3.缩鳃反射的习惯化

如图所示，如果反复多次用弱的刺激，作用于海兔的喷水管，那么，海兔产生缩鳃反射的强度逐渐减弱，甚至最后不出现反应，这种现象称为习惯化。

那么，在海兔缩鳃反射的习惯化形成过程中，海兔的神经系统究竟发生了怎样的变化呢？

原来，通过对感觉神经元与运动神经元之间突触传递的分析，发现习惯化形成后，感觉神经元的轴突末梢释放的神经递质量减少，而突触后膜的运动神经元对神经递质的敏感性并未改变。如果习惯化形成后，很长时间都不能恢复缩鳃反射，那么，在感觉神经元与运动神经元之间，可能发生了突触结构的改变、突触数量的减少等情况。

但是，你一定对成语“打草惊蛇”不陌生，这个成语所包含的生理学意义是什么呢？

那就是，反射的敏感化。对动物来说，反射的敏感化可以提高动物适应环境变化的能力，尽快逃避一些伤害性的刺激。

下面，还是让我们通过海兔缩鳃反射敏感化的形成机制，认识神经系统在敏感化形成过程中的变化规律。

4.缩鳃反射的敏感化

如图所示，如果给海兔的尾部，施加一个短暂的电刺激，这个强烈的电刺激，就会使海兔对喷水管的弱刺激产生的缩鳃反射的反应幅度增大。

因此，在缩鳃反射过程中，因为施加了另外一个强的电刺激，这种电刺激是一种伤害性比较强的刺激，海兔的缩鳃反射加强，在一段时间内，海兔可能不再出现习惯化的现象，这种现象称为缩鳃反射的敏感化，或称为缩鳃反射的去习惯化。

4.缩鳃反射的敏感化

那么，在海兔缩鳃反射的敏感化形成过程中，海兔的神经系统究竟发生了怎样的变化呢？让我们先来看一张缩鳃反射敏感化的神经回路图。

如图所示，缩鳃反射敏感化的神经回路。来自喷水管、外套膜、尾部的感觉神经元都直接与运动神经元形成突触联系。同时，尾部的感觉神经元还作用于一个兴奋性中间神经元，这个中间神经元的轴突末梢，与海兔喷水管的感觉神经元轴突末梢，形成轴-轴突触联系，从而影响感觉神经元的突触传递过程。

那么，这些突触联系，在敏感化的过程中发生了怎样的变化呢？

原来，这个中间神经元在敏感化的形成中，起了非常关键的作用。

如图所示，当电刺激作用于尾部时，尾部的感觉神经元兴奋，通过突触传递作用于传导通路上的中间神经元，中间神经元兴奋后，轴突末梢释放递质，作用于感觉神经元的轴突末梢，从而改变了感觉神经元轴突末梢的生理状态，使感觉神经元末梢递质的释放量增多。而突触后膜上受体活动的数量增多、时间延长，最终导致运动神经元活动增强，缩鳃反射增强。

如果每天多次重复，在尾部施加电刺激，连续经过几天训练，就会形成更长时间的敏感化。这时，不仅使感觉神经元末梢递质的释放量增多，而且还会出现突触结构的改变，或者还会形成新的突触联系。

既然了解了海兔缩鳃反射的神经机制，我们大致可以推测，高等动物和人类所形成的条件反射，可能与神经元之间突触联系的变化有关。但是，研究表明，高等动物和人类所形成条件反射的机制要复杂得多。

早在巴甫洛夫时代，已经推测，当狗在铃声和食物之间，建立起条件反射，在中枢神经系统中，不同中枢之间建立了暂时的联系。

1.暂时联系的接通

如图所示，在铃声与食物刺激相结合而形成的条件反射中，食物刺激作用于口腔味觉感受器，产生的神经冲动沿传入神经，到达延髓唾液分泌中枢，经传出神经促使唾液腺分泌。同时，味觉信息继续向上传递，经过丘脑，传递到大脑皮层味觉中枢，引起味觉。皮层味觉中枢兴奋后，通过下行神经纤维，作用于延髓唾液分泌中枢，进一步促使唾液分泌。当皮层味觉中枢的兴奋，和铃声刺激而引起听皮层的兴奋，在相同时间活动时，由于某种机制的作用，两个中枢之间暂时形成了一条的通路，形成暂时的联系。所以，当铃声作为条件刺激单独出现的时候，听皮层兴奋，引起了皮层味觉中枢也兴奋，所以，最终引起唾液分泌。

这种暂时联系接通的学说，可以帮助我们理解条件反射形成的机制，但科学家却一直没有找到相关的实验证据，所以，这种暂时联系还只是停留在假说的层面。

尽管如此，科学家还是经过了长期不懈的努力，找到了一些证据，来说明问题，并试图从细胞和分子水平，阐明条件反射的神经机制。

下面，让我们粗略的了解一下相关的一些研究成果。

2.神经元结构的改变

实验动物出生后
第一组动物的外部环境比较丰富

如图所示，如果在实验动物出生后，分成两组。第一组动物，生活的外部环境比较丰富，比如，有足够的空间，有丰富多彩的声音世界，有游戏和玩耍的场所。第二组动物，生活环境非常单调，空间狭小，只是食物充足而已。等动物长到成年后，通过组织学方法和Golgi 染色，观察动物大脑皮层细胞的结构。

比较第一组动物和第二组动物的大脑皮层细胞结构，发现，第一组动物的大脑皮层神经元，树突分支多、树突棘丰富；而第二组动物的大脑皮层神经元，树突分支少、树突棘比较少。因此推测，第一组动物的大脑皮层神经元有较多的突触形成。

最令人感兴趣的是，在训练动物建立条件反射实验中，第一组动物显示出聪明的天赋，很快就能学会需要完成的行为活动，更容易建立条件反射；而第二组动物却显得比较迟钝，需要花去更长的时间，才能建立条件反射。

通过这个例子，让我们很容易联想到，孩子的早期教育，在开发人的心智方面，有多么重要。所以，如果“少壮不努力”，只能“老大徒伤悲”了。

故人云，“少而好学，如日初之阳；壮而好学，如日中之光；老而好学，如秉烛之明。”

既然“老而好学，如秉烛之明”，那么，可以说，任何年龄都能学习，都需要学习。你知道其中的道理吗？

让我们仔细分析下面的内容，可以对其中的道理略知一二。

3.原有突触的改变和新突触的生长

无论在条件反射建立的过程中，还是在不断学习的过程中，神经系统都会发生原有突触的改变和新突触的生长。

首先，在中枢神经系统中，让我们选择一个比较典型的结构，来阐述在条件反射建立的过程中，或者在学习的过程中，神经元之间突触的改变和生长的机制。这个结构就是海马，海马在动物条件反射建立的过程中，人类的学习与记忆过程中，起着非常重要的作用。如果动物的海马受到损伤，条件反射的建立就会发生障碍。

（1）海马

解剖结构形如海马而得名。有关海马的结构请参考广角镜2。

海马结构在学习与记忆中起重要作用，参与控制感情行为和神经内分泌功能。

海马和齿状回均属于古皮质，有三层细胞构成，即分子层、海马的锥体细胞层或齿状回的颗粒细胞层、多形层。

如图所示，人的海马的位置、大小、结构模式图。

科学家在研究海马神经元之间，突触传递的过程中，发现了许多有趣的现象，例如长时程增强现象，发现突触传递的长时程增强现象，与条件反射的建立、学习和记忆等行为密切相关。

下面让我们以谷氨酸为神经递质的突触传递为例，来阐述长时程增强现象的细胞和分子机制。

3.原有突触的改变和新突触的生长

（2）谷氨酸为神经递质的突触传递

首先，让我们先介绍一下谷氨酸受体。

i.谷氨酸受体

请把你的思路拉回到高中《生命科学》第二册第62页广角镜“聪明鼠——杜奇”，关于它的故事可多了，跟我们下面要介绍的内容关系也很密切。

因为，这只聪明鼠的海马中，一种谷氨酸受体的基因发生了变化，才使得它比一般小鼠聪明。

而这种受体被称为NMDA受体，其中NMDA是一种小分子化合物，化学名称是N-甲基-D-天冬氨酸。

NMDA受体是突触后膜上的一种膜蛋白，谷氨酸、NMDA都可以与NMDA受体，产生相同的效应。

NMDA受体有二个亚单位构成，NR1和NR2。NR2有NR2A、NR2B、NR2C、NR2D四种亚型。而聪明鼠海马的NR2B亚单位基因，被增强表达后，可以使聪明鼠在条件反射的建立、学习与记忆等方面，显示出明显的优势。

谷氨酸受体除了有NMDA受体之外，还有AMPA受体和代谢型谷氨酸受体（mGluR）等几种类型。如图所示。

①AMPA受体：AMPA为α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-噁唑丙酸。AMPA受体是一种离子通道型谷氨酸受体，当谷氨酸与AMPA受体结合后，受体离子通道开放，阳离子（主要是钠离子）内流，突触后膜产生去极化的电位变化。

②NMDA受体是离子型谷氨酸受体，为钙离子通道受体，在正常静息状态时，镁离子与受体结合，通道被阻断。

但是，当突触后膜的AMPA受体激活，Na+内流，产生的突触后电位足够大时，NMDA受体被去极化足够大时，镁离子才能被移走，NMDA受体的通道才能开放，钙内流。

③代谢型谷氨酸受体（mGluR）：代谢型谷氨酸受体的生理作用比较复杂。在此不多赘述。

3.原有突触的改变和新突触的生长

（2）谷氨酸为神经递质的突触传递

ii.谷氨酸受体的生理作用

如图所示，当突触前神经元轴突末梢释放神经递质-----谷氨酸后，谷氨酸通过扩散作用到达突触后膜，与突触后膜上的AMPA受体结合，受体离子通道开放，阳离子（主要是钠离子）内流，突触后膜产生去极化的电位变化。

当产生的突触后去极化的电位变化足够大时，突触后膜上的NMDA受体被激活，结合在NMDA受体上的镁离子与受体脱离，NMDA受体的离子通道开放，钙离子内流。

钙离子的内流，引起突触后神经元细胞内的钙离子浓度升高，钙离子作为细胞内重要的信号分子，可以引起突触后神经元许多生物化学过程。例如，钙离子与钙调蛋白（CaM）结合后，可以激活钙调蛋白依赖性蛋白激酶（CaMKⅡ）。

钙调蛋白依赖性蛋白激酶可以使AMPA受体磷酸化，导致AMPA受体的离子通道开放程度更高，使更多的阳离子内流，突触后电位增大。

钙调蛋白依赖性蛋白激酶，还可以诱导突触后神经元，使细胞质内已经合成的AMPA受体嵌入到突触后膜上，突触后膜上的受体增多后，神经递质释放引起的突触后电位就会增大。

如图所示，钙调蛋白依赖性蛋白激酶，还可以激活其他蛋白激酶，诱导产生NO，NO分子比较小，很容易扩散到突触前轴突末梢内，NO与突触前膜内的某些蛋白质结合后，可以影响突触前神经递质的合成和释放。

另外，钙离子与钙调蛋白结合后，还可以激活腺苷酸环化酶，从而合成大量的环腺苷酸（cAMP）。

环腺苷酸与蛋白激酶A发生相互作用，把信息传到细胞核，影响基因的表达，促使新的突触蛋白合成，使神经元之间原有的突触有更多的受体和离子通道，或者使神经元之间形成新的突触。这样，神经元之间的信息传递效率就会显著地增强。

实际上，在建立条件反射或者学习与记忆的过程中，神经系统的神经元都在发生这样的变化。神经元之间原有的突触，信息传递效率不断增强，新的突触不断形成。与此同时，那些传递信息较少或不传递信息的突触，将会不断的退化或消失。

看来，“活到老，学到老”，“学如逆水行舟，不进则退”，这些至理名言，还有坚实的生理学基础呢。

请你也举几个例子，来解释一下其中的道理。

非常感谢！本环节就讲解到这里。

让我们总结一下本环节的主要内容：条件反射的类型、习惯化和敏感化、缩鳃反射的习惯化和敏感化、高等动物的条件反射形成机制。

请各位学员及时复习，并完成作业。

谢谢大家！再见！