生理心理学研究方法和策略

生理心理学研究方法和策略第1页/共72页动物实验

第2页/共72页研究脑功能的最重要的方法之一研究思路：将部分脑组织损毁，观察动物随后的行为，找出该脑区所对应的功能一、实验毁损法第3页/共72页A.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放在要吸出的皮质表面，将皮质吸到管内吸出大脑皮质1.1手术损伤法第4页/共72页B.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(radiofrequency，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第5页/共72页a.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。易留下金属的离子。b.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。第6页/共72页C.神经化学损伤

原理：用神经毒剂或化学阻断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。如用兴奋毒性毁损脑区：将谷氨酸受体激动剂红藻氨酸（海人酸）注射入特定脑区，或操作胞体而不伤及过路纤维。注意：手术毁损一定要设假手术对照组。第7页/共72页D.冷冻法

原理：利用冷冻探头，放在开颅后的硬脑膜下，使温度降至20ºC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。可逆性脑损伤第8页/共72页1.2脑立体定位技术

A.脑图谱参考点：前囟。第9页/共72页B.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。第10页/共72页使用立体定位仪进行实验：第11页/共72页第12页/共72页第13页/共72页1.3脑损伤后的行为评定

损毁研究（lesionstudies）：

解释脑损伤结果：

必须非常谨慎。大脑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14页/共72页1.4微电极记录细胞水平电活动发现：影响5-ＨＴ和NE神经元药物可影响REM睡眠推论：1：在睡眠不同阶段两种神经元活性不同，2：这两种神经元不同的活性水平起着调节REM睡眠的作用第15页/共72页为证明推论１：我们必须发展出方法记录活体动物脑该两种细胞的活性立体定位＋手术植入电极＋动物存活一段时间恢复＋记录睡眠时该核团中细胞电活动＋动物处死切片染色证实所记录细胞为5-ＨＴ或NE能神经元。第16页/共72页要证明推论2，你怎样设计实验？可以用电极刺激上两种神经元吗？有时外源刺激的确能产生有序的变化，但大多数时候，外源性刺激会破坏该区。第17页/共72页经频磁刺激用磁场激活大脑皮层神经元，其效果类似直接刺激皮层。第18页/共72页1.5微透析技术脑分泌测量立体定位——植入套有半透膜的小钢导管——收集细胞外液——分析其物质含量注入外源性物质立体定位——植入（套有半透膜）小钢导管——注入外源性物质第19页/共72页二、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2.1组织学方法灌注固定切片染色：玻璃载物片，投入化学试剂中染色，盖上盖玻片。第20页/共72页观察：光镜放大倍数不超过1500倍电镜：可提供数十纳米的结构细节分透射电镜和扫描电镜第21页/共72页第22页/共72页2.2组织化学技术

A.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。第23页/共72页步骤：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，切下所需的脑组织第24页/共72页B.束路示踪法

实验发现：毁损VMH后雌鼠的交配行为受损，似乎提示VMH在雌性交配行为中起作用下一步：你想了解什么？也许你想了解与雌性交配行为有关的神经环路是怎样的，如何了解？第25页/共72页传统示踪方法：辣根过氧化酶法（Horseradishperoxidase,HRP，可顺行也可逆行）第26页/共72页步骤：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，制成切片显微镜下观察第27页/共72页较新的方法顺行示踪法：PHA-L（菜豆白细胞凝集素）示踪法：用出鉴定传出轴突纤维将PHA-L注入VMHPHA-L被树突吸收，沿神经元轴浆流分布于细胞的各组成部分制成切片显微镜下观察，发现VMH的传出神经终于中脑导水管周围灰质第28页/共72页逆行示踪法：荧光金将荧光金注入VMH荧光金被终扣吸收，沿神经元轴浆流分布于胞体制成切片显微镜下观察，发现杏仁内侧核是VMH的传入轴突的部位之一第29页/共72页跨神经追踪法伪狂犬病病毒示踪法：可追踪顺行或逆行的神经通路。问题：有了以上方法你可以怎么研究与雌鼠交配行为有关的神经环路？第30页/共72页Daniels等人将该病毒注射到支配雌鼠交配姿势的肌肉里，几天后检查脑组织中病毒感染情况，发现：病毒到运动神经元，然后到PAG，然后到VMH.第31页/共72页2.3神经化学方法用于判断脑内各种物质（如神经递质）的位置，可定位其神经元。免疫细胞化学技术——肽和蛋白质（包括受体、酶等）放射自显影技术——受体第32页/共72页人体实验第33页/共72页三常用的活体脑成像技术

计算机轴断层描技术正电子放射层描技术核磁共振显影技术常用的脑观测方法的时间、空间分辨率的比较第34页/共72页计算机轴断层描技术

（computerizedaxialtomography-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。第35页/共72页

X射线装置：X射线管光检测器计算机成像第36页/共72页优势：脑结构成像局限：空间分辨率稍显不足，病变结构需足够大第37页/共72页正电子放射层描技术

（positronemissiontomography,PET）

第38页/共72页PET原理是CT与放射同位素成像结合。其图像反映的是某种注入体内，能发射射线的同位素在大脑内组织中的分布。放射性同位素进入体内后，一个质子裂变一个中子（继续留在原子核内），和一个正电子，正电子下脑中负电子碰撞，甄灭并生两条反向的射线。由一对晶体组成的检测器来检测并定位之。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第39页/共72页第40页/共72页如用同位素标记葡萄糖类似物，可观察大脑代谢率。第41页/共72页优势：得到某些活性物质代谢速率的机能动态图像。敏感，可测皮摩尔级的浓度。10-12空间分辨率较高。4-8mm.局限性：损伤性设备费用高昂：即要求每一台PET配备一台加速器。第42页/共72页核磁共振显影技术

（magneticresonanceimaging,MRI）

第43页/共72页A.核磁共振现象（Nucleusmagneticresonance，NMR）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。物理原理第44页/共72页B.磁共振显影技术（magneticresonanceimagingMRI）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。计算机处理将检测数据构成脑结构图像。空间分辨率：2毫米时间分辨率：秒级获得脑结构图像第四节常用的活体脑成像技术第45页/共72页C.功能磁共振显影技术（Functionalmagneticresonanceimaging,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,sk测出不同的血氧水平。获得脑的功能图像第46页/共72页常用技术的时间、空间分辨率的比较

第47页/共72页各种技术的比较1.时间分辨率fMRI、PET的时间分辨率受“血液动力学”因素的制约；永远不能达到像EEG，MEG那样高的毫秒级的时间分辨率。第48页/共72页2.空间分辨率

fMRI可以获得较高的空间分辨率。

EEG，ERP的空间分辨率不如fMRI，PET。3.损伤性fMRI：无损伤PET：放射性ERP：无损伤第49页/共72页四、神经电活动的整体水平记录第50页/共72页4.2脑功能的电磁技术记录整体电活动

脑内信息表达——神经元的兴奋模式——动作电位

脑的电活动的获得：直接获得——脑电图间接获得——脑成像技术第51页/共72页3.1脑电图

19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德国精神科医生HansBerger发现人脑存在持续的电活动，而且可以记录。第52页/共72页第53页/共72页A.脑电记录

B.脑电图自发脑电活动——大脑皮层连续的节律性电位变化。脑电图（electroencephalogram，EEG）。第54页/共72页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频率（Hz）振幅（微伏）明显部位心理状态

Alpha波8－1250－150枕、顶叶清醒、安静、闭目

Beta波14－3010－30前中央回和额叶皮层兴奋

Theta波4－7100－150顶叶和颞叶睡眠

Delta波0.5－320－200额和颞叶深睡第55页/共72页3.2事件相关电位

人体诱发电位（evokedpotential，EP）：

平均诱发电位（averageevokedpotentials,AEP）“事件相关电位”（event-relatedpotential,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-relatedbrainpotentials）。（魏景汉等，2001）第56页/共72页A.ERP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。第57页/共72页第58页/共72页B.ERP的成分按潜伏期分类：早成分中成分晚成分按照刺激来源分类：外源性成分内源性成分C.ERP的特性：两个恒定：潜伏期、波形。

第59页/共72页3.3脑电图技术

A.电极放置第60页/共72页B.ERP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