IB 生物/选修 E - 神经生物学与行为
说明动物的行为与环境背景相关
说明先天行为是在独立于环境背景下发展的，而习得行为则反映了个体在发育过程中经历的条件。
解释自然选择在行为模式发展中的作用
- 生物体可能会发展出某种行为，使其更适应其环境。例如，习得行为使物种能够轻松地获取食物。拥有某种行为将增加物种及其后代生存的可能性，因此越来越多的物种将发展出这种行为。
以鸟类或动物物种为例，分别解释以下行为类型：迁徙、梳理、交流、求偶和配偶选择。
- 迁徙：北极燕鸥、燕子、白鹳、蓝鲸
- 梳理：恒河猴会互相梳理。这是一种尊敬的表现，因为地位较低的成员会为地位较高的成员梳理毛发。此外，由于在梳理过程中会释放内啡肽，梳理对猴子来说可能是会上瘾的
- 交流：鸟鸣、警报反应以及狼和赤鹿的等级支配模式
- 求偶：雄性展示（例如：孔雀、绿头鸭、大凤头潜鸟、蓝脚鲣鸟）
- 配偶选择：领地和鸣叫（鸟类）或格斗（雄鹿）
解释行为研究中需要定量数据的理由
- 动物行为研究通常从研究人员的仔细观察开始。这些仔细的观察使我们能够了解一个物种的自然史，并常常导致形成假设。从这里，我们可以通过收集定量数据来检验假设。然后，根据这些数据，我们可以通过统计检验来确定数据的置信水平。
说明感觉感受器充当能量转换器
- 感觉感受器充当能量转换器。所有感觉感受器都将来自刺激的能量转换为神经脉冲的电能。动物的行为是动物对环境作出的反应，涉及感知来自该环境的刺激。然后，它们使用感觉感受器，因此所有能量转换器。
说明人类感觉感受器被归类为机械感受器、化学感受器、温度感受器或光感受器。
- 人类感觉感受器被归类为机械感受器、化学感受器、温度感受器或光感受器。
描述前面提到的每个术语的含义，并参考每种类型感受器的一个命名实例
- 机械感受器：感知运动、声音等形式的机械能。一个例子是内耳中的毛细胞，当声音使它们振动时，它们会向大脑发送神经脉冲。
- 化学感受器：感知化学物质。当化学物质与鼻腔中的神经细胞结合时，这些神经细胞会向大脑发送脉冲。
- 温度感受器：感知温度。皮肤中的冷热末梢会向大脑或脊髓发送信息。
- 光感受器：感知光。当眼球中的视杆细胞和视锥细胞吸收光时，它们会向大脑发送信息。
绘制人眼结构图
标注人眼视网膜结构图
区分视杆细胞和视锥细胞
- **视杆细胞在微弱的光线下功能良好，而视锥细胞在强光下功能良好。视杆细胞吸收所有类型的光，并提供单色视觉，而视锥细胞吸收红色、蓝色和绿色，并发出彩色视觉（对波长的敏感性）。**视杆细胞聚集在一起，并将脉冲发送到同一个神经元，而视锥细胞则有各自的神经元。视锥细胞比视杆细胞具有更高的视觉精度。视杆细胞在视网膜中分布更广，而视锥细胞则集中在一起。视杆细胞处理视紫红质色素，而视锥细胞处理视黄醛色素。
概述视觉刺激在视网膜和视觉皮层中的处理过程
- 视网膜中的双极细胞整合视杆细胞和视锥细胞的脉冲，并将它们传递给视神经的感觉神经元（神经节细胞）。左右视神经在称为视交叉的结构处相遇。在这里，所有承载来自右视野脉冲的神经元都会分裂，并将脉冲传递到大脑的两个半球，反之亦然。结果，左视神经承载来自右视野一半的信息，反之亦然。脉冲首先由丘脑处理，然后传递到视觉皮层，在那里信息被处理成图像。
识别人耳的结构。
声音的感知 1. 鼓膜 当声波到达外耳末端的鼓膜时，它们会使鼓膜振动。振动包括鼓膜快速地向中耳移动和远离中耳。鼓膜的作用是从空气中拾取声音振动并将其传递到中耳。
2. 中耳骨 中耳有一系列非常小的骨骼，称为听小骨。每个听小骨都接触下一个听小骨。第一个听小骨连接到鼓膜，第三个听小骨连接到卵圆窗。听小骨的作用是将声波从鼓膜传递到卵圆窗。它们也充当杠杆，减小波的振幅，但增加其力，从而将声音放大约 20 倍。卵圆窗的尺寸比鼓膜小，这有助于放大。连接到听小骨的肌肉通过收缩来抑制听小骨的振动，从而保护耳朵免受响亮的声音。
3. 卵圆窗 这是一个膜状结构，类似于鼓膜。它将声波传递到充满耳蜗的液体。这种液体是不可压缩的，因此需要第二个膜状窗口，称为圆窗。当卵圆窗向耳蜗移动时，圆窗会远离它移动，因此耳蜗中的液体可以自由振动，其体积保持不变。
4. 耳蜗中的毛细胞 耳蜗由一个管子组成，缠绕成螺旋形。管内有膜，膜上附着称为毛细胞的受体。这些细胞具有毛束，从一个膜延伸到另一个膜。当声波穿过耳蜗中的液体时，毛束会振动。由于膜的宽度和厚度逐渐变化，因此可以区分不同频率的声音，因为每个毛束只与特定频率产生共振。当毛束振动时，毛细胞会通过突触发送信息，并通过听神经传递到大脑。
定义先天行为
- 先天行为是由基因遗传的行为，发生在该物种的所有成员中。从某种意义上说，动物天生就具有这种行为。
概述疼痛回缩反射和另一个人类脊髓反射
- 一只手意外地触碰到了导致疼痛的东西。这将刺激皮肤中的疼痛感受器。疼痛感受器将信息传递给感觉神经元，感觉神经元将其作为神经脉冲传递到脊髓的灰质。信息通过称为联络神经元的连接神经元在灰质中传递到运动神经元。运动神经元将信息传递到手臂的肌肉。信息刺激肌肉收缩，将手从危险中移开。这被称为反射弧。
膝跳反射 - 伸展感受器到感觉神经元到运动神经元到肌肉。
绘制脊髓及其脊神经的结构图，以显示反射弧的组成部分
概述瞳孔反射和一个颅神经反射
- 如果在眼睛上照射强光，两只眼睛的瞳孔都会收缩。视网膜中的光感受器细胞检测到光刺激。神经脉冲在视神经的感觉神经元中发送到大脑。脑干处理这些信息并发送脉冲到虹膜肌肉，虹膜肌肉会收缩。
- 打喷嚏 - 鼻腔刺激，感觉感受器，三叉神经（第五对），延髓，运动神经元，肌肉（腹肌），打喷嚏！
绘制大脑的总体结构，包括延髓、小脑、下丘脑、垂体和大脑半球
说明前面列出的每个脑部部位的功能。
- 延髓：控制无意识过程，包括呼吸频率。
- 小脑：帮助协调肌肉运动和平衡。
- 下丘脑：控制垂体中激素的分泌。
- 垂体：分泌激素
- 大脑半球：复杂的思维过程，如记忆、学习和解决问题。
讨论瞳孔反射在脑死亡检测中的应用
- 如果光刺激没有导致瞳孔收缩，则中枢神经系统最基本部分可能遭受严重损害。
定义趋性和运动性
解释每种行为的一个例子，说明这些反应如何提高动物的生存几率。
- 潮虫更适合生活在潮湿的环境中，因为它们在干燥的环境中容易脱水，因为它们的呼吸作用。它们具有的趋性确保它们在潮湿的环境中花费更多时间。
- 苍蝇幼虫远离光线。这确保它们留在死尸内部，那里有充足的食物和来自捕食者的保护。
讨论先天行为对动物生存的重要性。
- 先天行为是从父母遗传的基因。它们是通过自然选择发展起来的，因此适合于更好地使物种适应其环境。因此，它们提高了动物的生存几率。
定义经典条件反射。
- 经典条件反射是指动物行为由于外部刺激的联想而发生改变。
概述巴甫洛夫关于狗的条件反射实验。
- 伊凡·巴甫洛夫观察到狗在看到或尝到食物时会分泌唾液。肉的视觉或味道被称为非条件刺激，唾液分泌被称为非条件反射。然后，巴甫洛夫每次给狗喂食时都会敲响铃声，这是一种中性反应。铃声最终成为条件刺激，因为狗在听到铃声时会分泌唾液。狗将铃声与食物的到来联系起来。由于条件刺激引起的唾液分泌被称为条件反射。
定义操作性条件反射。
- 操作性条件反射是指由于在许多场合将强化作用与特定反应联系起来而产生的行为。
概述斯金纳关于操作性条件反射的实验。
- 斯金纳创造了一个“斯金纳箱”，将一只老鼠（或鸽子）放入其中，按下杠杆后就会送出食物来喂老鼠。一只饥饿的老鼠被放在箱子里，它最终会意外地按下杠杆，并学会将按下杠杆与食物奖励联系起来。食物奖励是强化物，按下杠杆是操作性反应。强化物给得越快，操作性条件反射形成得越快。当反应不总是给予时，条件反射形成得更强。
定义印记。
- 印记是在发育的敏感时期，对刺激学习一种反应。
概述洛伦茨关于鹅的印记实验。
- 洛伦茨将一只母鹅下的蛋中的一半取走并孵化。当它们孵化出来后，他观察了一段时间，这样他就是小鹅看到的第一件移动物体。然后，小鹅将他与它们的母亲联系起来，因此跟着洛伦茨到处跑，甚至在成熟后还试图与人类交配。与母鹅一起孵化的鸟类正常发育。小鹅能够过滤外部刺激，将移动物体识别为标志刺激，识别标志刺激的能力被称为先天释放机制。印记使动物能够学会对环境中的重要刺激做出反应，而忽略其他刺激。印记是物种特异性（先天）行为。
讨论学习过程如何提高生存几率。
- 鸟类可以避免品尝黑色和橙色的毛毛虫，帝王蝶。
- 灰熊可以学会如何捕捉鲑鱼。
- 小鹅学会了它们的母亲是谁，并通过和母亲呆在一起来躲避捕食者。
列举三种表现出社会行为的动物的例子。
- 蚂蚁、蜜蜂和白蚁。
描述蜜蜂群体的社会组织。
- 蜜蜂有三个等级，它们有不同的任务。群体中的单个蜂后必须产卵。工蜂做一些维护群体的工作。雄蜂不做任何有助于群体生存的工作。然而，如果它们成功地与处女蜂后交配，它们就会将群体的基因传播到新的群体中。工蜂在处女蜂后可用的季节末将雄蜂从群体中赶出去。
以两个例子讨论利他行为在社会组织中的作用。
- 狼 - 在一群狼中，有一只占主导地位的雄性和雌性是唯一的繁殖者，而群体中的其他成员则狩猎并带回食物给繁殖对。
- 裸鼹鼠 - 存在繁殖的雄性和雌性，挖掘者（挖掘隧道并提供食物）和保护者，他们在面对捕食者时会牺牲自己的生命。这个概念是，牺牲者会通过保护交配对间接地将自己的基因传递下去。
ANS 由交感神经和副交感神经组成。
交感神经和副交感神经系统的作用很大程度上是相互拮抗的——也就是说，副交感神经可能刺激交感神经抑制的身体机能。
ANS 服务于心脏、血管、平滑肌和消化系统。
它们的作用比较如下
副交感神经 主要负责使身体平静并将其重点转移回自我维护功能。起源于下脑和脊髓底部。刺激唾液腺。收缩瞳孔。减慢心跳。
交感神经 与唤醒和能量产生有关，侧重于特定功能。起源于脊髓中部。抑制唾液腺分泌。扩张瞳孔。加速心跳。
讨论大脑有意识部分的影响与自动反射之间的关系，如膀胱或肛门控制、冥想和瑜伽——这基本上意味着一个人可以覆盖自动反射（例如，通过集中注意力）。
指出周围神经系统 (PNS) 的突触根据使用的神经递质进行分类，包括乙酰胆碱和去甲肾上腺素。——周围神经系统的突触根据使用的神经递质进行分类。胆碱能突触使用乙酰胆碱，肾上腺素能突触使用去甲肾上腺素。大多数肾上腺素能突触是交感神经，大多数胆碱能突触是副交感神经。
解释突触前神经元如何通过突触后膜的去极化或超极化来促进或抑制突触后传递。——突触前神经元可以通过突触后膜的去极化来促进突触后传递。它通过使钠离子或其他带正电荷的离子进入突触后神经元来实现，从而帮助其去极化并引起动作电位。这被称为兴奋性突触。——突触前神经元可以通过突触后膜的超极化来抑制突触后传递。当负氯离子移动到突触后神经元时，就会发生这种情况，从而增加极化。这被称为超极化，它使突触后神经元更难去极化到足以引起动作电位的程度。这些突触被称为抑制性突触。
概述疼痛的感觉方式以及内啡肽和脑啡肽如何作为止痛药的作用。——疼痛感受器位于皮肤和器官上。疼痛信号沿这些神经末梢以及脊髓上的神经纤维传递。信号通过突触传递到将它们向上传递到脑干或丘脑的神经元。信号可能在其他神经元中继续传递到大脑皮层的体感区，引起意识疼痛。——内啡肽和脑啡肽通过阻止疼痛信号传递到大脑来发挥止痛作用。脑啡肽阻断突触前神经元膜中的钙通道。它们阻断突触传递，因此信息无法到达大脑。内啡肽由垂体释放以控制疼痛。它们被传递到大脑并与疼痛感受器结合，阻断用于将疼痛信号传递到大脑的神经递质的释放。
概述帕金森病的症状以及多巴胺的参与。——帕金森病是由大脑某一部分（称为黑质）中的神经元死亡引起的。这些神经元在控制肌肉收缩的突触处释放多巴胺。释放多巴胺的突触是抑制性的。没有多巴胺，肌肉收缩就无法得到适当的控制，这会导致帕金森病的症状。帕金森病的早期症状包括感到颤抖和疲倦以及注意力不集中。最终，身体会变得僵硬，因为拮抗肌无法放松。不受控制的颤抖会影响手部和身体的其他部位，动作变得非常缓慢。
解释精神活性药物通过增加或减少突触传递来影响大脑和性格。——精神活性药物通过增加或减少突触传递来影响大脑和性格。它们通过以下方式实现：1）有些药物充当神经递质，并与突触后膜中该神经递质的受体结合。它们阻断受体，阻止神经递质发挥其正常作用；2）有些药物与神经递质具有相同的作用，但与神经递质不同的是，它们在与受体结合后不会被分解，因此作用持续更长的时间；最后，3）有些药物会干扰神经递质在突触中的分解，延长神经递质的作用。
讨论兴奋性精神活性药物尼古丁、可卡因和苯丙胺的行为影响。——兴奋性精神活性药物尼古丁的行为影响据说具有镇静作用，因此尼古丁水平升高会减少对尼古丁的渴望。兴奋性精神活性药物可卡因的行为影响是警觉、精力充沛和健谈。兴奋性精神活性药物苯丙胺的行为影响与可卡因相似，但通常持续时间更长。使用者经常变得具有攻击性和过度活跃。一种苯丙胺是摇头丸，它通常会促进同理心、开放性和关怀的感觉。它会降低攻击性并增加性行为。
讨论抑制性精神活性药物苯二氮卓类药物、大麻和酒精的行为影响。--抑制性精神活性药物苯二氮卓类药物的行为影响是放松感和焦虑减轻。高剂量会导致嗜睡、言语不清和肌肉协调能力下降。抑制性精神活性药物大麻的行为影响是感官感知强度的增加。抑制性精神活性药物酒精的行为影响据说可以减少抑制，使人们更加健谈和自信。它会损害反应时间和精细的肌肉协调能力。大量服用会导致记忆力下降、言语不清、失去平衡和肌肉协调能力差。