生理心理学(第二版)在线阅读

生理心理学(第二版)

沈政 林庶芝

心理学 / 生理心理学 · 18.8万字

本书不仅从国内外生理心理学专著中,还从有关的临近学科如认知心理学、神经生理学、神经心理学、分子神经生物学和信息科学等许多领域中吸取了最新研究成果,分别用以讨论感觉、知觉、注意、学习、记忆、言语思维、本能动机、情绪情感、人格、运动与意志行为等心理活动的生理机制问题,并联系了失认症、失语症、遗忘症、儿童注意缺陷障碍、精神分裂症、情感性精神病、智能障碍和人格障碍等病理机制的新理论。书中还涉及了知觉、注意、学习、记忆和言语思维等有关的认知理论、人工智能和人工神经网络的理论概念。在导论中,作者论述了生理心理学的历史、当代发展趋势,并概括地介绍了必备的基础知识。书后还列出了国内可得到的中外文最新参考书目。本书可作为心理学、教育学、医学、神经生物学等专业的大学生教科书。亦可作为这些领域的理论研究者的基础知识更新的参考书。

品牌:北大出版社

出版社:北京大学出版社

本书数字版权由北大出版社提供,并由其授权上海阅文信息技术有限公司制作发行

目录

第1章 生理心理学的历史发展观

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。然而,围绕这一重大科学命题不仅形成了生理心理学,还出现了许多其他邻近的学科。随着人类文明的发展和科学技术的进步,关于生理心理学的学科性质、研究任务,乃至学科体系和方法学也不断地发展。通过获取的无数相对真理,生理心理学总是在探索和揭露人类大脑的奥秘中不断丰富和发展。因此,对生理心理学的学科性质及其与邻近学科的关系,在不同历史时期有不同的答案,作为生理心理学的基础知识或学好这门学科的先修课程,有不同层次的理解和要求。随着生理心理学研究方法不断地进步与发展,其理论发展与应用前景也越发广阔。生理心理学不仅是心理学的重要基础学科,也将成为教育学、医学、信息科学或计算机科学不可缺少的科学基础。毫不夸张地说,生理心理学在21世纪的科学发展中,将会受到从未有过的高度重视。

一、生理心理学的学科性质

传统观点将生理心理学看成是心理学与生理学之间的边缘学科。但是由于心理活动是脑的高级运动形式,必须吸收多种科学技术新成果,才能完成生理心理学的基本研究任务。所以,近年认为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。神经科学是最近三十多年来形成的一门综合科学,它囊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、神经遗传学、分子神经生物学、神经病学、精神病学、精神药物学、行为药理学、神经外科学、脑的生物医学成像技术等。吸收脑综合研究的新成果对生理心理学的发展是非常必要的前提。信息科学是20世纪40年代兴起的综合科学。它的一些理论概念对现代脑研究产生了巨大启发作用。60年代以后,许多信息处理新技术,如快速傅里叶变换、功率谱分析、地形图分析等在脑研究中显示出重要意义,开拓了脑事件相关电位等新研究领域;70年代末期,计算机控制的许多脑生物医学成像技术,如计算机控制的轴向层描技术。80年代核磁共振层描技术和正电子发射层描技术等达到成熟水平;90年代以功能性磁共振为代表的无创性脑成像技术为脑研究提供了新的有效工具。生理心理学必须从神经科学和信息科学中吸收新理论与新技术的滋养,才能在心理活动脑机制的研究中,有所前进,有所发现。学习生理心理学必须开阔科学视野,并对当代神经科学和信息科学的新领域要有所了解。

心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。因此,生理心理学研究任务的进展对心理学中其他分支的发展都会产生重大影响。所以,生理心理学是心理学体系中的必修课程。生理心理学的进展对于认识论和哲学的理论发展也具有重大意义,对于智能化计算机和机器人学的理论发展可提供启示,对于教育学、医学、运动科学、文化艺术以及社会福利和环境保护等事业都具有一定的基础理论意义。

二、脑研究的历史回顾

人类对心理活动与脑功能关系的认识,大体可分为6个相对的历史时期,与之相应的有6种大的理论体系,即自然哲学理论、机能定位理论、经典神经生理学理论、细胞神经生理学理论、脑化学通路学说和神经科学理论。

(一)自然哲学理论

公元前3世纪在中国古代医书中就明确记载:“心者,五脏六腑之大主也,精神之所舍也。”古希腊也曾认为心理活动是心之功能,到公元前5世纪古希腊哲学家德谟克里特(A。Democritus)把心理活动与呼吸功能加以类比,提出精灵原子的假说;莱布尼兹(S。Leibniz)提出心身平行论;笛卡儿(R。Descare)则提出心身交互论。这些自然哲学式的理论研究,基于对心理活动与生理功能间关系之表面观察,由哲学概念加以概括,当然其理论比较肤浅。这是由当时自然科学不发达所决定的,但它反映了生理心理学理论的萌芽。

(二)脑机能定位理论

1811年,贝尔(C。Bell)根据高等动物和人的脑形态与功能不同,将它分为大脑、小脑,又将脊髓分为背根和腹根。这一发现成为脑机能定位理论的发端。从脑的大体解剖学研究逐渐深入到脑的组织学研究,是19世纪乃至20世纪前20年脑研究工作的主流。1861年,布罗卡(P。Broca)发现了位于额叶的“言语运动中枢”,1874年,维尔尼克(K。Wernicke)发现了语言感觉区,大大刺激了生理学家和心理学家,他们希望在脑内找到各种心理活动的中枢。临床观察法、手术切除法、电刺激法、解剖学和组织学法,是脑机能定位理论所依靠的主要方法。脑机能定位的基本理论和研究方法一直延续到现代。20世纪40-50年代,苏联脑研究领域中关于大脑皮层是条件反射暂时联系赖以形成的观点;现代神经生理学关于脑干网状结构是睡眠与觉醒中枢的理论;以及60年代,以割裂脑研究引起学术界关注的大脑两半球机能不对称性的理论观点,都可以看作是脑机能定位思想的继续和发展,但所应用的方法及理论观点已大大超越了经典脑机能定位学说的范畴。值得指出的是与脑机能定位观点相对应的是脑等势学说。尽管心理学家拉施里(K。S。Lashley)提出这种观点的主要依据是大白鼠脑切除法对其学习行为的影响,由此决定了理论的局限性。然而,近代的许多研究都发现,就学习行为和脑基础而言,脑内许多结构包括皮层下深部结构,也都具有形成暂时联系的能力。所以说,暂时联系的接通机制是脑内的一般功能,皮层和皮层下神经元对无关刺激都能建立条件反应。由此可见,脑机能定位观点和脑等势观点,都不是绝对正确或绝对荒谬的,它们各自揭示了脑功能特点的不同方面。

(三)经典神经生理学理论

19世纪末到20世纪初,英国的生理学家谢灵顿(C。S。Sherrington)和俄国生理学家巴甫洛夫(I。P。Pavlov),几乎同时建立了生理学实验分析法,以反射论为指导,研究了中枢神经系统的功能。谢灵顿利用猫股四头肌标本,巴甫洛夫则发现狗的心理性唾液分泌标本。他们分别研究了脊髓和脑高级中枢对于刺激所给出的反应,定量地分析了刺激—反应间的因果关系。他们的研究业绩形成了神经生理学的经典理论,是行为主义心理学建立的重要自然科学基础。经典神经生理学基于精确的定量分析,大大提高了脑功能研究的科学水平。从今天高度发展的自然科学和精密仪器的角度来看,当年巴甫洛夫对狗唾液分泌滴数的计算与谢灵顿用记纹鼓和麦秆笔对猫股四头肌收缩强度的记录,是何等简单啊!然而,正是通过这些简单定量分析的方法建立了经典神经生理学理论。

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与心理活动的关系,已积累了相当多的知识。巴甫洛夫关于条件反射论的三原则,最精辟地概括了这些知识。首先,反射活动与外界刺激有着因果关系,即决定论的原则;其次,脑对外部刺激进行反映时,进行着复杂的分析综合活动,与之相应地在脑内存在着许多分析器;最后,是结构原则,即脑的反射活动是通过反射弧实现的。反射弧由传入(刺激)、中枢和传出(反应)3个环节构成。不同性质的外部刺激通过特定的传入神经到达相应的中枢,再沿特定的传出环节完成反射活动。这一理论依当时神经解剖学关于大脑感觉区、运动区、视区、听区等特异机能区的知识为基础;而对于脑深部结构,特别是那些用组织学方法无法确定其神经联系的网状结构和大脑内侧与底部的皮层及其邻近结构,在反射活动中具有什么作用则不得而知。因此,经典神经生理学关于脑与心理活动之关系的认识,只是概括了神经解剖学、神经组织学和分析生理学的研究成果,它具有很大的历史局限性。在科学发展史上,克服这一历史局限性的新方法和新理论应运而生,这就是现代电生理学方法和现代神经生理学理论。

(四)细胞神经生理学理论

尽管追溯电生理学的历史,其发端于1791年伽尔伐尼(L。Galvani)关于动物电的概念,但现代电生理学的真正开始,则是1922年厄兰格(J。Erlanger)和加塞(H。S。Gas-ser)将阴极射线示波器应用于神经生理学研究。此后的八十多年来,电生理学技术一直是脑生理学研究的重要方法。在这八十多年中,虽然电子技术飞快发展,电生理仪器性能不断改善,但电生理学的技术基本原理和方法学原则却未发生根本性变革。利用核团电极、细胞外电极和细胞内电极不但可以刺激神经组织,还可以记录它的电活动。根据刺激某一点,在它周围不同神经成分发生反应的时间关系和频率特点,分析出神经成分间的机能关系。正是这种基本技术,才发现了神经解剖和神经组织学方法无法发现的网状结构的机能联系和功能特点。20世纪50-60年代,电生理学技术取得了硕果,形成的细胞神经生理学理论体系,大大加深了人类对大脑奥秘的认识。首先细胞神经生理学在经典神经生理学对脑特异性机能系统的认识基础上,增添了网状非特异系统的认识,这就大大超越了巴甫洛夫的经典反射弧概念。任一反射活动不仅制约于外界刺激,也制约于网状非特异系统兴奋水平所决定的唤醒状态。因此,心理活动的基础并不是简单的刺激—反应间决定论原则。其次,在经典三环节反射弧的机构中,必须考虑到由传入和传出神经发出的侧支联系,它不但引申出网状非特异系统的制约作用,也引申出反馈作用原理。最后,除神经冲动在神经干上传导的“全或无”定律之外,细胞神经生理学还发现了突触后的“级量反应”规律。60年代国际生理心理学界的权威,美国斯坦福大学生理心理学教授赖布雷姆(K。Pribram),从心理学角度全面概括了细胞神经生理学的进展对心理学发展的意义。

(五)化学通路学说

20世纪60年代,正当现代神经生理学理论体系确立的时候,荧光组织化学和荧光生物化学技术在研究脑内单胺类物质的作用中初露头角。经过十多年的大量研究工作,在70年代中期,人们就已经十分明确,在脑内存在着一些化学通路。同时,也明确了神经冲动的传导不仅在一个细胞内以电化学的方式进行着,在神经元间还以化学传递的方式进行着。70年代的脑化学通路学说,使人类对脑功能与心理活动关系的认识从器官水平和细胞水平推进到分子水平。换言之,20世纪70年代以后,生理心理学新理论已经完全可能建立在分子水平之上。当然分子水平的生理心理学必须以前人的工作,包括经典的和现代的神经生理学和生理心理学的研究成果为自己前进的出发点。

(六)当代神经科学理论

历史的逻辑竟是这样的精确,20世纪70年代中期,当神经递质和脑化学通路学说博得一片喝彩的时候,神经免疫技术和单克隆技术以及膜片钳技术相继出现,使分子水平的神经科学从单胺类小分子的研究进入到中分子多肽和大分子的受体蛋白质的研究,从突触前的递质研究推进到突触后的受体和离子通道的研究。80-90年代间扩展为细胞内信号转导系统的研究。这一系列研究于2000年获得诺贝尔奖。与此同时,脑层描技术(computerized tomography,CT),脑事件相关电位技术(event related poten-tials,ERP),正电子发射层描技术(positron emission tomography,PET),脑核磁共振技术(nuclear magnetic resonance,NMR)和单光子检测(single photon detector)等,使脑功能研究大大跳出了神经生理学或某一学科的范围。于是,一个具有无限生命力的神经科学形成了。

20世纪80年代以来,神经科学在国际学术界中是个颇具影响的前沿学科,关于行为的脑科学问题,不仅形成了一些热点研究领域,如长时程增强效应和突触可逆性研究,膜片钳技术与离子通道研究,蛋白变构与受体作用机理研究,蛋白磷酸化与细胞内信号转导系统的研究,还形成了有较大影响的认知加工理论,底—顶、自上而下的信息加工理论和多重记忆系统理论,都是这一时期形成的理论。

三、21世纪兴起的认知神经科学

认知神经科学是20世纪90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识论等。

(一)认知神经科学的理论

20世纪人工智能发展面对的许多问题,是传统物理符号论难以解决的。于是一批富有远见卓识的科学家,提出将人脑、电脑研究融为一体,研究智能实体(自然脑和人造脑)的智能活动与环境条件相互制约的规律。认知心理学、神经心理学、心理语言学和传统人工智能构成了统一的认知科学雏形。智能与计算的关系成为20世纪70-80年代认知科学的基本命题。然而,这一命题研究很快遇到了重大挫折,即离散的物理符号计算无法表达人类智能活动的真谛。十几年后,认知科学家们终于在生物脑中,概括出“并行分布式”的神经计算原理。1986-1996的十年间,风起云涌的人工神经网络研究积累了大量科学事实,冲破了智能的传统概念。1993年在认知科学杂志上,人工智能研究创始人之一司马贺(Simon)和五位青年学者展开了智能本质的论战,1994年已故生态心理学家吉普森(Gibson)的著作再度风行于世,都为智能新概念奠定了科学基础。智能与计算的命题再次扩散开来,它包括离散物理符号计算、连续(模拟的)神经计算、自组织自适应计算、模糊计算和模糊推理等。智能新概念不仅体现在其算法的多样性与综合性上,更体现为智能活动源于生态环境,又归结为生态环境。它不是把每个头脑的智能活动作为孤立系统的内部运动过程,而是体现并制约着生态环境,又作用于生态环境的个体高效目的行为。因此,智能实体(自然脑和人工脑)在特定环境下完成高效目的行为的过程及其内部机制,就成为新智能理论的基本命题。它的目标不仅在于运用当代各种图灵计算原理,还在于试图突破图灵计算,追求智能本质的新认识。

简言之,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。

(二)认知神经科学的方法学

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。无创性脑功能成像可以使研究者观察到正常人类被试认知活动的脑功能基础,此技术包括两大类方法:脑代谢成像技术和脑生理成像技术。只能用于动物有创性实验的方法来自传统生理心理学,即细胞电活动记录、手术损毁、电刺激和药物法,这些方法可以从动物模型中得到从正常人类实验中不可能得到的细胞和分子水平上的数据,作为认知过程脑机理的重要证据。

(三)认知神经科学的分支学科

经十多年的广泛研究,认知神经科学已经形成了许多研究领域,参照相关学科的发展历程,将当代认知神经科学划分为认知心理生理学、认知神经生理学、社会认知神经科学、认知生理心理学和计算神经科学等分支学科。

1.认知心理生理学

认知心理生理学(cognitive psychophysiology)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。用多导仪进行模拟测谎试验是这一学科较早的研究模式,说谎与不说谎作为自变量,测量心率、呼吸和皮肤电的变化作为因变量,从而得到说谎时,这一生理指标发生什么变化的科学规律。然而心理生理学作为科学分支与测谎工作并无直接关系。20世纪60年代认知心理生理学是在关于工作负荷、应激状态和注意问题的研究工作基础之上而建立起来的。脑事件相关电位技术的出现,又使它得到了直接测量脑功能变化的手段。经过70-80年代的发展,这个学科形成了时序心理学原理和心理资源分配的原理,又吸收了认知科学的重大理论,发展为认知心理生理学的分支学科。

2.认知神经心理学

认知神经心理学(cognitive neuropsychology)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。虽然远在1861年布罗卡(P。Broca)根据8例脑损伤案例,发现了言语运动中枢,是这一研究的始端;但神经心理学作为一个科学分支出现却是20世纪70年代的事情。苏联科学家鲁利亚(A。P。Luria)和德国科学家高德斯坦(K。Goldstein)在第二次世界大战中,在对苏德两国脑损伤的病例研究基础上,建立了神经心理学,其方法学基础是神经心理学测验。20世纪80-90年代神经心理学采用比神经心理测验更精细的认知心理学实验法,例如双重任务法、双重分离法,并从认知科学中吸收脑功能模块论的理论概念,随后又引用了无创性脑成像的技术,发展为现代认知神经心理学。

3.社会认知神经科学

社会认知神经科学(social cognitive neuroscience)是对正常人类被试的复杂社会心理问题进行实验研究的认知神经科学分支。其研究内容包括对意识、宗教、投资、赌博、成瘾等复杂心理活动进行认知神经科学的实验研究,揭示大脑激活区域及变化规律。例如,对性别所决定的人格的S-E维度的脑成像研究。2002-2003年间,利用无创性脑成像技术对爱情、道德、赌博等社会心理问题进行研究,引起社会很大的关注,形成了认知神经科学的多个新分支,包括神经经济学(neuroeconomics)和哲学神经科学(philo-neuroscioce)等研究领域。

4.认知生理心理学

认知生理心理学(cognitive physiopsychology)是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。认知生理心理学特别注重灵长类动物的实验研究。通过细胞电活动记录的方法,在细胞和神经功能网络层次上研究知觉学习和记忆过程的脑机制。在猴视知觉领域所取得的成果尤为显著,为知觉理论发展做出了杰出贡献。

5.认知神经生物学

认知神经生物学(cognitive neurobiology)以低等动物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。例如,利用大白鼠离体脑片和场电位记录技术,研究长时程增强效应;利用转基因小鼠研究长时记忆形成中,基因调节蛋白(如,CREB)的作用;利用海兔标本研究联想学习和非联想学习的机制;利用转基因方法研究脑退行性痴呆和抑郁症的发病机制。这些研究对脑高级功能的细胞学和分子生物学机制的认识是其他分支学科无法取代的。

6.计算神经科学

计算神经科学(computational neuroscience)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件,包括分子、细胞、脑区和全脑,去实现人类的认知活动。这一领域目前有多种算法并存,包括离散的物理符号计算、模拟的神经计算、自组织自适应计算、模糊计算和模糊推理等。这些计算,不仅可以从同一批实验数据挖掘出新的科学规律,有时还可能预见当代技术条件无法实际测量到的科学数据。因此,神经计算不仅为当代认知神经科学提供理论和算法上的研究成果,常常还能跨越当代方法学上的局限性,预见新的科学原理;同时,还丰富了当代认知神经科学的方法学,使之建立在理论、实验和计算三大支柱之上,获得新的发展。

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