应激对记忆影响的脑科学研究及其教育启示

摘要　大量脑科学的研究揭示，应激对与海马相关的陈述性记忆的调节主要通过应激激素，尤其是糖皮质激素的分泌而发生作用，而影响的方向取决于一些调节变量，包括糖皮质激素升高的水平以及记忆的不同阶段等。研究发现基底外侧杏仁核是糖皮质激素对记忆不同阶段产生差异性影响的关键部位。因此，在教育过程中，既要科学地认识应激对记忆的消极影响，又要有效利用应激对记忆产生的调节作用，来提高学生的学习效率。

关键词　应激，记忆，脑机制。

分类号B845.1

应激(stress)是指机体在受到各种内外环境因素刺激时所出现的非特异性全身反应。这些反应包括分子水平上的生物化学反应，激素水平上的调控以及系统整合方面的情绪和认知的变化等。脑科学研究表明应激状态下产生的应激激素对记忆功能起到重要的调节作用。适度的应激有利于机体的适应，促进记忆，产生新的学习，而如果应激源过强或长期存在。可能导致记忆功能损伤和海马结构的改变。本文将就应激对记忆功能产生的影响及其脑机制进行总结、分析，并探讨其对学校教育的启示。

1　应激的神经内分泌机制

应激反应引起的生理变化包括自主神经活动改变。如交感神经活动增强和神经内分泌活动改变，如下丘脑多个内分泌轴的激活。下丘脑一垂体一肾上腺皮质(HPA)轴激活及由此引起的糖皮质激素分泌增加，是应激反应的最重要特征。

动物和人类的研究表明。应激激素的分泌可以对记忆功能起到重要的调节作用。儿茶酚胺(catecholamine)与糖皮质激素(glucocorticoid，GC)是两种主要的应激激素。糖皮质激素是由肾上腺皮质分泌的类固醇激素，主要包括皮质醇(cortisol)和皮质酮(corticosterone)，在急性应激和慢性应激状态下，糖皮质激素水平都明显提高。

儿茶酚胺的快速作用(发生于几秒钟内)和糖皮质激素慢作用(发生于几小时直至几周)是应激影响认知过程的两种主要途径。研究表明，强烈或长期的应激反应或者人工合成GC(如强的松。地塞米松。氢化可的松等)可以影响个体的学习和记忆功能。

2　应激对记忆功能的影响

在中枢神经系统中，属边缘系统的海马是与学习记忆和情绪密切相关的重要脑区。并且海马神经元突触的可塑性与个体的学习和记忆功能密切相关。Scoville和Milner提出海马对陈述性记忆至关重要，但与程序性记忆联系不紧密。应激和糖皮质激素对海马的记忆功能起着调节作用。临床研究也表明：海马损伤患者的陈述性记忆受损，而程序性记忆却不受影响。Wippich和Hellhammer的研究表明，口服10mg可的松60分钟后，陈述性记忆显著受损，而程序性记忆则没有被影响，证明了应激激素影响与海马相关的认知功能。

Lupien等人采用双盲被试内实验设计。首先通过甲吡酮(糖皮质激素强抑制剂)降低糖皮质激素水平，再通过注射氢化可的松(人工合成糖皮质激素)使糖皮质激素循环浓度恢复到基线水平。实验结果发现，与对照组相比，糖皮质激素循环浓度的降低显著削弱了记忆成绩，更为重要的是，在使用氢化可的松后，记忆的损害得到了逆转。这些结果说明应激状态下产生的糖皮质激素可以调节记忆功能。

2.1应激激素对记忆巩固的作用

来自动物和人类的实验显示应激激素对与海马相关的陈述性记忆既有促进影响，同时又存在损害作用。这种作用的方向取决于一些调节变量。其中重要的一个因素就是记忆的不同阶段。在学习后立即给被试施加应激性影响可以促进记忆的巩固而应激作用在记忆测验前则损伤记忆的提取成绩。

识记内容从短时记忆或工作记忆转移到长时记忆需要一定时间，依赖于特定的神经生理机制与过程，这一过程即记忆的巩固。实验表明，在学习任务完成后，立即给被试糖皮质激素可以促进记忆的巩固，并且这种促进作用具有时间依赖性。肾上腺被切除后失去内源性皮质酮释放的动物，在水迷宫空间任务实验中记忆受损，这一现象可被训练后注射地塞米松(剂量与被动性回避保持任务中记忆增加的剂量相当)所逆转。糖皮质激素可以促进记忆的巩固仅限于学习后即刻注射，训练后间隔数小时注射则无作用。

有一项研究发现，糖皮质激素对于记忆巩固的影响随着药物剂量和记忆任务的不同而表现出双向调节作用。在注射中等剂量的糖皮质激素或地塞米松时，可增强被动性回避任务的记忆水平。但对于注射中等剂量的大鼠来说。它们在水迷宫空间任务测验中的记忆成绩受损，这可能是由于水迷宫任务比回避任务应激程度强，因而引起循环系统中内源性皮质酮明显增高。如果在水迷宫测验中将水温调高，使任务的应激程度降低，训练后注射中等剂量糖皮质激素即可提高记忆巩固水平，这提示在实验中药物剂量与任务刺激程度相关联。遵循倒U字型曲线的剂量一反应关系。采用情境性恐惧训练模式观察到类似的双向作用。用出生一天的小鸡进行回避任务训练也出现相同结果。

2.2应激激素对记忆提取的影响

记忆提取是回忆和运用所贮存信息的过程。Domes等人考察了糖皮质激素对记忆过程的影响。大剂量的人工合成糖皮质激素分别在词单的识记前、识记后(立即)和提取前施加给被试，结果发现。提取前施加药物对回忆产生显著损伤。揭示了糖皮质激素对记忆提取的特殊影响。

De Ouervain等人提出，糖皮质激素是通过干扰记忆的提取。进而影响记忆成绩。他们用实验证明了这一假设。训练大鼠去水迷宫中的某一固定位置寻找被水浸没的平台，一天后撤掉平台，用大鼠在原平台位置摸索的时间来测验大鼠对平台位置的记忆成绩。结果发现，对照组的大鼠在平台位置(目标区域)附近探索的时间明显高于在非目标区域探索的时间；但是足部电击刺激30分钟立刻进行测验的大鼠，则不能判断平台的位置，这一组大鼠在目标区域和非目标区域摸索的时间相等：而足部电击2分钟立刻进行测验的大鼠，以及电击刺激30分钟后间隔4小时再进行测验的大鼠，其记忆保持成绩不受影响。实验中记忆保持成绩受损的时相与血浆皮质酮水平相关，因为皮质酮峰值恰在应激30分钟后达到高峰。4小时内返回至基线水平。用甲吡酮阻断这一应激造成的皮质酮水平增高，可以防止应激造成的记忆提取受损。在测验前30分钟注射应激剂量的皮质酮，同样损害信息提取，这与应激的作用非常类似。这一研究表明，一旦记忆被巩固，那么信息提取的有效、准确程度容易受到回忆阶段皮质酮水平的影响。

来自脑成像方面的研究也证明了糖皮质激素可以通过影响海马的一些功能损害记忆的提取。DeQuervain等人采用脑成像技术对糖皮质激素削弱记忆提取过程进行了研究。让被试学习一些陈述性记忆任务，24小时后给被试中等剂量的人工合成糖皮质激素，用药后1小时采用PET观测脑活

动。结果发现。随着糖皮质激素引起右正中颞叶区血流量的减少，会出现24小时前学习词对线索回忆成绩的下降。表明糖皮质激素水平的升高。降低了与可测量的正中颞叶功能变化相关的陈述性记忆的提取过程。

除了急性作用之外。在以人为被试的记忆研究中还报告糖皮质激素的延时效果。Newcomer等人给健康成人应激水平的可的松药物，实验进行4天，第一天给被试地塞米松(肾上腺皮质素)的剂量为0，5mg，第二天至第四天的剂量均为1mg。结果发现，仅在实验的第四天出现陈述记忆的削弱，而对程序性记忆和选择性注意均没有出现即时的或延时的削弱影响。

3　应激对记忆功能影响的脑机制

3.1糖皮质激素及其受体对LTP的作用

在中枢神经系统中，与糖皮质激素有密切关系的脑结构是海马。海马的糖皮质激素受体的特殊分布形式是它参与应激反应的物质基础。中枢神经系统内有两类皮质类固醇受体：盐皮质类固醇受体(MR)，简称Ⅰ类受体；糖皮质类固醇受体(GR)，简称Ⅱ类受体。MR主要分布在海马、外侧隔核、杏仁核、脑干内的部分核团及下丘脑，GR则广泛分布于脑内神经元和神经胶质细胞中。

De Kloet等人阐述了肾上腺糖皮质激素(GC)与记忆功能的关系(见图1)，当肾上腺糖皮质激素为基线值时。Ⅰ类盐皮质激素受体与多数肾上腺糖皮质激素结合，Ⅱ类糖皮质激素受体和极少数肾上腺糖皮质激素结合，认知功能增强(倒U型的顶部，Ⅰ类与Ⅱ类受体的比值增大)。而当肾上腺糖皮质激素的循环浓度显著降低或升高时(倒U型的两端，Ⅰ类与Ⅱ类受体的比值小)，造成认知损伤。

由此可见，糖皮质激素对记忆功能的影响主要和Ⅱ类受体(GR)的选择性激活有关。MR和GR对糖皮质激素的亲和力有很大差异。MR的亲和力要比GR高6～10倍，在正常情况下MR与糖皮质激素的结合已接近饱和水平。而GR只有在糖皮质激素循环浓度较高时才与其配体结合。在强烈或长期反复的应激状态下，高水平糖皮质激素使糖、盐皮质激素受体的平衡打破。从而对记忆功能产生影响。

长时程增强(Zong-term potentiation，LTP)效应被认为是神经突触可塑性和突触传递的一种表现形式，是学习记忆的神经细胞学基础。电生理研究发现。Ⅰ类盐皮质激素受体可以通过增加LTP而加强海马神经可塑性。而Ⅱ类糖皮质激素受体对LTP起相反作用。长期应激引起的肾上腺糖皮质激素浓度持续释放，或者长期接受肾上腺糖皮质激素的处理，能导致海马容量减少、海马CA3区树突萎缩、顶突触结构发生改变、大量锥体细胞变薄和脱落，还使齿状回颗粒神经元细胞的神经发生作用受到抑制，从而损害海马神经可塑性。导致依赖海马的认知功能受损。

Dubrovsky等人对肾上腺皮质激素与LTP的关系进行了研究。在海马中记录兴奋性突触后电位(EPSP)和群峰电位(PS)。在注射皮质酮后立即和15分钟可观察到EPSP被显著抑制，随后回到正常值；皮质酮在训练后立即降低PS，并在训练后30分钟保持低水平。对肾上腺切除大鼠单次注射皮质酮来补偿其糖皮质激素。可将LTP恢复到对照组水平。皮质酮运用到正常个体则显著破坏LTP的形成。

3.2杏仁核的作用

杏仁核的活性对于调节肾上腺素和糖皮质激素的作用十分重要。杏仁核内的多种神经递质参与这种调节过程。研究发现，糖皮质激素在参与记忆巩固和提取的过程中。具有双向作用且互相关联。基底外侧杏仁核(basolateral amygdala complex，BLA)是这一记忆调节系统的关键部位。该部位与海马及其他脑区协同。促成糖皮质激素对记忆巩固和提取阶段产生不同的影响。

神经精神药理学实验显示。肾上腺素类或皮质酮类应激激素在记忆的巩固过程中起促进作用，外周躯体注射肾上腺素、皮质酮或相应的阻滞剂、激动剂均可对实验动物训练任务相关的记忆产生影响。动物研究表明。选择性损毁BLA可以阻断在被动性回避任务中注射地塞米松对记忆的促进作用。BLA注射GR受体拮抗剂RU38486，可损害大鼠在水迷宫空间任务中的记忆成绩。BLA影响记忆巩固的过程还涉及伏隔核(nucleus accumbens，Nac)，因海马主要通过Nac而起作用，Nac损毁可阻断注射地塞米松在被动性回避任务中对记忆的促进，亦可阻断BLA内部或者海马内部注射GR激动剂RU28362引发的记忆成绩增强。

这些结果提示，外周躯体注射应激激素及相关药物对记忆的影响过程中也有杏仁核的参与。虽然外周躯体内的肾上腺素血脑屏障透过率甚低。但可通过投射到孤束核和蓝斑的迷走神经上行通路分别直接和间接激活BLA内的去甲肾上腺能受体。从而影响记忆，提示药物可能通过激活BLA内去甲肾上腺素能系统这一共同的途径发挥作用。

BLA同样在糖皮质激素对记忆提取的损害中起着关键的调节作用。选择性的损毁BLA可以抑制糖皮质激素对记忆提取的损害。最近研究发现。BLA的去甲肾上腺素系统的激活在这一过程中起着重要作用。在检测前选择性抑制BLA的去甲肾上腺素系统的活性，可以抑制糖皮质激素对记忆提取的损害。

4　教育启示

长期以来，教育者重理性而忽视感性(情感)在学习中的作用。前述的相关研究则揭示思维和情感在学习过程中是相互渗透、彼此塑造的。脑科学研究表明，应激状态下产生的应激激素可能直接或通过对认知的影响间接参与情绪异常(如焦虑、抑郁)的发生。也可能通过其他神经递质或(和)调质发挥作用，如5一羟色胺(5-HT)、CRH等。生活与学习过程中产生的应激是客观存在。不可避免的。来自应激与学习记忆功能相互关系的研究成果为基于脑的教与学提供了科学依据，帮助人们科学认识从而有效应对来自各方面的应激，这对于创建高效率学习环境具有重要的教育启示作用。

4.1科学认识应激对记忆功能的消极影响

长期以来。心理学界和教育学界充分关注应激给学习带来的消极影响。学生感受到的应激主要来源于学校、家庭、社会和学生本人，而来自学业方面的应激(如课业、升学考试等)是学生心理适应不良的关键诱因。强烈或者长期慢性的应激会对学习记忆功能产生消极影响，常常会导致学业失败、人际适应不良、心理障碍等方面的问题。解决学生应激问题的关键一方面在于从根本上对教育体制进行改革，改变对学生的单一评价模式。为学生减负等；另一方面则需要学校和教师共同努力。采取各种措施引导学生科学合理用脑，维护神经系统的正常机能，帮助学生获得有效应对应激的技巧和方法，从而减少应激对学生造成的不利影响。在所有应对技巧中，放松训练已经被证明是一种有效降低机体应激反应的方法。研究发现考试使学生的T辅助细胞水平降低，而T辅助细胞是机体免疫系统的一部分，当学生被教授放松技巧后，T辅助细胞有所增加。Murphy和Donavan发现放松训练形式之一的沉思有助于降低人体血液中的皮质醇水平。改变压力带来的疲惫感。面对生活和学习中的各种应激源，学生和教师需要有一个放松的状态，这种状态对学生有效地发挥其认知功能是很重要的。放松性活动能够降低新陈代谢的运行，而同时却能够提高或保持意识水平。减少应激反应对学习记忆功能产生的消极影响。因此，教师将放松技巧融入课堂教学是帮助学生实现高效率学习的手段之一。

4.2有效利用应激对记忆功能的积极影响

已有研究表明，觉醒水平与学习表现之间的关系表现为倒U型曲线，即高和低的觉醒水平与较差的学习表现有关，中等的觉醒水平则与良好的学习表现有关。应激的脑科学研究进一步证实了强烈或长期慢性的应激对机体产生负面影响，损害记忆功能，而适度的应激刺激对机体可以产生积极的影响。海马作为陈述性记忆的重要脑区，对应激影响非常敏感。实验研究发现，在损害性应激状态下，与海马相关的学习记忆任务受到消极影响，表现为对前景一背景信息的辨别受到干扰，包括对无关刺激的筛选能力降低(即导致行为出错)，或者对相关线索利用的减少(即导致忽略的错误)。而适度的应激状态则有助于被试新记忆的巩固，使相关记忆任务成绩提高。记忆功能和应激水平之间的关系同样遵循着倒U型曲线。最佳的学习不是出现在没有丝毫应激的情境中。而是使机体面对一种适度的挑战，这种挑战被机体认知为实质性的、有限的、可以克服的。

基于人脑的教学研究表明，学习的最佳状态是一种把构成内在动机的中高度挑战与低威胁结合起来的良好的心理状态和感觉。这被称作“放松的警觉”。要达到这样的心理状态，就需要在教材、教师、活动编排、评价等多个方面进行更加细致的分析与设计。

对应激与学习记忆功能关系的脑科学研究为我们探索创建最佳学习环境提供了思路，即“放松的警觉”。为了促进学生高效率的学习。必须将放松性警觉的教学所具有的因素融合起来，为学生创造一个允许安全冒险的、低威胁和适度挑战的学习环境。