心理與行為的生物學基礎

1、心理與行為的生物學基礎Biological Factor of Mental and Behavior,遺傳與行為神經(jīng)系統(tǒng)與行為腦科學與行為,遺傳與行為,1.進化與自然選擇,補充概念,基因型（genotype ）：用基因組或互補染色體的堿基序列來定義的生物遺傳特征和遺傳表現(xiàn)。 一個生物體的性狀是很多的，那么，控制這些性狀的全部基因就稱為生物體基因型。它是性狀表現(xiàn)的內(nèi)在因素，基因型肉眼看不到，可以通過雜交實驗來鑒

2、定。表型（phenotype ）：又稱性狀，是基因型和環(huán)境共同作用的結(jié)果。指個體形態(tài)、功能等各方面的表現(xiàn)，如身高、膚色、血型、酶活力、藥物耐受力乃至性格等等。 就是說個體外表行為表現(xiàn)和具有的行為模式。 指能將生物體分類成獨立類群的一系列特征。,自然選擇如何進行,,,人類的進化,行為的遺傳學研究,心理學家們研究個別差異時，一般采用兩大取向：一是藉用遺傳學的理論與方法來解釋；另一個是從環(huán)境因素的影響來解釋。行為遺傳

3、學致力于確定遺傳對行為的影響學習能力或智力，可以用來作為心理特征的代表,技術一：選擇性繁殖,以動物為被試研究遺傳影響的方法。例如：白鼠走迷宮,技術二：雙生子研究,神經(jīng)系統(tǒng)與行為,腦是復雜的系統(tǒng)，它控制著我們的行為。人腦中有大約1000億個神經(jīng)細胞（神經(jīng)元），那么神經(jīng)細胞是怎樣工作的呢？→什么是神經(jīng)元？,神經(jīng)系統(tǒng)與行為,一、神經(jīng)元（神經(jīng)細胞） 1891年，瓦爾岱耶（Waldeyer)提出 神經(jīng)元這一名稱。它是神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)

4、構(gòu)和機能單位 基本作用：接受和傳遞信息,神經(jīng)元,神經(jīng)元的結(jié)構(gòu),神經(jīng)元雖然不盡相同，功能各異，但其結(jié)構(gòu)主要由細胞體、軸突和樹突三個部分組成,主要作用是從其他神經(jīng)元那里接受信息。,接受外來的信息，對各種信息進行匯總，并產(chǎn)生神經(jīng)沖到。,負責把胞體發(fā)出的信息傳導至其他神經(jīng)元。,神經(jīng)元的分類,按功能分為感覺神經(jīng)元、運動神經(jīng)元和中間神經(jīng)元三類＊感覺神經(jīng)元（傳入神經(jīng)元）：接受內(nèi)外刺激，將神經(jīng)沖動傳到中樞神經(jīng)。＊運動神經(jīng)元（傳出神經(jīng)元）

5、：其功能是將中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出的神經(jīng)沖動傳至反應器，使肌肉、腺體產(chǎn)生反應。＊中間神經(jīng)元：連結(jié)作用 中間神經(jīng)元的連接形成了中樞神經(jīng)系統(tǒng)的微回路，這是腦進行信息加工的主要場所,例：痛收縮反射,神經(jīng)興奮方式——神經(jīng)沖動,神經(jīng)元具有興奮和傳導兩種功能。神經(jīng)元受到刺激并產(chǎn)生興奮是一種對刺激的反應能力，表現(xiàn)為神經(jīng)沖動 。,神經(jīng)沖動的傳導,1.動作電位的產(chǎn)生,,2.動作電位的性質(zhì)1）動作電位遵從全或無規(guī)律（all-or-none law）

6、2）不同神經(jīng)元沿軸突傳遞動作電位的速度不同3）當動作電位傳過一個軸突節(jié)段后，這部分神經(jīng)元就進入不應期,,神經(jīng)沖動的傳導,3.突觸傳遞,一、不能有其他遞質(zhì)或化學分子附著到受體分子上；二、神經(jīng)遞質(zhì)的形狀必須與受體分子形狀匹配，就像鑰匙與鑰匙孔一樣精細匹配,神經(jīng)遞質(zhì),人的大腦內(nèi)有30多種神經(jīng)遞質(zhì)，其中比較重要的介質(zhì)有乙酰膽堿、GABA、去甲腎上腺素、5-羥色胺、多巴胺、內(nèi)啡肽，以及多種氨基酸。,二、神經(jīng)系統(tǒng),自主神經(jīng)系統(tǒng),腦科學與行為,,

7、人的大腦只有一個柚子那么大，重1.4千克左右，由大約1000億神經(jīng)細胞夠構(gòu)成。在高倍顯微鏡下觀察人的大腦時，就像進入一個奇妙的世界。那里，到處都像是縱橫交錯的蜘蛛網(wǎng)，密布著細細的纖維和一些透明的小球。更為奇妙的是，還可以看到四處飛馳的電脈沖，而所有的物體又都浸泡在一個運動著的化學物質(zhì)海洋中。,大腦和行為之間究竟有什么關系？,（一）腦結(jié)構(gòu)及其功能,1.腦干、丘腦和小腦,各類脊椎動物的腦都有腦干,2.邊緣系統(tǒng),邊緣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)僅出現(xiàn)在哺乳動物

8、的腦內(nèi),3.大腦,,1）腦葉額葉：具有運動控制和進行認知活動的功能；位于外側(cè)裂之上和中央溝之前頂葉：負責觸覺、痛覺和溫度覺；位于中央溝之后枕葉：視覺信息到達的部位；位于后頭部顳葉：負責聽覺過程，位于外側(cè)裂下部,,2）大腦皮層的分區(qū)及機能運動皮層區(qū):位于中央溝前的額葉；控制身體中600多塊的隨意肌，產(chǎn)生隨意動作。軀體感覺皮層區(qū)：位于中央溝之后左、右頂葉；負責處理溫度、觸覺、軀體、位置和疼痛的信息。聯(lián)合皮層區(qū)：將不同感覺模式的

9、信息結(jié)合起來，用于籌劃對外界刺激作出適當反應。,運動和體干感覺皮層,左右交叉上下倒置,例如：請大聲說出這個物體,,如何說出書面圖,（二）腦半球功能單側(cè)化,大腦兩半球具有相同的功能區(qū)域左、右半球在某些方面成為優(yōu)勢半球，這種不對稱被稱為大腦兩半球單側(cè)化,大腦半球單側(cè)化,著名生理心理學家斯佩里（Roger Sperry) 通過對裂腦人的研究，在大腦兩半球特殊能力研究中做出了重要貢獻，1981年獲諾貝爾獎。,,裂腦人研究,結(jié)論,大腦

10、兩半球在結(jié)構(gòu)和功能上都有明顯的差異。從結(jié)構(gòu)上說，人的大腦右半球略大于和重于左半球，但左半球的灰質(zhì)多于右半球；右半球的顳葉具有明顯的不對稱性，顳葉的不對稱性是和丘腦的不對稱性相關的；各種神經(jīng)遞質(zhì)的分布，左右半球也是不平衡的。從功能上說，在正常情況下，大腦兩半球是協(xié)同活動的。進入大腦任何一側(cè)的信息會迅速地經(jīng)過胼胝體傳達到另一側(cè)，作出統(tǒng)一的反應。裂腦研究說明，兩半球具有不同的功能，語言表達主要定位在左半球，該半球主要負責言語、閱讀、書寫、

11、數(shù)學運算和邏輯推理等；而知覺物體的空間關系、情緒、欣賞音樂和藝術則定位于右半球。應該指出，大腦半球功能的單側(cè)化并不是絕對的。,,討論：“左撇子”是否更聰明？,,一本叫《左撇子的神奇世界》的新書指出，左撇子是一個盛產(chǎn)天才的群體。從拿破侖、克林頓到本·拉登，從牛頓、愛因斯坦到比爾·蓋茨，從卓別林、瑪麗蓮·夢露到趙本山，都是左撇子。左撇子在當代政治經(jīng)濟文化生活中的作用其實遠遠高于他們在人口中的比例。,（三）

12、 內(nèi)分泌系統(tǒng),內(nèi)分泌系統(tǒng)是通過某些特殊的生物化學物質(zhì)來實現(xiàn)對有機體的控制與調(diào)節(jié)的內(nèi)分泌活動方式有兩種，一是通過植物神經(jīng)來直接調(diào)節(jié)內(nèi)分泌腺的腺體活動另一種方式是神經(jīng)系統(tǒng)使腦垂體分泌激素來調(diào)節(jié)其它內(nèi)分泌腺的活動,（四）對腦的竊聽,大腦皮層受損的著名個案：-1848年9月13日，鐵路監(jiān)工蓋吉在一次意外爆破中受傷-他的朋友和熟人都說：“他不再是以前的蓋吉了”,1.最初的認知科學研究,——人體解剖——動物腦損毀法——直接刺激,2.當代

13、認知神經(jīng)科學,認知神經(jīng)科學是一門新興的交叉學科，其研究任務在于闡明認知活動的腦機制?，F(xiàn)有的腦認知功能研究技術大致可以分為兩類：一類是通過改變（損傷或刺激）腦組織和腦活動并觀察行為上相應的變化來研究腦與行為之間的關系。屬于生理心理學的范疇。eg:腦損傷，電刺激，透顱磁刺激。另一類是在人們完成認知任務的同時，觀察他們的腦活動變化。這屬于心理生理學的范疇。eg：單細胞記錄，腦電，腦磁，PET，fMRI,1、腦電（EEG/ERP）,腦電

14、圖（ electroencephalography，簡稱EEG），通過頭皮表面電極記錄得到腦電活動變化，一般認為這種電活動反映了電極下神經(jīng)元群活動時產(chǎn)生的突觸后電位總和。除了記錄電極以外，還在頭皮表面放置參考電極，實際記錄下來的信號是記錄電極和參考電極之間的電位差。腦電信號微弱，電極引出的電位變化通過高倍放大器后才能被計算機記錄下來。,ERP技術,由特定認知任務所引起的腦電活動比較微弱，被淹沒在整體的EEG中難以觀察，事件相關電位（

15、ERPs, event-related potential）技術可以將其抽提出來，其核心是疊加平均技術。通過疊加平均，只有那些與刺激相關（時間鎖定、振幅鎖定）的腦電成分保留下來，而與刺激無關的成分衰減了。所提取出來的信號就是ERP，它是由刺激事件（包括物理刺激和心理事件）所引起的腦電波，也稱誘發(fā)電位（evoked potentials，EP）。,技術特點,1）無損?？梢栽谌梭w上重復多次使用。2）腦電信號直接反映了神經(jīng)元電活動變化。

16、3）時間分辨率非常高，可以達到1ms以下。4）空間分辨率較低。電極個數(shù)和腦內(nèi)興奮源推測。5）費用低廉。128導，100萬左右。,研究動態(tài),研究者可以通過記錄分析人們在執(zhí)行各種認知任務時的ERP信號，動態(tài)地觀察大腦在認知過程中的活動變化，進而探索這些認知功能的神經(jīng)機制。ERP技術被廣泛應用于知覺、注意、學習、記憶、語言等多種認知過程的研究中，并取得了非常豐富的研究成果。,EEG Measurement,2、腦磁（MEG/ERF）,

17、當神經(jīng)元興奮時，除了產(chǎn)生與突觸活動相關的電流之外，還會產(chǎn)生磁場。與腦電相似，可以通過特殊的技術手段將頭皮表面很小的磁場檢測出來。腦磁圖（magneto encephalography , MEG），就是一種在頭皮表面測量腦神經(jīng)活動產(chǎn)生的微弱磁場的技術。與ERP相似，研究者也可以通過疊加平均技術在MEG中抽取事件相關磁場（event-related fields，ERFs）。,3、正電子發(fā)射斷層掃描（PET）,神經(jīng)元需要從血液中獲取氧

18、和葡萄糖作為其營養(yǎng)和活動能源。在腦組織興奮時其附近的血管血流量會增多以滿足神經(jīng)活動的需要。正電子發(fā)射斷層掃描（PET, positron emission tomography）技術，就是利用正電子放射性同位素來標記血流量在腦內(nèi)的分布，通過測量與某個認知過程有關的局部腦血流量（regional cerebral blood flow，rCBF）變化，來推測在這個認知過程中伴隨著哪些腦區(qū)域的活動。,技術特點,1）掃描時要給人體注射一定劑

19、量的放射性物質(zhì)，短期內(nèi)最好不要接受多次PET掃描。2）并不是直接測量腦神經(jīng)活動，只是通過測量腦血流量來間接推測腦活動。腦血流量和神經(jīng)活動之間的關系復雜。3）空間分辨率高。目前最高可達5-10mm3。4）時間分辨率非常差。需要幾十秒。5）設備昂貴?；匦铀倨骱屯凰亍?PET,4、功能磁共振成像（fMRI）,功能磁共振成像（fMRI, functional magnetic resonance imaging），測量的是“血氧水平

20、依賴”（blood oxygenation level dependent，BOLD）信號。大腦活動時，其血氧含量中氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的比率發(fā)生變化，引起腦部組織的磁化率變化，測量其引起的信號改變，以此反映相關的大腦活動功能變化。與PET相比，fMRI成像時間可以短于100ms，空間分辨率可以達到1mm，可以無創(chuàng)性的多次實驗。,研究動態(tài),fMRI涉及的腦結(jié)構(gòu)大都在皮質(zhì)區(qū)域水平。時間和空間分辨率都還有較大的局限性。并且，fMR

21、I信號的變化與神經(jīng)元的興奮和抑制之間的確切關系是什么，還是一個沒有完全解決的問題。fMRI的一個發(fā)展方向是提高成像的時空分辨率和信噪比，發(fā)展新的成像技術克服BOLD-fMRI研究的限制。另一個發(fā)展方向是多種成像技術的結(jié)合。如與ERP結(jié)合使用。,fMRI,眼動研究技術,1、基本概念眼跳，我們看東西時，不斷發(fā)動一些眼動以使我們的注視點由一個位置變換到另一個位置，這個過程就叫眼跳。潛伏期，發(fā)動一個眼跳需要一定的時間，這段時間就是眼跳的

22、潛伏期。在眼跳的過程中我們視覺輸入的敏感性會降低，這個現(xiàn)象叫眼跳抑制。在注視一個目標時，我們的眼睛不會真正靜止下來，而是有一種持續(xù)的顫動叫做眼球震顫?；靥c視覺運動方向相反的眼跳運動?；貟撸⒁朁c從一行的末尾跳到另一行的開始。,2、研究動態(tài),利用眼動技術可記錄多種指標，包括注視和凝視時間，眼跳時間和位置、回跳時間等?？捎脕硌芯块喿x、視覺搜索和場景瀏覽等問題。目前，研究者正試圖改進技術，使視覺場景與真實接近。比較流行的眼動儀