认 知 功 能

1. 认 知 功 能 学习与记忆

2. 概念Concepts • 熟悉学习的形式 • 掌握学习及记忆的基本过程(process of Learning and Memory) • 记忆的分类Ways of Memory • 早期关于学习和记忆的原则 • 不同时期对学习与记忆机制的认识 • 记忆障碍相关疾病 • 学习记忆的神经基础 • 学习记忆的神经生理学机制

3. 概念Concepts • 学习(Learning):the process by which we acquire knowledge about the word via the nerve system 人或动物通过神经系统接受外界环境信息而影响自身行为 • 记忆(Memory):the process by which that knowledge is encoded,stored and later retrieved 获取的信息或经验在脑内储存和提取(再现)的神经活动过程. • 学习和记忆是脑的最基本的功能之一,是大脑神经回路对环境变化的终身适应,其目的是获得生存技巧,以便更好的适应环境和改造环境.

4. 学习的形式

5. （一）学习的形式 1. 非联合型学习（nonassociative learning)： 是一种简单的学习形式，即在刺激和反应之间不形成某种明确的联系。如习惯化和敏感化。不同形式的刺激使突触发生习惯化和敏感化的可塑性改变属于这类学习。

6. 习惯化：指当一个非伤害性刺激重复作用时，对该刺激的反射性行为反应逐渐减弱的过程。例如，对一个有规律地重复出现的强噪音，人们不再对它反应。习惯化：指当一个非伤害性刺激重复作用时，对该刺激的反射性行为反应逐渐减弱的过程。例如，对一个有规律地重复出现的强噪音，人们不再对它反应。 • 敏感化（假性条件化，pseudo-conditioning)：例如一个弱的伤害性刺激可引起弱的收缩反应，但在强的伤害性刺激之后，弱刺激引起的反应明显增强。强刺激与弱刺激之间并不需要建立什么联系，在时间上也不要求两者的结合。

7. 2. 联合型学习（associativelearning) • 是两个事件在时间上很靠近地重复发生，最后在脑内逐渐形成联系，如经典的条件反射和操作式条件反射。 （1）经典条件反射（巴浦洛夫条件反射）（后述）： （2）操作式条件反射（operant conditioned reflex)： 又称为工具性条件反射（instrumental conditioned reflex) 完成某种复杂的操作才能得到食物 偶因踩杠杆得到食物 逐渐学会踩杠杆以获取食物 看见灯光再踩杠杆才能获得食物 以后只要看见灯光即唾液分泌

8. 条件反射活动的基本规律 • 1.建立经典条件反射所需的基本条件 无关刺激 + 非条件刺激 （多次结合） • 2.经典条件反射的消退 只给条件刺激，不结合非条件刺激  条件反射消退（条件刺激转化为引起中枢抑制的刺激,不是条件反射丧失）

9. 3. 人类的条件反射 • 儿童接受语言信号的能力还未健全，研究动物条件 反射的方法可用于儿童。 • 人类的语言可强化条件反射的建立。

10. 4. 两种信号系统 • 第一信号：具体的刺激信号，如声音、光、食物等 • 第二信号：第一信号的信号，即语言 • 第一信号系统（first signal system)： 人类大脑皮层对第一信号发生反应的功能系统。动物只有第 一信号系统。 • 第二信号系统（second signal system) ： 第一信号的信号，即语言。语词是现实的概括和抽象化。 第二信号系统是人类区别于动物的主要特征。

11. 学习与记忆的基本过程(process of Learning and Memory)

12. 学习与记忆的基本过程(process of Learning and Memory) • Acquired or encoded 获得(识记或登陆):感知外界事物或接受外界信息(外界刺激)的阶段,也即通过感觉系统向脑内输入讯号-学习过程 • Consolidated巩固:获得的信息在脑内编码存和保持的阶段 • Retrieved再现:将储存于脑内的信息提取出来使之再现于意识中的过程—回忆过程

13. 记忆的分类

14. 1.按信息贮存和回忆的方式分类 • （1）陈述性记忆（declarative memory)：是对自身经历和学习的事件进行编码、贮存并回忆、再现的过程，包括对发生在过去的特殊场景和重要事件的回忆和再现，用语言表达出来的情景式记忆（episodic memory)和对文字、语言和法律等回忆的语义式记忆（semantic memory）。这种记忆要通过意识，用语言表达出来。 • （2）非陈述性记忆（nondeclarative memory)：不依赖于意识或认知过程，但需要经过多次重复测试才能逐步形成，是对一系列规律性操作程序的下意识的感知和反射活动，因而又称为反射性记忆，往往不能用语言表达出来。如驾驶，某些体育动作等。

15. 按记忆保留时间长短分类

16. “信息流”的中断,由于顺行性遗忘 持续时间＜1s 持续时间数秒 持续时间 数分至数年 新信息代替旧的 前活动性和后活动性干扰

17. 陈述式记忆与非陈述式记忆的区别

18. 脑内记忆系统 • 陈述性记忆的神经回路—需要边缘系统参与 大脑皮层v1-v2,v3,v4 颞下回 边缘系统 嗅皮层、杏仁复合体和海马 内侧颞叶-内侧丘脑-腹内侧额叶 基底前脑胆碱能系统

20. 不同历史时期对学习与记忆机制的认识

21. 不同历史时期对学习与记忆机制的认识 • 脑室定位学说：大约公元前几百年，认为心理、精神过程定位于脑室。这一学说统治了1000多年。 • 颅相学（脑功能局部定位学说）：约19世纪初。将不同的脑功能（心理、意识、思想、情感等）定位于脑的不同部位，并在颅骨外标记出来，形成颅骨图。认为每一功能的发展均可使其功能区域扩大，犹如锻炼可以使肌肉强健一般，从而形成了脑功能局部定位学说。

22. 脑功能的整体论 • 法国神经学家Flourens通过切除动物部分脑区观察分析脑与行为的关系。研究发现，不管切除什么部位，功能都能得到同样的恢复，提出了脑功能的整体论。以上脑功能局部定位学说与整体论学说的争论一直延续到20世纪。 Jean Pierre Flourens

23. 发现颞叶在学习记忆中的作用：20世纪40年代，神经外科医生Penfield用刺激电极刺激手术病人的皮层，让处于清醒状态的病人述说感受。结果发现，电刺激可以导致病人产生一种经验性反应，即病人有记忆的复现，而且这种回忆似的反应均是通过刺激颞叶诱发出来的。这一发现首次将记忆功能定位在脑的特定部位。从此，颞叶在学习记忆中的作用受到越来越多的重视。发现颞叶在学习记忆中的作用：20世纪40年代，神经外科医生Penfield用刺激电极刺激手术病人的皮层，让处于清醒状态的病人述说感受。结果发现，电刺激可以导致病人产生一种经验性反应，即病人有记忆的复现，而且这种回忆似的反应均是通过刺激颞叶诱发出来的。这一发现首次将记忆功能定位在脑的特定部位。从此，颞叶在学习记忆中的作用受到越来越多的重视。 Wilder Penfield (1891-1976) A young Wilder Penfield in Charles Sherrington's laboratory for mammalian physiology in 1916. (Wilder Penfield Archive)

24. 颞叶（Temporal Lobes） • 在记忆中有重要作用的另一个证据： • 来自20世纪50年代对癫痫病人的治疗观察。其中最典型的病历是一个长期患有顽固性癫痫的年轻病人H.M，为了控制他的癫痫发作，医生切除了他大脑双侧颞叶的内侧部分，结果导致他丧失了几种类型的长期记忆的能力。

25. 对海马和额叶的认识 海马 • 总结长期通过临床观察和脑组织实验切除所积累的资料，认为颞叶中的一些结构，特别是海马（hipocampus)似乎是长期记忆的暂时贮存场所，对新习得的信息进行为期数周到数月的加工，然后将这种信息传输到大脑皮层的有关部位作更长时间的贮存，贮存在大脑皮层不同部位的记忆信息再由额叶（frontal lobes)皮层的记忆活动表现出来。此外，记忆有多种类型，其贮存部位及提取路径并不相同。

26. 额叶：也叫前额叶。位于中央沟以前。在额叶的内侧面，中央前、后回延续的部分，称为旁中央小叶。负责思维、计划，与个体的需求和情感相关。额叶：也叫前额叶。位于中央沟以前。在额叶的内侧面，中央前、后回延续的部分，称为旁中央小叶。负责思维、计划，与个体的需求和情感相关。 　　前额叶与丘脑背内侧核共同构成觉察系统，是精神活动的最主要场所。 额叶的功能是交换产出样本，通过联结路径点亮丘觉产出意识。 前额叶与丘脑背内侧核通过联络纤维建立联结路径，样本就是通过联结路径点亮丘觉的。

27. 丘觉是我们通过遗传获得的意思结构，这些意思是丘脑核团的神经元本身蕴含的，并能够自由合成发放或被样本点亮发放出来。丘觉平时处于潜伏状态，自由合成或被点亮时意思才能发放出来，形成意识。丘觉是不能通过学习获得的，丘觉具有遗传性和联结性，丘觉的性质也就决定了意识的性质。 心理两内核包括丘觉和样本，是原理心理学的核心概念。

28. 早期关于学习和记忆的原则

29. Ivan Petrovich Pavlov伊凡彼德罗维奇巴甫洛夫 Nobel Prize portrait （1904）

30. 巴甫洛夫条件反射 又称为经典条件反射(classical conditioning)： 铃声不引起狗唾液分泌，此时铃声称无关刺激。 食物引起狗唾液分泌，食物称无条件刺激(UCS)。 铃声和食物多次结合后，铃声可引起唾液分泌，此时铃声已成为进食的信号，成为信号刺激或条件刺激(CS)。 由条件刺激引起的反应称为条件反应(CR)。 条件反应的强化：无关刺激和非条件刺激多次结合产生条件反射的过程。

31. 早期关于学习和记忆的原则 巴甫洛夫和实验室 Ivan Pavlov’s（伊万·巴甫洛夫）的经典实验： - 将条件刺激（CS）与无条件刺激（UCS）作为对照实验。 - 无条件刺激下能够引出相应的实验结果，即无条件反应（UCR）。 -几次反复实验以后，一定条件下的刺激，其相应结果也能够被引出，即条件反应（CR）。

32. 早期关于学习和记忆的原则 在实验操作中，会有强化刺激或者惩罚来加强或者减弱一个行为。 - 强化刺激会增加行为再次发生的几率。 - 惩罚会减弱行为再次发生的几率。

34. 早期关于学习和记忆的原则 Pavlov（巴甫洛夫）认为conditioning（条件）加强了条件刺激与无条件刺激之间的联系。 Karl Lashley 研究寻找大脑中记忆的痕迹。

35. 早期关于学习和记忆的原则 Lashley 提出了关于学习的两个关键原则 - 等势原则Equipotentiality——大脑皮层对于复杂功能行为的作用是一样的（比如：学习）。 - 整体作用/mass作用——大脑皮层作为一个整体，而不是单独的单元。

36. 早期关于学习和记忆的原则 Richard F. Thompson和他的同事发现了经典的条件反射与小脑的间位核外侧活动相关。 为将学习能力归因于小脑的间位核外侧提供了依据。

37. 操作性条件反射 • 美国著名心理学家Edward Thorndike,(1874-1949)创立了另一种条件反射实验方法----- • 即要求动物通过学习一种作业或解决一个问题而获得奖赏（或逃避惩罚）。 • 这种条件反射被称为操作性条件反射(operant conditioning)

38. 操作性条件反射 • 迷笼实验 • 将饥饿的猫置于特别的迷笼中,笼外放食物,只有当猫触动迷笼机关时,笼门才自动打开,猫才可出笼得食.开始时猫乱抓乱撞,紊乱中偶然触动机关,吃到食物,在以后重复实验中,猫紊乱动作随练习次数增加而减少,最后,猫可一次性得食

39. 迷笼实验结论 练习律 准备律 • Thorndike提出的学习理论 • 尝试-错误理论:学习的实质是通过尝试与错误,从而在一定的情景和一定的反应之间建立起联结. • 效果律:在尝试-错误学习过程中,某一反应之所以能够与特定的情境建立联结是因为该反应(触动机关)之后能够获得满意的效果(出笼得食).

40. 记忆的类型 Hebb (1949) 区分了两种记忆 - 短时记忆（STM）——记忆刚刚发生的事件 - 长时记忆（LTM ）——记忆以前发生的事件

41. 记忆的类型 STM and LTM的区别： - 短时记忆有限定的容量；而长时记忆没有 如果没有反复的练习，短时记忆很容易忘记；长时记忆保留在记忆中 长时记忆能够被相应的提示而重新记起；忘记的短时记忆则不可以

42. 记忆的类型 后来的一些研究不支持长时记忆与短时记忆这种划分方式 - 因为有的记忆不能够被明确地划分为短时或者长时记忆 工作记忆（Working Memory） - Baddeley and Hitch提出，工作记忆是作为短时记忆与长时记忆以外的一种记忆。 - 即在一定时间内，临时储存的活跃的、并且处于工作状态的记忆。

43. 补充说明——工作记忆 短时记忆随时间而形成的一个连续系统也就是工作记忆 某种形式信息的暂时存贮对许多认知技能来说是必须的（如理解、学习和推理等都属于需要信息额暂时存贮即工作记忆的认知技能）。人在进行认知活动时，由于需要长时记忆中的信息处于这种活动的状态，就叫工作记忆。进入工作记忆中的信息就是人们自身意识中的内容，这种记忆易被抹去，并随时更换。海马损伤后这种记忆会发生困难。 　 所谓工作记忆，是指人们在完成认知任务的过程中将信息暂时储存的系统。工作记忆可以被理解为一个临时的心理“工作平台”，在这个工作平台上，人们对信息进行操作处理和组装，以帮助我们理解语言、进行决策以及解决问题。可以将工作记忆理解为对必要成分的短时的、特殊的聚焦。

44. Baddeley’s的工作记忆模式 三个主要组成部分 基于语音的语音环——储存听觉输入 视空图像处理器——储存视觉输入 类似于注意的中枢系统——管理注意力和决定储存的内容

45. 工作记忆 前额叶皮层与运动学习的关系 • 1935年Jacobson的延缓反应实验 • 延缓反应-让猴子观察眼前的两个食盘,其中一个盘内有食物,然后将两食盘盖起来再用幕布将他们遮起以避免猴子盯视食盘.几秒或几分钟后将幕布拿开,观察猴子首先打开哪个食盘盖.if猴子打开原先放好食物的食盘盖,将得到奖励.这种行为模式称为-延缓反应. • 交替延缓反应-对实验程序稍加修改,只有当猴子记住前一次获得奖励食盘的位置(左或右),下一次打开另一位置食盘的盖,才能再次得到奖励.这种行为模式称为-交替延缓反应.

46. 前额叶皮层与运动学习的关系 • 正常猴子对于不同延缓时间的延缓反应,甚至是几分钟的延缓反应,也很容易建立起来.但是,对双侧前额叶损伤的猴子即使建立几秒钟的延缓反应,也十分困难. • 结论: • 前额叶损伤引起短时记忆障碍,是导致延缓反应或交替延缓反应困难的主要原因. so前额叶皮质的活动增多 受试猴子的表现越好

47. 延缓反应的行为模式分析 • 导致行为障碍产生的两个因素: 空间辨别反应和时间延缓反应. • 1.如仅要求动物进行空间辨别,则前额叶损伤并不影响这种行为模式的训练. • 2.对动物仅进行延缓条件反应而不伴空间辨别,则这种行为模式也不受前额叶损伤的影响. • 即:前额叶联络区皮层与时间和空间关系的复杂综合功能有关. • 前额叶主沟两边的神经元在延缓期(Delay期)内活动最强,这些神经元代表短时记忆和计划,而非实际运动本身.这些神经元也在执行其它延迟作业反应时活动.

48. 工作记忆 年龄大的人往往工作记忆损伤更多 有可能是由于额叶前回的改变 老年人额叶前回的活动减少，与记忆的减退相关 额叶前回活动的增加象征着大脑其他部位的代偿

49. 工作记忆与海马 健忘症是一种记忆的丢失 在编码、检索记忆时，海马的不同部位被激活 ——损伤，导致健忘症。

50. 患者 H. M. 为了阻止癫痫发作，HM的海马被手术移除。 从此他无法形成新的长期记忆。 但是HM的工作记忆是完好的。 这提示我们，海马对于维持长期记忆是至关重要的。