IB 生物/選修 E - 神經生物學與行為
說明動物的行為與環境背景相關
說明先天行為是在獨立於環境背景下發展的，而習得行為則反映了個體在發育過程中經歷的條件。
解釋自然選擇在行為模式發展中的作用
- 生物體可能會發展出某種行為，使其更適應其環境。例如，習得行為使物種能夠輕鬆地獲取食物。擁有某種行為將增加物種及其後代生存的可能性，因此越來越多的物種將發展出這種行為。
以鳥類或動物物種為例，分別解釋以下行為型別：遷徙、梳理、交流、求偶和配偶選擇。
- 遷徙：北極燕鷗、燕子、白鸛、藍鯨
- 梳理：恆河猴會互相梳理。這是一種尊敬的表現，因為地位較低的成員會為地位較高的成員梳理毛髮。此外，由於在梳理過程中會釋放內啡肽，梳理對猴子來說可能是會上癮的
- 交流：鳥鳴、警報反應以及狼和赤鹿的等級支配模式
- 求偶：雄性展示（例如：孔雀、綠頭鴨、大鳳頭潛鳥、藍腳鰹鳥）
- 配偶選擇：領地和鳴叫（鳥類）或格鬥（雄鹿）
解釋行為研究中需要定量資料的理由
- 動物行為研究通常從研究人員的仔細觀察開始。這些仔細的觀察使我們能夠了解一個物種的自然史，並常常導致形成假設。從這裡，我們可以透過收集定量資料來檢驗假設。然後，根據這些資料，我們可以透過統計檢驗來確定資料的置信水平。
說明感覺感受器充當能量轉換器
- 感覺感受器充當能量轉換器。所有感覺感受器都將來自刺激的能量轉換為神經脈衝的電能。動物的行為是動物對環境作出的反應，涉及感知來自該環境的刺激。然後，它們使用感覺感受器，因此所有能量轉換器。
說明人類感覺感受器被歸類為機械感受器、化學感受器、溫度感受器或光感受器。
- 人類感覺感受器被歸類為機械感受器、化學感受器、溫度感受器或光感受器。
描述前面提到的每個術語的含義，並參考每種型別感受器的一個命名例項
- 機械感受器：感知運動、聲音等形式的機械能。一個例子是內耳中的毛細胞，當聲音使它們振動時，它們會向大腦傳送神經脈衝。
- 化學感受器：感知化學物質。當化學物質與鼻腔中的神經細胞結合時，這些神經細胞會向大腦傳送脈衝。
- 溫度感受器：感知溫度。皮膚中的冷熱末梢會向大腦或脊髓傳送資訊。
- 光感受器：感知光。當眼球中的視杆細胞和視錐細胞吸收光時，它們會向大腦傳送資訊。
繪製人眼結構圖
標註人眼視網膜結構圖
區分視杆細胞和視錐細胞
- **視杆細胞在微弱的光線下功能良好，而視錐細胞在強光下功能良好。視杆細胞吸收所有型別的光，並提供單色視覺，而視錐細胞吸收紅色、藍色和綠色，併發出彩色視覺（對波長的敏感性）。**視杆細胞聚集在一起，並將脈衝傳送到同一個神經元，而視錐細胞則有各自的神經元。視錐細胞比視杆細胞具有更高的視覺精度。視杆細胞在視網膜中分佈更廣，而視錐細胞則集中在一起。視杆細胞處理視紫紅質色素，而視錐細胞處理視黃醛色素。
概述視覺刺激在視網膜和視覺皮層中的處理過程
- 視網膜中的雙極細胞整合視杆細胞和視錐細胞的脈衝，並將它們傳遞給視神經的感覺神經元（神經節細胞）。左右視神經在稱為視交叉的結構處相遇。在這裡，所有承載來自右視野脈衝的神經元都會分裂，並將脈衝傳遞到大腦的兩個半球，反之亦然。結果，左視神經承載來自右視野一半的資訊，反之亦然。脈衝首先由丘腦處理，然後傳遞到視覺皮層，在那裡資訊被處理成影像。
識別人耳的結構。
聲音的感知 1. 鼓膜 當聲波到達外耳末端的鼓膜時，它們會使鼓膜振動。振動包括鼓膜快速地向中耳移動和遠離中耳。鼓膜的作用是從空氣中拾取聲音振動並將其傳遞到中耳。
2. 中耳骨 中耳有一系列非常小的骨骼，稱為聽小骨。每個聽小骨都接觸下一個聽小骨。第一個聽小骨連線到鼓膜，第三個聽小骨連線到卵圓窗。聽小骨的作用是將聲波從鼓膜傳遞到卵圓窗。它們也充當槓桿，減小波的振幅，但增加其力，從而將聲音放大約 20 倍。卵圓窗的尺寸比鼓膜小，這有助於放大。連線到聽小骨的肌肉透過收縮來抑制聽小骨的振動，從而保護耳朵免受響亮的聲音。
3. 卵圓窗 這是一個膜狀結構，類似於鼓膜。它將聲波傳遞到充滿耳蝸的液體。這種液體是不可壓縮的，因此需要第二個膜狀視窗，稱為圓窗。當卵圓窗向耳蝸移動時，圓窗會遠離它移動，因此耳蝸中的液體可以自由振動，其體積保持不變。
4. 耳蝸中的毛細胞 耳蝸由一個管子組成，纏繞成螺旋形。管內有膜，膜上附著稱為毛細胞的受體。這些細胞具有毛束，從一個膜延伸到另一個膜。當聲波穿過耳蝸中的液體時，毛束會振動。由於膜的寬度和厚度逐漸變化，因此可以區分不同頻率的聲音，因為每個毛束只與特定頻率產生共振。當毛束振動時，毛細胞會透過突觸發送資訊，並透過聽神經傳遞到大腦。
定義先天行為
- 先天行為是由基因遺傳的行為，發生在該物種的所有成員中。從某種意義上說，動物天生就具有這種行為。
概述疼痛回縮反射和另一個人類脊髓反射
- 一隻手意外地觸碰到了導致疼痛的東西。這將刺激皮膚中的疼痛感受器。疼痛感受器將資訊傳遞給感覺神經元，感覺神經元將其作為神經脈衝傳遞到脊髓的灰質。資訊透過稱為聯絡神經元的連線神經元在灰質中傳遞到運動神經元。運動神經元將資訊傳遞到手臂的肌肉。資訊刺激肌肉收縮，將手從危險中移開。這被稱為反射弧。
膝跳反射 - 伸展感受器到感覺神經元到運動神經元到肌肉。
繪製脊髓及其脊神經的結構圖，以顯示反射弧的組成部分
概述瞳孔反射和一個顱神經反射
- 如果在眼睛上照射強光，兩隻眼睛的瞳孔都會收縮。視網膜中的光感受器細胞檢測到光刺激。神經脈衝在視神經的感覺神經元中傳送到大腦。腦幹處理這些資訊併發送脈衝到虹膜肌肉，虹膜肌肉會收縮。
- 打噴嚏 - 鼻腔刺激，感覺感受器，三叉神經（第五對），延髓，運動神經元，肌肉（腹肌），打噴嚏！
繪製大腦的總體結構，包括延髓、小腦、下丘腦、垂體和大腦半球
說明前面列出的每個腦部部位的功能。
- 延髓：控制無意識過程，包括呼吸頻率。
- 小腦：幫助協調肌肉運動和平衡。
- 下丘腦：控制垂體中激素的分泌。
- 垂體：分泌激素
- 大腦半球：複雜的思維過程，如記憶、學習和解決問題。
討論瞳孔反射在腦死亡檢測中的應用
- 如果光刺激沒有導致瞳孔收縮，則中樞神經系統最基本部分可能遭受嚴重損害。
定義趨性和運動性
解釋每種行為的一個例子，說明這些反應如何提高動物的生存機率。
- 潮蟲更適合生活在潮溼的環境中，因為它們在乾燥的環境中容易脫水，因為它們的呼吸作用。它們具有的趨性確保它們在潮溼的環境中花費更多時間。
- 蒼蠅幼蟲遠離光線。這確保它們留在死屍內部，那裡有充足的食物和來自捕食者的保護。
討論先天行為對動物生存的重要性。
- 先天行為是從父母遺傳的基因。它們是透過自然選擇發展起來的，因此適合於更好地使物種適應其環境。因此，它們提高了動物的生存機率。
定義經典條件反射。
- 經典條件反射是指動物行為由於外部刺激的聯想而發生改變。
概述巴甫洛夫關於狗的條件反射實驗。
- 伊凡·巴甫洛夫觀察到狗在看到或嚐到食物時會分泌唾液。肉的視覺或味道被稱為非條件刺激，唾液分泌被稱為非條件反射。然後，巴甫洛夫每次給狗餵食時都會敲響鈴聲，這是一種中性反應。鈴聲最終成為條件刺激，因為狗在聽到鈴聲時會分泌唾液。狗將鈴聲與食物的到來聯絡起來。由於條件刺激引起的唾液分泌被稱為條件反射。
定義操作性條件反射。
- 操作性條件反射是指由於在許多場合將強化作用與特定反應聯絡起來而產生的行為。
概述斯金納關於操作性條件反射的實驗。
- 斯金納創造了一個“斯金納箱”，將一隻老鼠（或鴿子）放入其中，按下槓桿後就會送出食物來喂老鼠。一隻飢餓的老鼠被放在箱子裡，它最終會意外地按下槓桿，並學會將按下槓桿與食物獎勵聯絡起來。食物獎勵是強化物，按下槓桿是操作性反應。強化物給得越快，操作性條件反射形成得越快。當反應不總是給予時，條件反射形成得更強。
定義印記。
- 印記是在發育的敏感時期，對刺激學習一種反應。
概述洛倫茨關於鵝的印記實驗。
- 洛倫茨將一隻母鵝下的蛋中的一半取走並孵化。當它們孵化出來後，他觀察了一段時間，這樣他就是小鵝看到的第一件移動物體。然後，小鵝將他與它們的母親聯絡起來，因此跟著洛倫茨到處跑，甚至在成熟後還試圖與人類交配。與母鵝一起孵化的鳥類正常發育。小鵝能夠過濾外部刺激，將移動物體識別為標誌刺激，識別標誌刺激的能力被稱為先天釋放機制。印記使動物能夠學會對環境中的重要刺激做出反應，而忽略其他刺激。印記是物種特異性（先天）行為。
討論學習過程如何提高生存機率。
- 鳥類可以避免品嚐黑色和橙色的毛毛蟲，帝王蝶。
- 灰熊可以學會如何捕捉鮭魚。
- 小鵝學會了它們的母親是誰，並透過和母親呆在一起來躲避捕食者。
列舉三種表現出社會行為的動物的例子。
- 螞蟻、蜜蜂和白蟻。
描述蜜蜂群體的社會組織。
- 蜜蜂有三個等級，它們有不同的任務。群體中的單個蜂后必須產卵。工蜂做一些維護群體的工作。雄蜂不做任何有助於群體生存的工作。然而，如果它們成功地與處女蜂后交配，它們就會將群體的基因傳播到新的群體中。工蜂在處女蜂后可用的季節末將雄蜂從群體中趕出去。
以兩個例子討論利他行為在社會組織中的作用。
- 狼 - 在一群狼中，有一隻占主導地位的雄性和雌性是唯一的繁殖者，而群體中的其他成員則狩獵並帶回食物給繁殖對。
- 裸鼴鼠 - 存在繁殖的雄性和雌性，挖掘者（挖掘隧道並提供食物）和保護者，他們在面對捕食者時會犧牲自己的生命。這個概念是，犧牲者會透過保護交配對間接地將自己的基因傳遞下去。
ANS 由交感神經和副交感神經組成。
交感神經和副交感神經系統的作用很大程度上是相互拮抗的——也就是說，副交感神經可能刺激交感神經抑制的身體機能。
ANS 服務於心臟、血管、平滑肌和消化系統。
它們的作用比較如下
副交感神經 主要負責使身體平靜並將其重點轉移回自我維護功能。起源於下腦和脊髓底部。刺激唾液腺。收縮瞳孔。減慢心跳。
交感神經 與喚醒和能量產生有關，側重於特定功能。起源於脊髓中部。抑制唾液腺分泌。擴張瞳孔。加速心跳。
討論大腦有意識部分的影響與自動反射之間的關係，如膀胱或肛門控制、冥想和瑜伽——這基本上意味著一個人可以覆蓋自動反射（例如，透過集中注意力）。
指出周圍神經系統 (PNS) 的突觸根據使用的神經遞質進行分類，包括乙醯膽鹼和去甲腎上腺素。——周圍神經系統的突觸根據使用的神經遞質進行分類。膽鹼能突觸使用乙醯膽鹼，腎上腺素能突觸使用去甲腎上腺素。大多數腎上腺素能突觸是交感神經，大多數膽鹼能突觸是副交感神經。
解釋突觸前神經元如何透過突觸後膜的去極化或超極化來促進或抑制突觸後傳遞。——突觸前神經元可以透過突觸後膜的去極化來促進突觸後傳遞。它透過使鈉離子或其他帶正電荷的離子進入突觸後神經元來實現，從而幫助其去極化並引起動作電位。這被稱為興奮性突觸。——突觸前神經元可以透過突觸後膜的超極化來抑制突觸後傳遞。當負氯離子移動到突觸後神經元時，就會發生這種情況，從而增加極化。這被稱為超極化，它使突觸後神經元更難去極化到足以引起動作電位的程度。這些突觸被稱為抑制性突觸。
概述疼痛的感覺方式以及內啡肽和腦啡肽如何作為止痛藥的作用。——疼痛感受器位於皮膚和器官上。疼痛訊號沿這些神經末梢以及脊髓上的神經纖維傳遞。訊號透過突觸傳遞到將它們向上傳遞到腦幹或丘腦的神經元。訊號可能在其他神經元中繼續傳遞到大腦皮層的體感區，引起意識疼痛。——內啡肽和腦啡肽透過阻止疼痛訊號傳遞到大腦來發揮止痛作用。腦啡肽阻斷突觸前神經元膜中的鈣通道。它們阻斷突觸傳遞，因此資訊無法到達大腦。內啡肽由垂體釋放以控制疼痛。它們被傳遞到大腦並與疼痛感受器結合，阻斷用於將疼痛訊號傳遞到大腦的神經遞質的釋放。
概述帕金森病的症狀以及多巴胺的參與。——帕金森病是由大腦某一部分（稱為黑質）中的神經元死亡引起的。這些神經元在控制肌肉收縮的突觸處釋放多巴胺。釋放多巴胺的突觸是抑制性的。沒有多巴胺，肌肉收縮就無法得到適當的控制，這會導致帕金森病的症狀。帕金森病的早期症狀包括感到顫抖和疲倦以及注意力不集中。最終，身體會變得僵硬，因為拮抗肌無法放鬆。不受控制的顫抖會影響手部和身體的其他部位，動作變得非常緩慢。
解釋精神活性藥物透過增加或減少突觸傳遞來影響大腦和性格。——精神活性藥物透過增加或減少突觸傳遞來影響大腦和性格。它們透過以下方式實現：1）有些藥物充當神經遞質，並與突觸後膜中該神經遞質的受體結合。它們阻斷受體，阻止神經遞質發揮其正常作用；2）有些藥物與神經遞質具有相同的作用，但與神經遞質不同的是，它們在與受體結合後不會被分解，因此作用持續更長的時間；最後，3）有些藥物會干擾神經遞質在突觸中的分解，延長神經遞質的作用。
討論興奮性精神活性藥物尼古丁、可卡因和苯丙胺的行為影響。——興奮性精神活性藥物尼古丁的行為影響據說具有鎮靜作用，因此尼古丁水平升高會減少對尼古丁的渴望。興奮性精神活性藥物可卡因的行為影響是警覺、精力充沛和健談。興奮性精神活性藥物苯丙胺的行為影響與可卡因相似，但通常持續時間更長。使用者經常變得具有攻擊性和過度活躍。一種苯丙胺是搖頭丸，它通常會促進同理心、開放性和關懷的感覺。它會降低攻擊性並增加性行為。
討論抑制性精神活性藥物苯二氮卓類藥物、大麻和酒精的行為影響。--抑制性精神活性藥物苯二氮卓類藥物的行為影響是放鬆感和焦慮減輕。高劑量會導致嗜睡、言語不清和肌肉協調能力下降。抑制性精神活性藥物大麻的行為影響是感官感知強度的增加。抑制性精神活性藥物酒精的行為影響據說可以減少抑制，使人們更加健談和自信。它會損害反應時間和精細的肌肉協調能力。大量服用會導致記憶力下降、言語不清、失去平衡和肌肉協調能力差。