第1章　导　论

1.1　复习笔记

一、生理心理学的历史发展观

（一）生理心理学的学科性质和研究意义

1学科性质

传统观点将生理心理学看成是心理学与生理学之间的边缘学科；近年学界认为生理心理学是心理学、神经科学和信息科学之间的边缘学科。

2研究意义

（1）生理心理学研究任务的进展对心理学中其它分支的发展都产生重大影响；

（2）生理心理学的进展对于认识论和哲学的理论发展具有重大意义；

（3）对于智能化计算机和机器人学的理论发展可提供启示；

（4）对于教育学、医学、运动科学、文化艺术以及社会福利和环境保护等事业都具有一定的基础理论意义。

（二）脑研究的历史回顾

1自然哲学理论

（1）中国古代，“心者，五脏六腑之大主也，精神之所舍也”；

（2）古希腊德谟克里特把心理活动与呼吸功能加以类比，提出精灵原子的假说；

（3）莱布尼兹提出心身平行论；

（4）笛卡儿提出心身交互论。

2脑机能定位理论和脑等势学说

（1）脑机能定位理论

①1811年，贝尔根据脑形态与功能不同，将其分为大脑、小脑。这一发现成为脑机能定位理论的发端；

②l861年，布罗卡发现了位于额叶的“言语运动中枢”，l874年，维尔尼克发现了语言感觉区。临床观察法、手术切除法、电刺激法、解剖学和组织学法，是脑机能定位理论所依靠的主要方法；

③20世纪40～50年代，苏联关于大脑皮层是条件反射暂时联系赖以形成的观点、现代神经生理学关于脑干网状结构是睡眠与觉醒中枢的理论、以及60年代，以割裂脑研究提出的大脑两半球机能不对称性的理论观点，都可以看作是脑机能定位思想的继续和发展。

（2）脑等势学说

①心理学家拉施里通过研究大白鼠脑切除对其学习行为的影响提出了脑等势的观点；

②近代的许多研究发现，就学习行为和脑基础而言，脑内许多结构包括皮层下深部结构，都具有形成暂时联系的能力。

（3）评价

脑机能定位观点和脑等势观点，都不是绝对正确或绝对荒谬的，它们各自揭示了脑功能特点的不同方面。

3经典神经生理学理论

（1）19世纪末到20世纪初，英国的生理学家谢灵顿和俄国生理学家巴甫洛夫建立了生理学实验分析法，以反射论为指导，研究了中枢神经系统对于刺激所给出的反应。

（2）巴甫洛夫关于条件反射论的三原则：

①决定论的原则；

②脑对外部刺激进行反映时，进行着复杂的分析综合活动，与之相应地在脑内存在许多分析器；

③结构原则。

（3）评价

①经典神经生理学理论是行为主义心理学建立的重要自然科学基础，经典神经生理学基于精确的定量分析，大大提高了脑功能研究的科学水平；

②经典神经生理学关于脑与心理活动之关系的认识，只是概括了神经解剖学、神经组织学和分析生理学的研究成果，具有很大的历史局限性。

4细胞神经生理学理论

（1）l791年伽尔伐尼提出动物电的概念；

（2）l922年厄兰格和加塞将阴极射线示波器应用于神经生理学研究；

（3）20世纪50～60年代，细胞神经生理学理论体系，大大加深了人类对大脑奥秘的认识。

①细胞神经生理学在经典神经生理学对脑特异性机能系统的认识基础上，增添了网状非特异系统的认识，这大大超越了巴甫洛夫的经典反射弧概念；

②在经典三环节反射弧的机构中，必须考虑到由传入和传出神经发出的侧支联系，它不但引申出网状非特异系统的制约作用，也引申出反馈作用原理；

③除神经冲动在神经干上传导的“全或无”定律之外，细胞神经生理学还发现了突触后的“级量反应”规律。

5化学通路学说

（1）20世纪60年代，荧光组织化学和荧光生物化学技术在研究脑内单胺类物质的作用中初露头角。

（2）70年代中期，人们明确脑内存在化学通路，同时也明确神经冲动在神经元内以电化学的方式传导，在神经元间以化学传递的方式传导。

（3）评价

脑化学通路学说，使人类对脑功能与心理活动关系的认识从器官水平和细胞水平推进到分子水平。

6当代神经科学理论的发展

（1）20世纪70年代中期，分子水平的神经科学从单胺类小分子的研究进入到中分子多肽和大分子的受体蛋白质的研究，从突触前的递质研究推进到突触后的受体和离子通道的研究；

（2）80～90年代间扩展为细胞内信号转导系统的研究。脑层描技术，脑事件相关电位技术，正电子发射层描技术，脑核磁共振技术和单光子检测等，使脑功能研究跳出某一学科的范围，形成了当代神经科学理论；

（3）20世纪80年代以来，关于行为的脑科学问题形成了一些热点研究领域，并形成了有较大影响的认知加工理论。

（三）21世纪兴起的认知神经科学

1认知神经科学的理论

（1）20世纪70～80年代，智能与计算的关系成为认知科学的基本命题；

（2）20世纪90年代初，概括出“并行分布式”的神经计算原理；

（3）20世纪90年代末，智能与计算的命题再次扩散开来，其目标不仅在于运用当代各种图灵计算原理，还在于试图突破图灵计算，追求智能本质的新认识。

2认知神经科学的方法学

（1）认知神经科学采用人类被试的无创性脑功能成像与有创性动物实验相结合的策略，探索脑的高级功能的奥秘。

（2）无创性脑功能成像包括脑代谢成像技术和脑生理成像技术。

3认知神经科学的分支学科

（1）认知心理生理学

①定义

认知心理生理学以人类被试为研究对象，以心理参数为自变量，记录和分析生理参数随心理认知活动而发生变化的规律。

②发展过程

a．20世纪60年代认知心理生理学在关于工作负荷、应激状态和注意问题的研究工作的基础之上建立起来；

b．脑事件相关电位技术的出现，使认知心理生理学得到了直接测量脑功能变化的手段；

c．经过70～80年代的发展，这个学科形成了时序心理学原理和心理资源分配的原理，并且吸收了认知科学的重大理论。

（2）认知神经心理学

①定义

认知神经心理学以局部脑损伤病人为主要研究对象，通过局部脑损伤后的神经心理障碍，揭示认知活动的脑机制。

②发展过程

a．1861年布罗卡根据8例脑损伤案例，发现了言语运动中枢；

b．20世纪70年代，苏联科学家鲁利亚和德国科学家高德斯坦在对苏德两国脑损伤的病例研究基础上，建立了神经心理学，其方法学基础是神经心理学测验；

c．20世纪80～90年代，神经心理学采用比神经心理测验更精细的认知心理学实验法，并从认知科学中吸收脑功能模块论的理论概念，引用无创性脑成像的技术，发展为现代认知神经心理学。

（3）社会认知神经科学

社会认知神经科学是对正常人类被试的复杂社会心理问题进行实验研究的认知神经科学分支。其研究内容包括对意识、宗教、投资、赌博、成瘾等复杂心理活动进行认知神经科学的实验研究，以此揭示大脑激活区域及变化规律。

（4）认知生理心理学

认知生理心理学是以高等动物为实验对象，采用有创性实验技术，并用当代认知神经科学理论观点研究认知过程的脑机制的分支学科。认知生理心理学通过细胞电活动记录的方法，在细胞和神经功能网络层次上研究知觉学习和记忆过程的脑机制。

（5）认知神经生物学

认知神经生物学以低等动物为实验材料，采用多层次的生物技术，研究认知过程的细胞和分子水平上的脑机制。

（6）计算神经科学

计算神经科学采用数学分析和建模的途径，揭示人类大脑如何调用其各层次上的组件去实现人类的认知活动。

二、学习生理心理学所需要的基础知识

（一）心理活动

1定义

心理活动是脑对外界的反应过程。这一过程始于外界引起的感觉，结果表现为对外部刺激的反应（动作、行为或情绪和语言反应等)，中介于每个人的人格特征。

2构成

（1）认知过程；

（2）意向过程；

（3）人格。

（二）、精神病与精神病学的基础知识

1精神病与精神病学

①精神病是一些心理活动发生障碍的各种疾病的总称；

②精神病学是临床医学的一个分支学科，专门研究精神病的诊治及其病理机制。

2精神病的分类

（1）躯体器质性精神病；

（2）外生性或心因性精神病；

（3）内生机能性精神病。

3心因性精神病与内生性精神病的不同

（1）心因性精神病是在人格发展不成熟、不完善背景上，不良环境或人际关系发生作用的结果；

（2）内生性精神病，则是脑代谢异常的后果。

4严重精神病的主要症状

（1）早期仅表现在局部性心理活动中，如幻觉或思维内容的某些方面；

（2）疾病发展严重时，可出现整个思维的破裂，情感意志的分裂，最终导致病人与社会生活和周围人际关系的分裂。

（三）神经病与神经病学

1神经病学

神经病学是研究神经病的诊断、治疗和病理机制的临床医学分支。

2神经病与精神病

（1）绝大多数神经病人，心理活动特别是情感意志、思维判断能力正常无恙，这与精神病人的情况形成明显的对照；

（2）神经病科在诊断治疗和研究神经病时，十分注重临床体征，这些与精神科存在着较大的差别。

（四）神经系统的形态结构与基本功能

1神经组织

神经组织由神经细胞与胶质细胞组成。

（1）神经元的结构与功能

①神经元的结构

由胞体、轴突和树突组成。

②神经元的功能

a．树突负责接受其它神经元或感受器传来的信息，并将信息传至细胞体；

b．轴突负责将整合后的神经信息传出至下一个神经元。

（2）突触

①突触的结构

由突触前膜、突触后膜和突触间隙三个部分组成。

②突触的功能

当神经冲动传至神经末梢时，神经递质就从小囊泡中释放出来，进入突触间隙，与突触后膜上的受体结合，使膜对离子的通透性改变，从而出现局部电位变化，即突触后电位。

③神经递质作用

a．一种能引起兴奋性突触后电位，达到一定强度可使下一个神经元产生神经冲动；

b．另一种能引起抑制性突触后电位，这种电位使突触后膜兴奋性降低，阻碍下一个神经元产生神经冲动。

④突触传递的特点

a．突触的传递是只能从突触前膜向突触后膜传递的单向传递；

b．突触延搁；

c．时间和空间总和效应；

d．抑制作用；

e．对药物敏感性。

（3）神经元类型

①感觉神经元；

②中间神经元；

③运动神经元。

（4）胶质细胞的功能

①形成支持神经元分布的框架；

②在脑的发育过程中，帮助神经元找到自己适当的位置；

③促进或直接参与神经纤维髓鞘的形成，以便在神经信息传递过程中起绝缘作用，提高传递速度；

④起到脑内清洁工的作用，吸收过量的神经递质和及时清理受损或死亡的神经元；

⑤形成血脑屏障，使毒物和其它有害物质不能进入脑内；

⑥对信息传递所必需的离子浓度有所影响；

⑦参与复杂的智能活动。

2神经系统

（1）神经系统包括中枢神经系统和外周神经系统。中枢神经系统由颅腔里的脑和椎管内的脊髓组成；外周神经系统由12对脑神经和31对脊神经组成。

（2）在脑、脊神经中都有支配内脏运动的纤维，称之为自主神经或植物神经。根据自主神经中枢部位与形态特点，将其分为交感神经与副交感神经。交感神经支配应付紧急情况下的反应，副交感神经维持正常情况下的常规活动。

3脑结构与功能

（1）大脑

①大脑(cerebrum)分为左、右两个半球。两半球由胼胝体连接，胼胝体是由两半球间交换信息的神经纤维组成；

②大脑表面有许多皱褶，凸出来的叫做回，凹下去的叫做沟或裂；

③大脑表层神经元密集，呈灰色（灰质)，为大脑皮层或大脑皮质；

④在中枢神经系统内神经元的胞体与树突聚集的地方，颜色灰暗，称为灰质或神经核团。大脑深层神经元轴突（神经纤维)密集的地方，颜色浅而亮，故称白质或纤维束；

⑤大脑皮层结构；

a．位于中央沟前方、外侧裂上方的皮层为额叶，具有高级认知活动的调节和控制运动的功能；

b．位于中央沟后方、顶枕裂前方的皮层为顶叶，负责躯体的各种感觉；

c．位于顶枕裂与枕前切迹连线的后方皮层为枕叶，是视觉中枢；

d．位于外侧裂下部的皮层为颞叶，与听觉关系密切；大脑外侧裂的深部皮层为岛叶，与味觉有关。

⑥大脑内部结构；

a．边缘叶，它包括胼胝体下回、扣带回、海马回和海马回深部的海马结构；

b．边缘叶与皮层下的脑结构为边缘系统，具有“内脏脑”之称，是内脏功能和机体内环境的高级调节中枢，也是情绪、情感的调节中枢。

c．大脑半球髓质深部有一些神经核团，称基底神经节，包括尾状核、豆状核、杏仁核和屏状核等。尾状核与豆状核组成纹状体，对机体的运动功能具有调节作用；杏仁核在嗅觉、情绪控制和情绪记忆形成中具有一定作用。

（2）间脑

①间脑的位置

位于大脑与中脑之间，被大脑两半球所遮盖。

②间脑的结构

由丘脑、上丘脑、下丘脑和底丘脑四大部分组成。

（3）脑干

中脑、桥脑和延脑统称脑干，它的腹侧由脊髓与大脑之间的上下行纤维组成，传递神经信息。

①锥体束:脊髓与大脑之间的上下行纤维中最大的一束，主要控制骨骼肌的随意运动；

②四叠体:中脑的背侧的4个凸出，称四叠体，由一对上丘和一对下丘组成，分别对视、听信息进行加工；

③被盖:脑干的背腹之间称被盖，由纵横交错的神经纤维和散在纤维中的许多大小不一、形态各异的神经细胞组成，即脑干网状结构，其上下行纤维弥散性投射，调节脑结构的兴奋性水平。

（4）小脑

①结构

小脑位于桥脑与延脑的背侧，其结构与大脑相似，外层是灰质，内层是白质，在白质的深部也有4对核，称之为中央核。

②主要功能

调节肌肉的紧张度，以便维持姿势和平衡，顺利完成随意运动，在程序性学习中发挥重要作用。

（五）神经生理学基础知识

1整体水平的神经生理学概念

（1）反射弧：脑活动是反射性的，每种反射活动的结构基础称为该反射的反射弧，由传入、传出和中枢三个部分组成；

（2）兴奋过程：包括条件反射与非条件反射；

（3）抑制过程：可分为非条件抑制与条件抑制两大类；

（4）超限抑制：任一刺激强度过大，不但不会引起兴奋过程，反会引起抑制，称为超限抑制；

（5）外抑制：现时活动以外的新异刺激所引起的抑制过程；

（6）非条件抑制过程：包括超限抑制和外抑制；

（7）条件抑制过程：包括消退抑制、分化抑制、延缓抑制和条件抑制，是都需个体习得经验才能建立的抑制过程；

（8）扩散与集中和相互诱导的运动规律：在神经系统内兴奋和抑制两种神经过程，按着一定的规律发生运动。

2脑的电现象

（1）分类：可分为自发电活动和诱发电活动两大类；

（2）脑电图：大脑直流电背景上的自发交变电变化，经数万倍放大以后所得到的记录曲线；

（3）同步化：频率变慢，波幅增高的脑电变化；

（4）失同步化：变为低幅、快波的脑电变化，也称异步化。

3细胞生理学的基本概念

（1）静息电位：在静息状态下，细胞膜外的钠离子浓度较高，细胞膜内钾离子浓度较高，这类带电离子因膜内外的浓度差造成了膜内外大约-70～-90毫伏的电位差称为静息电位，也称极化现象。

（2）反极化：当神经元受到刺激从静息状态变为兴奋状态时，细胞膜首先出现去极化过程，但这种过程往往超过零点，使膜内由负电位变为正电位，这种现象称为反极化，也称超摄。

（3）复极化过程：细胞单位发放或神经干上动作电位的下降部分称为细胞膜复极化过程。

（4）离子通道蛋白：细胞膜上的多种离子通道门内的由结构形态和功能各异的蛋白大分子。

（六）分子神经生物学的基本概念

1神经信息传递的生化机制

（1）神经递质

①定义

神经细胞间神经信息传递所中介的化学物质，统称神经递质（neurotransmitters)。神经递质根据其生理功能可分为兴奋性和抑制性神经递质。

②功能

当神经冲动传至末梢时，囊泡膜将大量神经递质释放到突触间隙，被释放到突触间隙的神经递质与后膜上的受体结合，完成神经信息在细胞间的传递过程。

（2）神经调质

有一些神经递质向周围比突触间隙距离更大的位点扩散，与那些细胞膜上的受体结合，调节神经元对神经递质合成和释放的速率，发挥神经调质（neuromodulator)的作用。

（3）逆信使

神经信息在细胞间传递过程中，由突触后释放一种更小的分子，迅速逆向扩散到突触前膜，调节化学传递的过程。这类小分子物质称为逆信使（reversed messenger)。

（4）受体

受体是细胞膜上的特殊蛋白分子，可以识别和选择性地与某些物质发生特异性受体结合反应，产生相应的生物效应。

（5）神经元之间信息传递的化学机制

①G-蛋A依存性受体中介

G-蛋A依存性受体中介的信息传递，可分为两大阶段：

a．通过小分子的神经递质、调质和逆信使的参与而完成细胞间的传递；

b．由G-蛋A依存性受体激活到离子通道蛋白磷酸化的细胞内信号转导系统。

②电压门控受体中介

电压门控受体与神经递质结合时，就会直接导致突触后膜的去极化，产生突触后电位。这是由于这类电压门控受体蛋白分子本身又是离子通道蛋白，所以受体结合过程发生蛋白分子变构作用，就会启闭离子通道，无须通过细胞内复杂的传递机制。

2脑区域性能量代谢的基本概念

脑能量代谢是人类认知活动中脑功能变化的灵敏指标。利用正电子发射层描技术（PET)、放射性¹⁸F脱氧葡萄糖方法、³H-或^l4C-脱氧葡萄糖法，可以对正常人类被试各种认知活动中脑区域性葡萄糖吸收率，进行无损伤性连续测定。

三、生理心理学方法学问题

（一）干预脑功能和记录生理参数的传统方法

1传统生理心理学方法

（1）概述

传统生理心理学方法以低等动物为主要实验对象。设计实验时，首先考虑改变脑结构或功能，将生理参数作为自变量，然后再观察其行为的变化，将行为、反应等心理参数作为因变量。通常用于控制生理参数的手段有损毁法、刺激法和药物注入等。经常测量的因变量有动物某些本能行为、习得行为或情绪行为等。

（2）评价

①这种研究方案所得到的结果，有助于说明一些脑结构或生理参数在心理活动中的作用和意义；

②其不足之处是低等动物的心理活动及脑结构与人类相差甚远，其研究结果和讨论未必能准确反映人类的生理心理学规律。

2传统心理生理学方法

（1）概述

心理生理学的基本方法学是将心理学参数作为自变量，在尽可能不干预生理活动和脑功能的前提下，随心理学参数的改变，测量其生理指标的变化，目的在于阐明不同心理状态的生理学基础。这种方法学原则主要适用于人类被试。基本前提是无损伤性，并尽可能减少对脑功能的干扰。

（2）评价

在当代科学技术发展水平上，这类方法学仅能做一些宏观水平的实验研究，对于复杂脑机制的揭露是无能为力的。

3灵长类动物的电生理学方法

此方法是以高等灵长类动物为实验对象，使其完成接近于人类的某种心理作业。当对动物训练到一定程度时，再设法记录其脑整体生理功能或某些结构的细胞电活动。在麻醉状态下，颅骨手术埋植记录细胞电活动的微电极基座。当动物从手术中恢复后，再进行前述认知实验。通过遥控使细胞微电极缓慢地到达大脑皮层表面，尽可能不干扰脑功能，测量其认知操作中脑细胞的变化规律。

4传统神经心理方法

传统神经生理方法以脑损伤病人为研究对象，因其脑损伤的自变量参数无法准确控制，仅靠CT资料、临床资料或开颅手术的记载为根据。因此，自变量（脑损伤部位、性质)和因变量（心理功能的改变)间的关系往往要经过相当长的时间才能搞清。

（二）干预与记录脑功能的当代认知神经科学方法

1透颅磁刺激技术

透颅磁刺激（RTMS)通过头皮外的磁力线圈产生的脉冲磁刺激作用于大脑皮层表面，对其产生局部刺激作用。通过调节刺激强度和脉冲数，分别可引起大脑皮层局部兴奋或抑制作用，用以观察大脑皮层局部兴奋或抑制对某些心理活动的影响。

2无创性脑代谢成像技术

无创性脑代谢成像技术主要包括：功能性磁共振成像技术（FMRI)和正电子发射层描技术（PET)。两者均通过显示认知活动中，与脑代谢过程相关生理参数的变化，研究认知过程的脑机制。具体地讲，FMRI是测定血氧水平信号在认知活动中不同脑区的变化；PET是测定含放射性同位素¹⁸F的脱氧葡萄糖在脑区域性代谢率，以此作为脑认知功能的生理指标。两类脑代谢成像技术具有较高的分辨率，但两者的时间分辨率差。

3无创性脑生理成像技术

无创性脑生理成像技术主要包括高分辨率脑电信号（脑电图)分析和脑磁信号分析技术。它们测量脑活动所产生的微弱电磁场信号的变化。脑电信号较好地反映出大脑皮层与深层之间的功能变化，脑磁信号反映大脑表面切线方向的功能变化。脑电图（EEG)、事件相关电位（ERPS)和脑磁图（MEG)的共同特点是较高的时间分辨率，但其弱点是空间分辨率差。

4实验设计

（1）组块设计

组块设计就是先做一个对照（或空白)实验，再完成正式实验，将两次实验的脑功能图像相减，所得的差值图像中的激活区，作为该项认知功能的脑功能基础。这种方法称为减法法则。除减法法则外，还要利用一致性分析，即将A任务减去A对照组的差值与B任务减去B对照组的差值，两者再相减，以作为完成相类似的认知任务的脑功能基础。

（2）事件相关的FMRI实验设计

事件相关的FMRI实验设计，就是将主要实验和对照实验的刺激混在一起按随机顺序，从始至终完成一组实验，由计算机识别和叠加同类刺激，诱发脑的血氧水平信号，得到两类实验的脑激活区。