第1章　導　論

1.1　復習筆記

一、生理心理學的歷史發展觀

（一）生理心理學的學科性質和研究意義

1學科性質

傳統觀點將生理心理學看成是心理學與生理學之間的邊緣學科；近年學界認為生理心理學是心理學、神經科學和信息科學之間的邊緣學科。

2研究意義

（1）生理心理學研究任務的進展對心理學中其它分支的發展都產生重大影響；

（2）生理心理學的進展對于認識論和哲學的理論發展具有重大意義；

（3）對于智能化計算機和機器人學的理論發展可提供啟示；

（4）對于教育學、醫學、運動科學、文化藝術以及社會福利和環境保護等事業都具有一定的基礎理論意義。

（二）腦研究的歷史回顧

1自然哲學理論

（1）中國古代，“心者，五臟六腑之大主也，精神之所舍也”；

（2）古希臘德謨克里特把心理活動與呼吸功能加以類比，提出精靈原子的假說；

（3）萊布尼茲提出心身平行論；

（4）笛卡兒提出心身交互論。

2腦機能定位理論和腦等勢學說

（1）腦機能定位理論

①1811年，貝爾根據腦形態與功能不同，將其分為大腦、小腦。這一發現成為腦機能定位理論的發端；

②l861年，布羅卡發現了位于額葉的“言語運動中樞”，l874年，維爾尼克發現了語言感覺區。臨床觀察法、手術切除法、電刺激法、解剖學和組織學法，是腦機能定位理論所依靠的主要方法；

③20世紀40～50年代，蘇聯關于大腦皮層是條件反射暫時聯系賴以形成的觀點、現代神經生理學關于腦干網狀結構是睡眠與覺醒中樞的理論、以及60年代，以割裂腦研究提出的大腦兩半球機能不對稱性的理論觀點，都可以看作是腦機能定位思想的繼續和發展。

（2）腦等勢學說

①心理學家拉施里通過研究大白鼠腦切除對其學習行為的影響提出了腦等勢的觀點；

②近代的許多研究發現，就學習行為和腦基礎而言，腦內許多結構包括皮層下深部結構，都具有形成暫時聯系的能力。

（3）評價

腦機能定位觀點和腦等勢觀點，都不是絕對正確或絕對荒謬的，它們各自揭示了腦功能特點的不同方面。

3經典神經生理學理論

（1）19世紀末到20世紀初，英國的生理學家謝靈頓和俄國生理學家巴甫洛夫建立了生理學實驗分析法，以反射論為指導，研究了中樞神經系統對于刺激所給出的反應。

（2）巴甫洛夫關于條件反射論的三原則：

①決定論的原則；

②腦對外部刺激進行反映時，進行著復雜的分析綜合活動，與之相應地在腦內存在許多分析器；

③結構原則。

（3）評價

①經典神經生理學理論是行為主義心理學建立的重要自然科學基礎，經典神經生理學基于精確的定量分析，大大提高了腦功能研究的科學水平；

②經典神經生理學關于腦與心理活動之關系的認識，只是概括了神經解剖學、神經組織學和分析生理學的研究成果，具有很大的歷史局限性。

4細胞神經生理學理論

（1）l791年伽爾伐尼提出動物電的概念；

（2）l922年厄蘭格和加塞將陰極射線示波器應用于神經生理學研究；

（3）20世紀50～60年代，細胞神經生理學理論體系，大大加深了人類對大腦奧秘的認識。

①細胞神經生理學在經典神經生理學對腦特異性機能系統的認識基礎上，增添了網狀非特異系統的認識，這大大超越了巴甫洛夫的經典反射弧概念；

②在經典三環節反射弧的機構中，必須考慮到由傳入和傳出神經發出的側支聯系，它不但引申出網狀非特異系統的制約作用，也引申出反饋作用原理；

③除神經沖動在神經干上傳導的“全或無”定律之外，細胞神經生理學還發現了突觸后的“級量反應”規律。

5化學通路學說

（1）20世紀60年代，熒光組織化學和熒光生物化學技術在研究腦內單胺類物質的作用中初露頭角。

（2）70年代中期，人們明確腦內存在化學通路，同時也明確神經沖動在神經元內以電化學的方式傳導，在神經元間以化學傳遞的方式傳導。

（3）評價

腦化學通路學說，使人類對腦功能與心理活動關系的認識從器官水平和細胞水平推進到分子水平。

6當代神經科學理論的發展

（1）20世紀70年代中期，分子水平的神經科學從單胺類小分子的研究進入到中分子多肽和大分子的受體蛋白質的研究，從突觸前的遞質研究推進到突觸后的受體和離子通道的研究；

（2）80～90年代間擴展為細胞內信號轉導系統的研究。腦層描技術，腦事件相關電位技術，正電子發射層描技術，腦核磁共振技術和單光子檢測等，使腦功能研究跳出某一學科的范圍，形成了當代神經科學理論；

（3）20世紀80年代以來，關于行為的腦科學問題形成了一些熱點研究領域，并形成了有較大影響的認知加工理論。

（三）21世紀興起的認知神經科學

1認知神經科學的理論

（1）20世紀70～80年代，智能與計算的關系成為認知科學的基本命題；

（2）20世紀90年代初，概括出“并行分布式”的神經計算原理；

（3）20世紀90年代末，智能與計算的命題再次擴散開來，其目標不僅在于運用當代各種圖靈計算原理，還在于試圖突破圖靈計算，追求智能本質的新認識。

2認知神經科學的方法學

（1）認知神經科學采用人類被試的無創性腦功能成像與有創性動物實驗相結合的策略，探索腦的高級功能的奧秘。

（2）無創性腦功能成像包括腦代謝成像技術和腦生理成像技術。

3認知神經科學的分支學科

（1）認知心理生理學

①定義

認知心理生理學以人類被試為研究對象，以心理參數為自變量，記錄和分析生理參數隨心理認知活動而發生變化的規律。

②發展過程

a．20世紀60年代認知心理生理學在關于工作負荷、應激狀態和注意問題的研究工作的基礎之上建立起來；

b．腦事件相關電位技術的出現，使認知心理生理學得到了直接測量腦功能變化的手段；

c．經過70～80年代的發展，這個學科形成了時序心理學原理和心理資源分配的原理，并且吸收了認知科學的重大理論。

（2）認知神經心理學

①定義

認知神經心理學以局部腦損傷病人為主要研究對象，通過局部腦損傷后的神經心理障礙，揭示認知活動的腦機制。

②發展過程

a．1861年布羅卡根據8例腦損傷案例，發現了言語運動中樞；

b．20世紀70年代，蘇聯科學家魯利亞和德國科學家高德斯坦在對蘇德兩國腦損傷的病例研究基礎上，建立了神經心理學，其方法學基礎是神經心理學測驗；

c．20世紀80～90年代，神經心理學采用比神經心理測驗更精細的認知心理學實驗法，并從認知科學中吸收腦功能模塊論的理論概念，引用無創性腦成像的技術，發展為現代認知神經心理學。

（3）社會認知神經科學

社會認知神經科學是對正常人類被試的復雜社會心理問題進行實驗研究的認知神經科學分支。其研究內容包括對意識、宗教、投資、賭博、成癮等復雜心理活動進行認知神經科學的實驗研究，以此揭示大腦激活區域及變化規律。

（4）認知生理心理學

認知生理心理學是以高等動物為實驗對象，采用有創性實驗技術，并用當代認知神經科學理論觀點研究認知過程的腦機制的分支學科。認知生理心理學通過細胞電活動記錄的方法，在細胞和神經功能網絡層次上研究知覺學習和記憶過程的腦機制。

（5）認知神經生物學

認知神經生物學以低等動物為實驗材料，采用多層次的生物技術，研究認知過程的細胞和分子水平上的腦機制。

（6）計算神經科學

計算神經科學采用數學分析和建模的途徑，揭示人類大腦如何調用其各層次上的組件去實現人類的認知活動。

二、學習生理心理學所需要的基礎知識

（一）心理活動

1定義

心理活動是腦對外界的反應過程。這一過程始于外界引起的感覺，結果表現為對外部刺激的反應（動作、行為或情緒和語言反應等)，中介于每個人的人格特征。

2構成

（1）認知過程；

（2）意向過程；

（3）人格。

（二）、精神病與精神病學的基礎知識

1精神病與精神病學

①精神病是一些心理活動發生障礙的各種疾病的總稱；

②精神病學是臨床醫學的一個分支學科，專門研究精神病的診治及其病理機制。

2精神病的分類

（1）軀體器質性精神??；

（2）外生性或心因性精神病；

（3）內生機能性精神病。

3心因性精神病與內生性精神病的不同

（1）心因性精神病是在人格發展不成熟、不完善背景上，不良環境或人際關系發生作用的結果；

（2）內生性精神病，則是腦代謝異常的后果。

4嚴重精神病的主要癥狀

（1）早期僅表現在局部性心理活動中，如幻覺或思維內容的某些方面；

（2）疾病發展嚴重時，可出現整個思維的破裂，情感意志的分裂，最終導致病人與社會生活和周圍人際關系的分裂。

（三）神經病與神經病學

1神經病學

神經病學是研究神經病的診斷、治療和病理機制的臨床醫學分支。

2神經病與精神病

（1）絕大多數神經病人，心理活動特別是情感意志、思維判斷能力正常無恙，這與精神病人的情況形成明顯的對照；

（2）神經病科在診斷治療和研究神經病時，十分注重臨床體征，這些與精神科存在著較大的差別。

（四）神經系統的形態結構與基本功能

1神經組織

神經組織由神經細胞與膠質細胞組成。

（1）神經元的結構與功能

①神經元的結構

由胞體、軸突和樹突組成。

②神經元的功能

a．樹突負責接受其它神經元或感受器傳來的信息，并將信息傳至細胞體；

b．軸突負責將整合后的神經信息傳出至下一個神經元。

（2）突觸

①突觸的結構

由突觸前膜、突觸后膜和突觸間隙三個部分組成。

②突觸的功能

當神經沖動傳至神經末梢時，神經遞質就從小囊泡中釋放出來，進入突觸間隙，與突觸后膜上的受體結合，使膜對離子的通透性改變，從而出現局部電位變化，即突觸后電位。

③神經遞質作用

a．一種能引起興奮性突觸后電位，達到一定強度可使下一個神經元產生神經沖動；

b．另一種能引起抑制性突觸后電位，這種電位使突觸后膜興奮性降低，阻礙下一個神經元產生神經沖動。

④突觸傳遞的特點

a．突觸的傳遞是只能從突觸前膜向突觸后膜傳遞的單向傳遞；

b．突觸延擱；

c．時間和空間總和效應；

d．抑制作用；

e．對藥物敏感性。

（3）神經元類型

①感覺神經元；

②中間神經元；

③運動神經元。

（4）膠質細胞的功能

①形成支持神經元分布的框架；

②在腦的發育過程中，幫助神經元找到自己適當的位置；

③促進或直接參與神經纖維髓鞘的形成，以便在神經信息傳遞過程中起絕緣作用，提高傳遞速度；

④起到腦內清潔工的作用，吸收過量的神經遞質和及時清理受損或死亡的神經元；

⑤形成血腦屏障，使毒物和其它有害物質不能進入腦內；

⑥對信息傳遞所必需的離子濃度有所影響；

⑦參與復雜的智能活動。

2神經系統

（1）神經系統包括中樞神經系統和外周神經系統。中樞神經系統由顱腔里的腦和椎管內的脊髓組成；外周神經系統由12對腦神經和31對脊神經組成。

（2）在腦、脊神經中都有支配內臟運動的纖維，稱之為自主神經或植物神經。根據自主神經中樞部位與形態特點，將其分為交感神經與副交感神經。交感神經支配應付緊急情況下的反應，副交感神經維持正常情況下的常規活動。

3腦結構與功能

（1）大腦

①大腦(cerebrum)分為左、右兩個半球。兩半球由胼胝體連接，胼胝體是由兩半球間交換信息的神經纖維組成；

②大腦表面有許多皺褶，凸出來的叫做回，凹下去的叫做溝或裂；

③大腦表層神經元密集，呈灰色（灰質)，為大腦皮層或大腦皮質；

④在中樞神經系統內神經元的胞體與樹突聚集的地方，顏色灰暗，稱為灰質或神經核團。大腦深層神經元軸突（神經纖維)密集的地方，顏色淺而亮，故稱白質或纖維束；

⑤大腦皮層結構；

a．位于中央溝前方、外側裂上方的皮層為額葉，具有高級認知活動的調節和控制運動的功能；

b．位于中央溝后方、頂枕裂前方的皮層為頂葉，負責軀體的各種感覺；

c．位于頂枕裂與枕前切跡連線的后方皮層為枕葉，是視覺中樞；

d．位于外側裂下部的皮層為顳葉，與聽覺關系密切；大腦外側裂的深部皮層為島葉，與味覺有關。

⑥大腦內部結構；

a．邊緣葉，它包括胼胝體下回、扣帶回、海馬回和海馬回深部的海馬結構；

b．邊緣葉與皮層下的腦結構為邊緣系統，具有“內臟腦”之稱，是內臟功能和機體內環境的高級調節中樞，也是情緒、情感的調節中樞。

c．大腦半球髓質深部有一些神經核團，稱基底神經節，包括尾狀核、豆狀核、杏仁核和屏狀核等。尾狀核與豆狀核組成紋狀體，對機體的運動功能具有調節作用；杏仁核在嗅覺、情緒控制和情緒記憶形成中具有一定作用。

（2）間腦

①間腦的位置

位于大腦與中腦之間，被大腦兩半球所遮蓋。

②間腦的結構

由丘腦、上丘腦、下丘腦和底丘腦四大部分組成。

（3）腦干

中腦、橋腦和延腦統稱腦干，它的腹側由脊髓與大腦之間的上下行纖維組成，傳遞神經信息。

①錐體束:脊髓與大腦之間的上下行纖維中最大的一束，主要控制骨骼肌的隨意運動；

②四疊體:中腦的背側的4個凸出，稱四疊體，由一對上丘和一對下丘組成，分別對視、聽信息進行加工；

③被蓋:腦干的背腹之間稱被蓋，由縱橫交錯的神經纖維和散在纖維中的許多大小不一、形態各異的神經細胞組成，即腦干網狀結構，其上下行纖維彌散性投射，調節腦結構的興奮性水平。

（4）小腦

①結構

小腦位于橋腦與延腦的背側，其結構與大腦相似，外層是灰質，內層是白質，在白質的深部也有4對核，稱之為中央核。

②主要功能

調節肌肉的緊張度，以便維持姿勢和平衡，順利完成隨意運動，在程序性學習中發揮重要作用。

（五）神經生理學基礎知識

1整體水平的神經生理學概念

（1）反射?。耗X活動是反射性的，每種反射活動的結構基礎稱為該反射的反射弧，由傳入、傳出和中樞三個部分組成；

（2）興奮過程：包括條件反射與非條件反射；

（3）抑制過程：可分為非條件抑制與條件抑制兩大類；

（4）超限抑制：任一刺激強度過大，不但不會引起興奮過程，反會引起抑制，稱為超限抑制；

（5）外抑制：現時活動以外的新異刺激所引起的抑制過程；

（6）非條件抑制過程：包括超限抑制和外抑制；

（7）條件抑制過程：包括消退抑制、分化抑制、延緩抑制和條件抑制，是都需個體習得經驗才能建立的抑制過程；

（8）擴散與集中和相互誘導的運動規律：在神經系統內興奮和抑制兩種神經過程，按著一定的規律發生運動。

2腦的電現象

（1）分類：可分為自發電活動和誘發電活動兩大類；

（2）腦電圖：大腦直流電背景上的自發交變電變化，經數萬倍放大以后所得到的記錄曲線；

（3）同步化：頻率變慢，波幅增高的腦電變化；

（4）失同步化：變為低幅、快波的腦電變化，也稱異步化。

3細胞生理學的基本概念

（1）靜息電位：在靜息狀態下，細胞膜外的鈉離子濃度較高，細胞膜內鉀離子濃度較高，這類帶電離子因膜內外的濃度差造成了膜內外大約-70～-90毫伏的電位差稱為靜息電位，也稱極化現象。

（2）反極化：當神經元受到刺激從靜息狀態變為興奮狀態時，細胞膜首先出現去極化過程，但這種過程往往超過零點，使膜內由負電位變為正電位，這種現象稱為反極化，也稱超攝。

（3）復極化過程：細胞單位發放或神經干上動作電位的下降部分稱為細胞膜復極化過程。

（4）離子通道蛋白：細胞膜上的多種離子通道門內的由結構形態和功能各異的蛋白大分子。

（六）分子神經生物學的基本概念

1神經信息傳遞的生化機制

（1）神經遞質

①定義

神經細胞間神經信息傳遞所中介的化學物質，統稱神經遞質（neurotransmitters)。神經遞質根據其生理功能可分為興奮性和抑制性神經遞質。

②功能

當神經沖動傳至末梢時，囊泡膜將大量神經遞質釋放到突觸間隙，被釋放到突觸間隙的神經遞質與后膜上的受體結合，完成神經信息在細胞間的傳遞過程。

（2）神經調質

有一些神經遞質向周圍比突觸間隙距離更大的位點擴散，與那些細胞膜上的受體結合，調節神經元對神經遞質合成和釋放的速率，發揮神經調質（neuromodulator)的作用。

（3）逆信使

神經信息在細胞間傳遞過程中，由突觸后釋放一種更小的分子，迅速逆向擴散到突觸前膜，調節化學傳遞的過程。這類小分子物質稱為逆信使（reversed messenger)。

（4）受體

受體是細胞膜上的特殊蛋白分子，可以識別和選擇性地與某些物質發生特異性受體結合反應，產生相應的生物效應。

（5）神經元之間信息傳遞的化學機制

①G-蛋A依存性受體中介

G-蛋A依存性受體中介的信息傳遞，可分為兩大階段：

a．通過小分子的神經遞質、調質和逆信使的參與而完成細胞間的傳遞；

b．由G-蛋A依存性受體激活到離子通道蛋白磷酸化的細胞內信號轉導系統。

②電壓門控受體中介

電壓門控受體與神經遞質結合時，就會直接導致突觸后膜的去極化，產生突觸后電位。這是由于這類電壓門控受體蛋白分子本身又是離子通道蛋白，所以受體結合過程發生蛋白分子變構作用，就會啟閉離子通道，無須通過細胞內復雜的傳遞機制。

2腦區域性能量代謝的基本概念

腦能量代謝是人類認知活動中腦功能變化的靈敏指標。利用正電子發射層描技術（PET)、放射性¹⁸F脫氧葡萄糖方法、³H-或^l4C-脫氧葡萄糖法，可以對正常人類被試各種認知活動中腦區域性葡萄糖吸收率，進行無損傷性連續測定。

三、生理心理學方法學問題

（一）干預腦功能和記錄生理參數的傳統方法

1傳統生理心理學方法

（1）概述

傳統生理心理學方法以低等動物為主要實驗對象。設計實驗時，首先考慮改變腦結構或功能，將生理參數作為自變量，然后再觀察其行為的變化，將行為、反應等心理參數作為因變量。通常用于控制生理參數的手段有損毀法、刺激法和藥物注入等。經常測量的因變量有動物某些本能行為、習得行為或情緒行為等。

（2）評價

①這種研究方案所得到的結果，有助于說明一些腦結構或生理參數在心理活動中的作用和意義；

②其不足之處是低等動物的心理活動及腦結構與人類相差甚遠，其研究結果和討論未必能準確反映人類的生理心理學規律。

2傳統心理生理學方法

（1）概述

心理生理學的基本方法學是將心理學參數作為自變量，在盡可能不干預生理活動和腦功能的前提下，隨心理學參數的改變，測量其生理指標的變化，目的在于闡明不同心理狀態的生理學基礎。這種方法學原則主要適用于人類被試?；厩疤崾菬o損傷性，并盡可能減少對腦功能的干擾。

（2）評價

在當代科學技術發展水平上，這類方法學僅能做一些宏觀水平的實驗研究，對于復雜腦機制的揭露是無能為力的。

3靈長類動物的電生理學方法

此方法是以高等靈長類動物為實驗對象，使其完成接近于人類的某種心理作業。當對動物訓練到一定程度時，再設法記錄其腦整體生理功能或某些結構的細胞電活動。在麻醉狀態下，顱骨手術埋植記錄細胞電活動的微電極基座。當動物從手術中恢復后，再進行前述認知實驗。通過遙控使細胞微電極緩慢地到達大腦皮層表面，盡可能不干擾腦功能，測量其認知操作中腦細胞的變化規律。

4傳統神經心理方法

傳統神經生理方法以腦損傷病人為研究對象，因其腦損傷的自變量參數無法準確控制，僅靠CT資料、臨床資料或開顱手術的記載為根據。因此，自變量（腦損傷部位、性質)和因變量（心理功能的改變)間的關系往往要經過相當長的時間才能搞清。

（二）干預與記錄腦功能的當代認知神經科學方法

1透顱磁刺激技術

透顱磁刺激（RTMS)通過頭皮外的磁力線圈產生的脈沖磁刺激作用于大腦皮層表面，對其產生局部刺激作用。通過調節刺激強度和脈沖數，分別可引起大腦皮層局部興奮或抑制作用，用以觀察大腦皮層局部興奮或抑制對某些心理活動的影響。

2無創性腦代謝成像技術

無創性腦代謝成像技術主要包括：功能性磁共振成像技術（FMRI)和正電子發射層描技術（PET)。兩者均通過顯示認知活動中，與腦代謝過程相關生理參數的變化，研究認知過程的腦機制。具體地講，FMRI是測定血氧水平信號在認知活動中不同腦區的變化；PET是測定含放射性同位素¹⁸F的脫氧葡萄糖在腦區域性代謝率，以此作為腦認知功能的生理指標。兩類腦代謝成像技術具有較高的分辨率，但兩者的時間分辨率差。

3無創性腦生理成像技術

無創性腦生理成像技術主要包括高分辨率腦電信號（腦電圖)分析和腦磁信號分析技術。它們測量腦活動所產生的微弱電磁場信號的變化。腦電信號較好地反映出大腦皮層與深層之間的功能變化，腦磁信號反映大腦表面切線方向的功能變化。腦電圖（EEG)、事件相關電位（ERPS)和腦磁圖（MEG)的共同特點是較高的時間分辨率，但其弱點是空間分辨率差。

4實驗設計

（1）組塊設計

組塊設計就是先做一個對照（或空白)實驗，再完成正式實驗，將兩次實驗的腦功能圖像相減，所得的差值圖像中的激活區，作為該項認知功能的腦功能基礎。這種方法稱為減法法則。除減法法則外，還要利用一致性分析，即將A任務減去A對照組的差值與B任務減去B對照組的差值，兩者再相減，以作為完成相類似的認知任務的腦功能基礎。

（2）事件相關的FMRI實驗設計

事件相關的FMRI實驗設計，就是將主要實驗和對照實驗的刺激混在一起按隨機順序，從始至終完成一組實驗，由計算機識別和疊加同類刺激，誘發腦的血氧水平信號，得到兩類實驗的腦激活區。