行為是基因與環(huán)境相互作用的結(jié)果�；�因的變化（如轉(zhuǎn)基因，基因敲除或下調(diào)等）最終表現(xiàn)為與基因相關(guān)的行為變化；環(huán)境的變化（如聲、光、電的刺激和藥物的處理）不僅其本身可直接影響動物的行為，而且可通過對相關(guān)基因的影響而改變動物的行為。學習和記憶更是這種相關(guān)基因與環(huán)境相互作用的行為表現(xiàn)的一種形式。學習是一個獲得外界環(huán)境信息（對動物而言）或有關(guān)世界知識（對人類而言）的過程；記憶則是對這種信息或知識進行加工（encoding）、儲存（storage）和再現(xiàn)（retrieval）的過程。人類的記憶復雜，包括對事件與物體的明晰記憶（explicit memory）或描述性記憶（declarative memory）和與學習無關(guān)（如適應性和敏感性）或有關(guān)（如操作技術(shù)和習慣養(yǎng)成）的模糊記憶（implicit memory）或非描述性記憶（nondeclarative memory）。而動物記憶相對較為簡單，包括短期記憶（shortterm memory）和長期記憶(long-term memory)；前者一般持續(xù)幾分鐘到幾小時，后者則持續(xù)24小時到數(shù)天.數(shù)周甚至更長時間。與此相對應得是工作記憶(working memory)和參考記憶(reference memory)。工作記憶是將獲得的信息進行加工并儲存較短的時間，因而代表短期記憶；參考記憶是指對在整個實驗過程中（測試的任何一天）均有用的信息進行加工儲存的過程，因而代表長期記憶。

記憶的腦機制非常復雜，迄今仍不清楚。早在20世紀40年代末，著名神經(jīng)外科醫(yī)生Wilder Penfield 第一個獲得證據(jù)表明，記憶的加工可能是在人腦的某些特殊部位進行。他從上千例的病人觀察到，電刺激病人的腦顳葉皮層（temporal lobes）會產(chǎn)生一連串對早期經(jīng)驗的回憶，病人稱之為“經(jīng)驗反應”（experiential response）。幾年后一次偶然的機會，為了給一個患癲癇長達10年的病人施行腦手術(shù)治療，Penfield將病人雙側(cè)的海馬·杏仁核和部分顳葉皮層切除。術(shù)后發(fā)現(xiàn)，病人的癲癇癥狀大為改善。但出乎意料的是，病人的記憶同時受到破壞性的損害。雖然病人保留了幾秒到幾分鐘的短期記憶，且對手術(shù)前的事件有非常好的“長期記憶”，但是，他卻不能將短期記憶轉(zhuǎn)化為長期記憶。對人·地點或物體等信息的保持不超過一分鐘。而且，他的空間定位能力也大大受到削弱，甚至花了長達一年時間才學會走一條圍繞一棟新房的路而不至迷路。事實上，所有因手術(shù)或疾病使內(nèi)側(cè)顳葉的邊緣結(jié)構(gòu)受到廣泛損害的病人都具有類似的記憶缺陷。這些結(jié)果說明，大腦邊緣系統(tǒng)在記憶調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。

此后近半個世紀的研究表明，腦內(nèi)至少存在5個不同的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)相對特異性地參與學習記憶的調(diào)節(jié)，包括海馬、杏仁核、皮層（尤其是鼻周皮層，perirhinal cortex）、小腦和背側(cè)紋狀體。針對這些腦結(jié)構(gòu)建立了相應的具有一定特異性地學習記憶的行為測定方法。海馬是空間記憶的最重要的調(diào)節(jié)腦區(qū)，同時也參與情緒記憶的調(diào)節(jié)。毀損海馬回導致空間記憶的完全缺失，情緒記憶也會減弱，但不會完全消失。這是因為情緒記憶主要由杏仁核調(diào)節(jié)。測定杏仁核依賴的記憶主要用條件恐懼（fear conditioning）法；動物行為實驗方法綜述而測定海馬依賴的記憶方法則很多，包括各種迷宮和抑制性回避(inhibitory avoidance)實驗等。鼻周皮層是調(diào)節(jié)視覺物體記憶（visual object memory） 的特異性鬧區(qū)，常用物體認知模型（object recognition）檢測。小腦是調(diào)節(jié)與骨骼肌反應有關(guān)的經(jīng)典反射的特異性腦結(jié)構(gòu)，眨眼反應（eyeblink conditioning）模型對小腦依賴的記憶有很高的特異性。紋狀體對刺激-反應習慣（stimulus-response habit）的學習記憶過程其重要作用，主要調(diào)節(jié)與藥物濫用有關(guān)的學習記憶。測定紋狀體記憶的方法很少，目前主要用贏-留放射臂迷宮（win-stay radial arm maze）法。紋狀體毀損會導致動物在這一模型上的記憶操作障礙，而毀損海馬或杏仁核對這種記憶沒有明顯影響。說明贏-留放射臂迷宮法對紋狀體記憶具有特異性。

盡管記憶的發(fā)生機制仍不清楚，但越來越多的證據(jù)表明，環(huán)磷酸腺苷-蛋白激酶A（cyclic AMP-protein kinaseA,Camp-PKA）信號系統(tǒng)對記憶起著重要的調(diào)節(jié)作用。激活與刺激性G蛋白（Gs）相偶聯(lián)的受體會刺激腺苷酸化酶的活性，因而使cAMP形成增多，并激活PKA.PKA使cAMP反應單元結(jié)合蛋白（cAMP-responsive-element-binding protein, CREB）磷酸化并激活，從而促進與記憶相關(guān)的基因表達，最終使記憶增強。此外，分裂素激活蛋白激酶/細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（mitogen activated protein kinase,MAPK/extracellular signal-regulated kinase,ERK）信號通路也以類似的磷酸化方式調(diào)節(jié)CREB的活性，進而調(diào)節(jié)記憶。因此，除了用腦部結(jié)構(gòu)毀損的方法從解剖上去除某一特定的腦內(nèi)結(jié)構(gòu)對記憶的調(diào)節(jié)功能以外，凡是能影響上述信號通路功能的藥物（如NMDA受體拮抗劑MK-801和MEK抑制劑U0126減弱記憶；4-型磷酸二脂酶（type-4phosphodiesterase,PDE4）抑制劑則增強記憶）或有關(guān)的處理（如轉(zhuǎn)基因或基因敲除或下調(diào)）均可影響學習記憶過程。

學習記憶研究是當今生物醫(yī)學界最為熱門的領(lǐng)域之一。這方面的發(fā)展可謂日新月異。新的或經(jīng)改良的研究方法和手段層出不窮。因此，本章不可能把所有有關(guān)學習記憶的研究方法逐一進行描述，只是選擇一些有代表性的常用方法加以介紹。此外，所用儀器設備也不只局限于本章所介紹的內(nèi)容。在同一實驗中，不同實驗室所用儀器設備會有所不同，但實驗結(jié)果應該一致。動物行為實驗方法綜述