大家小时候有瞎拆东西的经历吗？ 无论是什么东西——比如遥控器、机器人、雨伞、收音机——只要到了我的手里，就一定会被拆得四分五裂，因为我很好奇这些东西里面的构造是什么样的。毕竟，一个装置的外形和内里总是有很大的区别！ 同样，我们人体内部的工作方式与外在的行为之间也有很大差异，而生物心理学家的工作就是找到这两者之间的联系，比如成千上万的神经元是如何协同运作，让我们拥有思考的能力的。
今天，就让我们充当一回生物心理学家，去探索行为背后的生物学机制吧！
本文目录
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
我们的体内住着两套系统，对各种机体活动进行操纵：the nervous system（神经系统）& the endocrine system（内分泌系统）。 Endocrine system由一系列glands（腺体）组成，这些glands通常会产生hormones（激素）这种化学物质。
Hormones是一种“化学信使”：它们从不同的glands出发，随着血液的流动去向身体的各个角落，然后通过与细胞上的receptors（受体）结合，发送和传递信号（见图1）。 与nervous system中的“信使” neurotransmitters（神经递质）相比，hormones在体内发挥作用的速度会更慢一些，但作用持续时间更长，作用范围也更加广泛。
图1 接下来让我们了解一些主要的glands（见图2）以及它们的作用：
图2
Pituitary Gland（脑下垂体）Pituitary gland常常被称为“master gland”，因为它分泌的messenger hormones（信使激素）控制着endocrine system中的所有其他腺体，而它又主要执行来自hypothalamus（下丘脑）的指令——相当于hypothalamus是pituitary gland的上级，而pituitary gland是其他腺体的上级（见图3）。 除了messenger hormones，pituitary gland还分泌growth hormones（生长激素）、缓解疼痛的endorphins（内啡肽）和一些调节体液水平的激素。
图3 【真题速递】2017 Q25:
答案：E！
Pituitary gland的上级领导是hypothalamus!
Pineal Gland（松果腺）在我们睡觉的时候，pineal gland会释放melatonin（褪黑素）——一种能够调节生物节律和免疫系统的激素。
Thyroid Gland（甲状腺） Thyroid gland位于我们的脖颈处，会释放调节生长、新陈代谢和食欲的激素。
Adrenal Glands（肾上腺） Adrenal glands位于肾脏上方（所以叫肾上腺），常常分泌参与应激反应的激素，比如adrenaline（肾上腺素）和noradrenaline（去甲肾上腺素）。当我们处于高压情境下的时候，比如被抢劫了或者要参与一场非常非常重要的考试，adrenal glands分泌的这些激素就会帮助提高我们的觉醒水平，以应对潜在的危险以及其他各种高压情景。
Pancreas（胰腺） Pancreas主要负责分泌调节血糖水平的激素：insulin（胰岛素）和glucagon（胰高血糖素），这两种胰腺激素通过降低血糖水平（insulin）或者提高血糖水平（glucagon）将我们的血糖维持在一个比较稳定的水平上。 患有糖尿病的病患体内没法产生足够的insulin，无法在血糖过高时调整降低血糖水平，因此他们必须服用刺激insulin产生或替代insulin的药物，并且需要严格控制自己糖和碳水化合物的摄入量。
Gonads（性腺）：Ovaries（卵巢）& Testes（睾丸） Gonads主要分泌sex hormones，能够调节性冲动和性行为，在生殖过程中很重要。雌性的性腺是ovaries，分泌estrogens（雌性激素）和progesterone（黄体酮）；而雄性的性腺是testes，分泌androgens（雄性激素），如testosterone（睾丸酮）。 在上述这些腺体中，AP心理较常考察的应该是pituitary gland和adrenal gland~
Nervous System and the Neuron
2.1 Overview
A. Subdivisions of the Nervous System
除了上文介绍的endocrine system，参与调控我们身体的还有nervous system——它分为两大类：central nervous system（CNS，中枢神经系统）和peripheral nervous system（PNS，周围神经系统），见图4。CNS由brain和spinal chord组成；PNS由很多根神经组成，将CNS连接到身体的其他部位。
图4
PNS又被分为两个系统：somatic nervous system（躯体神经系统）和autonomic nervous system（自主神经系统）。Somatic nervous system与有意识的或自发的活动有关，比如通过骨骼肌自主控制我们身体的运动；而autonomic nervous system控制着我们的内部器官和腺体，我们一般没法自由控制。
Autonomic nervous system又可以进一步细分为sympathetic（交感神经）和parasympathetic（副交感神经）两个分支。 Sympathetic nervous system主要是在压力情境下，唤醒我们的身体，为与压力相关的活动做准备，此时我们的身体会发生一些变化，比如瞳孔放大、心率和血压升高、膀胱放松、肝脏释放葡萄糖、adrenaline涌进血液等——这一系列的生理变化被统称为fight or flight response。
在压力过去以后，parasympathetic nervous system会帮助我们的身体恢复正常的运作。所以这两个系统其实具有互补的功能，协同运作以维持我们身体的稳态。 是不是有点绕？看看这张树状图（见图5），马上就清晰了——
图5
B. Structure of Neurons
神经系统由两种基本细胞组成：glial cells（胶质细胞）和neurons（神经元）。Glial cells主要为neurons提供支持，而neurons则充当着神经系统的信息处理器，对神经系统各种任务的实行至关重要。 那么neurons的构造到底是什么样的呢？让我们一起看看吧！
图6
Neuron有三个核心组成部分：1）Dendrite；2）Cell body(Soma)；3）Axon。Cell body包含神经元细胞的nucleus（细胞核）。
Neuron像一个小型的信息处理器，dendrite作为输入点，接收来自其他神经元的信号，这些信号通过电的方式沿axon向下一个神经元传递（见图6）。 Terminal buttons（终端钮）和myelin sheath（髓鞘）是另外两个重要的结构：terminal buttons是axon的最末端，在这个地方，神经系统的主要化学信号neurotransmitters（神经递质）被释放；myelin sheath包裹在axon外面，充当绝缘体，作用是提高电信号的传播速度，就像电线外的绝缘层一样。
【真题速递】2017 Q3:
▼答案：A！
Synapses指的是是两个神经元之间的缝隙，不属于一个神经元的组成部分。
C. Types of Neurons
Neurons的分类标准多种多样，比如形态、功能之类的。而在AP心理中我们只需要记住这一种分类：1）sensory neuron；2）interneuron；3）motor neuron（见图7）。
图7
Sensory neuron主要被来自外界的感觉信息激活——例如，当你用手指去触碰一个物品，sensory neuron就会向神经系统的其余部分发送它们收到的感觉信息。 Interneuron呢，就像它的名字所暗示的那样，是连结sensory neuron和motor neuron的中间“桥梁”。 Motor neuron会将信息（电信号）从CNS传输到骨骼和平滑肌（比如我们胃部的肌肉），从而直接控制我们的肌肉运动。
D. Conduction in the Nervous System
信号在神经系统里的传递路径是什么样的呢？ Sensory receptors会首先接受外界信号，然后sensory neuron收到外界信号并通过afferent fiber将信号传递向 central nervous system；CNS对信号进行处理后，发出指令，将指令信号通过efferent fiber传递向motor neuron，而motor neuron会继续将指令信号传递给muscle fiber，做出行为（见图8）。
图8
【小贴士】
afferent和efferent是非常容易搞混的一组概念，一不小心就会忘记到底哪个是从外界向神经系统传递信号（进）以及哪个是从神经系统向外界传递信号（出）。一个帮助记忆的方法是：afferent = arrive，efferent = exit，这样就可以把名字和功能对应起来啦！
需要注意的是，在simple reflex（简单反射）中，信号会传递向CNS中的spinal chord（√），然后指令就会被传向motor neuron，而不会经过brain（×），所以我们的反射行为会发生得非常迅速，在我们意识到它发生之前就已经结束了。
【真题速递】2017 Q10:
▼答案：C!
被烫到缩回手的反应没有经过大脑，很明显是一种simple reflex，由spinal chord调控，是一种spinal reflex。
2.2Neural Firing
A. Transmission of Signal Between Neurons
在了解了单个neuron的结构以及它的分类和作用后，让我们来看看不同的neurons之间是如何进行信号传递的吧！信号到底是怎么从一个neuron蹦到另一个neuron那的呢？中间到底发生了什么过程呢？ 让我们从细胞膜开始讲起。Neuron呆在充满液体的环境里，neuron的外面是液体（细胞外液），里面也是液体（细胞质），而细胞膜把这两种液体分隔开来。
这些液体里存在很多ions（离子），而这些ions是带电的，有的带正电，有的带负电。因为细胞膜比较傲娇，会有选择性地让一些同种类的ions往特定方向流动，导致某些种类的ions更多地聚集在细胞膜的其中一侧（在neurons外面或者里面）。
在一个neuron没有接收到任何信号的时候，它的生活风平浪静，细胞膜处于resting potential（静息电位）。在这种状态下，neuron外聚集着更多的Na+（sodium，钠离子）而neuron内聚集着更多的K+（potassium，钾离子）。因为ions总是从浓度高的地方往浓度低的地方跑，所以在Na+会往neuron里面跑，而K+会往neuron外面跑（见图9）。
图9
不过呢，如果Na+一直往里跑，久而久之neuron里Na+的浓度就会超过neuron外的浓度，而浓度会改变它的运动方向，对于K+来说也是一样的。那为什么它们能一直保持自己的运动方向呢？ 答案落在了Na+-K+ pump（钠钾泵）上（见图10）。这个pump在细胞膜上工作，它持续不断地向细胞内运输两个K+，向细胞外运输三个Na+，因此可以保持Na+和K+在细胞内外的离子浓度差，也就是更多的Na+在细胞外而更多的K+在细胞内，从而保持它们的运动方向（K+出Na+进）啦！
图10
不知道你是否注意到，这个pump向外运输的Na+数量（3个）要比向内运输的K+数量（2个）多，所以细胞内的正离子要比细胞外的少，也就是说细胞内的电极会比细胞外更负一些。 突然！上一个neuron向这个neuron发送了信号，平静的生活被打破了！在上一个neuron的axon里，电信号会一直沿着axon往下跑，直到axon的末端terminal button。
在这里，电信号会使囊泡释放neurotransmitters。 这些neurotransmitters会溜到哪去呢？上一个neuron的axon（传出信号）和这一个neuron的dendrite（接收信号）之间，有一个缝隙叫做synapse（突触）（见图11）。而neurotransmitters会跨过这个synapse，去与接收信号的这个neuron的dendrite上的receptors汇合。
图11
那neurotransmitters是怎么知道应该与哪些receptors汇合的呢？一个neurotransmitter和它所对应的receptor就像是钥匙与锁的关系，如果它们的形状对的上，那么neurotransmitter就会“咔擦”一下和匹配的receptor合上（见图12）。
图12
当neurotransmitters落在对应的receptors上后，就会触发打开细胞膜上的Na+ gate（钠通道）的“机关”，这个Na+ gate会帮助大量的Na+涌入细胞里（见图13），很快细胞内的电极将变得越来越正。
图13
当细胞内达到一定程度的正电荷时，neuron就会变得兴奋起来，产生action potential（动作电位）。因为电流总是从正极流向负极，action potential会从axon被刺激的首端（细胞膜内变正电的部分）向axon的末端传递（见图14）。
图14
当action potential到达顶峰后（也就是细胞内的正电荷达到最大值），Na+ gate逐渐关闭，K+ gate快速打开，neuron进入了repolarization（复极化）的阶段（见图15）。由于K+ gate的开放，大量的K+向细胞外涌出，细胞膜内的电极会很快变负，又逐渐恢复到resting potential的状态。
图15
当信号以同样的方式被传递给下一个neuron后，synapse里多余的neurotransmitters就会被处理掉，要不然是被分解，要不然就是被回收到释放它们的neuron里重新利用（见图16）。
图16
【真题速递】（2016 Q65）
▼答案：E！
neurotransmitters会跨过synapse与接收信号的神经元上的receptors结合，这样才能发挥作用，改变细胞膜上离子通道的开关，促发action potential的形成。
结 语
所以…是的，学AP心理确实还得掌握不少有关神经系统的生物学知识呢！感觉有点晕？那就来看看本文的思维导图总结吧！
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