第1章导论-生理心理学-2012-9-15

1、张文娟 2012-9-14 科学批判的精神 我们对大脑知道些什么？ 对脑有兴趣？ 我们的身体和我们的心理 你对这门课感兴趣吗？ 你能按时上课吗？ 你上课时在听讲吗？ 你会阅读教材或相关的书籍吗？ 签到：10% 作业：20% 考试成绩：70% 回答问题 生理心理学（Physiopsychology）是心理学科学 体系中的重要基础理论学科之一，它以心身关系 为自己的基本命题，力图阐明各种心理活动的生 理机制。 第一节 生理心理学的历史发展观 第二节 学习生理心理学所需要的基础知识 第三节 生理心理学的方法学问题 一 生理心理学的学科性质 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。 心

2、身关系是心理学的基本命题之一，是心理学各 种理论问题的基石。 一、生理心理学的学科性质 二、脑研究的历史回顾 三、21C兴起的认知神经科学 传统观点：心理学与生理学之间的边缘学科 现代观点：心理学、神经科学和信息学之间的边缘 学科。生理心理学必须在二者中吸收新理论与新技 术的字样，才能在心理活动脑机制的研究中，有所 前进，有所发现。 神经科学是近几十年来形成的一门综合科学，包括关于脑 研究的许多理论和技术，如神经生理学、神经解剖学、神 经组织学、神经免疫学、遗传学、神经病学、精神病学、 精神药物学、行为药理学、神经外科学、脑的生物医学构 象技术等。 上世纪40年代兴起的综合科学。60年代以来许

3、多信息处理技 术，如快速傅立叶变换、功率谱分析、地形图分析在脑研究 中显示出重要意义。70年代以来，计算机控制的许多脑生物 医学构像技术，如X射线断层扫描技术简称（CT）、核磁共振 技术（NMR）、正电子发射性断层扫描技术（PET）。 人类对心理活动与脑功能关系的认识大致分为六个时期： 1 2 3 54 自然哲学理论脑机能定位 理论 经典神经生理 学理论 细胞神经生理 学理论 化学通路学说 当代神经科学 的崛起 6 公元前3世纪，中，古医书，“心者，五脏六腑之大主 也，精神之所舍”。 古希腊德谟克利特把心理活动与肺呼吸活动加以类比。 亚里士多德：脑是为了冷却充满激情的心脏。 莱布尼兹提出心身平

4、行论。 笛卡尔：心身交互论。 1811年，贝尔根据脑的形态和功能把脑分为大脑、小脑， 把脊髓分为背根和腹根。-脑机能定位理论的发端。 1866年，布罗卡额叶的言语运动中枢。 1874年，维尔尼克发现了语言感觉区。 脑机能定位的研究方法：临床观察法、手术切除法、电 刺激法、解剖学和组织学法。 四五十年代，前苏联，大脑皮层是条件发射暂时联系赖 以形成的观点。 60年代，割裂脑研究与脑机能定位相对应的脑等势学说， 就学习行为和脑基础而言，脑内许多结构包括皮层下深 层结构，都具有形成暂时联系的能力。 19世纪末20C初，英国的生理学家谢灵顿和俄国生理学家 巴甫洛夫，几乎同时建立了生理学实验分析法，以反

5、射论 为指导，研究了中枢神经系统的功能。 20世纪20-30年代，由于神经解剖学、神经组织学和分析 生理学的研究，生理学和心理学对于脑和心理活动的关系 有了很多新的发展。 巴甫洛夫关于条件反射的三原则，很好的概括了这些知识： 1、决定论的原则：反射活动与外界刺激有着因果关系 2、脑对外部刺激进行反应时，进行着复杂的分析综合活动， 与之相应的在脑内存在着许多分析器。 3、结构原则：脑的反射活动是通过反射弧而实现的。反射 弧由传入刺激、中枢和传出反应3个环节构成。 1、1791年伽尔伐尼关于动物电的概念-电生理学的发端。 2、现代电生理学的真正开始：1922年厄兰格和加塞将阴极射 线示波器应用于神

6、经生理学研究利用核团电极、细胞外电极 或细胞内电极不仅可以刺激神经组织还可以记录电活动。 3、50-60年代，电生理学技术取得了硕果，大大加深了人类 对大脑奥秘的认识： 1）增添了对大脑网状非特异性系统的认识，这就超越了巴甫 洛夫的经典反射弧的概念。 2）在经典三环节反射弧的结构中，必须考虑到由传入和传出 神经发出的侧枝联系，它不但引伸出网状非特异系统的制约 作用，也引伸出反馈作用原理。 3）除神经冲动在神经干上传导的“全或无”原则之外，还有 “级量反应”的规律。 70年代，人们就明白在脑内存在着一些化学通路。 神经冲动的传导在细胞内是电传导为主，但在细胞 间的传导是化学传导为主。 脑化学通路

7、学说，使人类对脑功能与心理活动关系 的认识从器官水平推进到分子水平。 X射线断层扫描技术简称（CT）、核磁共振技术（NMR）、 正电子发射性断层扫描技术（PET）、脑事件相关电位技 术（ERP）以及神经免疫技术和单克隆技术相继出现，使 脑功能研究已跳出神经生理或某一学科的狭小范围了，它 囊括了很多相关的学科。 认知神经科学是20C90年代迅速形成的新领域，它吸收认 知科学的理论与方法和当代神经科学的新成果，用于研究 认知过程的脑机制，这里所说的认知科学不仅是认知心理 学，还包括人工智能学、人工神经网络学、心理语言学和 哲学中的认知论等。 （一）认知神经科学的理论 （二）认知神经科学的方法学 （

8、三）认知神经科学的分支学科 认知神经科学关于智能的理论体系，包括物理符号 论、神经计算原理、模块论和生态现实论，构成了 当代认知神经科学发展的理论基石。 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，探索脑高级功能的奥秘。 无创性脑功能成像无创性脑功能成像 可以让研究者观察到 正常人类被试认知活 动的脑功能基础，有 两种方法：脑代谢成 像技术和脑生理成像 技术。 有创性动物实验有创性动物实验 传统的研究方法 细胞电活动记录、手 术损毁、电刺激和药 物法，可以得到细胞 水平和分子水平上的 数据。 认知心理认知心理 生理学生理学 计算神经 科学 分支学科分支学科 认知神

9、经认知神经 心理学心理学 社会认知 神经科学 认知神经 生物学 认知生理 心理学 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。 如测谎仪。 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 1861，布罗卡发现言语运动中枢。 社会认知神经科学：是对正常人类被试的复杂社会 心理问题进行试验研究的认知神经科学分支。 情绪-杏仁核 认知生理心理学：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。 认知神经生物学：以低等动物

10、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。 计算神经科学：吸收上述五个相关学科的实验数据， 采用数学分析和建模的途径揭示人类大脑如何调用 其各层次上的组建，包括分子、细胞、脑区和全脑， 去实现人类的认知活动。 一、心理活动的基本概念与本书的体系 二、精神病与精神病学的基础知识 三、神经病与神经病学 四、神经系统的形态结构与基本功能 五、神经生理学基础知识 六、分子神经生物学的基本概念 心理现象的本质是：人脑对客观世界的主观能动的反映。 心理学的二分法：心理过程和个性心理特征。 精神病：指一些心理活动发生障碍的各种疾病的总称。 根据这种疾病的性质可分为三类：躯

11、体器质性精神病（它是 一组具有多种表现的精神疾病，一般与影响大脑功能的躯体 疾病密切相关，或被认为是由躯体疾病所引起的一组精神疾 病。发病因素：感染因素、创伤性因素、中毒、肿瘤、代谢 紊乱、退行性疾病）、外生性或心因性精神病，内生机能性 精神病。后两者是精神科医生主要诊治的疾病。 精神病学认为心因性精神病、神经症和变态人格都是在人格 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。 治疗：一改善环境或人际关系；对于内生性精神病，则是脑 内代谢异常的原因，病前的不良刺激仅是疾病的诱因，而不 是真正的病因。 神经系统是产生心理现象的物质基础，随着神经系 统的进化，心里活动也越来越复

12、杂。 （一）神经组织 （二）神经系统 （三）脑结构与功能 神经组织由神经细胞与胶质细胞组成。神经细胞是 神经系统最基本的结构和功能性单位，所以又将其 成为神经元。 神经元（结构、功能、突触、类型） 胶质细胞 A结构：神经原有独特的细胞外形，由细胞体伸出 长短不同的胞浆突，称树突和轴突。 树突：是由细胞体向外伸出的多个树突干，树突 干像树枝样反复分支成丛林装，枝端表面有很多 小刺，成嵴突。 轴突：起于胞体的轴丘，每一个神经元只有一个 轴突，轴突粗细均匀，表面光滑，刚离胞体的一 段为始段，后为神经纤维，纤维末端有若干个分 支，叫神经末稍，末稍终端膨大形成扣状，称终 扣或突触小体。 B功能：树突接受

13、信息，轴突传出信息。 神经元的结构 神经元 胞体 突起树突 轴突 突触：是神经元之间发生联系的细微结构，由突触前膜 （轴突末稍）、突触后膜（下一个神经元的树突或胞体） 和突触间隙（前后膜之间的缝隙）三个部分组成。电突触 间隙大约10-15纳米，化学突触间隙大约20-50纳米。化学 突触前膜终扣内有许多线粒体和大量囊泡，囊泡内含有 神经递质。线粒体含有大量合成神经递质和能量代谢的酶。 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，称之为突触 后电位。 神经递质有两种：一种引起兴奋性突触后电（EPSP

14、），还 有一种引起抑制性突触后电位（IPSP）。 神经冲动在神经纤维上的传导是双向的，但是在突触上的 传导是单向的，只能从突触前膜向突触后膜传递突触延搁。 时间和空间总合效应； 抑制作用。 感觉神经元：将感受器传来的信息，传向中枢神经系统 。 中间神经元：又叫联络神经元，它们将从感觉神经元中获 得的信息传递给其他中间神经元或者运动神经元。 运动神经元：从中枢神经系统，将信息带给肌肉和腺体。 比神经元多5-10倍 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； 4 起到脑内清洁工的作用； 5 还可能对信息传递所

15、必需的离子浓度有所影响； 6 近年认为，胶质细胞也参与复杂的智能活动。 神经解剖将神经系统分为两大部分：即中枢神经系统和 外周神经系统。 1、中枢神经系统由颅腔里的脑和椎管内的脊髓组成。 颅腔里的脑又可分为大脑、小脑、间脑、中脑、桥脑和延 脑六个脑区。椎管内的脊髓分31节。 2、外周神经系统是中枢发出的纤维，由12对脑神经和31对 脊神经组成，它们分别传递躯干、头、面部的感觉与运动 信息。 3 、在脑、脊神经中都有支配内脏运动的纤维，分布于内脏、 心血管和腺体，称之为植物神经。根据植物神经的中枢部 位、形态特点，可将其分为交感神经和副交感神经，在功 能上彼此拮抗，共同调节和支配内脏活动。 1大

16、脑 2间脑 3脑干 4小脑 1、纵裂分为左右半球，中间胼胝体相连， 2、回与沟或裂， 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（在新旧皮层中，具体结构又有所不同）。 4大脑深层：多为神经纤维占据，呈现白亮色（白质），为 大脑髓质。 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；而神经元轴突（神经纤维）密集 的地方，颜色浅而亮，称白质或纤维束。 5、大脑半球背外侧的皮层，三沟四叶 三沟：中央沟、外侧裂、顶枕裂 四叶：额叶、顶叶、枕叶、颞叶 6、大脑半球的内侧面与地面：围绕半球颈的环状回围边缘 叶，它包括胼胝体下回、扣带回、海马回、海马回深部

17、的海 马结构。边缘叶与皮层下的脑结构，如丘脑、下丘脑、乳头 体、中脑被盖等组成边缘系统，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（边缘系统不是一个单独的解剖学单位，而是一个功能单 位）。 7大脑半球髓质深部：有一些神经核团，称为基底神经节，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 间脑位于大脑与中脑之间，被大脑两半球所遮盖，由丘脑、 上丘脑、下丘脑和底丘脑四大部分组成 丘脑：丘脑是皮层下除嗅觉外所有感觉的重要整合中枢。 它将传入的信息进行选择和

18、整合后，再投射到大脑皮层的 特定部位。 上丘脑参与嗅觉和某些激素的调节功能。 下丘脑是神经内分泌和内脏功能的调节中枢。 底丘脑是锥体外系的组成部分，调节肌张力，使运动功能 得以正常进行。 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。其中最大的一束是下 行纤维皮质脊髓束，又称维体束。它主要控制骨骼肌的 随意运动。 脑干的背侧面上下排列着12对脑神经核。中脑的背侧有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。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

19、行纤维弥散性投 射，调节脑结构的兴奋性水平。 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。 主要功能是调节肌肉的紧张度，以便维持姿势和平 衡，顺利完成随意运动。 神经系统的生理功能可以从脑整体水平和细胞水平 上加以讨论。 （一）整体水平的神经生理学概念 （二）细胞水平的神经生理学概念 1、经典神经生理学通过实验分析的方法证明，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。是由传入、传出和中枢3个部分组成。 机体的先天本能行为以遗传上确定的反射弧为基础， 是同一种属共存的特异非条件反射活动。与此不同， 后天习得行

20、为是建立在先天本能行为基础上，由暂时 联系的机制而形成的条件反射。 2、无论是非条件反射还是条件反射活动，在神经系统内都 有兴奋和抑制两种神经过程，按一定的规律发生运动，即 扩散与集中和相互诱导的运动规律。 抑制分为非条件抑制和条件抑制两大类。任一刺激强度过 大，不但不会引起兴奋过程，相反会引起抑制，称为超限 抑制。当机体进行某项活动，周围出现异常可怕的声音时， 总会情不自禁地怔一下，停止正在进行的活动，这种现象 就是外抑制。 简言之，现时活动以外的新异刺激所引起的抑制过程就是 外抑制。超限抑制和外抑制都是先天的非条件抑制过程； 消退抑制、分化抑制、延缓抑制和条件抑制，都是条件抑 制。 3、脑

21、电图（EEG）：脑电图：大脑直流电背景上的自发 交流电变化，经100万倍放大以后所得到的记录曲线。 当人们闭目养神，内心十分平静时记录到的脑电图。多以8 13次秒的节律变化为主要成分，故将其称为基本节律或 波。 如果这时突然受到刺激或内心激动起来，则脑电图的波就 会立即消失，为1430次秒的快波（波）所取代。 若闭目养神却睡着了，就会发现4-7次/秒的0波，甚至0.5- 3.5次的波， 60年代，在计算机叠加和平均技术的基础上，对大脑诱发 电位变化进行了大量的研究。 AEP是一组复合波，在刺激以后10毫秒内出现的一组波成 为早成分；代表接受刺激的感觉器官发出的神经冲动，沿 通路传导的过程。 1

22、0-50毫秒，称中成分； 50-500毫秒，称晚成分。 1、兴奋 2、抑制 3、全或无原则 4、级量反应 5、神经信息的传递 6、极化 7、去极化 超极化 8、反极化 9、复极化 10、后超极化 利用微电极技术对细胞电活动进行记录，是细胞神经生理 学的基本研究方法。资料表明： 1、神经元的兴奋过程，伴随其单位发放的神经脉冲频率加 快； 2、抑制过程为单位发放频率降低。 3、无论频率加快还是减慢，每个脉冲的幅值不变。换言之， 神经元对刺激强度是按着“全或无”的规律进行调频式或 数字式编码。 “全或无”规则：指每个神经元都有一个刺激阈值，对阈 值以下的刺激不发生反应；对阈值以上的刺激，不论其强 弱

23、均给出同样高度（幅值）的神经脉冲发放。 4、与上述规律相对应的是级量反应：突触后膜上的电位， 无论是兴奋性突触后电位（EPSP），还是抑制性突触后电 位、神经动作电位或细胞的单位发放后的后电位、感觉器 官的感受器电位都是级量反应。 在这类反应中，其电位的幅值随阈上刺激强度增大而变高， 反应的频率并不发生变化，因为每个级量反应电位幅值缓 慢增高后缓慢下降，这一过程可持续几十毫秒，且不能向 周围迅速传导出去，只能局限在突触后膜不超过1平方微 米的小点上，但其邻近的其他突触后膜也同时发生EPSP， 则两个突触后膜上的EPSP却可以总和起来。 电子显微镜研究表明，人脑的神经元是一个直径大约50微 米的

24、多型细胞，其胞体和树突上密密麻麻地分布着数千个 突触，每个突触的后膜位点范围很小，但可以总和起来 （空间总和与时间总和）。如果总和的EPSP超过这个神经 元的单位发放阈值，就会导致这个神经元全部细胞膜去极 化，出现整个细胞为一个单位而产生70110毫伏的短脉 冲，这就是快速的单位发放，即神经元的动作电位。可以 迅速沿神经元的轴突传递到末梢的突触，经突触的化学传 递环节，再引起下一个神经元的突触后电位。 神经信息在脑内的传递过程，就是从一个神经元“全或无” 的单位发放到下一个神经元突触后电位的级量反应总和后， 再出现发放的过程，即“全或无”的变化和“级量反应” 不断交替的过程。 40多年前，细胞

25、电生理学家根据这种过程发生在细胞膜上， 就断定细胞膜对细胞内外带电离子的选择通透性，是膜电位 形成的物质基础。 6、极化： 在静息状态下，细胞膜外钠离子浓度较高，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 成了膜内外大约负7090毫伏电位差，称之为静息电位（极 化现象）。 7、去极化：当这个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，即膜内的负电位迅速消失 的过程， 8、反极化：然而这种过程往往超过零点，使膜内由负电位变 为正电位，这个反转过程称为反极化或超射。所以，一个神 经元单位发放的神经脉冲迅速上升部分，是由膜的去极化和 反极化连续的变化过程。

26、9、复极化：去极化和反极化点位迅速相继下降，就构成细 胞单位发放或神经干上动作电位的下降部分，又称细胞膜 的复极化过程。 10、后超极化：细胞膜的复极化也是个矫枉过正的过程，达 到兴奋前内负外正的极化电位（-70mv）后，这个过程仍 然继续，使细胞膜出现了大约-90mv的后超极化电位。 后超极化电位是一种抑制性质的电位，使细胞处于短暂的 抑制状态，这就决定了神经元单位发放只能是断续的脉冲， 而不可能是连续恒定增高的点位变化。综上所述，神经元 单位发放或神经干上的动作电位， 其脉冲的峰电位上升 部分与膜的去极化和反极化过程形成，膜处于钠膜状态； 峰电位的下降部分与复极化和后超极化过程而形成，此时

27、 膜为钾模状态。 膜片钳技术是20世纪70-80年代兴起的点生理学技 术，可以用来精细的记录每一种带电离子通过细胞 膜，引起膜电位电流的微小变化。发现细胞膜上存 在十多种离子通道门，有电压敏感而启动的门，也 有化学敏感而启动的门 电生理学上的这些发现与神经生物学的发现彼次验 证，现已证明细胞膜上的多种离子通道门都是由结 构形态和功能各异的蛋白大分子构成，成为离子通 道蛋白。 分子神经生物学是近20C后续苏发展起来的研究领 域，它从分子水平上揭露神经信息传递和神经组织 能力代谢的许多复杂机制。 （一）神经信息传递的生化机制 （二）脑区域性能量代谢的基本概念 神经元单位发放所形成的神经冲动，沿轴突迅速传递，随 轴突分支达神经末稍时，无法以电化学机制超越20-50纳 米的突触间隙，将神经冲动传递到突触后膜。所以神经冲 动从一个神经元向下一个神经元传递时，化学机制必不可 少。这种涉及几十种相对分子质量大小不一的生物活性物 质，分别称为神经递质。 1、神经递质：凡是神经细胞间神经信息传递所中介的化学 物质，神经递质大都是分子量较小的简单分子，包括胆碱 类、单胺类、氨基酸类和多肽类等30多种物质。 （1）绝大多数分子在突触间隙中扩散到突触后膜上，与后膜 上的受体结合，完成神经信息在细胞间的传递。 （2）小部分神经递质被释放到突触间隙后，还来不及扩散， 就又被突触前膜重新摄取到神