第三章生理心理学研究方法

1、F神经解剖学技术 F脑外科手术 F电生理学技术 F生物化学技术 F脑成像的技术 F 第二章第二章 常用的研究方法常用的研究方法 本章重点和难点本章重点和难点 脑电及脑成像技术的基本原理，各自的优势和局限性 。 本章必读书目与参考书目本章必读书目与参考书目 1. Carlson N.R，Physiology of behavior, Allyn &Bacon ，2000。 2.谭郁玲，临床脑电图与脑电地形图学，人民卫生出版社 ，1999。 3.邵 郊：生理心理学, 人民教育出版社，1978。 第一节第一节 常规解剖学检查方法常规解剖学检查方法 1.1常规组织学方法 1.2组织化学技术 第二节第二

2、节 干预脑功能的手段干预脑功能的手段 2.1手术损伤法 2.2刺激法 2.3脑立体定位技术 2.4脑损毁后的行为评定 第三节第三节 脑功能的电磁记录技术脑功能的电磁记录技术 3.1脑电图 3.2诱发电位 3.3脑磁图 第四节第四节 常用的脑成像技术常用的脑成像技术 4.1计算机断层扫描技术 4.2正电子放射扫描技术 4.3核磁共振显影技术 第一节第一节 常规解剖学检查方法常规解剖学检查方法 麻醉，用生理盐水 灌注动物心脏 10%的福尔马林固 定脑组织 一般的切片机， 10.80微米的薄片 大细胞和较突出纤 维束的轮廓 行为实验 1.1 常规组织学方法常规组织学方法 灌注 固定 切片 染色：玻璃

3、载物片，投入化学试剂中染色， 盖上盖玻片。 1.2 组织化学技术组织化学技术 A.荧光组织化学技术荧光组织化学技术- 甲醛诱发荧光的组织化学方法 脑内单胺类神经递质 +甲醛蒸汽 甲醛缩合反应 黄绿色荧光的物质 研究动物行为与单胺类神经递质化学通路间关系。 步骤：步骤： 行为测量 指在真空中通过冰点以下 的温度，使组织中的冰全 部升华而出，从而迅速地 去掉组织中的水分，达到 干燥的目的 用热的甲醛蒸汽熏已 经干燥的组织标本 低温干燥 甲醛缩合反应 石蜡包埋、切片 荧光显微镜 下观察 单胺类递质在脑组 织内定位分布情况 处死动物，切下所需的脑组织 B.B.辣根过氧化酶法辣根过氧化酶法（Horser

4、adish peroxidase, HRPHorseradish peroxidase, HRP） F神经细胞标记方法神经细胞标记方法单一神经元完整形态学变化单一神经元完整形态学变化 步骤：步骤： 将辣根过氧化酶注入脑内 细胞微电极或微 电泳技术 酶沿神经元轴浆流分布于细胞的各 组成部分，使其蛋白质氧化变黑 常规冰冻，制成切片 行为测量 显微镜下观察 第二节第二节 干预脑功能的手段干预脑功能的手段 F研究脑功能的最重要的方法之一 F脑损毁，观察动物随后的行为实验切除术（ experimental ablation） A. 吸出法吸出法 麻醉动物 打开颅骨 切开脑膜 副压吸引泵的玻 璃细管的管口

5、放 在要吸出的皮质 表面，将皮质吸 到管内 吸出大脑皮质 B. 电解损伤电解损伤 一种高频 交流电 一根只有尖端部分裸 露的不锈钢丝 (皮层下区域的脑损毁) 电极插入确定的脑结构 通以射频(radio frequency，RF)电流。 电流通过脑组织产生热量，将电极尖端部分的细胞烧伤致死 同时也将把过路 神经损毁 a .直流电解直流电解：直流电通过脑组织可将神经元内的物质电 解，导致神经元的死亡。 F易留下金属的离子。 b.交流电损毁交流电损毁：高频率的交流电通过脑组织能产生热量， 可将电极周围的细胞体和轴突烧伤。 留下金属离子。 C. 神经化学损伤神经化学损伤 原理原理：用神经毒剂或化学阻断

6、剂来干扰脑内蛋白质，核 酸或其它一些神经递质的代谢来导致脑机能失调。 F特异性高、选择性强 F永久性的脑损伤，非暂时脑损伤（可逆性脑损伤）。 D. 冷冻法冷冻法 原理原理：利用冷冻探头，放在开颅后的硬脑膜下，使温度 降至20C 时，即可产生大脑皮质局部性短暂功能阻 断效应。拿掉冷冻探头，脑组织温度回升，其功能不 仅可以恢复，尚无组织变性的继发性后作用。 F可逆性脑损伤 2.2 刺激法刺激法 A. 物理刺激法物理刺激法 a 电刺激法电刺激法 b.激光刺激激光刺激 c.X射线辐照射线辐照 d.微波照射微波照射 用微弱电流或化学物质直接 作用于脑的个别部位而产生 行为反应的方法 B. 脑内化学刺激脑

7、内化学刺激 a .化学刺激化学刺激 F选择性强，容易阐明其机理。 F对神经的传导发生直接影响。 b.工具性药物工具性药物 将生物化学物质通过预先埋 植在动物脑的一定部位的小 管注入动物脑内，以观察药 物对动物行为的影响 2.3 脑立体定位技术脑立体定位技术 A. 脑图谱脑图谱 参考点：囟门、前囟。 B.立体定位仪立体定位仪 三个主要部分： 1. 标尺。 2. 电极和导管夹持器。 3.固定动物头部的耳杆、 门齿沟。 使用立体定位仪进行实验：使用立体定位仪进行实验： 2.4 脑损伤后的行为评定脑损伤后的行为评定 F损毁研究（lesion studies）： F解释脑损伤结果： 必须非常谨慎。 大脑

8、所有区域都是相互关联的事实使损毁研究的解释 复杂化。 第三节第三节 脑功能的电磁记录技术脑功能的电磁记录技术 F脑内信息表达脑内信息表达神经元的兴奋模式神经元的兴奋模式动作电位动作电位 F脑的电活动的获得： 直接获得脑电图 间接获得脑成像技术 3.1 脑电图脑电图 F19世纪后期，电测量和电记录技 术的发展，成为推动当代神经科 学的最大动力之一 F德国精神科医生Hans Berger发现 人脑存在持续的电活动，而且可 以记录。 A.脑电记录脑电记录 B.脑电图脑电图 F自发脑电活动大脑皮层连续的节律性电位变化。 F脑电图（electroencephalogram，EEG）。 脑电图包含有多个频

9、率成分，一般划分为四个波段脑电图包含有多个频率成分，一般划分为四个波段 节律类别节律类别频率（频率（Hz）振幅（微伏振幅（微伏 ） 明显部位明显部位心理状态心理状态 Alpha波812 50150枕、顶叶清醒、安静 、闭目 Beta 波14301030前中央回和 额叶 皮层兴奋 Theta波47100150顶叶和颞叶睡眠 Delta 波0.5320200额和颞叶深睡 3.2 事件相关电位事件相关电位 F人体诱发电位（evoked potential，EP）： F平均诱发电位平均诱发电位（average evoked potentials, AEP） F“事件相关电位事件相关电位”（event-

10、related potential, ERP）：由 于ERP是脑产生的，所以有人有时称之为事件相关脑 电位（event-related brain potentials）。（魏景汉等， 2001） A.ERP定义定义 广义: 凡是外加一种特定的刺激作用于机体，在给予刺激或 撤消刺激时，在神经系统任何部位引起的电位变化 。 撤消刺激时引起电 位的物理量约等于 给予刺激时的1/7 狭义： 凡是外加一种特定的刺激，作用于感觉系统的某一部位， 在给予刺激或撤消刺激（）时，在脑区引起的电位变化。 B.ERP的成分的成分 按潜伏期分类：按潜伏期分类： F早成分 F中成分 F晚成分 按照刺激来源分类：按照刺

11、激来源分类： F外源性成分 F内源性成分 C. ERP的特性：的特性： （1）淹没，约2微伏 约10微伏。 （2）两个恒定：潜伏期、波形。 3.3 脑电图技术脑电图技术 F 单极导联单极导联 F 双极导联双极导联 将头皮电极与脑电 机输入部分连接的 方式 导联方法导联方法 A.电极放置电极放置10-20系统系统 B.ERPB.ERP数据提取过程数据提取过程 EEG 放大 A/D 叠加 总 测量 转 排伪 存盘 平 绘图 EOG 模滤 换 数滤 均 统计 模拟/数字 磁带记录 (离线式) C.采样采样 F模数转换 F采样频率 F存盘 D.处理软件处理软件 E.临床应用临床应用 F. 在当代认知神

12、经科学中的应用在当代认知神经科学中的应用 F在完成某一认知任务时，脑内各部分的兴奋的时间进程 。 F研究脑内注意选择的解剖部位，用于检验语言理论的一 些假设等。 F记忆的编码和提取过程的研究 F在学习阶段采用不同记忆策略 G.脑地形图脑地形图 H.ERP的优势及局限性的优势及局限性 优势优势：无损伤且较易获得，时间分辨率较高 局限性：局限性：空间分辨率不足。 （脑磁图（脑磁图可以补偿它的部分缺憾） 3.4 脑磁图脑磁图 A.脑磁图装置脑磁图装置 脑磁图脑磁图是在脑壳上的磁强计测到的脑电活动产生的磁场 超导量子干涉仪（超导量子干涉仪（SQUID）：）： F传感器 F电子计算机 优势：优势： FM

13、EG可以记录自发和诱发的脑活动。 F时间分辨率可达毫秒级。 局限性：局限性： F设备过于高昂 第四节第四节 常用的活体脑成像技术常用的活体脑成像技术 4.1计算机轴断层描技术 4.2正电子放射层描技术 4.3核磁共振显影技术 4.4常用的脑观测方法的时间、空间分辨率的比较 4.1 计算机轴断层描技术计算机轴断层描技术 （computerized axial tomography - CT） 原理：将X光照相和计算机处理方法结合起来观察活脑的 组织病变。 X射线装置： X 射线管 光检测器 计算机成像 优势：优势： 脑结构成像 局限：局限： 空间分辨率稍显不足， 病变结构需足够大 4.2 正电子

14、放射层描技术正电子放射层描技术 （positron emission tomography, PET） PET原理原理 F根据神经活动中所放出的带电正离子，使某些在神经 活动中使用的化学物质带放射性（），然后注入病人 体内。 通过回旋加速器产生的放 射核素，合成能发射正电 子的放射性示踪物 优势：优势： F得到某些活性物质代谢速率的机能动态图像。 F空间分辨率较高。 局限性：局限性： F损伤性 F设备费用高昂：即要求每一台PET配备一台加速器。 4.3 核磁共振显影技术核磁共振显影技术 （magnetic resonance imaging, MRI） A.核磁共振现象（核磁共振现象（ Nuc

15、leus magnetic resonance， NMR） F在一个极强的磁场中，脑内某些物质的原子核在射频 电磁波的能量激发下吸收能量，随后又能发射能量的 现象。 物理原理 B.磁共振显影技术（磁共振显影技术（ magnetic resonance imaging MRI） F脑放置在强的均匀磁场中，一个适当的射频脉冲通过时 ，在频率场的激励下，原子核发生磁能级的共振，此种 核磁共振效应可为安放在头壳周围的线圈所检测。 F计算机处理将检测数据构成脑结构图像。 F空间分辨率：2毫米 F时间分辨率：秒级 获得脑结构图获得脑结构图 像像 C.功能磁共振显影技术（功能磁共振显影技术（Functional magnetic resonance imaging, fMRI） 从90年代开始，发展不同的用MRI测量脑的局部血 流的技术，如血氧水平依赖对比（BOLD）方法。 FBOLD法原理法原理： F目前采用的BOLD法是有效的。 获得脑的功 能图像 4.4 常用技术的时间、空间分辨率的比较常用技术的时间、空间分辨率的比较 各种技术的比较各种技术的比较 1. 时间分辨率时间分辨率 FfMRI、PET的时间分辨率受“血液动力学”因素的制 约；永远不能达