藥理學教學中運用學習記憶神經科學機制的探討

李秀芳 林青 淤澤溥 周寧娜

[摘要] 學習記憶包括信息的獲得、存儲和再現三個過程，在獲得信息時能形成良好的提取線索、避開干擾現象、成功提取已存儲的信息是提高學習記憶效果的重要保證。本文從學習記憶神經科學機制的角度，以藥理學課程中的教學難點藥物跨膜轉運為例，探討運用大腦學習記憶的神經科學機制以提高藥理學教學質量的方法。在藥理學教學過程中，運用學習記憶神經科學機制，把新知識（新信息）與原有信息及新信息之間相互聯系，整合片段化信息以形成良好的提取線索，有效避免干擾，獲得最佳的學習記憶效果，可幫助學生提高學習效率，值得在藥理學及其他課程教學中推廣應用。

[關鍵詞] 學習；記憶；獲得；干擾；再現；藥理學

[中圖分類號] R96-4 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2018）04（a）-0139-03

[Abstract] The learning and memory includes three processes， which are the gain， storage， recall of information. The important guarantee of improving the effects of learning and memory is that get out the stored information successfully by avoiding interference phenomenon， which depends on whether the information has been encoded with a favorable clue or not. From the view of neuroscience mechanism of learning and memory， taking the difficult teaching point drug transmembrane transport in pharmacology course as example， this paper discusses the method of applying the neuroscience mechanism of learning and memory to improve teaching quality of pharmacology. In the teaching of pharmacology， application of neuroscience mechanism of learning and memory can connect new knowledge （new information） with original information and within new information， integrate fragmented information to form a desired memory cues， avoid interference effectively， get the best learning and memory effect， and help students to improve learning efficiency， which is worthy of promotion and application in the teaching of pharmacology and other courses.

[Key words] Learning； Memory； Coding； Interference； Recall； Pharmacology

藥理學是醫藥院校本、專科各專業學生的必修專業基礎課程，由于課程涉及的藥物多，藥物作用機制復雜，信息量大，存在大量多學科知識交叉的現象，導致學生理解及記憶困難，影響學習效果。本文結合筆者的藥理學教學實踐，總結了利用學習記憶的神經科學機制幫助學生提高課程學習效果的方法。

1 學習記憶的神經科學機制

神經科學將學習記憶分為大腦對外界輸入的信息進行編碼、存儲和提取的三個過程[1]：編碼或獲得（encoding/attention）是對新的刺激/應答關系及情景事件等的意識和收集，是一個新的信息被植入記憶地過程；存儲或鞏固（storage/consolidation）是有意識地記錄和保持已獲得信息的過程；提取或再現（retrieval/recall）是還原和表達已識記信息的過程。德國心理學家Ebbinghaus的記憶理論認為，只要通過不斷地重復某些信息就可以獲得對這些信息的記憶，即保持性復述（maintenance rehearsal）[2]，但事實上，學習記憶不是簡單重復就能實現的，而必須遵循精細復述（elaborative rehearsal）[3]和組織（organization）[4]原則對信息進行加工處理。精細復述是要把正在學習的新內容和已有的基礎知識關聯起來進行學習，組織則是把正在學習的多個新知識相互聯系起來，尋找其中的相關性及某些共同點進行學習。美國加洲大學伯克利分校的John F. Kihlstrom博士說，他永遠記得一個同事的電話：256-4444，因為同事告訴他號碼時提示：256等于4的4次方，因此，把正在獲得的新信息與已知的背景知識關聯，可大大提高學習記憶的效率。

信息的儲存過程受時間依賴性原則的支配，Ebbinghaus的遺忘曲線表明，隨時間的推移，儲存的信息會逐漸減少，但神經心理學家普遍認為，從長時記憶的角度來說，信息一旦被大腦獲得，就可以永久儲存，遺忘的真正原因是其再現過程的失敗。再現是對已儲存信息的利用，它遵循Tulving的線索依存原則（cue-dependent principle）[5]，即人體可以將許多信息如語言背景、場景情節等一并編碼、儲存進入記憶，但事后能否重獲這段信息的關鍵，取決于在獲得信息時是否形成了有效的提取線索，這類似利用計算機查詢需要輸入關鍵詞作為查詢線索。正如John F. Kihlstrom博士指出的256=44是已有的知識背景，256等于4的4次方就是在編碼時形成的一個良好的提取線索。在學習記憶過程中，若沒有一個線索來對不同的信息進行編碼，大量信息只是被簡單的混合在一起，尤其這些信息又彼此相似時，就會出現干擾（也稱為抑制）現象，即干擾悖論（paradox of interference）[6-7]，該論點認為，對某事物的知識點越多，重現其中某些特定信息就越困難，在神經科學中把這種現象稱為tip-of-the-tongue phenomenon[8]，即冰山母語現象或舌尖現象，指人們可能知道某事件的答案，但卻不能正確地表述出來，這其實是對所記憶的信息進行提取的失敗。由此可見，在藥理學的教學中，教會學生如何將新知識與已知信息關聯，形成良好的提取線索，減少學習過程中的干擾現象，是幫助學生獲得最佳學習記憶效果的有效途徑。

2 學習記憶的神經科學機制在藥物跨膜轉運學習中的運用

體內物質或藥物通過生物膜的過程稱為跨膜轉運。國內教材中有關藥物跨膜轉運的分類方式不盡相同。西醫院校的《生理學》[9]教材將其分為單純擴散、膜蛋白介導的跨膜轉運及出胞和入胞3種方式；中醫院校的《生理學》[10]教材將其分為被動轉運和主動轉運。西醫院校的《藥理學》[11]教材中分為非載體轉運、載體轉運、膜動轉運；中醫院校的《藥理學》[12]教材則將其分為被動轉運和主動轉運。《生物藥劑學與藥物動力學》[13]一書中則分為被動轉運、載體媒介、膜動轉運。國外教科書中的分類也多種多樣，日本《標準藥理學》[14]教材中將其分為簡單擴散、濾過、受體轉運、通道轉運、主動轉運、胞飲6種方式；Mary J. Mycek將其分為被動擴散和主動轉運[15]。由于各學科對相同知識點的分類方法不同，學生盡管在生理學等科目中已多次接觸跨膜轉運的內容，但在藥理學學習中仍有許多學生對該概念理解不清，常出現主動、被動轉運的分類及其特點錯配的現象。從學習記憶神經科學的角度來說，這與不同課程的分類方式及概念界定不完全一致，造成學生對藥物跨膜轉運知識點學習的典型的干擾現象有關。通過對不同教材中藥物跨膜轉運的描述進行細讀、比較之后，不難發現，盡管在分類及命名上有所差異，但各類教材中對藥物的轉運方式本質的詮釋是一致的，即：①被動轉運（passive transport），是藥物自生物膜濃度高的一側向濃度低的一側擴散滲透，其特點為不需要載體，不消耗能量，無飽和現象，無競爭性抑制現象，具有這些全部或部分特點的轉運方式包括：脂溶擴散（簡單擴散），是藥物通過脂質膜的被動擴散；膜孔擴散（濾過或水溶擴散），是分子量小、分子直徑小于膜孔的水溶性或非極性物質，借助膜兩側的流體靜壓和滲透壓差被水帶到低壓一側的過程；易化擴散（也稱載體轉運）也順濃度差，不消耗膜能量，但需載體或通道介導，存在飽和限速性和競爭機制。②主動轉運（active transport），是藥物從濃度較低的一側轉運到濃度較高的一側，其特點為需要載體、消耗能量、有飽和現象和競爭抑制現象。各類教材的分類依據都是：是否順濃度差？是否需要載體？是否需要耗能？其中，易化擴散既有被轉運不需要耗能、順濃度差轉運的特點，又有主動轉運需要載體、有競爭抑制和飽和現象的特點，按照常規的學習方法，需要記憶的知識點很多，彼此又很類似，如果沒有一個相對簡單有效的線索進行編碼記憶，容易產生干擾現象，最終導致學生對主動、被動轉運的概念混淆不清，教師通常會把這個責任歸咎于學生在課后沒有進行復習記憶，事實上，學習記憶不是簡單記住大量支離破碎的信息，而應當把知識與知識、知識與經驗相關聯，將片段化的信息進行整合[16]，對所學習的內容進行重新組織加工，進行精細復述，這樣才能達到好的記憶效果。

從利于學生學習記憶的角度，可將跨膜轉運分類分為兩類：載體轉運（carrier transport）和非載體轉運（non- carrier transport），學生容易出現干擾現象的是載體與非載體轉運的內容：①載體轉運，是跨膜蛋白在細胞膜的一側與藥物或生理物質結合后，發生構型改變，在細胞膜的另一側將結合的內源性物質或藥物釋出，有飽和性，結構相似的藥物可競爭同一載體，從而產生競爭性抑制現象，包括易化擴散和主動轉運兩種形式。②非載體轉運：藥物跨膜無需載體，不受飽和限速，無競爭抑制現象，包括簡單擴散、濾過和膜動轉運，但這一教學過程屬于學習記憶中的語義知識[17]，尚不足以讓學生形成良好的提取線索，學生對易化擴散、主動轉運和脂溶擴散最容易混淆。為解決這個問題，可借助情景知識促進學習，刺激學生的聽覺、視覺與相關的知識背景整合[18]，使大腦中的知識地圖更加豐富、完善，從而形成良好的編碼線索，比如采用類比配合圖例進行講解：藥物轉運就像上/下山運動，下山不耗能，可不/借助交通工具（載體）走路下山，非載體轉運與之相似；也可借助交通工具上/下山，這就像載體轉運，下山不需要耗能，但借助于自行車可以使下山更容易（易化擴散）；上山則需借助動力車，所以耗能（主動轉運），以與類推，把正在學習的藥物轉運知識與學生熟悉的知識背景關聯起來，以上/下山運動及交通工具為線索，通過視覺刺激結合熟悉的相關知識進行線索式信息的編碼，重新整理教學內容，繪制圖表等利于形成視覺表象，從記憶加工角度來說就是一種深層次的精細加工，這將有助于記憶內容的編碼[19]。從學習記憶的組織原則來說，這種分類方法還可幫助學生理解及記憶后續的藥物消除類型這一教學難點。藥物消除類型包括：①一級動力學消除（恒比消除），即單位時間內按血藥濃度的恒定比例進行消除。藥物吸收、分布中被動轉運方式（為非載體轉運方式）均為此方式。②零級消除動力學消除（恒量消除），即單位時間內始終以一個恒定的數量進行消除，主動轉運、易化擴散（為載體轉運方式）按此方式進行。如果學生對前期的藥物轉運概念和特點混淆不清的話，很難記憶這兩種藥物消除方式，但如果將其與藥物的載體/非載體跨膜轉運知識背景相聯系，這一學習過程就相對容易了，例如，恒比消除主要是簡單擴散的藥物的消除類型，因不需要載體，轉運速度只與膜兩側的藥物濃度差有關，所以這類藥物按血藥濃度的恒定比例進行消除；而恒量消除主要發生在主動轉運、易化擴散這兩種載體轉運過程，載體是細胞膜蛋白，數量有限，當所有的載體都參與轉運就達到了飽和，故在單位時間內能消除的藥物量是恒定的，這就像一輛核載40座的車（即載體），每次只能運載40人，因此這輛車的運輸速度（即藥物的轉運速度）與需要坐車的人數（即與藥物濃度）沒有關系。通過這樣的整合，以載體/非載體轉運為線索，把學習過程中的相關信息聯系起來并進行整合，幫助學習記憶，使得藥動學教學過程中的藥物跨膜轉運和藥物消除類型兩個難點相對容易記憶了。

3 小結

在教學活動中，老師教過不等于學生學會，若老師只管完成教，而忽略學生的學習效果，這樣的教學是失敗的。目前，歐美國家的教育改革和決策越來越倚重于神經科學的研究。日本文部科學省強調，教育學必須與腦科學結合，并以此為基礎，制訂了學校教育指導要領[20]。人腦有140億個神經元，9000萬個輔助細胞，能儲存1000萬億信息單位，其記憶潛能尚有很大空間可挖掘利用，但這種潛能并非自然生成，需要利用科學的方法進行挖掘和培養[21]。如果教育工作者把記憶簡單地默認為死記硬背，并把學生作為這一過程的主要責任對象，其教學效果將難以達到理想的教學目標，因此，教學過程必須有機結合學習記憶的神經科學基礎，有效地組織教學內容，改善教學方式，達到記憶效果的最優化，方能取得更好的教學效果。

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