件反射建立之后，用與CS相近似的其他刺激也能引起同樣的反應，這叫做條件反射的概化（generalization）。條件反射只有在CS和US同時出現(xiàn)，或CS稍先于US出現(xiàn)才能建立。如果CS和US的先后次序顛倒，則不能建立條件反射。

條件反射建立之后，如果在CS出現(xiàn)的同時或稍前一點出現(xiàn)另種強刺激，條件反射就可能不出現(xiàn)了，這叫做條件反射的外抑制（externalinhibition）。因此，在做這類實驗時要嚴格控制周圍環(huán)境不要出現(xiàn)新的刺激，以免干擾已建立的條件反射。如果CS的作用時間延長，條件反射出現(xiàn)的時間也會越來越遲，越來越弱，這叫做條件反射的內(nèi)抑制。（internal.inhibition）

2、操作條件反射在操作條件反射中，一種行為出現(xiàn)的可能性決定它以前做的后果。例如，一只在鼠在實驗箱中傾向于專按壓籠內(nèi)的一個杠桿，這是因為以前它每次按壓之后立即得到一粒食物。這樣的按壓杠桿的行為叫做操作反應（operantresponse），得到的一粒食物在這里叫強化刺激（reinforcingstimulus）。如果強化刺激在操作反應的出現(xiàn)率。如果在操作反應之后得到的是懲罰，叫做負強化（engativereinforcement），操作反應就將減少或不再出現(xiàn)。經(jīng)典的條件反操作條件反射的學習是單一的聯(lián)想類型的學習，這種類型的學習是形成兩個特殊刺激之間的聯(lián)系。3、聯(lián)想集的學習如果我們要研究一些復雜的行為，這些行為包含著多層次或多因素的聯(lián)系，稱之為聯(lián)想集的（setsofassociation）學習。迷宮是用來研究這類學習的常用方法。（二）非聯(lián)想學習1、習慣化（habituation）習慣化表現(xiàn)為對經(jīng)常出現(xiàn)的刺激反應減弱或消失。這種變化不同于感官的適應或肌肉的疲勞，這是一種學習過程，在這種學習過程中只需一種刺激的重復出現(xiàn)，不涉及任何其他的刺激。

2、敏感化（sensintization）當一種反應習慣化之后，如果給一強刺激，無論是同一感官的或其他感官的，都能使隨后的習慣化的刺激再引起反應，甚至引起更強的反應，這叫做去習慣作（dishabituaton），意思是解除了習慣化作用。但也有人認為這是一種敏感化的作用。敏感化似乎是一種不同的現(xiàn)象，它好像是另加在原有的反應性之上的一種作用，而不是簡單地去掉了習慣的作用。

二、實驗方法（一）被動回避條件反射實驗跳臺法（step-down-test）1）基本原理。動物受到電擊后逃避到無電擊的安全區(qū)，其出錯的次數(shù)作為被動回避性條件反射獲得的能力，即學習成績。24小時后重新試驗，可反映對電擊回避記憶的保持能力。（也有將電擊所需的時間及在平臺上的停留時間作為成績進行評估）。

2、避暗法（step-through-test）1）基本原則。將鼠置于一明室中，因鼠有喜暗習性，很快鼠即進入相連的暗室中，在暗室中給予鼠電擊，24小時再重復上述動作。鼠進入暗室的潛伏期將大大延長。反映了動物被動回避條件反射獲得及積極持的能力。3、Venault避暗法本法亦為明暗兩室，閘門分開，明室大小為10cm×13cm×15cm；暗室為25cm×20cm×15cm。動物第一天放入為探索反應，置箱中1分鐘，并記錄進入暗室中的潛伏期。第二天放入后記錄潛伏期并在暗室中給予0.6mA，2秒的直流電刺激。第三天動物再放入明室后記錄進入暗室的潛伏期，潛伏期超過60秒鐘表示已獲得記錄能力。訓練前給藥可測試藥物對獲得的影響。重測驗前給藥可測試對再記錄的影響。實驗結果引用Mann-whitney法統(tǒng)計。

（二）主動回避條件反射實驗基本原理：給予動物電刺激作為非條件反射，并結合蜂鳴聲或燈光來形成條件反射。一旦動物聽到蜂鳴聲或見到燈光至逃時則為主動回避條件反射反就在。1、雙室法2、穿梭箱法（三）迷宮法1、Y型迷宮法2、Morris游泳迷宮法（四）操作式條件反射試驗操作式條件反射是動物如大鼠踩杠桿，鴿啄鍵盤等操作，并與食物等強化物相結合形成的反射。根據(jù)操作與強化物給予之間的關系加以變化，可以形成固定比例、固定間隔、低頻率反應、選擇性強化等多種形式，能更深入地研究食物或藥物對高級神經(jīng)系統(tǒng)活動的影響。該實驗方法反應穩(wěn)定，但實驗條件要求較高。1、重復獲得性操作（repeatedacquisitionprocedure）實驗原理為一個簡單的學習比起一個復雜的學習，更不容易受到藥物的干擾和破壞。故訓練鴿子進行復雜的操作，可增加測試食物或藥物影響學習靈敏性。如啄一系列不同的鍵后才能給予食物，一定時間后動物的錯誤率得到穩(wěn)定，即可測試藥物對操作錯誤率的影響。2、延遲配對樣本不（matchingtosampleanddelayedmatchingtosampleprocedure）原理是動物給予幾個不同的樣本刺激，并作出相應的配對回答。如正確給予強化，錯誤則暫停，在一個相對延遲階段后，再測試動物配對刺激的正確性。該實驗可評價食物或藥物對短時記憶的影響。

三、學習記憶功能的臨床測定法臨床對學習記憶的測定常包括各種智力量表，最常用的具有代表性的三個智力量表是：精神狀態(tài)簡易速檢表（MiniMentelStaieExamination,MMSE），長久川癡呆量表（HastgawaDementiaScale,HDS）及韋化智力量表（WechslerIntelligenceScale,WIS）（二）選擇性提醒語詞記憶能力評定法1、原理受試者短時內(nèi)回憶詞的次數(shù)及被提醒的次數(shù)，反映受試者詞語的短時記憶能力。

（三）數(shù)字擴展短時記憶人機對話測試法1、原理測試短時的記憶數(shù)字的能力，隨著數(shù)字位數(shù)的加大，正確回憶該數(shù)字的正確性下降，學習成績下降，從1位數(shù)回憶逐漸增加到15位數(shù)字的回憶，即可得到一條相應的成績分數(shù)下降曲線。該曲線信度及效度均相當好，對食物或藥物影響記憶測試比較靈敏，但要排除外界各種干擾因素的影響。

第三節(jié)

學習記憶與營養(yǎng)一、營養(yǎng)素與神經(jīng)遞質(zhì)食物營養(yǎng)素的組成直接影響神經(jīng)遞質(zhì)的合成。富含卵磷脂或鞘磷脂的進餐可迅速升高血中膽堿和神經(jīng)元內(nèi)Ach水平；而膳食中膽堿持續(xù)缺乏，血漿膽堿水平即迅速下降，并使神經(jīng)元內(nèi)Ach減少。膳食中蛋白質(zhì)缺乏，可顯著減少血漿亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸含量，但不影響色氨酸含

量，后者甚至可以升高。

血漿色氨酸比值的升高，導致腦內(nèi)5-HT迅速下降。另外低蛋白質(zhì)膳食還可因血漿酪氨酸下降而輕度增高腦內(nèi)酪氨酸的比值，使NE的合成和釋放有所增加，攝入蛋白質(zhì)中色氨酸含量過低的高蛋白膳食時，可降低色氨酸比值而使腦內(nèi)單胺類發(fā)生變化。食物營養(yǎng)素對神經(jīng)遞質(zhì)合成的影響有一定的限度，這是因為食物中除含有效的遞質(zhì)前體外，也含有能中和前體效應的成分，且用量不能任意加大。因此，臨床上以用遞質(zhì)前體純品為宜，如進食蛋白質(zhì)3.3～5.0g/kg，可使血漿酪氨酸升高2～3倍，而用酪氨酸只需33～50mg/kg就能使血漿酪氨酸達到上述水平。

二、蛋白質(zhì)與學習記憶蛋白質(zhì)是重要的營養(yǎng)素，缺乏時對機體各系統(tǒng)均產(chǎn)生不良影響。出生早期蛋白質(zhì)供應不足的小鼠腦重減輕，母鼠蛋白質(zhì)缺乏可使仔鼠神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育不良，腦內(nèi)5-HT和NE增加，腦Na+-K+-ATP酶活性降低，均可使學習的獲得與辨別辨別試驗能力以及長期記憶和再學習能力降低。嬰幼兒在出生頭兩年，如嚴重蛋白質(zhì)、熱能營養(yǎng)不足可影響進校后的知能，營養(yǎng)不良者有13.3%智力遲鈍，僅有30%智能正常。

三、氨基酸與學習記憶氨基酸與學習記憶的關系在于氨基酸作為神經(jīng)遞質(zhì)或神經(jīng)遞質(zhì)的前體直接參與神經(jīng)活動，影響學習記憶功能。已被認為是遞質(zhì)的氨基酸有谷氨酸，甘氨酸和γ-氨基丁酸（GABA）。谷氨酸廣泛存在于哺乳動物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，它的含量高于腦內(nèi)的任何一種氨基酸。谷氨酸有三種受體：海人草酸受體（KA）、使君子酸受體（QA）、N-甲基-D-天門冬氨酸受體（NMDA）。其中NMDA只有在學習記憶過程中才開啟，因此被認為是學習記憶中的關鍵物質(zhì)。一般認為學習的開端是細胞內(nèi)谷氨酸的釋放，隨后經(jīng)一系列神經(jīng)活動導致突觸直徑增加，加速神經(jīng)傳遞，從而有利于行為的獲得，因而谷氨酸直接參與了學習記憶過程。GABA的腦注射對明暗分辨法學習試驗有劑量和時間依賴的促進作用，但也有報告印已毒素選擇性干預中腦黑質(zhì)內(nèi)的GABA能傳遞，可損害記憶。

GABA對學習記憶的確切作用還有待于進一步研究。作為神經(jīng)遞質(zhì)前體的氨基酸有：色氨酸，是5-HT的前體；苯丙氨酸和酪氨酸是DA和NE的前體；谷氨酸不僅是神經(jīng)遞質(zhì)，也是GABA的前體；膽堿是Ach的前體。甘氨酸和天門冬氨酸可能影響記憶的鞏固。大鼠飼以含賴氨酸9.5%和蛋氨酸5.9%的飼料，能提高被動回避反應實驗的記憶作用。實驗證明L-脯氨酸損害動物的記憶，目前認為這種遺忘作用可能與拮抗谷氨酸有關。正常的血腦屏障功能減弱，可使腦內(nèi)游離的L-脯氨酸增加到遺忘水平，并使正常時被排除在外的營養(yǎng)素分子滲入腦組織，而危及腦的學習記憶功能。

四、維生素與記憶維生素缺乏可引起可癡呆癥。1942年，3萬美國戰(zhàn)俘在改吃新加坡精白米伙食6周后，出現(xiàn)記憶減退，精神失常等中樞神經(jīng)癥狀。52例研究對象中有61%近期記憶喪失，給予硫胺素治療后恢復正常記憶功能。大鼠飼料缺乏維生素B1，使被動回避反應能國喪失，50%在鼠喪失