生理心理学(第2版)

海马（hippocampus）是端脑内的一个特殊古皮层结构，位于侧脑室下角的底壁，因其外形酷似动物海马而得名。20世纪50年代临床观察发现海马损伤的病人发生顺行性遗忘症，因而引起生理心理学家们的重视。在过去的半个世纪中，海马与学习记忆的关系，一直是生理心理学研究的热门课题。这些研究发现，海马的生理心理功能极为复杂，不仅与学习记忆有关，还参与注意、感知觉信息处理、情绪和运动等多种生理心理过程的脑调节机制，并且还发现海马附近的内嗅区皮层、围嗅区皮层和旁海马回皮层在记忆形成中也十分重要。本节主要讨论海马与记忆的关系。

一、海马的形态与功能特点

与新皮层不同，海马与其附近的齿状回是古皮层，仅有3层细胞结构，即分子层、锥体细胞层和多形细胞层。根据海马的组织结构特点，又可将之分为CA1，CA2，CA3和CA4四个区域。CA1和CA2位于海马背侧；CA3和CA4位于海马腹侧。海马与其附近的齿状回、下脚、胼胝上回和束状回形成一个结构和功能的整体，合称海马结构（hippocampal formation）。海马结构通过穹窿、海马伞和穿通回路与隔区、内嗅区和下丘脑的乳头体发生直接的纤维联系。海马结构的齿状回直接通过由内嗅区皮层发出的穿通回路（perforant path），接受杏仁核、其他边缘皮层和新皮层发出的神经信息。接受这些脑结构的神经信息之后，齿状回发出纤维止于CA3和CA4；再由CA3和CA4神经元的轴突发出侧支（schaffer collateral fiber），止于海马CA1和CA2。虽然穹窿主要由海马结构的传出纤维组成，但其中也含有从内侧隔核来的胆碱能传入纤维以及从脑干发出的5-羟色胺能神经纤维和去甲肾上腺素能神经纤维。海马结构的主要传出纤维从CA1和CA2区发出，经穹窿达下丘脑乳头体、丘脑前核和外侧隔核。CA1和CA2区的传出纤维也止于下脚。在海马结构的这些联系中，绝大多数突触以氨基酸类物质作为神经递质，特别是谷氨酸和GABA为主。值得特别指出的有两种回路，一个是经典的帕帕兹环路（Papaz's circuit），另一个是三突触回路（trisynaptic circuit）。

二、海马的两个记忆回路

海马→穹窿→乳头体→乳头丘脑束→丘脑前核→扣带回→海马，这条环路是20世纪30年代就认识到的边缘系统的主要回路，称为帕帕兹环路。在这条环路中，海马结构是中心环节。所以，在40～50年代曾认为海马结构与情绪体验有关。近些年发现，内侧嗅回与海马结构之间存在着三突触回路，它与记忆功能有关。三突触回路始于内嗅区皮层，这里神经元轴突形成穿通回路，止于齿状回颗粒细胞树突，形成第一个突触联系。齿状回颗粒细胞的轴突形成苔状纤维（mossy fibers）与海马CA3区的锥体细胞的树突形成第二个突触联系。CA3区锥体细胞轴突发出侧支与CA1区的锥体细胞发生第三个突触联系，再由CA1区锥体细胞发出向内侧嗅区的联系。这种三突触回路是海马齿状回、内嗅区与海马之间的联系，具有特殊的机能特性，成为支持长时记忆机制的证据。

1966年，罗莫（T．Lomo）首先报道了他称之为长时程增强效应（LTP）的现象，即电刺激内嗅区皮层向海马结构发出的穿通回路时，在海马齿状回可记录出细胞外的诱发反应。如果电刺激由约100个电脉冲组成，在1～10秒内给出，则齿状回诱发性细胞外电活动在5～25分钟之后增强了2.5倍，说明电刺激穿通回路引起齿状回神经元突触后兴奋电位的LTP，因而这些神经元单位发放的频率增加。后来他们又报道，海马齿状回神经元突触电活动的LTP现象可持续数月的时间。他们认为，由短暂电刺激穿通回路所引起的三突触神经回路持续性变化，可能是记忆的重要基础。

每侧的海马齿状回都接受两侧内侧嗅区发出的穿通纤维，但以同侧联系为主，对侧联系较少。如果在单侧刺激内嗅区，则发现在同侧海马齿状回内很容易引起LTP现象，而在对侧海马齿状回内则很难引起这种现象。如果用建立经典条件反射的程序对两侧内嗅区施以刺激，就会发现LTP效应的呈现也符合经典条件反射建立的基本规律，从而证明LTP现象可能是一种学习的脑机制。此类实验是这样进行的，如果先刺激对侧内嗅区，随后以不到20毫秒的间隔期实施同侧内嗅区刺激，这样的处理重复几次以后就会发现，单独应用对侧内嗅区的刺激，也会很容易引起同侧海马齿状回的LTP现象。这就是说，把对侧内嗅区刺激当作条件刺激，同侧内嗅区刺激作为非条件刺激（强化），可以建立海马齿状回的LTP现象条件反射。如果把条件刺激和非条件刺激呈现的顺序颠倒过来，或者延长条件刺激与非条件刺激呈现间的时间间隔至200毫秒以上，则发现齿状回的突触兴奋性明显降低。这表明，两侧内嗅区穿通回路的神经末梢在同一海马齿状回颗粒细胞上所形成的突触（异源性突触），只有按条件反射建立的规则，才能形成易化，建成LTP现象的条件反射。

三、从短时记忆向长时记忆的过渡

一些实验研究表明，海马在短时记忆过渡到长时记忆中起着重要作用。中国科学院心理研究所刘善循、匡培梓实验研究了这一问题。他们使大白鼠在穿梭箱内建立暗回避条件反应。经一日训练暗条件反应率为实验次数的40％者，称为条件反射未形成组；经4～5日训练暗条件反应率达80％以上者，称不巩固组；经20日训练暗条件反应率稳定在80％以上者，称巩固组。对以上三种动物分别损毁海马或皮层。手术一至两周之后，检查或再次训练动物，记录它们暗回避条件反应率达80％时所需训练的日数。结果表明，海马手术前条件反射未形成组需经21日再训练，未巩固组需经9日再训练，巩固组只需5日再训练。三者之间的差异是显着的，证明了手术前记忆越巩固，受海马损毁的影响越小。皮层损毁的动物在术后再训练中，未表现出这种组间差异。这类实验结果表明，损毁双侧海马对记忆的影响依赖于记忆巩固水平。并认为海马在记忆形成的早期阶段更为重要。