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学习和记忆是哺乳动物重要的脑功能之一,个体获得新经验和知识的过程为学习,其保存和再现过程为记忆。众所周知,海马是哺乳类动物完成学习和记忆功能的关键结构,它从细胞结构上主要分为CA1区、CA3区及齿状回区(Dentate gyrus,DG),而学习和记忆行为可诱发海马各亚区的突触效应长时程增强(long-term potentiation,LTP)现象,即习得性LTP,它是海马参与学习记忆活动的重要机制之一。研究表明,LTP的产生需要谷氨酸(Glutamate,Glu)及其促离子型受体(主要包括NMDA受体和AMPA受体)的参与,但它们的作用机制因亚区不同而不尽相同。我们的前期研究发现,在清醒大鼠主动回避反应中,海马DG区习得性LTP需要AMPA受体的触发作用以及之后的NMDA受体的激活,后者部分通过促进突触前膜的Glu释放促进LTP形成。为了进一步研究CA1区的NMDA受体和AMPA受体在大鼠主动回避反应所诱发的习得性LTP中的作用,本实验在大鼠习得性LTP产生过程中,同时测定海马CA1区的fEPSP(LTP形成的直观指标)幅值、学习记忆相关行为以及海马CA1区细胞外液中Glu的浓度,并在这三种相关指标有机结合的实验平台上,观察了NMDA受体阻断剂(MK-801)和AMPA受体阻断剂(CNQX)对CA1区习得性LTP的影响。 本实验的实验结果如下: 1.在非训练组,CA1区微量注射1μl的MK-801(60μmol/L),局部细胞外液中的Glu浓度逐渐下降,注射后30min达到注射前的50.77±6.89%(P<0.05),然后逐渐恢复,注射后60min基本回到注射前水平;海马CA1区直接注射1μl的CNQX(60μmol/L),局部Glu水平无明显的变化(与给药前相比P>0.05)。 2.条件反射训练的对照组大鼠,随着训练天数的增加,主动回避反应率、CA1区细胞外液中的Glu浓度、以及CA1区的fEPSP幅值均逐渐增加,在行为达到条件反射建立标准的第6天,Glu浓度和fEPSP幅值也达最大值,分别达到训练前的537.97±34.56%和285.90±26.47%(与训练前相比,均为P<0.05);在其后3天的实验性消退过程中,CA1区Glu浓度和fEPSP幅值均回降到训练前水平。 3.条件反射训练的MK-801组大鼠,随着训练天数的增加,主动回避反应率、CA1区细胞外液中的Glu浓度、以及CA1区的fEPSP幅值均逐渐增加,在行为达到条件反射建立标准的第5天,Glu浓度和fEPSP幅值也达最大值,分别达到训练前的289.56±25.2%和496.05±189.66%(与训练前相比,均为P<0.05);在其后2天的实验性消退过程中,CA1区Glu浓度和fEPSP幅值均回降到训练前水平;MK-801组达到条件发射建立标准时,fEPSP幅值变化无明显差异,但Glu浓度变化却明显低于对照组(P<0.05);MK-801组大鼠达到条件反射建立与消退标准的训练次数均少于对照组(P<0.05)。 4.条件反射训练的CNQX组大鼠,在7d的行为学训练过程中,主动回避反应率始终未能达到条件反射的建立标准;CA1区细胞外液中的Glu浓度逐渐降低,在训练第5、6、7天分别降低到24.54±1.96%、21.16±2.55%、21.32±2.37%(与训练前相比,均P<0.05),且无恢复趋势; fEPSP幅值随着训练天数的增加而逐渐增高,在训练第4天达最大值187.05±24.32%(与训练前相比,P<0.05),其后逐渐回降到训练前水平,其变化趋势与动物行为正确反应率基本一致;fEPSP幅值变化的最大值明显少于对照组(P<0.05)。 结论: 1. NMDA受体被激活会延迟海马CA1区习得性LTP的形成。 2. NMDA受体参与海马CA1区习得性LTP的维持过程,这与促进该区Glu的分泌有关。 3.海马CA1区习得性LTP的形成需要激活AMPA受体。