1 多巴胺与学习记忆

    1． 1 多巴胺

    多巴胺是哺乳动物大脑中主要的儿茶酚胺类神经递质，占所有脑内儿茶酚胺类神经递质含量的80%。它的化学名称为3，4－ 二羟基苯乙胺，化学式为C8H11NO2，简称DA［3］。合成多巴胺的脑区及其纤维投射组成四条通路，包括: ( 1) 黑质纹状体束; ( 2) 中脑边缘系统束; ( 3) 中脑皮质束; ( 4) 结节漏斗束。黑质纹状体通路的纤维投射起自中脑黑质致密部( SNC)的多巴胺能神经元，支配背侧纹状体( 尾壳核) ［4 － 5］。黑质纹状体束涉及运动的控制，其变性可引起以震颤，强直和运动减少为特征的帕金森病。中脑边缘束起自中脑腹侧被盖区( VTA区) ，支配腹侧纹状体( 伏隔核) 、嗅结节( OT) 和部分边缘系统。该通路与动机行为有关。中脑皮质束起自中脑VTA 区，支配前额叶皮层的广大区域。这一通路涉及学习和记忆。结节漏斗束起自下丘脑弓状核，投射到下丘脑正中隆起，释放多巴胺到下丘脑垂体门脉系统的毛细血管丛周围，再被转运到垂体前叶，作用于催乳素细胞抑制催乳素的释放［6］。

    人脑含有多种不同的神经介质。这些神经介质分别负责传递感觉、运动、觉醒、睡眠、记忆、情绪等各种各样的神经信号。多巴胺作为一种十分重要的神经传导物质，用来帮助细胞传送脉冲的化学物质，主要负责大脑的情欲、感觉、传递兴奋及开心的信息，也与上瘾有关。它控制着运动、认知、情感、正性强化、摄食、内分泌调节等许多功能［7］。多巴胺在大脑基底神经节中的尾状核和豆状核构成的纹状体内含量丰富。在多巴胺神经元的细胞体中合成，并储于纹状体的含致密中心囊泡的膨体中。在多巴胺神经元兴奋时可导致其末梢释放，通过激活独特的DA 受体，而产生其生理效应。它在人体中主要是起兴奋作用，调节躯体运动，参与精神情绪活动，调节垂体分泌功能和心血管活动等［8］。

    1． 2 多巴胺与学习记忆的关系

    卡尔森于1958 年首先报道了脑内多巴胺( DA) 的存在，并阐明了DA 的信号传递功能以及它在人类控制运动中的作用;格林加德发现了多巴胺和其他相似递质刺激神经细胞时的过程; 坎德尔在格林加德理论的基础上，通过海兔的缩鳃反射实验证实，记忆功能就是由无数构成神经细胞间接触点的突触直接改变引起的，神经递质DA 通过第二信使引起蛋白磷酸化，后者进入细胞核，启动新蛋白质合成，从而使生物产生了短期和长期记忆，由此可见DA 与学习记忆功能有密切的关系［9］。李凡在对大鼠纹状体边缘区多巴胺免疫组化研究，结果表明大鼠纹状体边缘区存在密集的多巴胺能免疫阳性纤维和终末，分布和边缘区的位置一致，推测边缘区的学习记忆功能可能受到多巴胺神经递质的调控［10］。吕和平等人在探讨海马在学习记忆中的作用机制时，发现LTP、乙酶胆碱、去甲肾上腺素、多巴胺、脑啡肽等在学习记忆中起重要作用［11］。杨国愉等认为，中枢胆碱能系统、多巴胺系统和一氧化氮功能的提高对学习记忆产生有利影响［12］。严文文等发现，学习成绩的提高会伴随着纹状体和运动皮层可塑性的变化; 多巴胺依赖性的突触可塑性是纹状体中与奖赏相关学习的潜在的细胞机制［13］。周莹等对多巴胺受体D1A 在纹状体边缘区的分布及其是否参与了大鼠的学习记忆过程进行研究． 结果表明，大鼠脑纹状体边缘区神经元内存在多巴胺受体D1A，它们参与了成年SD 大鼠的长期学习记忆功能［14］。

    2 运动与学习记忆

    有研究表明，不同的运动模式会对大鼠的学习记忆产生不同的影响。长期有规律的适宜运动可促进大鼠的空间学习、记忆能力，而过度的训练对大鼠的学习和记忆能力产生一定的阻碍［15］。

    李宁川研究表明，8周中等负荷的运动训练可增加大鼠脑组织中原生型NOS( cNOS) 活性，对改善大脑功能具有一定的作用，而大负荷的运动训练可产生大量的一氧化氮，影响大脑的功能，可能导致运动性疲劳和过度训练的发生［16］。高喆报道长期适宜的运动可以使海马c － fos 基因值相对升高，并且达到一个合适的值，有利于学习、记忆能力的提高; 长期过度的运动，虽然可以使海马c － fos 基因升高，但也可能引起其他的病变，所以有碍于学习、记忆能力［17］。孙国欣等研究表明，有氧训练可以促进记忆能力，大强度疲劳训练影响空间认知能力和学习成绩［18］。

    王泽军报道，8周的游泳训练在一定程度上提高了大鼠的空间学习记忆能力［19］。杨毅飞报道，适宜的运动训练可以促进大鼠空间学习记忆能力，从一个侧面表明了适宜的运动对心理健康的促进作用［20］。黄涛发现，8周有氧跑台运动训练可以易化大鼠空间学习能力，并提高大鼠的空间记忆能力［21］。白俊伟等报道，长期有规律的适宜运动可促进大鼠的空间学习记忆能力［22］。崔建梅等研究表明，长期游泳运动可提高衰老大鼠的学习记忆能力［23］。另外，高丕明报道，一次极限负荷运动损害大鼠水迷宫训练形成的空间记忆提取再现，空间认知能力减弱，这种影响在极限负荷运动后即刻表现的最明显，在12小时后可以恢复［24］。邵邻相等研究让小鼠无负重游泳2h 后，在第24h 和第96h 测定学习能力，以及学习24h 后检测记忆能力。发现小鼠学习记忆能力与对照组比较无明显差异，表明急性游泳对智力无明显影响［25］。

    3 运动、多巴胺与学习记忆

    3． 1 运动对多巴胺的影响

    不同的运动强度对脑内的多巴胺释放有不同的影响。李倩茗等观察了大鼠在不同运动强度时尾核及伏隔核的DA 及其代谢产物3，4－ 二羟苯乙酸( DOPAC) 和高香草酸( HVA) 含量的变化。结果发现，步行停止后DA、DOPAC 和HVA 增高38． 30%、27． 08% 和39． 06%，跑步停止后分别增高94． 10%、65． 02%和86． 14%，较步行组显著增高。说明，运动强度越大，DA 释放越多［26］。李倩茗研究大鼠尾核多巴胺代谢与运动强度的关系的结果显示，多巴胺代谢与运动强度有关，随着运动强度的增大，多巴胺的释放增加，分解代谢加快［27］。Priscilla等检测到大鼠进行耐力运动后纹状体中DA，3 、4 － 羟苯乙酸( DOPAC) 及DA 受体水平大幅度上升，且DA 与其受体的变化呈现明显的正相关［28］。有研究显示，一次性高负荷运动后导致未经负荷训练的大鼠脑脊液中的多巴胺及其产物HVA 显著减少，而经运动训练的大鼠变化不明显［29］，提示运动训练可以导致脑中多巴胺含量的变化，这可能与运动的强度有一定关联。王斌等人研究表明，力竭性跑台运动可使经训练和不经训练大鼠的下丘脑多巴胺/5 － 羟色胺、多巴胺/去甲肾上腺素比值显著性下降。耐力训练可能提高纹状体、中脑多巴胺与去甲肾上腺素的平衡能力，而削弱5 － 羟色胺系统的抑制作用［30］。宋亚军在对不同负荷运动对中枢多巴胺水平的不同影响进行研究，认为长时间运动后中枢多巴胺水平的明显降低可能是导致运动性疲劳的重要原因［31］。

    3． 2 多巴胺介导运动对学习记忆能力的促进作用

    近期，许多研究表明了运动训练能通过增加DA 的含量进而促进学习记忆能力。徐波等人对3 月龄SD 大鼠进行8 周游泳训练，结果发现，8周的游泳训练能显著提高大鼠的学习记忆能力。同时发现游泳训练使大鼠脑内纹状体、海马、前额叶皮层和伏隔核中DA 的含量显著增加。提示: 游泳训练提高大鼠的学习和记忆能力可能与DA 等神经递质的正相调控作用有关［32］。陆小香等人研究游泳运动对大鼠纹状体、下丘脑内多巴胺( DA) 的含量及其代谢的影响。结果表明，一次性力竭运动尤其是游泳耐力训练后使DA 的浓度和单胺氧化酶B( MAO － B) 活性增加，其合成和分解代谢都增加，提高了DA的转换率，以适应运动的需要，有利于改善脑机能，延缓运动疲劳，是适应运动的表现［33］。崔建梅等人探讨游泳运动对老年大鼠学习记忆能力及伏隔核多巴胺含量和一氧化氮合酶( nNOS) 表达的影响。结果发现，长期游泳运动可提高老年大鼠的学习记忆能力，可能与长期游泳运动有效调整中枢神经递质多巴胺的合成及增强大脑伏隔核nNOS 的表达有关［34］。

    4 小结

    长期适宜的运动训练能够很好地促进学习记忆功能，其机制是多方面的，其中一种机制就是DA 变化; DA 在学习和记忆的获得过程中起到重要作用。关于DA 与运动及学习记忆方面的机制目前尚不是十分确定，还有待进一步的研究探讨。另外，不同运动负荷、运动方式对DA 含量和学习记忆的影响还需要进一步研究。