自皮层表面到白质分成6层， 外膝状体核处理后的视觉信息首先传到皮层17
区，（I区或纹状体区）。外膝状体细胞轴突 末梢终止于第4层内，然而再与2，3层细胞， 第5，6层细胞建立突触联系。 星形细胞（stellate cell） 和锥体细胞（pyramidal cell）
简单细胞的感受野及其特点
第十五讲 脑信息处理机制
一、视觉信息处理机制 二、学习与记忆机制 三、脑科学简介
一、视觉信息处理机制

1、视觉系统的结构(视网膜、外膝体、 视皮层)
2、视觉系统各部分的信息处理
关于视知觉的三条基本的评论
1．欺骗性 2．模棱两可 3．建构过程
视网膜 外膝体 视皮层
视皮层
丘脑枕 上丘
海马LTP可能是学习记忆的分子基础
1973年Bliss及其合作者，电刺激麻醉兔的内 嗅皮层，使海马表层的穿通纤维兴奋，可在齿 状回记录到场电位。先用高频电刺激几秒钟后， 再用单个电刺激，记录到的部分场电位幅度大 大超过原先记录的对照值，并可持续几小时， 几天。这一现象称为长时程增强效应（LTP）。 1983年发现NMDA（N—甲基—D—门冬氨酸） 受体通道复合体在LTP过程中起重要作用，进 一步深化了对LTP在大脑学习记忆中作用的理
只需即或与该项学习记忆有关的感觉系统和运动系统 只需突触前易化作用机制，即突触前神经元和有关的调制
神经元的联合机制
大脑皮层V1V2，V3，V4
边缘系统
内侧颞叶、内侧丘脑、腹内侧额叶
基底前脑胆碱能系统
视觉陈述性记忆学习和记忆神经回路示意图
边缘系统 VTP DA 伏隔核
大脑皮层 尾核
GABA 苍白球
– 特异性（Input-Specificity）：所诱导的LTP对被激 活的通路是特异的，在其他通路上不产生LTP。
LTP的时程和分类： 时程： PTP强直后增强，一般5分钟后衰减 STP短时程增强，持续半小时左右。 LTP长时程增强，持续碱能受体阻断剂：阻断学习 胆碱酯酶抑制剂：增强学习 肾上腺素：增强记忆 加压素 全身注射肾上腺素受体激动剂或阿片受体拮抗
脑科学新进展
1、分子和细胞水平的神经科学发展迅猛 2、感觉信息加工的重大突破——视觉的脑
–计算神经科学：应用数学理论和计算机模拟方法来研究脑功能的学 科。(创造脑)
2、临床神经科学：侧重医学临床应用
研究与神经系统有关的疾病，及其诊断、治疗方法、技术等(保护 脑)
脑科学的任务
最终目的：在于阐明人类大脑的结构与功能，以及人类行
为与心理活动的物质基础，增进人类神经活动的效率，提高对 神经系统疾患的预防、诊断、治疗服务水平。
行为学：引起个体对特殊环境条件所产生的适应性行为的全部过 程
记忆：获得的信息或经验在脑内储存和提取（再现）的神经活动 过程
心理学：记忆是一种心理过程，由识记、保持、再认或回忆所组 成
学习和记忆的基本过程：获得，巩固，再现 获得：是感知外界事物或接受外界信息（外界信息）的阶段，也
就是通过感觉系统向脑内输入讯号的阶段。学习阶段。识记或登 录。注意力对获得的信息影响很大。 巩固：获得的信息在脑内编码贮存和保持的阶段。保存时间的长 短和巩固程度的强弱与该信息对个体的意义以及是否反复应用有
基础。 – 5、阐明神经系统疾患的病因、机制，探索治疗的新手段。
神经生物学处于生命科学发展前 沿
著名学者高度评价神经生物学的研究
– 神经生理学家，诺贝尔医学生理学奖获得者Eccles 预言：“在30年内，世界上大多数最伟大的科学家 将都是在研究脑”
– 诺贝尔医学奖获得者Crick指出：“对于人类来说， 没有任何一种科学研究比研究人脑更重要。人约有 十万多结构基因，包括密码结构蛋白，密码运动蛋 白和密码酶，其中60%以上在神经系统内。其中目 前已知的才几十种”
脑是怎样进行记忆的？记忆的物质基础是什么？ 信息是通过什么方式写入，又以什么方式回忆 和重现？
海马
齿状回是大脑皮质中唯一的只与大脑皮质内部发生联系， 而不与皮质下中枢发生联系的结构，它接受来自内嗅区的 穿通纤维，发出的轴索，形成苔状纤维，止于CA3区锥体 细胞主干树突基部。苔状纤维的突触结构比较特殊，内含 密集的圆形透明囊泡和少量实心的囊泡，且与好几个树突 棘形成突触复合体——苔状纤维突触集群，这一结构只在 海马和小脑中才有，它被认为可能是脑信息的存储载体。
学习的类型
1、简单学习：某种刺激重复作用的结果
（1）习惯化：在反复刺激的过程中，因刺激而引起的行为反应减
弱。海兔的缩鳃反射
（2）敏感化：在某种刺激（通常是强刺激）后，对该种刺激反应
明显增强。
2、联合型学习：
（1）经典的条件反射：指一个条件刺激和一个非条件刺激所分别
引起的两种行为反应之间可建立起联系
基本目标：
– 1、揭示神经元间各种不同的连接形式，为阐明行为的脑 的机制奠定基础。突触（1014）
– 2、在形态学和化学上鉴别神经元间的差异，了解神经元 如何产生、传导信号。以及这些信号如何改变靶细胞的活 动。
– 3、阐明神经元特殊的细胞和分子生物学特性。 – 4、认识实现脑的各种功能（包括高级功能）的神经回路
运动系统
丘脑
习得性行为神经调控的框图
工作记忆（working memory）
属程序性记忆、短时记忆 依赖于大脑前额叶皮层神经环路的功能，尤
其是谷氨酸神经元与多巴胺神经元之间的平 衡。 是一短暂时刻的知觉，是一系列操作过程中 的前后连接关系，后一项活动需要前项活动 为参照。 对脑高级功能的意义，通常是在过去的经历 与当前的行动之间提供时间和空间的连续性， 对于思维运算、下棋、弹钢琴以及无准备的
（2）操作式条件反射：包含着反应与刺激联系的形成。让动物操
作物体来学习解决问题，并得到奖赏或避开惩罚
习惯化
海兔缩腮反射 敏感化的突触 前易化机制
经典条件反射过 程中突触传递变 化的示意图
记忆
瞬时记忆：当外界的刺激作用于人们的感觉系统，其信 息会保持很短的时间
短期记忆（几分钟） 长期记忆（数分钟，几年）
感受野（receptor field）
视通路中任一神经元都有其各自的视野 或在视网膜上有一个代表区域，这个对 应区域就是该细胞的视觉感受野。
视觉感受野的研究是单细胞视觉功能的 钥匙。
视网膜细胞
视网膜细胞
感受器细胞（感光细胞）：视锥细胞，视杆细 胞 ，给出分级的超极化电位，不产生动作电 位
人类视觉通路示意图
基本的视觉信息
1、亮度：380~780nm,是一种外界辐射的物 理量在我们视觉中反映出来的心理物理量。
2、形状：由物体在视觉空间上的亮度分布、 颜色分布或运动状态不同而显示出来。对比度、 方位
3、运动（运动方向和速度）: 4、颜色：主观感觉。 5、立体（或深度）视觉：

cGMP含量的下降，造成了Na+不能再
流入
细胞内，引起超极化。
神经节细胞
Mach Band现象的 神经生物学解释
外膝体（lateral genic中ul继at细e n胞u（cl投eu射s）细胞，P细胞）
中间神经元，（I细胞，25%）
视皮层
视皮层，现知与视觉有关的大脑皮层多达35个 （猴），
超柱
既平行又分级 串行的信息处 理机制
脑工作原理
1、“主教细胞”假说：
(1) 组合爆炸
(2) 信息的集成问题
2、细胞群假设 ：由一群细胞的时空发放模式
来反映刺激的类型
(1) 重叠灾难 (2) 难以表达“等级结构” (3)特征捆绑问题
3、时空编码理论 ：动态细胞群
不断强化
要有输入，还要有输出。
三、脑科学简介
1、基础神经科学：侧重基础理论
–神经生物学：研究人和动物的神经系统的结构与功能、及其相互关 系的科学，是在分子水平上、细胞水平上、神经网络或回路水平上 乃至系统和整体水平上阐明神经系统特别是脑的物质的、能量的、 信息的基本活动规律的科学。(认识脑) – 由六个研究分支：分子神经生物学（化学物质）、细胞神经生 物学（细胞、亚细胞）、系统神经生物学、行为神经生物学（学习 记忆、情感、睡眠、觉醒等）、发育神经生物学、比较神经生物学
LTP定义：给突触前纤维一个短暂的高频刺激 后，突触传递效率和强度增加几倍且能持续数 小时至几天保持这种增强的现象。
LTP和学习、记忆的联系吸引子假说
LTP有三个基本特征：
– 协同性（Cooperativity）：诱导LTP需要很多纤维 同时被激活
– 联合性（Associativity）：有关的纤维和突触后神 经元需要以联合的形式一起活动
各主要脑取得细胞内Ca2+浓度升高是脑老化的 重要特征之一，钙通道拮抗剂能有效的阻断细 胞外Ca2+内流及抑制细胞内钙的释放，从而减 轻细胞内钙负载，起着保护神经细胞的作用。
尼莫地平：是迄今在动物实验中改善记忆作用 最强的药物。
记忆的神经基础是突触可塑性的改变和新的神经 回路的形成。
一个良好的学习功能状态应该是，既能不断的学 习新的东西，又能记住已经学会的东西，也就是 既要不断建立新的联系，又要保持原来已形成的， 对适应生存有用的记忆。
双极细胞 ：只能给出分级电位，不产生动作 电位 ，同心圆拮抗方式
神经节细胞(ganglion cell, GC) ：同心圆拮抗 式感受野
光信号转换成神经冲动（感光细胞的作用）
视色素:视蛋白+顺式视黄醛
光照，顺式视黄醛——〉全反式视黄醛

激活转导蛋白

激活磷酸二酯酶(PDE)

cGMP——〉GMP
心理学： 形象记忆——以事物形象为内容的记忆 逻辑记忆——关于事物的意义、性质、变化规律等内容 情感记忆——涉及某些情感体验及情绪变化为内容的记