一、學習記憶之形成過程
學習與記憶一指經驗的獲得與發展,另一為記憶則為經驗的保存 與 再 現 。 記 憶 之 保 存 時 間 可 分 為 三 類 , 即 短 期 記 憶 (short-term memory)、中期記憶(intermittent-term memory)、及長期記憶(long-term memory) (63);另就訊息刺激後之學習記憶形成階段,則可分為四期
(64):感覺記憶期(sensory memory)-在事件發生後數秒鐘內的記憶;初 級記憶期(primary memory)-在事件發生後數分鐘內的記憶,此類記憶 僅能維繫數小時;二級記憶期(secondary memory)-在事件發生後數月 內的記憶,此類記憶可維繫數年之久;三級記憶期(tertiary memory)-在事件發生後數十年內之記憶,此類的記憶形態可長達終生不忘。
當外界之刺激訊息輸入後以至記憶之形成,通常都需要經歷下述 之階段,即學習獲得(acquisition)、記憶鞏固(consolidation)、記憶再現 (retrieval)及再學習獲得(reacquisition)之過程;一旦新訊息經學習獲得 記憶鞏固後,便進入中期記憶形態,若再經不斷之再學習獲得或記憶 之再現,而使記憶形態再次鞏固便可進入長期記憶(65)。對不同記憶類 型的腦內解剖結構定位進行總結(Table.1) (66) ,使大腦結構與記憶的相 關性有了更進一步的了解。
Table 1.記憶的腦內解剖結構定位(66) 1.陳述性記憶
a.事實、活動事件
內側顳葉 medial temporal lobe,間腦 diencephalon
c.簡單的經典條件反射 杏仁核(amygdala),小腦(cerebellum)
二、神經傳遞物質與學習記憶
(一)、Cholinergic system 對記憶形成之影響
1971 年 Deutsh 指出,在新訊息之儲存和再現過程,乙醯膽鹼神經 元突觸有明顯增加及改變之現象(67)。而在近期之行為藥理學之研究 中,Drachman 及 Leavitt 發現年輕人在服用乙醯膽鹼接受器拮抗劑 SCOP 後 , 會 產 生 類 似 老 年 癡 呆 症 之 進 行 性 健 忘 症 狀(68);同時 Quartermain 及 Leo 亦發現給予大鼠 SCOP 後,可使腦內 cholinergic neuron 之減少而誘發學習行為操作之障礙(69~72);亦發現 SCOP 初期的 影響過程是在學習獲得的成形過程(73);實驗結果亦顯示,SCOP 會加 強滯留行為的障礙,同時提供了 SCOP 的障礙和學習成形相互關聯(74)。
近來在 basal forebrain 的 cholinergic neurons,特別是 nucleus basalis magnocellularis (NBM)與記憶過程的支配相關聯。在大鼠腦室給予乙 醯膽鹼神經毒素 AF64A,會降低 hippocampal 和 frontal cortex 之間 acetylcholine 的水平,且造成被動迴避學習記憶的障礙(75);另在乙醯 膽鹼神經毒素 AF64A 所造成之腦內乙醯膽鹼神經元之萎縮及大鼠學 習行為操作障礙,發現若植入富含乙醯膽鹼之神經元便可使記憶減退 之現象得到恢復(76)。此外在 1990 年 Goto 指出,乙醯膽鹼之周邊接受 器拮抗劑 meth-SCOP,可造成痛覺、感受及運動量之改變,但不會造
成學習記憶之障礙(77)。因此,在學習記憶之能力上,中樞乙醯膽鹼神 經系統,確具重要參與之角色 (78) 故本研究使用 SCOP 等作為誘發學 習獲得障礙之動物模式。
(二)、Catecholaminergic system 對記憶形成之影響
根據 Oei 之報告指出,周邊及中樞 noradrenergic system 在學習記 憶中扮演一定的角色(77)。在大鼠迴避學習記憶行為操作模式觀察,發 現老化引起的大腦 NE 含量缺乏,會促成老化相關的迴避行為障礙;
若給予大腦 NE 取代治療則可改善老化動物的迴避行為障礙(79)。 1991 年 Harley 提出 , 在成年哺乳類大腦 , 作用於 perforant path-dentate gyrus synapse 可提供一個神經可塑性的模式。當內生性或 外生性 NE 被輸入,從 dentate gyrus 作用到 perforant path,可促發短 期和長時期的加強,促發這個加強作用依賴β-接受器的活化。另外增 加 locus coeruleus(LC)的活性,可進入 perforant path 短期和長時期加強 的作用,降低 LC 的活性則不影響 baseline perforant path 的作用(80)。
Oei 及 King 以 6-OHDA 造成腦部區域損壞之研究中,Pisa 及 Fibiger 指出 dorsal noradrenergic bundle (DNB)之 noradrenaline 在空間性記憶 能力及注意力,扮演一定之角色(81)。另 Mason 和 Fibiger 在大鼠 food reinforced spatial delayed alternation task 中,注射 6-OHDA 於 dorsal noradrenergic bundle,發現 cortex-hippocampus 的 NE 有 95%的下降。
更有報告指出注射 6-OHDA 於 A10 catecholamine 神經,對於大鼠的 delayed alternation task、T-maze (food reinforcement)等造成行為障礙
(82)。
報告指出,週邊 epinephrine 的釋放,可調節新訊息成形的貯存和 促進記憶的調節。訓練前給予 PROP 及 PHEN,為β及α接受器拮抗劑,
會減弱 epinephrine 的記憶增強作用(83);另給予大鼠
β
接受器拮抗劑PROP,會阻礙行為的改善;當 PROP (10 mg/kg) 併用 intrahippocampal SCOP (0.32
µ
g/side),明顯增加 working memory 的錯誤,顯示 working memory 的行為,是經由 muscarinic 和β
-adrenergic 共同調節神經傳遞 的作用機轉(84)。(三)、Serotonergic system 對記憶形成之影響
serotonin 的細胞體是在 raphe nuclei(85)。在無脊椎動物如海蝸牛所 進行之條件學習反應研究中,認為記憶鞏固係 5-HT 釋出後,作用於 突觸後接受器導致突觸後神經內 protein kinase 之活化,以促進蛋白質 合成及基因之複製(86)。研究數據指出,個別刺激或阻斷 5-HT1B 和 (或)5-HT2A/2C接受器,會抑制或加強學習(87);另外文獻指出 serotonin 在辨識過程,是經由過度釋放而非耗盡來產生滯留行為的障礙(88)。
PCA 為 serotonin 釋出促進劑,可增加中樞 serotonin 之活性而誘 發學習獲得障礙。在大鼠 one-way 主動迴避模式的學習和滯留及被動 迴避模式的滯留,PCA 會造成一個劑量和時間相關的障礙;一聯串的 研究亦指出,PCA 會導致迴避學習的 缺乏,是藉由刺激突觸後的 serotonin 接受器而產生 serotonin 的釋放所致。由 PCA 導致的主動迴 避模式的學習獲得不足,被認為是經由刺激 5-HT2接受器而促成;被 動迴避模式的滯留則被認為是經由 5-HT1接受器而促成(89);另外 PCA 所引起的健忘,可被小鼠訓練後給藥 5-HT2接受器拮抗劑:ritanserin、
miaserin 逆轉,但 SCOP 引起的健忘則不行(90)。5-HT1A接受器作用劑:
8-OH-DPAT,明顯增加 three-panel task 的錯誤次數,但在參考記憶 (reference me mory)測試,則沒有作用;這提供當活化 hippocampus 的 5-HT1A受體會障礙 working memory 但不影響 reference memory 的保留
(91)。另以 serotonergic neurotoxin 5,7-DHT 投在 raphe 會造成學習記憶 損傷(92)。
三、腦缺血與學習記憶
臨床上,癡呆症以阿爾滋海默氏症和血管性癡呆症最多,腦部缺 血、缺氧或出血容易引起中樞神經系統之神經元損害,產生神經功能 喪失,嚴重者會導致神經元死亡,此神經功能失常常反應於行為及記 憶功能失常。
大腦的小動脈硬化 (cerebral arteriosclerosis)是老年性智力減退的 原因,這點已經得到眾多學者的肯定。動脈粥樣硬化時發生的多發性 後雙側鼠腦組織中NE含量均下降(95),Robinson則認? 大鼠腦缺血早期 缺血則NE升高,在發生腦組織不可逆損傷後又下降(96)。Calderini在大 鼠雙側頸總動? 阻斷加低血壓法造成全腦缺血,發現缺血15分鐘時腦 組織中NE升高,5-HT及5-HTAA無變化,再灌流靶分鐘後NE及5-HT 均下降(97)。
5-HT與缺血性腦水腫密切相關。5-HT同血管壁5-HT受體結合可發 揮? 烈的縮血管作用,更加重腦缺血,同時5-HT降解? 物5-HIAA彌散 于神經元間隙也加重腦水腫,腦水腫又可使腦組織血供進一步? 少,
形成缺血性腦損傷的惡性循環。另外,腦實質小血管壁上含NE能神經 末梢及a、ß受體,大量NE及E主要激活a 受體引起腦血管? 烈收縮(98); Magnoni研究表明腦缺血時停受體數目? 少,這樣a受體即相對增加,
更加? 了NE及E的縮血管作用從而加重腦缺血及腦水腫(99)。