紧接上一篇：学习的本质——长时程增强（一）

我们继续揭露小美听到铃声就感觉幸福的神经机制。

AMPA受体插入突触后膜

我们先来看长时程增强最直接的原因：AMPA受体在突触后膜富集。有了更多的AMPA受体，就有了更多的钠离子通道，数量相对富裕的谷氨酸就可以引发更大的突触后兴奋电位，也就实现了突触增强。

这些新多出来的AMPA受体来自附近的膜，附近膜AMPA受体的空位会由细胞合成填补。

AMPA受体移位到树突上的突触棘

钙离子的内流对AMPA受体插入突触后膜负责，但具体的机制目前并不十分清楚。

目前知道的是，钙离子涌入细胞内后，会激活一系列的生物酶。科学家发现其中一种叫做钙离子依赖的酶Cam-KII(钙调蛋白激酶，calcium-calmodulin kinase) 在长时程突触中必不可少。

如果阻止CaM-KII的合成，长时程突触增强就不会发生。单纯地在海马神经元里注入激活的CaM-KII就可以增强突触。这都说明钙激活的CaM-KII蛋白是长时程突触必不可少的，但至于CaM-KII如何介导AMPA受体插入树突棘（突触后膜所在位置），目前还在研究当中。

长时程突触增强的最直接的原因是谷氨酸的AMPA受体在突触后膜上增加。除此之外，突触还发生了其他变化。

长时程增强中突触棘的变化

突触前神经元的轴突末端会跟突触后神经元上的树突棘形成突触结构。突触后膜便位于树突棘之上。科学家发现，长时程突触增强会使树突棘变大，并且数量增加。这种形态学的变化也是长时程增强的贡献者。

树突棘体积变大，会给NMDA和AMPA受体提供更大的空间，允许更多的受体存在，进而引发更大的离子内流，最终形成更大的突触后兴奋性电位。

同样，树突棘数量增多，可以通过增加作用位点的方式引发更大离子内流和兴奋性后电位。

长时程增强中的其他变化

其实，除了以上所讲的AMPA受体在突触后膜富集，树突棘体积和数量的增多外，突触增强过程还有一些其他的突触变化。

例如，长时程增强不但改变突触后神经元，还会改变突触前神经元。具体讲，突触前膜会释放更多的谷氨酸递质，从而引发更大突触后膜电位变化。

再例如，长时程增强需要新蛋白质的形成，如果在长时程增强的初期用药物抑制蛋白质的形成，则长时程增强无法维持太久。

长时程增强如何解释巴普洛夫的条件反射？

我们已经了解到长时程突触的机制，那么，长时程突触是如何解释巴普洛夫的实验呢？

为了方便，我们将小美感知男朋友的神经元称为男朋友神经元，感知铃声的听觉神经元称为铃声神经元，让小美感到幸福的神经元称为幸福神经元。

在长时程增强里，突触前神经元高频放电，引起谷氨酸释放和突触后膜去极化，这是两个必须的条件，缺一不可。之后钙离子内流、AMPA受体插入突触后膜，最终增强突触连接。

但是，铃声神经元和幸福神经元之间的突触连接起初很弱，铃声神经元释放的谷氨酸递质无法引起幸福神经元的去极化反应。因此，虽然有谷氨酸递质存在，但缺少突触增强必须的另一个条件去极化，无法实现突触增强。

另外，铃声神经元和幸福神经元之间的弱突触，男朋友神经元和幸福神经元之间的强突触，他们的位置也不重合，可能位于不同的树突枝杈上。因此，男朋友神经元引发的幸福神经元的去极化，无法有效地传递到弱突触位点。

男朋友神经元和铃声神经元跟幸福神经元在不同位置形成突触连接

那么，背后的机制到底是什么？是什么使得弱突触连接位点最终去极化？

原来，答案在于反向传播的树突电位。

大脑里的某些类型的椎体神经元，包括海马CA1区里的椎体神经元，它们的树突也可以产生动作电位，但阈值较高，通常的突触后电位无法触发。而轴突产生的动作电位引发的膜电位变化足够大，可以反向传播至树突，引发树突的动作电位，使所有树突结构在短时间内去极化。

动作电位从胞体反向传播至椎体细胞的长树突。颜色越红，动作电位幅值越大

男朋友神经元通过强突触激活幸福神经元，幸福神经元发放动作电位，动作电位通过反向传播使幸福神经元所有的树突产生树突动作电位。如果这时感知自行车铃声的神经元也放电，它就会释放谷氨酸到突触后膜，即幸福神经元上。那么这时，幸福神经元突触后膜上NMDA受体钙离子通道打开的两个条件，去极化和谷氨酸就都凑齐了。

随后，长时程增强就可以发生在铃声神经元和幸福神经元之间的突触上了：突触后膜钙内流、AMPA受体插入突触后膜。反复多次后，两者之间的弱突触也就变成了强突触。

这就是小美听见自行车铃声就感到幸福的神经机制。

总结

巴普洛夫的实验已经过去几十年了，但学习的神经过程如今依旧是神经科学的热点。我们的大脑过于复杂和精细，以至于一个简单的行为都需要几十年甚至几百年来研究，不过，这种复杂也是生命能称霸地球的原因。