記憶的機制

1. 二十世紀初，俄國生理學家巴甫洛夫發現古典條件學習，顯示狗每次聽到鈴聲後有食物，鈴聲就會引起流口水的反應。
2. 美國心理學家桑戴克發現工具條件學習，貓若 作了某一動作後獲得獎賞，則貓就傾向重複這一動作。鈴聲與食物間或動作與獎賞間都需要時間緊密相聯才會有效，這證實了經驗主義哲學家的想法。
3. 但是何以刺激 或意念在時間上相近就能形成聯結一直是個未解之謎。
4. 二十世紀初現代神經解剖學鼻祖西班牙的卡赫認為學習聯結改變了突觸（神經與神經聯繫的結構）強度。
5.  1949年加拿大生理心理學家海伯在「行為建構」一書中指出，神經突觸強度的改變源於突觸前神經與突觸後神經同時興奮的活動：如果每次突觸前有輸入，突觸 後神經就一定有反應，則兩者間的聯繫就會加強。這個「活動偶合」(activity coincidence)促成改變的想法，在1973年由英國學者布理斯與挪威學者羅穆發現海馬長效增益作用(hippocampal long-term potentiation，LTP)而得到支持。長效增益作用的輸入專一性(input specificity)、協同性(cooperativity)、與聯結性(associativity)使得這個生理現象備受矚目，有證據顯示它是正常學習的神經基礎。
6. 長效增益，是神經突觸可塑性所包含的現象之一，它指的是對兩個有突觸相連的神經同步刺激活躍之後，兩個神經之間產生長久持續的信號傳遞的增強。這個和人工神經網路的學習原理有相似的機制。人工神經網路的學習方式，就是透過訓練階段時每一次的訊號輸入，當兩個節點有被同步刺激，這兩節點之間的連結強度就會被增強。
   　　為什麼long-term potentiation是被稱作學習和記憶的可能機制呢？這個在細胞層面的活動機制的發現，真的是一個有趣的現象。當突觸前神經刺激突觸後神經，前者會 釋放glutamate到後者，一個叫做AMPA的接收器就會開啟，讓na離子跑近神經內。如果持續刺激，則另一個叫NMDA的接收器就會開啟，此時長效 增益的現象就會出現，大量的ca離子進入神經，啟動一連串的機制，潛在的AMPA接受器就會進入到細胞膜內。因此增加了一個新的管道，突觸前神經就更容易 刺激突觸後神經，也就是當前者的glutamate釋放，後者就會以更快的速率被na離子去極化，更快的增加AMPA接受器數量。
   　　這個 一開始引發long-term potentiation的時間可以很短，只需要短短幾秒，就可以有長達幾天或數週的長效增益。引發long-term potentiation之後，它也呈現有一段consolidation的時間。因此，LTP被廣泛認為是學習與記憶的可能細胞機制。

   ---

   
   

• 腦中不斷想著動作該如何做，對正確動作的影像或感覺不斷回想；身體不斷嘗試要去做這個動作，一次又一次修正、調整。直到有一天身體做出了想要做的動作，而身體也傳回這個動作的訊息；腦中比對兩者後，發覺-->對了，就開始強化連結，直到穩定。
• 在宏觀水平可以表現為腦功能（如學習記憶功能）變化、行為改變及精神活動狀態的改變；
• 在微觀層次上有神經環路的修飾、神經元型態結構與功能的變化（特別是樹突分支及側棘的變化）、突觸傳遞效能與突觸微細結構的變化；
• 分子水平上表現為參與神經活動的相關分子（如神經遞質與調質、受體、包括酶在內的各種蛋白質，等等）及離子（如鈣離子）數量改變（涉及基因調控與表達）。
• 神經可塑性還表現在突觸數量的消長變化（突觸更新、突觸重排、新突觸形成引起的突觸數量增多或突觸密度增大等）、神經膠質細胞的變化、神經纖維損傷後的再生與爭奪靶區以及老化過程中神經代償性（compensation）變化。
• “經驗預期性可塑性”（experience expectant plasticity）和“經驗依賴性可塑性”（experience dependent plasticity）的概念，前者是在長期進化過程中形成的，具有物種的特異性和種內個體之間的一致性，後者是個體在特殊經驗和特殊環境下形成的，各個體之間有較大差異。
• 同一個物種各個個體共同得到的信息，是生物種係進化過程形成的並能預期獲得的，因而這類信息具有物種內部的一致性。這類信息的主要作用是優化和篩選個體發育中預先產生過量的腦內神經元和突觸連接。通過漫長的進化過程，身體內在的遺傳因素決定了發育早期產生適量的神經元和過剩的突觸，以便在環境信息刺激作用下按“競爭原則”進行調整和刪減，最終保留最佳的神經傳遞通路。
• “學習可能與神經元之間的新突觸形成有關”，而且俄國生理學家巴甫洛夫認為條件反射的建立是由於大腦皮質內“神經接通”，或者說在大腦皮質內建立了暫時性神經聯繫。它的這種觀點實質上是神經可塑性的觀點，條件反射實際上就是一種聯合型的學習方式，是對環境刺激的一種適應性反應。
• 大腦可塑性是什麼？或者可以稱為神經可塑性，是大腦根據新經歷而重組神經路徑的終身能力。
• 為了新知識能被保留在記憶裡，在大腦必須發改變來描述新知識。
• 對於經驗或感覺刺激，在大腦裡的神經迴路必須重改組。
• 出生時，在大腦皮質裡的每個神經元有大約有2,500個突觸。當一個嬰兒2到3歲時，突觸的數量大約是每神經元15,000個突觸(Gopnick, et al., 1999). 這數量大約是平均成年人的大腦的兩倍。當我們變老時，舊連接透過叫突觸修剪的過程刪除。
  • 突觸修剪消除較弱的突觸接觸，同時較強大的連接被保持並加強。經驗決定哪個連接將被加強和將被修剪；已經被活化的連接通常被保護。神經元必須有目的倖存。如果沒有一目的，神經元透過一過程叫細胞程式凋亡而死亡，不能接受或傳送訊息的神經元變得損壞並且死亡。無效或者弱的連接被同樣地「修剪」掉。
• Grabowski在1996年所定義，學習是透過指示或經驗獲得新知識或技能的能力。
  在神經元內部的架構方面的變化，記憶是知識隨著時間被保留的過程。
• 可塑性是大腦隨學習而改變的能力。那麼大腦怎樣隨學習而改變？根據Durbach(2000)理論，看來像是至少兩類修改發生在學習中的大腦︰
• 1. 在神經元內部的架構方面的變化，最顯著的是在突觸區域內。
  2. 在神經元之間的突觸的數量增加。
  
  
• 學習新的知識，是在原有的記憶基礎上進行的，已經形成的記憶是由突觸中的蛋白結構形成的，並不能簡單地抹去。功能核磁共振圖像也證實了新的記憶不會取代原有的記憶，只是會抑制原有的記憶
• K. N. Dunbar（2009），The Biology of Physics: The Brain Research about Our Understanding of the Physical World. Physics Education Research Conference，edited by M. Sabella，C. Henderson，and Ch. Singh
• 形成長期記憶
• 科學家發現短時記憶和長時記憶的形成都和突觸中發生的變化有關，是由於神經元之間突觸連接的強度增加了。由於來自外部或內部的刺激，產生的電信號沿軸突傳遞到突觸處，激勵位於突觸前的含有神經遞質的小胞體，使它們釋放出神經遞質。神經遞質經過突觸的間隙，和位於突觸後膜上的受體分子結合，使突出後的神經元被啟動，從而該突觸連接的強度被瞬間加強了，或是對後續信號的靈敏度被瞬間提高了，這時短時記憶就形成了。
• 如果刺激強度大，或是刺激的重複次數增加，會啟動位於細胞核中的轉錄因數CREB。CREB是一種特殊的蛋白分子，在短時記憶轉變成長時記憶中起到了關鍵的作用。CREB一旦被啟動，就會啟動細胞核中相應的基因，啟動基因的轉錄和表達過程，以產生出新的蛋白。這些新產生的加固突觸的蛋白，會從包圍神經元核的細胞膜中溢出，在神經元內彌散，自動尋找到應該加固的突觸。當突觸的蛋白被加固了，這些突觸的連接的強化就被固定了，長時記憶就形成了。
• R. D. Fields，Making Memories Stick，Scientific American，Feb. 2005，pp74〜81
• 
  
• 二十世紀初現代神經解剖學鼻祖西班牙的卡赫認為學習聯結改變了突觸（神經與神經聯繫的結構）強度。
• 1949年加拿大生理心理學家海伯在「行為建構」一書中指出，神經突觸強度的改變源於突觸前神經與突觸後神經同時興奮的活動：如果每次突觸前有輸入，突觸後神經就一定有反應，則兩者間的聯繫就會加強。
• 「活動偶合」(activity coincidence)促成改變的想法，在1973年由英國學者布理斯與挪威學者羅穆發現海馬長效增益作用(hippocampal long-term potentiation，LTP)而得到支持。
• 長效增益作用的輸入專一性(input specificity)、協同性(cooperativity)、與聯結性(associativity)使得這個生理現象備受矚目，有證據顯示它是正常學習的神經基礎。LTP三個特性的產生繫於神經細胞膜的一個分子—NMDA受體，它的興奮會開放細胞鈣離子管道，啟動細胞內一連串的變化，使得神經突觸的聯結增強，造成某些學習的效果。