大家小時候有瞎拆東(dong) 西的經曆嗎？ 無論是什麽(me) 東(dong) 西——比如遙控器、機器人、雨傘(san) 、收音機——隻要到了我的手裏，就一定會(hui) 被拆得四分五裂，因為(wei) 我很好奇這些東(dong) 西裏麵的構造是什麽(me) 樣的。畢竟，一個(ge) 裝置的外形和內(nei) 裏總是有很大的區別！ 同樣，我們(men) 人體(ti) 內(nei) 部的工作方式與(yu) 外在的行為(wei) 之間也有很大差異，而生物心理學家的工作就是找到這兩(liang) 者之間的聯係，比如成千上萬(wan) 的神經元是如何協同運作，讓我們(men) 擁有思考的能力的。
今天，就讓我們(men) 充當一回生物心理學家，去探索行為(wei) 背後的生物學機製吧！
本文目錄
Part.1、The Endocrine System
Part.2、Nervous System and the Neuron
2.1 Overview
2.2 Neural Firing
2.3 Influence of Drugs on Neural Firing
Part.3、The Brain
3.1 The Brain
3.2 Tools for Examining Brain Structure and Function
3.3 The Adaptable Brain
The Endocrine System
我們(men) 的體(ti) 內(nei) 住著兩(liang) 套係統，對各種機體(ti) 活動進行操縱：the nervous system（神經係統）& the endocrine system（內(nei) 分泌係統）。 Endocrine system由一係列glands（腺體(ti) ）組成，這些glands通常會(hui) 產(chan) 生hormones（激素）這種化學物質。
Hormones是一種“化學信使”：它們(men) 從(cong) 不同的glands出發，隨著血液的流動去向身體(ti) 的各個(ge) 角落，然後通過與(yu) 細胞上的receptors（受體(ti) ）結合，發送和傳(chuan) 遞信號（見圖1）。 與(yu) nervous system中的“信使” neurotransmitters（神經遞質）相比，hormones在體(ti) 內(nei) 發揮作用的速度會(hui) 更慢一些，但作用持續時間更長，作用範圍也更加廣泛。
圖1 接下來讓我們(men) 了解一些主要的glands（見圖2）以及它們(men) 的作用：
圖2
Pituitary Gland（腦下垂體(ti) ）Pituitary gland常常被稱為(wei) “master gland”，因為(wei) 它分泌的messenger hormones（信使激素）控製著endocrine system中的所有其他腺體(ti) ，而它又主要執行來自hypothalamus（下丘腦）的指令——相當於(yu) hypothalamus是pituitary gland的上級，而pituitary gland是其他腺體(ti) 的上級（見圖3）。 除了messenger hormones，pituitary gland還分泌growth hormones（生長激素）、緩解疼痛的endorphins（內(nei) 啡肽）和一些調節體(ti) 液水平的激素。
圖3 【真題速遞】2017 Q25:
答案：E！
Pituitary gland的上級領導是hypothalamus!
Pineal Gland（鬆果腺）在我們(men) 睡覺的時候，pineal gland會(hui) 釋放melatonin（褪黑素）——一種能夠調節生物節律和免疫係統的激素。
Thyroid Gland（甲狀腺） Thyroid gland位於(yu) 我們(men) 的脖頸處，會(hui) 釋放調節生長、新陳代謝和食欲的激素。
Adrenal Glands（腎上腺） Adrenal glands位於(yu) 腎髒上方（所以叫腎上腺），常常分泌參與(yu) 應激反應的激素，比如adrenaline（腎上腺素）和noradrenaline（去甲腎上腺素）。當我們(men) 處於(yu) 高壓情境下的時候，比如被搶劫了或者要參與(yu) 一場非常非常重要的考試，adrenal glands分泌的這些激素就會(hui) 幫助提高我們(men) 的覺醒水平，以應對潛在的危險以及其他各種高壓情景。
Pancreas（胰腺） Pancreas主要負責分泌調節血糖水平的激素：insulin（胰島素）和glucagon（胰高血糖素），這兩(liang) 種胰腺激素通過降低血糖水平（insulin）或者提高血糖水平（glucagon）將我們(men) 的血糖維持在一個(ge) 比較穩定的水平上。 患有糖尿病的病患體(ti) 內(nei) 沒法產(chan) 生足夠的insulin，無法在血糖過高時調整降低血糖水平，因此他們(men) 必須服用刺激insulin產(chan) 生或替代insulin的藥物，並且需要嚴(yan) 格控製自己糖和碳水化合物的攝入量。
Gonads（性腺）：Ovaries（卵巢）& Testes（睾丸） Gonads主要分泌sex hormones，能夠調節性衝(chong) 動和性行為(wei) ，在生殖過程中很重要。雌性的性腺是ovaries，分泌estrogens（雌性激素）和progesterone（黃體(ti) 酮）；而雄性的性腺是testes，分泌androgens（雄性激素），如testosterone（睾丸酮）。 在上述這些腺體(ti) 中，AP心理較常考察的應該是pituitary gland和adrenal gland~
Nervous System and the Neuron
2.1 Overview
A. Subdivisions of the Nervous System
除了上文介紹的endocrine system，參與(yu) 調控我們(men) 身體(ti) 的還有nervous system——它分為(wei) 兩(liang) 大類：central nervous system（CNS，中樞神經係統）和peripheral nervous system（PNS，周圍神經係統），見圖4。CNS由brain和spinal chord組成；PNS由很多根神經組成，將CNS連接到身體(ti) 的其他部位。
圖4
PNS又被分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 係統：somatic nervous system（軀體(ti) 神經係統）和autonomic nervous system（自主神經係統）。Somatic nervous system與(yu) 有意識的或自發的活動有關(guan) ，比如通過骨骼肌自主控製我們(men) 身體(ti) 的運動；而autonomic nervous system控製著我們(men) 的內(nei) 部器官和腺體(ti) ，我們(men) 一般沒法自由控製。
Autonomic nervous system又可以進一步細分為(wei) sympathetic（交感神經）和parasympathetic（副交感神經）兩(liang) 個(ge) 分支。 Sympathetic nervous system主要是在壓力情境下，喚醒我們(men) 的身體(ti) ，為(wei) 與(yu) 壓力相關(guan) 的活動做準備，此時我們(men) 的身體(ti) 會(hui) 發生一些變化，比如瞳孔放大、心率和血壓升高、膀胱放鬆、肝髒釋放葡萄糖、adrenaline湧進血液等——這一係列的生理變化被統稱為(wei) fight or flight response。
在壓力過去以後，parasympathetic nervous system會(hui) 幫助我們(men) 的身體(ti) 恢複正常的運作。所以這兩(liang) 個(ge) 係統其實具有互補的功能，協同運作以維持我們(men) 身體(ti) 的穩態。 是不是有點繞？看看這張樹狀圖（見圖5），馬上就清晰了——
圖5
B. Structure of Neurons
神經係統由兩(liang) 種基本細胞組成：glial cells（膠質細胞）和neurons（神經元）。Glial cells主要為(wei) neurons提供支持，而neurons則充當著神經係統的信息處理器，對神經係統各種任務的實行至關(guan) 重要。 那麽(me) neurons的構造到底是什麽(me) 樣的呢？讓我們(men) 一起看看吧！
圖6
Neuron有三個(ge) 核心組成部分：1）Dendrite；2）Cell body(Soma)；3）Axon。Cell body包含神經元細胞的nucleus（細胞核）。
Neuron像一個(ge) 小型的信息處理器，dendrite作為(wei) 輸入點，接收來自其他神經元的信號，這些信號通過電的方式沿axon向下一個(ge) 神經元傳(chuan) 遞（見圖6）。 Terminal buttons（終端鈕）和myelin sheath（髓鞘）是另外兩(liang) 個(ge) 重要的結構：terminal buttons是axon的最末端，在這個(ge) 地方，神經係統的主要化學信號neurotransmitters（神經遞質）被釋放；myelin sheath包裹在axon外麵，充當絕緣體(ti) ，作用是提高電信號的傳(chuan) 播速度，就像電線外的絕緣層一樣。
【真題速遞】2017 Q3:
▼答案：A！
Synapses指的是是兩(liang) 個(ge) 神經元之間的縫隙，不屬於(yu) 一個(ge) 神經元的組成部分。
C. Types of Neurons
Neurons的分類標準多種多樣，比如形態、功能之類的。而在AP心理中我們(men) 隻需要記住這一種分類：1）sensory neuron；2）interneuron；3）motor neuron（見圖7）。
圖7
Sensory neuron主要被來自外界的感覺信息激活——例如，當你用手指去觸碰一個(ge) 物品，sensory neuron就會(hui) 向神經係統的其餘(yu) 部分發送它們(men) 收到的感覺信息。 Interneuron呢，就像它的名字所暗示的那樣，是連結sensory neuron和motor neuron的中間“橋梁”。 Motor neuron會(hui) 將信息（電信號）從(cong) CNS傳(chuan) 輸到骨骼和平滑肌（比如我們(men) 胃部的肌肉），從(cong) 而直接控製我們(men) 的肌肉運動。
D. Conduction in the Nervous System
信號在神經係統裏的傳(chuan) 遞路徑是什麽(me) 樣的呢？ Sensory receptors會(hui) 首先接受外界信號，然後sensory neuron收到外界信號並通過afferent fiber將信號傳(chuan) 遞向 central nervous system；CNS對信號進行處理後，發出指令，將指令信號通過efferent fiber傳(chuan) 遞向motor neuron，而motor neuron會(hui) 繼續將指令信號傳(chuan) 遞給muscle fiber，做出行為(wei) （見圖8）。
圖8
【小貼士】
afferent和efferent是非常容易搞混的一組概念，一不小心就會(hui) 忘記到底哪個(ge) 是從(cong) 外界向神經係統傳(chuan) 遞信號（進）以及哪個(ge) 是從(cong) 神經係統向外界傳(chuan) 遞信號（出）。一個(ge) 幫助記憶的方法是：afferent = arrive，efferent = exit，這樣就可以把名字和功能對應起來啦！
需要注意的是，在simple reflex（簡單反射）中，信號會(hui) 傳(chuan) 遞向CNS中的spinal chord（√），然後指令就會(hui) 被傳(chuan) 向motor neuron，而不會(hui) 經過brain（×），所以我們(men) 的反射行為(wei) 會(hui) 發生得非常迅速，在我們(men) 意識到它發生之前就已經結束了。
【真題速遞】2017 Q10:
▼答案：C!
被燙到縮回手的反應沒有經過大腦，很明顯是一種simple reflex，由spinal chord調控，是一種spinal reflex。
2.2Neural Firing
A. Transmission of Signal Between Neurons
在了解了單個(ge) neuron的結構以及它的分類和作用後，讓我們(men) 來看看不同的neurons之間是如何進行信號傳(chuan) 遞的吧！信號到底是怎麽(me) 從(cong) 一個(ge) neuron蹦到另一個(ge) neuron那的呢？中間到底發生了什麽(me) 過程呢？ 讓我們(men) 從(cong) 細胞膜開始講起。Neuron呆在充滿液體(ti) 的環境裏，neuron的外麵是液體(ti) （細胞外液），裏麵也是液體(ti) （細胞質），而細胞膜把這兩(liang) 種液體(ti) 分隔開來。
這些液體(ti) 裏存在很多ions（離子），而這些ions是帶電的，有的帶正電，有的帶負電。因為(wei) 細胞膜比較傲嬌，會(hui) 有選擇性地讓一些同種類的ions往特定方向流動，導致某些種類的ions更多地聚集在細胞膜的其中一側(ce) （在neurons外麵或者裏麵）。
在一個(ge) neuron沒有接收到任何信號的時候，它的生活風平浪靜，細胞膜處於(yu) resting potential（靜息電位）。在這種狀態下，neuron外聚集著更多的Na+（sodium，鈉離子）而neuron內(nei) 聚集著更多的K+（potassium，鉀離子）。因為(wei) ions總是從(cong) 濃度高的地方往濃度低的地方跑，所以在Na+會(hui) 往neuron裏麵跑，而K+會(hui) 往neuron外麵跑（見圖9）。
圖9
不過呢，如果Na+一直往裏跑，久而久之neuron裏Na+的濃度就會(hui) 超過neuron外的濃度，而濃度會(hui) 改變它的運動方向，對於(yu) K+來說也是一樣的。那為(wei) 什麽(me) 它們(men) 能一直保持自己的運動方向呢？ 答案落在了Na+-K+ pump（鈉鉀泵）上（見圖10）。這個(ge) pump在細胞膜上工作，它持續不斷地向細胞內(nei) 運輸兩(liang) 個(ge) K+，向細胞外運輸三個(ge) Na+，因此可以保持Na+和K+在細胞內(nei) 外的離子濃度差，也就是更多的Na+在細胞外而更多的K+在細胞內(nei) ，從(cong) 而保持它們(men) 的運動方向（K+出Na+進）啦！
圖10
不知道你是否注意到，這個(ge) pump向外運輸的Na+數量（3個(ge) ）要比向內(nei) 運輸的K+數量（2個(ge) ）多，所以細胞內(nei) 的正離子要比細胞外的少，也就是說細胞內(nei) 的電極會(hui) 比細胞外更負一些。 突然！上一個(ge) neuron向這個(ge) neuron發送了信號，平靜的生活被打破了！在上一個(ge) neuron的axon裏，電信號會(hui) 一直沿著axon往下跑，直到axon的末端terminal button。
在這裏，電信號會(hui) 使囊泡釋放neurotransmitters。 這些neurotransmitters會(hui) 溜到哪去呢？上一個(ge) neuron的axon（傳(chuan) 出信號）和這一個(ge) neuron的dendrite（接收信號）之間，有一個(ge) 縫隙叫做synapse（突觸）（見圖11）。而neurotransmitters會(hui) 跨過這個(ge) synapse，去與(yu) 接收信號的這個(ge) neuron的dendrite上的receptors匯合。
圖11
那neurotransmitters是怎麽(me) 知道應該與(yu) 哪些receptors匯合的呢？一個(ge) neurotransmitter和它所對應的receptor就像是鑰匙與(yu) 鎖的關(guan) 係，如果它們(men) 的形狀對的上，那麽(me) neurotransmitter就會(hui) “哢擦”一下和匹配的receptor合上（見圖12）。
圖12
當neurotransmitters落在對應的receptors上後，就會(hui) 觸發打開細胞膜上的Na+ gate（鈉通道）的“機關(guan) ”，這個(ge) Na+ gate會(hui) 幫助大量的Na+湧入細胞裏（見圖13），很快細胞內(nei) 的電極將變得越來越正。
圖13
當細胞內(nei) 達到一定程度的正電荷時，neuron就會(hui) 變得興(xing) 奮起來，產(chan) 生action potential（動作電位）。因為(wei) 電流總是從(cong) 正極流向負極，action potential會(hui) 從(cong) axon被刺激的首端（細胞膜內(nei) 變正電的部分）向axon的末端傳(chuan) 遞（見圖14）。
圖14
當action potential到達頂峰後（也就是細胞內(nei) 的正電荷達到最大值），Na+ gate逐漸關(guan) 閉，K+ gate快速打開，neuron進入了repolarization（複極化）的階段（見圖15）。由於(yu) K+ gate的開放，大量的K+向細胞外湧出，細胞膜內(nei) 的電極會(hui) 很快變負，又逐漸恢複到resting potential的狀態。
圖15
當信號以同樣的方式被傳(chuan) 遞給下一個(ge) neuron後，synapse裏多餘(yu) 的neurotransmitters就會(hui) 被處理掉，要不然是被分解，要不然就是被回收到釋放它們(men) 的neuron裏重新利用（見圖16）。
圖16
【真題速遞】（2016 Q65）
▼答案：E！
neurotransmitters會(hui) 跨過synapse與(yu) 接收信號的神經元上的receptors結合，這樣才能發揮作用，改變細胞膜上離子通道的開關(guan) ，促發action potential的形成。
結 語
所以…是的，學AP心理確實還得掌握不少有關(guan) 神經係統的生物學知識呢！感覺有點暈？那就來看看本文的思維導圖總結吧！
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評論已經被關(guan) 閉。