第六章神经可塑性 — 单元习题总分100分 | 建议用时60分钟题型30%客观题选择填空 70%问答简答机制分析占位图一、单项选择题每题2分共8题16分1.神经可塑性中大脑在受损后将功能转移至健康区域的能力称为A. 结构可塑性B. 功能可塑性C. 突触可塑性D. 稳态可塑性2.短期突触可塑性的主要触发机制是A. 突触前-后活动的相互作用B. 突触前脉冲序列的相关性C. 基因表达的改变D. 新蛋白质的合成3.长期突触增强LTP过程中解除NMDA受体Mg²⁺阻塞的关键条件是A. K⁺大量外流B. Cl⁻大量内流C. 突触后膜充分去极化D. 突触前膜超极化4.稳态可塑性通过什么机制维持神经元放电频率的稳定A. 增加所有抑制性突触B. 突触缩放等比调节所有兴奋性突触强度C. 生成新的神经元D. 永久关闭过度活跃的突触5.赫布规则的核心思想是A. 不活跃的神经元会逐渐死亡B. 一起发放的细胞会连接在一起C. 突触强度随时间自然衰减D. 抑制性突触比兴奋性突触更重要6.STDP中当突触前脉冲先于突触后脉冲发放时突触权重会A. 增加LTPB. 减弱LTDC. 保持不变D. 随机变化7.同质突触可塑性的关键特征是A. 影响所有相邻突触B. 具有输入特异性仅改变被刺激的突触C. 需要新蛋白质合成D. 仅发生在抑制性突触8.LTD在神经网络中的主要意义是A. 无限增强记忆能力B. 防止突触强度持续增强至饱和修饰和选择记忆内容C. 加速所有信号的传递D. 替换受损的神经元二、填空题每空2分共7空14分9.突触强度改变的两条途径是调整突触前________的释放量和调整突触后________的可用数量。10.短期突触可塑性的两种基本类型是短期突触________STD降低效率和短期突触________STE提高效率。11.LTP的关键分子机制________受体活化→Na⁺内流→去极化→解除________受体的Mg²⁺阻塞→Ca²⁺内流→________酶激活→增加AMPA受体。三、简答题每题10分共4题40分12.试述长期突触增强LTP的完整分子机制从高频刺激到突触效能增强的全过程并说明为什么LTP具有路径特异性。13.比较LTP与LTD在效应、刺激条件、Ca²⁺浓度变化和分子机制上的区别。为什么LTP和LTD都是神经网络学习所必需的14.什么是稳态可塑性为什么仅有赫布可塑性LTP/LTD不足以保证神经系统的稳定运行请结合突触缩放机制说明。15.请分别阐述赫布规则Hebbian Rule和脉冲时序依赖可塑性STDP分析两者的联系与区别。四、机制分析题每题15分共2题30分16.某研究者在海马体CA1区进行如下实验对输入通路1给予高频强直刺激诱导出LTP随后观察到(a) 输入通路1的突触反应持续增强(b) 输入通路2未接受强直刺激的突触反应无变化© 若先用低频刺激诱导LTD再施加高频刺激LTD可被逆转。(1) 现象(a)和(b)说明了突触可塑性的什么特性请解释其机制。(2) 现象©说明了什么请结合AMPA受体和Ca²⁺信号通路分析双向可塑性的意义。17.请从稳定性-可塑性困境Stability-Plasticity Dilemma的角度综合分析赫布可塑性LTP/LTD、稳态可塑性突触缩放、同质可塑性和异质可塑性如何协同工作使神经系统既能学习新信息又不失稳定性。要求指出每种可塑性的角色和它们之间的互补关系。试卷结束。第六章神经可塑性 — 单元习题答案一、单项选择题答案题号答案解析1B功能可塑性大脑受损后将受损区域功能转移至健康区域2B短期可塑性由突触前脉冲序列相关性驱动长期可塑性由前后活动交互驱动3CAMPA介导的Na⁺内流→突触后膜去极化→解除NMDA的Mg²⁺阻塞4B稳态可塑性通过突触缩放等比调节所有兴奋性突触强度维持放电频率稳定5B赫布规则“Neurons that fire together, wire together.”6A前→后 LTP权重增加后→前 LTD权重减弱7B同质可塑性具有输入特异性仅改变被刺激的突触不影响其他输入8BLTD防止突触强度无限增强至饱和修饰和选择记忆维持编码新信息的能力二、填空题答案9.神经递质、受体10.抑制Depression、增强Enhancement11.AMPA、NMDA、CaMKII或PKC三、简答题参考答案12. LTP完整分子机制参考答案完整分子过程高频刺激→突触前神经元大量释放谷氨酸AMPA受体活化→Na⁺大量内流→突触后膜急剧去极化→产生EPSP去极化达到一定程度→解除NMDA受体通道的Mg²⁺阻塞Mg²⁺在静息电位时堵住通道去极化后被挤出NMDA受体开放→允许Ca²⁺和Na⁺进入细胞内细胞内Ca²⁺浓度升高→激活钙依赖性信号通路CaMKII钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶II和PKC蛋白激酶C被激活这些激酶→增加突触后膜上的AMPA受体数量和活性突触对后续谷氨酸释放的响应增强→突触传递效率持久增强LTP的路径特异性原因只有接受高频刺激的特定突触前-后通路才发生上述分子级联邻近未受刺激的突触如输入2的AMPA/NMDA受体未被激活去极化和Ca²⁺信号被限制在被刺激的突触后位点因此LTP不会扩散到未被激活的突触体现了输入特异性13. LTP vs LTD对比参考答案对比维度LTP长期突触增强LTD长期突触抑制效应突触传递效率增强突触传递效率减弱刺激条件高频强直刺激低频持续刺激Ca²⁺浓度高浓度快速上升低浓度缓慢上升关键分子CaMKII, PKC激酶磷酸酶AMPA受体磷酸化→增加数量和活性去磷酸化→内化减少NMDA受体Mg²⁺解除→开放部分开放Ca²⁺流入少两者都是必需的LTP增强被频繁使用的通路→记忆形成的基础LTD减弱不常使用的通路→记忆修饰与选择仅有LTP→突触强度无限制增强→接近饱和→无法编码新信息LTD提供遗忘和修剪机制→为新学习腾出空间两者共同构成双向可塑性→使神经网络能灵活适应14. 稳态可塑性与稳定性参考答案稳态可塑性定义神经元通过**突触缩放Synaptic Scaling**等比调节所有兴奋性突触的强度将放电频率维持在动态生理范围内。仅有赫布可塑性不够的原因LTP的正反馈问题LTP增强突触→突触后神经元放电增加→更容易触发更多LTP→正反馈循环无限制发展→所有突触强度趋于饱和→失去突触特异性一个被增强的输入使后神经元更易放电→其他弱输入也更容易触发→输入选择性丧失最终→神经元持续高频发放→系统崩溃突触缩放机制神经元监测自身放电频率若频率过高等比减弱所有兴奋性突触→频率降低若频率过低等比增强所有突触→频率升高保持所有突触的相对强度比例不变保留了LTP/LTD的信息互补关系赫布可塑性LTP/LTD学习特定信息稳态可塑性 维持整体稳定性两者协同解决了稳定性-可塑性困境15. 赫布规则与STDP的联系与区别参考答案赫布规则Hebbian Rule, 1949核心“一起发放的细胞会连接在一起”条件A反复/持续刺激B使其发放 → A→B突触效能增强强调突触前后神经元的协同活动仅考虑相关性未精确到时间先后STDP脉冲时序依赖可塑性赫布规则的时间依赖扩展核心突触权重变化取决于前后脉冲的精确相对时间前→后pre→postΔt0LTP权重增加后→前post→preΔt0LTD权重减弱Δt越小变化幅度越大联系STDP继承赫布规则的协同活动增强连接思想Hebb本人也指出A必须在B之前发放因果关系→为STDP埋下伏笔两者都基于突触前后活动的相关性区别赫布规则STDP时间精度粗糙仅反复精确毫秒级Δt抑制效应无只增强有后→前→减弱数学模型定性描述定量公式Δw f(Δt)对称性对称同时活跃不对称因果关系四、机制分析题参考答案16. 海马体LTP/LTD实验分析(1) 现象(a)和(b)说明的特性输入特异性同质突触可塑性解释现象(a)通路1接受强直刺激→通路1的突触后膜局部去极化→NMDA开放→Ca²⁺内流→CaMKII激活→AMPA受体增加→仅通路1的突触增强现象(b)通路2未受刺激→其突触后位点未发生去极化和Ca²⁺信号→AMPA受体不变→突触强度不变这证明了同质突触可塑性突触强度的改变仅在突触后的特定目标位置发生不会扩散至邻近突触分子层面原因Ca²⁺信号在树突棘内高度局域化不扩散至相邻树突棘CaMKII等激酶仅在Ca²⁺浓度升高的局部被激活AMPA受体的插入也限于被刺激的突触后膜区域(2) 现象©说明双向可塑性分析LTD被高频刺激逆转→说明LTP和LTD作用于同一突触的同一分子底物AMPA受体低频→Ca²⁺缓慢小幅上升→激活磷酸酶→AMPA去磷酸化内化→LTD随后高频→Ca²⁺快速大幅上升→激活CaMKII→AMPA重新磷酸化并插入→逆转LTD→LTPCa²⁺浓度充当开关低浓度触发LTD路径高浓度触发LTP路径双向可塑性的意义突触强度可双向调节→网络能灵活编码和更新信息记忆不仅需要增强相关连接LTP也需要减弱无关连接LTD双向调节使突触始终在动态范围内运作→避免饱和保持学习能力17. 稳定性-可塑性困境的综合分析参考答案稳定性-可塑性困境神经系统既要能够学习新信息可塑性又要保持已学信息不被覆盖稳定性两者之间存在根本性张力。四种可塑性机制的协同角色(1) 赫布可塑性LTP/LTD——“学习者”角色根据经验选择性增强或减弱特定突触LTP→强化重要的、频繁使用的通路→记忆形成LTD→弱化不重要的、过时的通路→记忆修剪局限正反馈→若不受控→突触饱和→系统崩溃(2) 同质可塑性——“精确雕刻师”角色确保可塑性变化仅发生在特定被激活的突触防止学习一个信息时误改变其他通路为模式分离和记忆特异性提供基础Ca²⁺信号局域化 AMPA受体定点插入 →空间精确性(3) 异质可塑性——“全局协调者”角色一个强输入的变化可影响其他输入在联想学习中至关重要——条件刺激与非条件刺激建立联系参与突触输入的平衡调节和神经回路形成(4) 稳态可塑性——“稳压器”角色补偿长期活动变化维持网络稳定突触缩放→等比调节→保持相对权重比例→信息不丢失防止LTP正反馈失控和神经元过度兴奋设定神经元放电的动态范围上限和下限协同机制总结赫布可塑性(学习具体内容) 同质可塑性(保证精确性) ↕ 动态平衡 稳态可塑性(维持整体稳定) 异质可塑性(跨通路协调)学习阶段赫布同质主导→快速编码新信息巩固阶段稳态→调回正常范围但保留相对权重比例联想阶段异质→协调不同通路的关联这种多层级的协同使大脑成为稳定且可塑的终极学习系统答案编制完成时间2026年6月25日