生理心理学研究方法和策略

1、动物实验 F研究脑功能的最重要的方法之一 F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 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

2、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。 F注意：手术毁损一定要设假手术对照组。 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

3、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 1.2脑立体定位技术脑立体定位技术 A. 脑图谱脑图谱 参考点：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： 1.3 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。 大脑所有区域都是相互关联的事实使损毁研究的解释 复杂化。 1.4微电极记录细胞水平电活动 F发现：影响5-和NE神经元药物可影 响REM睡眠 F推论：1：在睡眠不同阶段两

4、种神经元活 性不同， F2：这两种神经元不同的活性水平起着调 节REM睡眠的作用 F为证明推论：我们必须发展出方法记 录活体动物脑该两种细胞的活性 F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-或NE能神经元。 F要证明推论2，你怎样设计实验？ F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。 经频磁刺激 F用磁场激活大脑皮层神经元，其效果类 似直接刺激皮层。 1.5微透析技术 F脑分泌测量 F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 F注入外源性物

5、质 F立体定位植入（套有半透膜）小钢 导管注入外源性物质 二、二、 解剖学检查方法解剖学检查方法 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。 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 2.2 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

6、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.束路示踪法束路示踪法 F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 F下一步：你想了解什么？ F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？ F传统示踪方法：传统示踪方法： 辣根过氧化酶法辣根过氧

7、化酶法 （Horseradish peroxidase, HRP， 可顺行也可逆行）可顺行也可逆行） 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 显微镜下观察 较新的方法 F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VMH PHA-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 F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

8、 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 跨神经追踪法 F伪狂犬病病毒示踪法：可追踪顺行或逆 行的神经通路。 F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？ FDaniels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. 2.3神经化学方法 F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。 F免疫细胞化学技术肽和蛋白质（包 括受体、酶等） F放射自显影技术受体 人体实验 三三 常用的活体脑成像技术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

9、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 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 正电子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 。 F

10、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 F如用同位素 标记葡萄糖 类似物， 可观察大脑 代谢率。 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敏感，可测皮摩尔级的浓度。10-12 F空间分辨率较高。4-8mm. 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。 核磁共振显影技术核磁共振显影技术 （magnetic resonance imaging,

11、MRI） A.核磁共振现象（核磁共振现象（ Nucleus 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

12、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,sk 测出不同的血氧水平。 获得脑的功 能图像 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；永远不能达到像EEG，MEG那样高的毫秒级的时 间分辨率。 2.空间分辨率空间分辨率 F fMRI可以获得较高的空间分辨率空间分辨率。 F EEG，

13、ERP的空间分辨率不如fMRI， PET。 3.损伤性损伤性 FfMRI：无损伤 FPET：放射性 FERP：无损伤 四、神经电活动的整体水平记录 4.2脑功能的电磁技术记录整体电活动脑功能的电磁技术记录整体电活动 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

14、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（a

15、verage evoked potentials, AEP） F“事件相关电位事件相关电位”（event-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

16、.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： 两个恒定：潜伏期、波形。 3.3 脑电图技术脑电图技术 A.电极放置电极放置 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 . 在当代认知神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

17、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： FMEG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

18、备过于高昂 动物实验 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 2.2 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。 B.B.束路示踪法束路示踪法 F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 F下一步：你想了解什么？ F也许你想了解与雌性交配行为有关的神经