1、海馬與學習記憶的關系摘 要：海馬(hippocampus)并非指傳統中醫藥理論指導臨床運用的中藥海馬，而是指人類大 腦顳內側以及腹側卷曲的海馬回及齒狀區。在與學習記憶有關的腦區中，海馬結構的作用顯得特別突出1。海馬結構，屬大腦邊緣系統，近年來，AD與海馬的神經生化和形態結構的聯系是AD防治的研究熱點。蔣云娜報道，Alcl3癡呆小鼠經中藥治療后，海馬CA1區錐體細胞層神經元樹突得以改善。這說明海馬在AD發病和治療上是一個值得關注的領域。海馬與記憶有著密切的聯系。海馬通過腦干網狀結構系統及皮質下行纖維接受來自視、聽、觸、 痛等多種感覺信息，并參與調節內分泌活動。 海馬與記憶關系的研究，是近年來神經

2、生理心理方面一個有趣而重要的進展。本文就心理學、神經生理學、神經解剖學、病理學等反方面來闡述海馬與學習記憶的關系，并提出相關的提高學習記憶的方法。關鍵詞：海馬學習和記憶 心理學神經生理學 神經解剖學病理學學習記憶是大腦最基本也是最重要的高級神經功能之一，是中樞神經系統功 能的整合.海馬與學習記憶的關系密切，眾多研究表明，損毀雙側海馬動物的學 習記憶能力明顯下降，對大鼠的分辨學習、防御條件反應的保持及空間習得能力 都有破壞.腦缺血是危害人類健康的常見病、多發病，患者常有相應的運動、感 知覺及學習記憶功能障礙，其中學習記憶障礙最為常見持久，且嚴重影響患者的 預后及生活質量諸多研究表明，康復治療對缺

3、血性腦梗死患者在改善感覺、運 動、行為能力方面已獲得明顯的療效本實驗即通過光化學法誘導的雙側海馬梗 死模型，觀察大鼠雙側海馬梗死后康復訓練對學習記憶功能的影響1材料和方法1.1材料1.1.1自制冷光源由本科室和西安飛秒光電集團聯合研制，光源為一充氣氙燈，輸出功率： Min 0008 W/cm2, Max 037 W/cm2，輸出波長 490550 nm,波 峰530 nm,輸出端連一直徑06 mm的石英光纖.1.1.2實驗動物及主要試劑2級SD大鼠30只，體質量為(210± 10) g ， 9海馬與學習記憶的關系雄性，周齡810 wk,由本校實驗動物中心提供；四氯四碘熒光素鈉（虎紅，

4、 RB 北京化工廠，批號：870627），密封避光保存，使用前用生理鹽水稀釋為 25 g/L 的濃度1.2器材1.2.1Morris 水迷宮為一直徑150 cm、高70 cm的圓池，內有乳白色溶液， 水深47 cm.池壁上標有東南西北4個入水點，它們將水池分為4個象限.直徑8 cm高45 cm的白色站臺，隨機置于圓池內某一象限并固定，站臺沒于水面下2cm.訓練期間周圍參照物保持不變.1.2.2明暗箱一箱為明室，另一箱為暗室，均為 35 cmx25 cmX 30 cm，兩 室有一拱形小門相通，室底均為銅柵，先將大鼠放置在箱中適應 3 min，然后通 電5 min （50 V，交流電），并記錄5

5、min內的鉆洞次數（即錯誤反應次數），24 h 后進行測試，記錄潛伏期和5 min內大鼠的鉆洞次數.1.3方法1.3.1雙側海馬梗死模型制作方法大鼠用20 g/L戊巴比妥鈉按50 mg/kg常規麻醉后，將其俯臥于腦立體定位儀上，沿頭顱正中切開頭皮暴露顱骨，在前 囟后48 mm中線向左旁開36 mm處，用牙科鉆輕輕鉆一個直徑約 1 mm的骨窗， 光纖管尾端至皮層下32 mm （海馬CA1區），再定位右側與之對稱的位置，并開 一個骨窗.于尾iv虎紅（濃度為70 mg/kg ）后，立即通過光纖管照射一側海馬 組織，照射完畢時再補充原虎紅劑量的一半，然后立即進行另一側的冷光源照射. 光照強度：Max，

6、照射時間： 各30 min.術后縫合頭皮，正常喂養.1.3.2水迷宮訓練第1日讓大鼠自由游泳適應2 min，從第2日開始，從站 臺所占象限外的另3個象限隨機選擇一個入水點，將大鼠面向池壁放入池中，觀 察并記錄大鼠尋找并爬上平臺的潛伏期.如2 min內找不到站臺，則將其在站臺上放置30 s后再放回籠中，這時潛伏期記為 120 s.訓練時分別從3個不同的入 水點入水，每次不同動物的入水點相同，訓練順序固定 .此項主要訓練大鼠的學 習記憶功能和游泳能力.1.3.3動物分組將30只大鼠于造模后隨機分為康復組和制動組，各 15只. 于造模3d后開始分別給予康復訓練或制動，康復組每天上午訓練 3次，每次間

7、 隔10 min ;制動組進入制動籠（長 40 cm,直徑6 cm的網狀籠）中飼養，在頭 端有一容器給予食物和水，四肢和身體處于固定狀態1.3.4學習記憶行為測試采用避暗法，該方法是測試被動回避反應；先將大 鼠放置在箱中適應3 min，然后通電5 min （ 50 V，交流電），并記錄5 min內的 鉆洞次數（即錯誤反應次數），24 h后進行測試.如大鼠進入暗室，因暗室底通有 微弱的電流刺激大鼠，故大鼠逃出暗室，5 min以內不進入暗室，就完成了學習， 24 h后的測試就是記憶能力；把大鼠放入明室始至進入暗室的時間稱作潛伏期，進入暗室的次數為錯誤次數.我們分別在大鼠造模前、造模后3 d （訓練

8、前）、康 復訓練后7,14,21 d進行學習記憶能力測試.統計學處理：采用SPSS12C軟件對明暗箱測試成績進行統計，結果用 x ±s 表達，對造模前及造模3d后的組內資料按配對設計進行配對t檢驗；對造模后 各時間點數據進行重復測量數據的方差分析.2結果2.1明暗箱測試潛伏期康復組和制動組造模3 d后潛伏期明顯較梗死前下降（t值分別為3364, 4326； P值分別為0005, 0001）;從方差分析結果看，康復 組與制動組之間的潛伏期存在明顯差別（F=5158, P=0031），兩組大鼠的記憶潛伏 期均隨時間逐漸恢復，但康復組較制動組恢復顯著（Tab 1）.表1康復、制動組 不同時

9、間的明暗箱測試潛伏期2.2明暗箱測試錯誤次數康復組和制動組造模 3 d后明暗箱錯誤次數明顯增 多（t值分別為-3873，-4000 ； P值分別為0002, 0001）;從方差分析結果看， 康復組較制動組的錯誤次數明顯減少（F=4699, P=0039，兩組大鼠的學習成績 均隨時間逐漸恢復，但康復組較制動組恢復顯著（Tab 2）.表2康復、制動組不 同時間的明暗箱測試錯誤次數3討論學習記憶是大腦最基本也是最重要的高級神經功能之一，是中樞神經系統功 能的整合.海馬與學習記憶的關系密切，眾多研究表明，損毀雙側海馬動物的學 習記憶能力明顯下降，對大鼠的分辨學習、防御條件反應的保持及空間習得能力 都有

10、破壞.而且研究表明海馬與近期記憶有關，損傷海馬可引起近期記憶的高度 喪失，致使動物或患者喪失了學習新事物和新技巧的能力.在大鼠實驗中還觀察 到海馬參與了近期記憶中的情節記憶過程，與空間位置的學習有關海馬損傷或切除海馬，將造成順行性遺忘癥在腦中風等腦缺血性疾病時，由于谷氨酸興奮毒性作用，產生大量的自由 基、興奮性氨基酸，導致細胞內鈣離子超載，造成神經細胞變性壞死，影響了神 經元之間的信息傳遞，并最終引致腦功能障礙.海馬CA1區對缺氧缺血特別敏感， 劉匯波等發現大鼠雙側頸總動脈結扎后存活 30 d時動物的海馬CA1區神經元數 目顯著減少，大量神經細胞的軸突缺如，海馬錐體細胞密度減低，模型大鼠還存

11、在著與神經元損傷成正相關的學習記憶障礙諸多研究表明，康復治療對缺血性腦梗死患者在改善感覺、運動、行為能力 方面已獲得明顯的療效；記憶是中樞神經的整合 ，記憶細胞和分子基礎定位于突 觸，記憶形成的基礎是突觸效應增強行為學習改變了樹突和突觸形態結構，增 加了運動皮層和海馬突觸數密度和面密度，活化海馬和運動皮層的傳入通路；以 及NMD受體密度的增多，加強了 NMDAe體依賴的LTP的產生.余茜等的研究亦 發現，康復訓練可使梗死大鼠海馬突觸界面曲率和突觸后致密物厚度增大以及穿孔性突觸的百分率增多，使不同活性區傳遞功能大大增強，同時海馬NMD；受體通道開放電導水平、開放時間和開放概率的改變，進一步增強了

12、突觸傳遞功能，使其習得性LTP形成速度明顯快于對照組，其結果是影響整個腦的場電位P300而影響梗死大鼠的學習記憶行為.本實驗室既往的研究也證實康復訓練能促進神 經功能及學習記憶的恢復Morris水迷宮是英國心理學家 Morris和其同事于20世紀80年代初設計并 應用于學習記憶腦機制研究的.此后,該迷宮系統被廣泛運用在神經生物學領域 的基礎和應用研究中，實驗動物主要是大鼠，是常用的檢測空間學習記憶的裝 置.Morris水迷宮實驗模型的優點是，能排除動物在完成作業而經過的途中所留 下的排泄物和所分泌的外激素對其他動物作業成績產生的影響.Chang等觀察到長期的迷宮訓練能促進神經元的樹突發出側支，

13、何海蓉等發現，適宜溫度游泳能改善衰老動物學習記憶能力，可見水迷宮訓練對神經信息回路的重建有積極意義 因此，在本實驗中，我們采用 Morris水迷宮訓練作為康復訓練手段，觀察了康 復訓練對雙側海馬梗死后大鼠學習記憶功能的影響本實驗結果表明，雙側海馬梗死后，大鼠出現了明顯的學習記憶能力下降，證 實了海馬對學習記憶功能的重要作用從時間上看，兩組大鼠于訓練后均出現潛 伏期逐漸延長，錯誤次數逐漸減少，但康復組較制動組恢復明顯有研究發現損毀雙側海馬導致的空間作業習得的損害， 會隨著訓練次數的增加而逐漸減弱、 消 失.而且海馬不同區域對學習和記憶的參與是不同的，如，損毀海馬腹部大鼠分 辨學習的保存明顯受到破

14、壞，而海馬背部損毀其分辨學習的保存則不受影響；又如，應用電刺激和電毀損法發現，CA1區與分辨學習有關，齒狀回則與分辨學習 的反轉有關，而CA3區則在長時記憶的保持中起重要作用.本實驗模型為雙側海 馬CA1區局灶性梗死，可能因為梗死灶僅局限于海馬 CA1區，功能環路未完全破 壞，或者大腦其他功能區參與了學習記憶的代償， 再加上大鼠本身功能恢復較快， 導致制動組學習記憶成績也逐漸恢復， 但與康復組比較，其學習記憶成績明顯較 差，仍能證實康復訓練對學習記憶功能恢復的促進作用 康復訓練可能通過改變 梗死大鼠海馬的突觸結構，活化突觸間傳遞通路，促進習得性LTP的產生，進而增強海馬突觸效應的可塑性，改善大

15、鼠認知功能，最終促進了海馬梗死大鼠學習記憶功能的恢復1從心理學、神經生理學討論海馬 LTP效應1973年Bliss和Lmo在麻醉家兔海馬結構時發現了這種單突觸誘發反應長 時間易化現象，將之定義為長時程突觸增強（Long-term potentiation,LTP）。隨后生 理學、心理學研究圍繞證明LTP是學習記憶的一種神經基礎展開。 通常認為LTP 可分為習得性LTP和非習得性（強直性）LTP。Teyler提出在行為反應迅速改變的 過程中，如果LTP是學習記憶的神經基礎的話，理應也能迅速作相應的改變。由此產生2種推論：（1）在海馬細胞體層引導到的群體峰電位（population spike,P

16、S） 的發展變化超前于條件性行為的變化；（2）隨條件反應建立、鞏固、消退、再建 立，相應地出現LTP的產生、鞏固、消退與再產生。已有充分證據從正反兩方 面證明兩點的真實性及其協同性2。從海馬齒狀回、CA1到CA3區均有習得性 長時程增強的突觸效應，表明 LTP是學習記憶的神經基礎之一。阮迪云認為， LTP是高頻刺激后引起EPSP長時間持續增加的過程，是學習和記憶儲存的功能 單位。海馬結構中貫穿徑路的纖維、苔蘚纖維 schaffer側支、錐體細胞軸突等內部 環路都以Glu作為主要神經遞質。Glu在海馬內主要有2種受體，即NMDA和 非NMDA（包括QA、KQ、APB），已知在LTP的誘發過程中非

17、習得性LTP（例如 強直性LTP的誘發）與NMDA受體上Ca2+i直接相關，刺激酪氨酸激酶、Ca2+ 鈣調蛋白激酶U、蛋白激酶C都能引起Ca2+i增加，直接誘導NMDA產生LTP， 同時習得性LTP的發展變化規律研究進一步提示，學習記憶是一種包含著聯系 神經網絡的復雜智力過程。Ach受體、GABA受體、NMDA受體及非NMDA廣 泛地參與習得性LTP的形成3。更為有意義的結果是，比較保持狀態的習得性 LTP與剛形成的習得性LTP，經藥物處理后，后者消退得更慢。梁偉國提出，使 用相同劑量的NMDA 受體阻斷劑（aamino-5-phosphonovaleric acid,APV），前者消 退更慢

18、，并認為保持時間越長，突觸后受體數目增加、敏感性增加程度越多。2從神經解剖學、病理學討論海馬突觸效應從神經解剖角度來看，長時記憶的機制與突觸的形態、功能以及突觸間聯系 的建立、突觸的可塑性變化密切相關。Kaudel在海兔縮鰓反射形成長時程習慣 化時，觀察到感覺神經元-運動神經元突觸的前膜上活化區大大減少，且活化區 內囊泡數量明顯減少，而突觸有效程度由正常的90%降到30%4。洪岸對3組大鼠齒狀回分子層作常規電鏡觀察及突觸的體視學定量分析后，發現老年學習記憶減退鼠較老年記憶正常鼠和青年鼠海馬CA1區齒狀回分子層突觸數、面密度明顯減少，單個突觸平均面積明顯增大，且與行為損害顯著相關(丫=.5813

19、,P<0.05)。同期研究發現海馬神經元結構的復雜變化與學習、記憶密切相關。王旭明等提出在血漿糖皮質激素升高條件下，CA1、CA3區可見細胞層減少排列稀疏，有 固縮細胞，細胞突起呈念珠狀變化，錐體細胞樹突棘減少均為海馬神經元的退行 性變化特征 。進一步分子水平研究揭示，與年青大鼠相比，背海馬內生成抑 素MRNA(SSMRNA)胞體數量明顯減少(P<0.01),胞體灰質度值明顯升高 (P<0.01),表明具有退行性變化。顯然，這些細胞學變化必然導致功能上的改 變，神經元形態結構及RNA的退行性改變和細胞丟失必然會影響信息的貯存乃 至學習記憶功能。病理學家認為老年性癡呆(seni

20、le dementia of Alzheimer type,SDAT)是中樞神 經系統廣泛性潰變疾病，其特有的臨床表現一一記憶喪失、與基底前腦膽堿能潰 變直接相關。周麗華等對SDAT動物模型進行移植治療后提出，對雙側海馬進行 單純膽堿能腦組織移植及聯合移植膽堿能和NA能胚胎腦組織均能存活，移植物與宿主交界處有大量膽堿乙酰轉移酶(CHAT)分布，偶見酪氨酸羥化酶(TH)分散分布，均能有效改善損傷大鼠的記憶，且前者較后者效果好7。另外，Nilsson已經證實海馬內聯合移植膽堿能及 5-HT能腦組織較單純膽堿能移植更好地改善 損傷鼠的記憶8。王阿敬等報道海馬及第 3腦室內移植自體或新生大鼠頸上神 經節9，利用其神經細胞具有合成及釋放兒茶酚胺的能力，補充腦內某些遞質 含量而改善受損的記憶能力。3結語海馬作為大腦邊緣系統，與記憶相關的探討政成為研究的熱點。海馬局部 血栓形成后組織缺血缺氧，產生大量的自由基、興奮性氨基酸，導致細胞內鈣離