海馬迴組織與學習記憶

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星形的圖案，隨著練習次數的增加，描繪圖形的能力變的越來越好，代表 患者的非陳述性記憶仍然正常 (MacKay et al., 1998)。由此案例發現不同 形式的記憶可能由不同的腦區負責，以上的研究可得知海馬迴負責陳述性 記 憶 與 空 間 記 憶 的 形 成 。 從 功 能 性 核 磁 共 振 (functional magnetic resonance imaging, fMRI) 分析發現，技能性之學習與記憶需要紋狀體 (striatum) 的 參 與 (Lacourse et al., 2005) ， 這 也 解 釋 巴 金 森 氏 症 (Parkinson’s disease) 病患因為紋狀體萎縮，導致其技能性的學習能力較 差 (Sarazin et al., 2002)。1989 年Packard以燈光為線索的八臂迷宮習慣 性學習試驗 (radial-arm maze)，發現動物因為紋狀體中的尾狀核 (caudate nucleus) 遭到破壞，失去習慣性學習的能力 (Packard et al., 1989)；利用 正子斷層造影 (positron emission tomography, PET) 觀察接受恐懼制約 學習 (fear conditioning) 的受試者腦部，發現腦中杏仁核的細胞活性有明

顯 的 反 應 ， 證 實 杏 仁 核 參 與 內 隱 氏 情 緒 性 記 憶 (implicit emotional memory)，此外McGaugh發現杏仁核也參與陳述性記憶的形成 (McGaugh et al., 1996)。

第二節、 海馬迴組織與學習記憶 ㄧ、 海馬迴的構造

海馬迴的發育是經由顳葉內側 (medial temporal lobe) 區域向頂葉 (parietal lobe) 擴展而成，位於腦室後側的大腦顳葉區域，是左右半腦對稱

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的構造，屬於邊緣系統的一部分。海馬迴於冠狀切片下呈現C字型，由於海

馬 迴 的 輪 廓 與 牡 羊 角 有 幾 分 相 似 ， 故 又 稱 做Ammon 氏 角 (Ammon’s horn) 。 哺 乳 動 物 邊 緣 系 統 中 的 海 馬 迴 複 合 體 結 構 由 海 馬 迴 (hippocampus)、齒狀迴 (dentate gyrus) 及海馬旁迴 (parahippocampal gyrus) 所組成。海馬迴皮質組織具有三層結構，包括：分子層 (molecular layer) 、 錐 狀 神 經 細 胞 層 (pyramidal layer) 及 多 形 層 (polymorphic layer)，其中最主要細胞型態為錐狀細胞。齒狀迴的皮質組織與海馬迴的結 構層類似，但與海馬迴不同的是其神經細胞層是由顆粒細胞 (granule cell)

所組成。海馬迴的主體依細胞的型態及投射路徑的不同又可分為cornu ammonis 1 (CA1)、CA2 及CA3 三個區域。

二、 海馬迴的投射路徑

海馬迴構造接受輸入的神經來源有： (1) 從大腦皮層 (cortex) 投射出 的神經先輸入至內鼻皮層 (entorhinal cortex)，再由內鼻皮層傳入海馬迴，

內鼻皮層所發出的訊息藉由穿透神經纖維 (perforant pathway) 投射至齒 狀迴的顆粒細胞，由齒狀迴的顆粒細胞苔蘚狀神經纖維 (mossy fiber) 投射 至 CA3 區域的錐狀細胞，再由 CA3 區域的錐狀細胞衍生出的 Schaffer 氏 側支投射至 CA1 區域，形成所謂的三突觸神經路徑 (tri-synaptic circuit)。

(2) 從下皮層區 (subcortical region) 來的大腦訊息則透過海馬繖 (fimbria) 與穹窿 (fornix) 進入海馬迴 (Amaral and Witter, 1989)。而海馬迴的輸出

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神經路徑也分為兩種： (1) 由下腳 (subiculum) 至內鼻皮層再傳送至大腦

皮質層區；(2) 直接或間接的輸出到下皮質層腦區 (Amaral and Witter, 1989)。

三、 海馬迴與空間學習記憶的關係

在臨床案例中，H.M 病人接受顳葉的切除手術結果造成了嚴重的失憶症 狀，首次發現海馬迴結構與學習記憶的關係，而在不同的實驗動物如大白 鼠、猴子等研究上也發現類似的實驗結果 (Squire, 1992; Jarrard, 1993)。

1971 年 O’Keefe 與 Dosrovsky 將紀錄電極插入大白鼠的海馬迴區域，發現

這群神經細胞只對特定的空間區域產生動作電位，推測海馬迴內存在對空 間位置有偏好的細胞，這類的細胞稱之為位置細胞 (place cell) (O'Keefe and Dostrovsky, 1971)。位置細胞對於空間位置的辨認需要依賴外在的視 覺線索 (visual cue)，於黑暗環境下，這些位置細胞並不會有任何反應，一 旦開燈後大白鼠海馬迴接受到視覺線索的刺激，位置細胞的空間位置偏好 性會立刻顯現，顯示海馬迴對於空間的記憶方式，是依據外在空間的線索 來建構 (Foster et al., 1989; McNaughton et al., 1989)。目前為止已經有許

多的研究發現海馬迴關聯到空間記憶的形成，如破壞海馬迴結構會導致大 白鼠在莫氏水迷津試驗 (Morris water maze) 出現學習障礙 (Morris et al., 1982)，而在 1990 年 Eichenbaum 等人破壞大白鼠的穹窿結構，將大白鼠 放入水池中的固定位置進行水迷津試驗，發現大白鼠能以固定的方式找尋

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到平台位置；但當大白鼠是以非固定位置的方式放入水池中或改變牆面上 的空間線索，發現大白鼠無法運用外在的空間線索找尋到平台的位置 (Eichenbaum et al., 1990)，由此可知動物去除海馬迴結構便無法將外界的

視覺線索和空間位置進行連結，證明了海馬迴系統是動物處理空間記憶形 成的主要結構。

四、 學習記憶相關的動物行為實驗

為了探討學習記憶形成之機轉，學者利用動物行為實驗觀察動物的學習 能力，其中迷津 (maze) 試驗主要觀察動物在空間記憶的學習能力，而莫 氏水迷津試驗為常用的迷津試驗，其實驗方法為：將老鼠放入不透明的圓 形水池中，在水池中有個低於水面的平台，老鼠可以藉由牆面上的空間線 索來找尋平台的位置，當其游至平台上即可獲得休息，藉由老鼠找尋平台 的時間判斷空間記憶學習的能力 (Morris, 1984)；此外，常用的行為模式還 包括 (1) 情境氏制約學習 (contextual fear-conditioning learning) ：當動 物接受厭惡性刺激因子 (aversive stimulus, 例如：電擊刺激) 前會先給予 一個中性刺激因子 (neutral stimulus, 例如：聲音)，使得動物在中性刺激 因子呈現時，可立即預知電擊的來臨。而當中性制約因子再度出現時，若 動物記得先前的厭惡性經驗，則會有恐懼的行為反應，如：大鼠會表現靜 止不動甚至顫抖，藉由動物恐懼時間的長短判斷老鼠記憶的程度 (Atkins et al., 1998)。(2) 單項抑制性躲避學習試驗 (one-way inhibitory avoidance

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learning task)：將老鼠置於具有明亮區與黑暗區的行為箱中，老鼠天性喜

好於黑暗處，當其進入黑暗區時給予電擊，下回老鼠再度被放入行為箱時，

若是老鼠記得被電擊的記憶，則會延長停留在明亮區的時間 (Kesner and Hardy, 1983)。