马 CA 1区 BDNF 的基因 表达 [17] 。八 臂放 GA P - 43 mRNA 信号 表 达非 常强 烈, 而 GF表达的下降 [30] ; 烟碱对 A lzhe mi er s病
射性迷宫对大鼠进行参考和工作记忆的训 练研究也发现, 在大鼠获得空间学习记忆 的同时伴随海马 BDN F mRNA 表达水平的 增加, 并 且海 马 BDNF 的主 要 受体 T rkB ( trosine k inase B) 的磷酸化水平和空间记 忆密切相 关 [ 18]。 虽然记 忆 的储 存机 制至 今尚不清楚, 但这些研 究结果显 示 BDN F 是学习记忆形成过程必要的因子。记忆的
NM DA 和 AM PA 受体的激活, 增加 NMDA 受体 的 NR 1和 NR 2B 单元 磷酸 化水 平和 AM PA 受体的亚单位 G luR1和 G luR 2 /3的
120 m in后不再增加。用 NMDA 受体阻断 剂 AP5抑 制 LTP 也能显 著阻止 GAP - 43 磷酸化程 度的 提高, 并 且 GA P - 43 磷酸
学习记忆属于高级神经活动或脑的高
学习、感觉刺激如光、听觉、物理等外界 因素的 影 响 [ 2] 。结 构可 塑 性主 要 表现 在 神经元突触形态、神经环路的亚微结构等
级功能, 它是高等动物和人类最具有特色 的生理特性之一, 学习主要是指人或动物 通过神经系统接受环境外界信息而影响自
方面的变化, 其指标主要有树突长度、树 突分支类型、棘密度、突触数目、突触密 度、突触大小及突触界面曲率或突触穿孔 等 [3] 。
等 神 经 可 塑 性 的 首 选 标 志 物 之 一 [ 22] 。 BFGF 和其受体结 合能产 生广泛的 细胞效
GA P- 43在脑中虽然 分布广 泛但不均 衡。 应, 如促进细胞增生分化和血管生成、阻 在神 经系统 的早期 发育阶 段 GAP - 43在 止细胞 凋亡、修复 损伤 组织等 [28]。 bFGF 神经元胞体中的含量较高, 随着年龄的增 在学习记忆与突触可塑性关系中发挥重要 长其表达水平逐步降低, 到成年时大部分 的作用 [29]。 BFGF 能治疗外伤性脑损伤导
BDN F是神经营养因 子家族中的 一员, 是 或 GA P- 48, 是 80 年代 初由 Skene 等人 /胞吐过程, 通过小 囊融合 或诱导 生长锥 脑内分布最广泛的神经营养因子。免疫组 从再生兔外周神经组织中获得。它是一种 和突触前末端的胞吞促进膜的扩展 [ 27]。
化研究发现 BDN F免疫阳性神经元在大鼠 大脑皮质、海马、基底前脑、纹状体、下 丘脑和小脑中广泛存在, 其中以海马和皮
探索学 习 训练 主要 影 响 学习 记 忆功 能。最近的研究表明学习记忆训练能明显 改善阿尔茨海默病模型大鼠的空间学习记 忆能力 [ 9]。应 用 神经 可塑 性 原理 对 视觉 目标进行编码的视觉训练, 也能提高成人 对视觉 目标 的整合 和分 辨能 力 [ 10] 。强化 学习也有助于恢复颅脑损伤患者的记忆功 能 [ 11], 另外运 动再学 习对 脑卒 中后 患者 的吞咽功能、平衡能力、肢体功能的恢复 均有明显的促进作用 [ 12, 13] 。 5 探索学习影响 脑可塑 性的分子 生物学 机制
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综述
学习和脑的可塑性研究进展
张利宣, 赵运涛
【摘要】 中枢神经系统具有明显的可塑性, 学习和脑的可塑性的关系 日益受到人们的关 注, 本文对二者间关系 的研究进展进行了综述, 为今后学习在脑卒中的临床治疗方面的应用提供全面的理论依据。
【关键词】 学习; 脑; 可塑性 【中图分类号】 R 338 【文献标识码】 A 【文章编号】 1007- 9572 ( 2007) 10- 0850- 03
【Ab stract】 It is w e ll know n that C entre N erve Sy stem has sign ifican t p lastic ity. N ow adays mo re and m ore rease rch pay the ir attention on learn ing effect on brain p lasticity after stroke. Th is artic le w ill summ arize co rre lation progress in learn ing and bra in p lasticity, so as to o ffer m ore sc ientific ev idence of " learn ing " on stroke trea tm en.t
经营养因子通过对神经元突触的生成和结 构调 节功 能的 影 响, 有助 于 学习 记 忆过 程 。 [19] 5 2 生 长相关蛋 白 - 43 ( GA P - 43) GA P- 43又名 F1蛋白、 B50、 PP46、 P57
- 43是突触 前末 端的 生长 相关 蛋白, 虽 然其不直接参 与膜骨 架蛋白 的聚合 作用, 但参与释放钙调蛋白, 从而刺激肌动蛋白 和微管 蛋白 的聚 合。 GAP - 43 也参 与了 膜的扩展, 神经递质的释放, 作用于胞吞
的结构, 是影响脑的可塑性的主要因素之
一。经水迷宫训练获得空间辨别性学习记
忆能力的大鼠海马内突触数量、突触活性
区膜面 积和 突触 小 泡数 量及 体 积明 显增 加, 提示空间辨别性学习记忆可引起大鼠 海马突触 形 态学 的可 塑 性变 化 [ 5]。 另外 树突棘是突触可塑性持续存在的基础, 直 接关系到 记 忆在 大脑 的 存储 [6] 。鸟 类和 啮齿类动物的研究表明印迹学习能导致其 脑内特定 区 域树 突棘 密 度的 增 加 [ 7] 。大 鼠嗅 觉 分辨 试 验 研 究发 现 3d 后 其 海马 CA 1区锥体神经元顶端树突棘的密度增加 20% , [8] 刺激大 鼠 眨 眼 试验 1 d 后 海马 CA 1区 神经 元基 底部 树突 棘的 密度 增加 39% 。 [9] 4 探索学习和脑功能可塑性
Progress in L earn ing and B ra in Plastic ity ZH AN G L i - x uan, ZH A O Yun - tao. D ep ar tm en t of Geria tric, theT h ird H o sp ita l of H ebeiM ed ical University, Shij iazhuang 050000, Ch ina
质含量最高, 并且神经元胞体和神经纤维 化及再生的轴突末端含量极高, 对神经纤 均含有 BDN F[16]。另 外在 周围神 经系 统、 维生长、发育、再生以及突触功能的维持 内分泌系统、骨和软骨等组织细胞中也存 和递质释放都起着重要作用, 是神经元生 在少量 BDN F。在脑 的发育过程 中, 从胎 长发育 的标志 蛋白 质 [ 21]。国 际上 将 GA P 龄 15 d直到出生后 2周, BDN F表达水平 - 43列为 研究神 经生 长发 育和 损伤 修复
育有关, 也影响脑损伤后功能的恢复。而 体一直保持相对稳定的状态, 但现存的神
学具有产生新的突起和形成新的突触
系, 本文就学习与脑的可塑性研究进展综 连接的能力, 神经元及其突起所形成的突
述如下。
触回路一直处于持续的被修饰状态。中枢
1 中枢神经系统可塑性
神经 组织 特异 性 磷酸 蛋白 质, 和 神 经发 5 3 碱性成纤 维细 胞生长 因子 ( bFGF ) 育、轴突再生和突触可塑性关 系密切 [ 20] 。 bFGF 属于 成 纤维 细 胞因 子 ( fibroblast 在神经组织中广泛存在, 尤其在生长、分 grow thfacto r, FGF ) 家 族, 是 由 154 个氨
学习记忆的 实质是 信号传 导和 处理。 有报道认为行为依赖性的突触可塑性是学 习记忆 的机 制 [ 14]。海 马突 触的 长时 程增
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强 ( long - term po tentiation, LTP ) 现 象 区胆碱能神经元合成、贮存乙酰胆碱的能 - 43磷酸化 程度研究 发现僵直刺 激后 60
马 LTP 完全恢复, 提示 BDN F在学习和记 忆的获得过程中发挥重要作用。运用原位 细胞杂交融合技术研究表明海马依赖的情 景学习过程可以迅速并选择性诱导大鼠海
脑组织 GAP - 43的 表 达 水 平明 显 减 少。 致的认知障碍, 够改善两侧基底前脑损伤 在成年大鼠嗅球僧帽细胞、皮质锥体细胞 导致的记忆缺陷 [30] ; bFGF 还 与年龄相关 及海马 CA 3区 锥体 细胞、 以单 胺类 为递 的学习 记忆 能力下 降有 关 [ 31] ; 慢性 颞叶 质 的 区 域 如 红 核、 黑 质 及 蓝 斑 核 等 中 癫痫患者的学习记 忆能力障碍伴随着 bF-
未成熟脑在发育过程中受遗传和环境
身行为的过程; 记忆是指获得的信息或经 验在脑内贮存和提取的神经活动过程, 二 者密切相关。 3 探索学习和脑结构的可塑性
学习可导致中枢神经系统形态结构的
因素的共同作用, 通过凋亡修剪等机制建 变化如脑质量增加、体积增大、皮质增厚
等。有研究表明经过对不同声音信号学习
作者单位: 河北医科大学第三医 院老年病 科 (张 利 宣 ); 河北 省 直 属机 关 医 疗保 健 室 (赵运涛 )
【K ey w ord】 Learning; B ra in; P lasticity
中枢神经系统具有明显的可塑性并且 立与环境相适应的神经细胞突触连接和相
持续终生。中枢神经系统这种形态结构和 应的神经元回路, 形成了高度复杂的中枢
功能活动上的可修饰性不仅与脑的正常发 神经系统。成熟的神经系统虽然神经元胞
神经系统所具有的突触形态和功能的可塑
中枢神经系统可塑性是指在环境变化 性正是人类从幼年、成年到老年能够不断
或脑损伤时, 中枢神经系统所具有的结构 学习和记忆最重要的神经基础。