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生物心理學

在心理學中，生物心理學、行為神經科學或心理生物學[1]是研究生物學原理在人類和其他動物行為中的生理、遺傳和發育機制研究的中的應用。舉例來說，心理生物學家會比較雛鵝的銘印行為與人類嬰兒的依附行為，並以這兩個現象來建立他們的理論。生物心理學家通常對衡量生物學上的變數有興趣，例如：解剖學、生理學或基因變數，並試圖量化或質化心理學或行為學上的變數，因此對實證應用具有重大貢獻。

術語

心理生物學，研究心理功能及行為與生物程序的關係。[1]

心理生物學家，研究精神生物學的人。[1]

生物心理學的，表示屬於或附屬於精神生物學的學科。[1]

歷史

生物心理學學作為一門科學學科，在18世紀和19世紀從各種科學和哲學傳統中興起。勒內·笛卡爾提出了物理模型來解釋動物和人類的行為。笛卡爾認為，松果體是許多生物體大腦中線的不對稱結構，是心靈和身體之間的連接點。笛卡兒還詳細闡述了一個理論，在這個理論中，體液的氣動可以解釋反射和其他運動行為。這一理論的靈感來自於巴黎一座花園中移動的雕像

其他哲學家也促成了心理學的誕生。這一新領域最早的教科書之一威廉·詹姆斯(William James)的《心理學原理》(the Principles of Psychology)認為，對心理學的科學研究應該以對生物學的理解為基礎。

「心理生物學」一詞已在各種情況下使用，強調生物學的重要性，生物學是研究行為中的有機、神經和細胞修飾、神經科學中的可塑性和生物疾病的各個方面的學科。此外，生物學從科學的角度關注和分析行為及其所關注的所有主題。在這種情況下，心理學作為神經生物學中一個互補但重要的學科而有所幫助，它的角色也是一種支持主要或最強大的生物科學的社會工具。奈特·鄧拉普在他的《心理生物學大綱》一書中首次使用了「心理生物學」一詞的現代含義[2]。鄧拉普還是《心理生物學》雜誌的創始人和主編。在該雜誌的公告中，鄧拉普寫道，該雜誌將發表研究「……心理和生理功能的相互聯繫」，這描述了現代意義上的行為神經科學領域。

心理學及生物學相關領域

在許多案例中，人類會被當作生物心理學的研究對象，但非人類的物種的生物心理學實驗文獻才是大宗，通常是老鼠或猴子。由此生物心理學建立了一個重要的假設：生物在生物學及行為上具有足夠的相似性來進行跨物種的推論。這將生物心理學與比較心理學、演化心理學及演化生物學緊密結合起來。由於神經心理學是研究人類行為與神經障礙的關係(也就是非實驗性的生物操作)，因此生物心理學亦與神經心理學有著範例和方法上的相似性。

生物心理學(Biological Psychology)的同義字包含生物心理學(Biopsychology)、行為神經科學及精神生物學 [3]. 生理心理學是行為神經科學的一個子領域，其定義較為狹窄。

研究方法

生物心理學實驗的顯著特徵是：要麼實驗的自變量是生物學的，要麼一些因變量是生物學的。也就是說，永久或暫時地改變被研究的生物的神經系統，或測量神經系統的某些狀態。(通常會與行為變數相關)。通常這些操作或量測會與非人類的主題相關。

降低或使喪失神經功能

  • 損壞組織 - 觸發特定腦部區域的經典方法，通過自然或故意破壞感興趣的大腦區域來觀察任何由此產生的變化，例如在某些行為測量中表現下降或增強。感謝各種大腦「地圖集」提供了三維立體坐標的大腦區域地圖，因此可以相對高精度地定位病變。
    • 手術損傷 - 神經組織通過手術切除被破壞。
    • 電解損壞 - 藉由電流流通損毀神經組織。
    • 化學損壞 - 注入神經毒素損毀神經組織。
    • 暫時損壞 - 冷卻或使用河豚毒素等麻醉劑使神經組織暫時無效化。
  • 穿顱磁刺激 - 一種通常用於人類受試者的新技術，在頭皮上施加一個磁線圈，在附近的皮層神經元中引起非系統的電活動，可以作為功能性損傷進行實驗分析。
  • 合成配體注射 - 一種完全由合成配體激活的受體(RASSL)或由設計藥物獨家激活的設計受體(DREADD)，允許體內G蛋白信號的空間和時間控制。這些系統利用G蛋白偶聯受體(GPCR)專門對合成的小分子配體(如氯氮平n-氧化物(CNO))作出反應，而不是對其天然配體作出反應。RASSL是一種基於gpcr的化學遺傳學工具。這些合成配體激活後可通過g蛋白激活降低神經功能。這可能與鉀減弱神經活動有關[4]
  • 光遺傳抑制 - 一種光激活抑制蛋白在感興趣的細胞中表達。對於脊椎動物[11]，通過光纖或植入led傳輸適當頻率的光;對於小而透明的無脊椎動物[12]，通過外部照明，可以激發強大的毫秒級時間尺度神經元抑制。細菌鹽紫紅質或質子泵是用於抑制光遺傳學的兩類蛋白質，通過增加細胞質中鹵化物(Cl−)的水平來實現抑制或降低細胞質中的侄子濃度[5][6]。

增強神經功能

  • 電刺激 - 使用低電流提高神經活動的古典方法(不至於造成細胞明顯損傷的低電流).
  • 精神藥理學操作 - 一種化學受體拮抗劑通過干擾神經傳遞誘導神經活動。拮抗劑可以全身(如靜脈注射)或局部(腦內)在手術過程中進入腦室或特定腦結構。例如，NMDA拮抗劑AP5已被證明可以抑制興奮性突觸傳遞的長期增強(在齧齒動物的恐懼條件反射中)，這被認為是學習和記憶的重要機制[7]
  • 穿顱磁刺激 - 在某些情況下(例如，對運動皮層的研究)，這種技術可以被分析為具有刺激作用(而不是作為功能性損害)。
  • 光遺傳興奮 - 一種光激活的興奮蛋白在選定的細胞中表達。通道視紫紅質-2 (ChR2)是一種光激活的陽離子通道，是第一個顯示能激發神經元對光反應的細菌視蛋白[8]，儘管通過改進和賦予ChR2新的特性，現在已經產生了許多新的興奮性光遺傳學工具[9]。

計量神經活動

光學技術 - 記錄神經元活動的光學方法依賴於改變神經元光學特性的方法，以響應與動作電位或神經遞質釋放相關的細胞事件。

Synapto-pHluorin是一種結合了突觸囊泡膜蛋白和pH敏感熒光蛋白的融合蛋白的技術。在突觸囊泡釋放後，嵌合蛋白暴露在突觸間隙的較高pH值中，引起可測量的熒光變化。

  • 電壓敏感染料(VSDs)是最早用於光學檢測神經元活動的方法之一。vsd通常會改變其熒光特性，以響應神經元膜上的電壓變化，使膜的亞閾值和超閾值(動作電位)電活動可檢測到[10]。基因編碼的電壓敏感熒光蛋白也被開發出來[11]
  • 鈣成像依賴於染料[12]或基因編碼蛋白[13]，這些蛋白在與動作電位期間短暫存在的鈣結合時發出熒光。
  • 單一神經元記錄 - 將電極插入活體動物的大腦中以檢測電極尖端附近神經元產生的電活動的方法。通常情況下，這是在鎮靜的動物身上進行的，但有時也會在處於行為事件的清醒動物身上進行，比如口渴的大鼠，為了測量決策點上相應的神經元放電模式，用一種特定的砂紙級的沙子和水配對。
  • 多電極記錄 - 使用一束細電極來記錄多達數百個神經元的同時活動。
  • 功能性磁振造影（FMRI） - 功能性磁共振成像，一種最常應用於人類受試者的技術，其中腦血流的變化可以在MRI設備中檢測到，並用於指示更大規模腦區域的相對活動(即，在數十萬個神經元的量級上)。
  • 正電子發射斷層成像（PET） -正電子發射斷層掃描檢測粒子稱為光子使用三維核醫學檢查。這些粒子是通過注入放射性同位素(如氟)釋放出來的。PET成像揭示了預測解剖變化的病理過程，使其對許多病理的檢測、診斷和表徵很重要
  • 腦電圖（EEG）；從事件相關腦電位(ERPs)衍生出的技術，其中頭皮電極監測皮層神經元的平均活動(同樣，最常用於人類受試者)。該技術使用不同類型的電極用於記錄系統，如針電極和鹽基電極。腦電圖允許調查精神障礙，睡眠障礙和生理學。可以監測大腦發育和認知參與。
  • 功能性神經解剖學 - 顱相學的更複雜的對應物。一些解剖標記的表達被用來反映神經活動。例如，直接早期基因的表達被認為是由劇烈的神經活動引起的。同樣地，在某些行為任務之前注射2-脫氧葡萄糖可以隨後對該化學物質進行解剖定位;它被具有電活性的神經元吸收。
  • 腦磁圖（MEG） - 通過測量電磁活動來顯示人腦的功能。通過測量神經元內部電流產生的磁場，可以實時識別與各種人體功能相關的大腦活動，空間精度達到毫米級。臨床醫生可以無創穫取數據，以幫助他們評估神經系統疾病和計劃手術治療。

遺傳學操作

  • 數量性狀基因座定位 - 基因對某些行為的影響可以通過研究某些物種(最常見的是老鼠)的近交系來統計推斷。最近對許多物種，尤其是老鼠的基因組測序，促進了這項技術的發展。
  • 選育 - 生物，通常是小鼠，可以在近親繁殖的菌株中選擇性地繁殖，以產生重組的基因菌株。這可能是為了從另一種菌株的背景基因組中分離出一段實驗上有趣的DNA片段，從而對這段DNA的作用進行更有力的推斷。
  • 基因工程 - 基因組也可以進行實驗操作;例如，基因敲除小鼠可以被改造成缺乏特定的基因，或者基因可以在通常不這樣做的菌株中表達(「轉基因」)。先進的技術還可以通過注射一些調節化學物質來實現基因的表達或抑制。

生物心理學主題範圍

生物心理學家研究的議題與理論心理學家大致上大同小異，但限於在非人類的物種上。以結果來說，大量的生物心理學文獻是關於哺乳類的共同精神活動及行為，例如：

  • 感覺與知覺
  • 動機性行為(飢餓、口渴、性)
  • 動作控制
  • 學習及記憶
  • 睡眠及生物週期
  • 感情

然而，隨著技術的進步以及使用在人類研究的非侵入性方法更加精確時，生物心理學家在某些古典科目上開始有了貢獻，例如：

  • 語言
  • 理性與決策
  • 意識

生物心理學亦在精神障礙方面有長期的貢獻，含括屬於臨床心理學及精神病理學的範圍。雖然並非所有的精神疾病均可從動物研究模式得到，這個領域仍提供重要的治療資料，包括：

諾貝爾獎得主

以下諾貝爾獎得主可被認定為生物心理學家。(這個列表省略算是精神解剖學家或精神生理學家的得主；即未研究行為或心理學者。)

其他

參考資料

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Merriam-Webster's Online Dictionary » Psychobiology （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）>
  2. ^ Dewsbury, Donald A. "Psychobiology.". American Psychologist. 1991, 46 (3). ISSN 1935-990X. doi:10.1037/0003-066X.46.3.198 （英語）. 
  3. ^ S. Marc Breedlove, Mark R. Rosenzweig and Neil V. Watson (2007). 生物心理學：行為及認知精神科學簡介. Sinauer Associates. ISBN 978-0-87893-705-9
  4. ^ Zhu, Hu; Roth, Bryan L. Silencing Synapses with DREADDs. Neuron. 2014-05, 82 (4) [2024-02-14]. PMC 4109642  . PMID 24853931. doi:10.1016/j.neuron.2014.05.002. （原始內容存檔於2022-10-10） （英語）. 
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外部連結

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