110 年 國立政治大學心理學系碩士班實驗與發展組《知覺與生理心理學》
第 一 題5 分
視覺系統對於外界訊息的處理,在不同階段產生不同的視覺表徵 (representation),視覺神經系統的反應型態,亦可視為視覺表徵。以凝視著一棵樹的垂直樹幹為例,請說明此一視覺刺激,在視覺皮質第一區 (V1) 將形成什麼視覺表徵?試參考 V1 的組織特性加以說明。
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本題主要在探討視覺訊息在視覺皮質第一區 (V1) 的處理與表徵。V1 是視覺系統接收外部視覺訊息的第一站,其組織特性對於理解視覺表徵至關重要。
核心觀念:
視覺皮質 V1 的組織特性,如感受野、方向選擇性、眼優勢結構等,如何影響對視覺刺激的表徵。
解題思路:
- V1 的基本組織單位:V1 中的神經元具有特定的感受野 (receptive fields),對特定空間頻率、方向和顏色的光線敏感。
- 方向選擇性 (Orientation Selectivity):V1 中的許多神經元對特定方向的線條或邊緣有最大的反應。這是 V1 的關鍵組織特性之一。
- 感受野的層次性:從較簡單的細胞(如 Hubel & Wiesel 發現的簡單細胞和複雜細胞)到更複雜的細胞,V1 能夠從簡單的特徵(如線條的特定方向)構建出更複雜的表徵。
- 視覺刺激的表徵:當我們凝視一棵樹的垂直樹幹時,V1 中的神經元會根據其感受野和方向選擇性來反應。對垂直方向敏感的神經元將會被活化。
詳解:
當凝視一棵樹的垂直樹幹時,此視覺刺激的訊息會傳遞到視覺皮質的第一區 (V1)。在 V1 中,視覺訊息會被分解成基本元素進行處理。
V1 的一個關鍵組織特性是方向選擇性 (orientation selectivity)。
第 二 題10 分
續上題,若所凝視的樹幹,部分被招牌擋住,以致於視網膜上樹幹的影像並不完整,然而觀察者仍可毫不費力的知覺到完整的樹幹。請說明:(1)根據完形 (Gestalt) 心理學派的觀點,何種知覺組織原則可解釋此一現象?(2)若根據 Helmholtz 的無意識推理 (unconscious inference) 理論,上述知覺結果如何產生?
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本題探討視覺感知中的「部分被遮蔽但仍能感知完整物體」的現象,並從完形心理學和 Helmholtz 的無意識推理理論兩個不同角度進行解釋。
核心觀念:
- 完形心理學 (Gestalt Psychology):強調「整體大於部分之和」,提出一系列知覺組織原則,說明大腦如何將零散的感覺訊息組織成有意義的整體。
- Helmholtz 的無意識推理 (Unconscious Inference):認為感知是基於過去經驗的「最佳推論」,大腦在無意識中利用感覺訊息和先驗知識來建構對世界的理解。
解題思路:
(1) 完形心理學觀點:
- 回想完形心理學中的知覺組織原則,例如:封閉原則 (Law of Closure)、連續原則 (Law of Continuity)、接近原則 (Law of Proximity)、相似原則 (Law of Similarity) 等。
- 思考哪一個或哪些原則最能解釋「部分被遮蔽但感知完整」的現象。
(2) Helmholtz 的無意識推理觀點:
- 理解 Helmholtz 的核心思想:感知不是被動接收,而是大腦主動建構的過程。
- 思考大腦如何利用「部分」的視覺訊息,結合「先前經驗」或「對世界的假設」,來「推論」出完整的物體。
詳解:
(1) 根據完形心理學派的觀點:
此現象可以用完形心理學的封閉原則 (Law of Closure) 來解釋。封閉原則指出,人們傾向於將不完整的圖形或片段感知為一個封閉、完整的圖形。即使樹幹的一部分被招牌遮蔽,導致視網膜上的影像不完整,我們的大腦會自動地「補全」缺失的部分,將其感知為一個完整的樹幹。
第 三 題10 分
若飛機的自動駕駛系統故障,駕駛員只能手動控制降落,這時有何視覺訊息可幫助操控,以及判斷飛機是否可安全降落而不致墜毀?試以相關理論加以說明。
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本題考驗學生對於飛行員在手動降落情境下,如何利用視覺訊息進行操控與判斷,並連結相關的感知與認知理論。
核心觀念:
- 視覺訊息的種類:在飛行操作中,有哪些關鍵的視覺訊息來源。
- 深度與距離感知:如何感知飛機與跑道之間的距離、高度,以及相對位置。
- 運動訊息:如何感知飛機的運動狀態(下降率、傾斜角度等)。
- 注意力與工作記憶:如何在壓力下有效處理這些訊息。
- 相關理論:例如 Gibson 的生態心理學 (ecological psychology) 中的輔助性 (affordances) 概念,或傳統的深度與大小知覺理論。
解題思路:
- 識別關鍵視覺訊息:列出飛行員在降落時需要觀察的視覺線索。
- 連結感知理論:解釋這些視覺線索如何被處理和理解,並引用相關理論。
- 說明判斷依據:闡述如何透過這些訊息來判斷飛機的狀態以及降落的安全性。
詳解:
當飛機自動駕駛系統故障,駕駛員需要手動降落時,視覺訊息扮演著至關重要的角色,它提供了關於飛機姿態、位置、速度以及與環境相對關係的關鍵資訊,幫助駕駛員進行操控並判斷降落的安全性。
可幫助操控的視覺訊息與相關理論:
- 跑道本身及周遭環境的視覺線索:
- 跑道的幾何形狀與透視線 (Perspective Cues):跑道在視覺上會呈現為兩條向遠方匯聚的線條,其匯聚的速度和角度可以提供關於飛機與跑道相對位置和下降率的線索。例如,若跑道在視野中快速變大,表示飛機下降過快;若跑道遠離視野中心,表示飛機偏離了跑道軸線。
- 地面紋理的密度變化 (Texture Gradients):跑道表面、周圍的地面紋理(如草地、建築物)在視野中的密度會隨著距離增加而增加。這種密度的變化提供了一種關於距離和相對高度的線索。
- 物體大小的相對變化 (Relative Size):已知大小的物體(如跑道燈、標誌牌)在視野中的大小,可以提供關於距離的線索。距離越遠,物體看起來越小。
- 運動視差 (Motion Parallax):當飛機移動時,近處的物體在視野中移動得比遠處的物體快。例如,觀察跑道燈的移動速度,可以判斷飛機相對於這些燈的移動速度和方向。
- Gibson 的生態心理學觀點:根據 James J. Gibson 的生態心理學,環境提供了豐富的「輔助性」(affordances),即環境提供的、對行動者有意義的潛在行為機會。跑道本身就提供了「著陸」的輔助性。
第 四 題10 分
大小知覺與深度知覺有何關聯性?試說明其關聯性,並舉出一項與深度知覺有關的大小錯覺加以說明。
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本題旨在探討視覺感知中,大小知覺與深度知覺之間的緊密聯繫,並要求舉例說明。
核心觀念:
- 大小知覺 (Size Perception):我們如何判斷物體的大小。
- 深度知覺 (Depth Perception):我們如何感知物體與我們之間的距離。
- 兩者關聯:深度訊息如何影響我們對物體大小的判斷,反之亦然。
- 視覺錯覺 (Visual Illusions):利用或顛倒這些感知機制而產生的現象。
解題思路:
- 解釋關聯性:說明深度訊息如何作為判斷大小的關鍵線索,以及大小訊息在某些情況下如何反過來影響深度判斷。
- 舉例說明:選擇一個與深度知覺相關的、能導致大小錯覺的經典例子。
- 解釋錯覺:詳細說明該錯覺是如何產生的,並與深度和大小知覺的關聯性連結。
詳解:
大小知覺與深度知覺的關聯性:
大小知覺與深度知覺之間存在著非常密切的關聯性,兩者常常相互影響,共同作用於我們對三維世界的感知。
-
深度訊息影響大小知覺:我們對物體實際大小的判斷,很大程度上依賴於我們對其距離的估計。一個物體在視網膜上形成的影像大小(視網膜影像大小,retinal image size)是判斷物體大小的基礎。然而,如果我們知道或估計到一個物體離我們很遠,即使它在視網膜上的影像很小,我們也會判斷它實際很大。反之,如果一個物體離我們很近,即使它在視網膜上的影像較大,我們也可能判斷它實際不大。這意味著,深度訊息(距離)的估計,會被用來「校正」由視網膜影像大小所提供的原始大小訊息,從而得出對物體實際大小的判斷。這可以用恆常性 (Constancy) 的概念來解釋,特別是大小恆常性 (Size Constancy)。我們感知到物體的大小,在很大程度上是恆定的,不受距離變化影響,這就是因為我們的大腦會根據深度訊息來調整對影像大小的解釋。
-
大小訊息影響深度知覺:在某些情況下,我們對物體大小的預期或判斷,也可能反過來影響我們對其距離的感知。例如,如果我們遇到一個「看起來」非常小的物體,而我們預期這個類型的物體應該是較大的,那麼我們可能會推斷這個物體離我們很遠。
與深度知覺有關的大小錯覺:
一個經典的、與深度知覺有關的大小錯覺是蒙納錯覺 (Müller-Lyer Illusion),但它主要涉及線條長度的判斷,而與深度感知關聯較少。
第 五 題10 分
當人們正在專心進行複雜的電腦遊戲時,附近出現大音量的噪音並不會造成強烈干擾,然而在進行簡單的遊戲時,同樣的聲音却會產生較大的干擾。試以注意力 (attention) 相關理論觀點,解釋此一現象。
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本題考查學生對注意力理論的理解,特別是注意力資源分配、選擇性注意等概念,如何解釋在不同複雜度任務下,外界干擾對注意力的影響。
核心觀念:
- 注意力資源 (Attentional Resources):認為注意力是一種有限的資源,可以分配給不同的任務。
- 任務複雜度 (Task Complexity):任務的難易程度會影響其所需的注意力資源。
- 選擇性注意 (Selective Attention):指在眾多刺激中,能夠選擇性地關注某些刺激,而忽略其他刺激的能力。
- 自動化歷程 (Automatic Processing) vs. 控制歷程 (Controlled Processing):自動化歷程所需注意力資源少,易於與其他任務並行;控制歷程則需要較多注意力資源,且易受干擾。
解題思路:
- 定義任務複雜度:區分「複雜電腦遊戲」和「簡單電腦遊戲」在注意力需求上的差異。
- 連結注意力理論:運用注意力資源模型或自動化/控制處理的觀點,解釋為何不同複雜度的任務對噪音的容忍度不同。
- 闡述干擾機制:說明噪音作為一種干擾刺激,如何與任務本身爭奪注意力資源,以及任務複雜度如何影響這種競爭的結果。
詳解:
此現象可以用注意力資源理論和自動化處理理論來解釋。
1. 注意力資源理論 (Attentional Resource Theory):
根據注意力資源理論,我們擁有一種有限的注意力資源池,這些資源可以分配給不同的任務。任務的複雜度越高,所需的注意力資源就越多。
-
複雜電腦遊戲:進行複雜的電腦遊戲需要高度集中的注意力,因為它涉及多個訊息通道的處理(視覺、聽覺、運動控制)、快速決策、策略規劃以及對大量變化的反應。因此,這個任務會「消耗」大量的注意力資源。當出現大音量噪音時,噪音本身也需要消耗一部分注意力資源來處理。然而,由於複雜遊戲本身已經佔用了幾乎所有的注意力資源,能夠分配給噪音的資源就相對較少,使得噪音的干擾作用被削弱。換句話說,複雜的遊戲任務「飽和」了我們的注意力資源,使得額外的干擾難以獲得足夠的注意力來產生顯著的影響。
-
簡單電腦遊戲:進行簡單的電腦遊戲所需的注意力資源相對較少。這類任務可能更為重複,操作更為簡單,決策壓力較小。因此,大部分注意力資源是閒置的或可以輕易地被轉移。當大音量噪音出現時,它會積極地爭奪這些未被佔用的注意力資源。
第 六 題5 分
當音響系統的頻寬不足時,可能造成較低頻率的基頻 (fundamental frequency) 聲音無法在此音響系統播出,然而這並不影響聽者知覺到的音高或音樂旋律。試以聽覺系統的特性,解釋此一現象。
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本題考查學生對聽覺系統如何處理聲音訊息,特別是基頻與泛音、音高感知與頻率成分之間關係的理解。
核心觀念:
- 基頻 (Fundamental Frequency, F0):聲音中最主要的、決定音高的頻率成分。
- 泛音 (Overtones/Harmonics):基頻的整數倍頻率成分,它們決定了聲音的音色 (timbre)。
- 音高感知 (Pitch Perception):主要由基頻決定,但泛音的組合也對音高有影響。
- 聽覺系統的頻率分析:內耳的基底膜 (basilar membrane) 如何進行頻率分析。
- 聽覺歷程的補償能力:聽覺系統如何在大腦層面「重建」或「推斷」缺失的訊息。
解題思路:
- 區分基頻與泛音:說明兩者的角色。
- 解釋音高感知:說明音高主要由基頻決定,但泛音也參與其中。
- 連結音響系統問題:說明頻寬不足只影響了「特定頻率範圍」的聲音播出,但可能並非所有泛音都受影響。
- 闡述大腦的補償機制:解釋即使基頻缺失,聽覺系統(特別是大腦)如何利用殘餘的泛音訊息,或基於對聲音結構的預期,來推斷出原有的基頻並感知到音高和旋律。
詳解:
這個現象可以從聽覺系統的頻率分析能力以及大腦對聲音訊息的「重建」能力來解釋。
1. 聽覺系統的頻率分析與音高感知:
- 基底膜的頻率分析:聲音進入內耳後,會引起基底膜 (basilar membrane) 的振動。基底膜的結構設計使其在不同位置對不同頻率的聲音反應最為敏感。靠近耳蝸入口 (base) 的部分對高頻聲音敏感,而靠近耳蝸頂端 (apex) 的部分則對低頻聲音敏感。這種物理結構使得基底膜能夠對進入的聲波進行頻率分解。
- 基頻與音高:我們感知到的音高 (pitch) 主要由聲音的基頻 (fundamental frequency, F0) 所決定。即使一個複雜的聲音(如樂器發出的音)包含許多泛音,但聽者感知到的音高通常對應於其基頻。
- 泛音與音色:聲音的音色 (timbre),即區分不同樂器或人聲的特徵,主要由聲音中各種泛音的強度和組合來決定。
第 一 題20 分
選擇題:(2% x 10 = 20%)
- Regarding to the relationship between brain and behavior, which of the following
statements is TRUE?
(a) Throughout the life span, behavioral function is totally determined by biological
factor (in genetic) as begun when the individual is born.
(b) The development of brain is based on the genetic code of each animal and not
influenced by environmental factor/change.
(c) The structure and function of the brain can be changed as resulted by the
individual dynamically adapts to the unpredictable environment for survival.
(d) The behavioral function may be changed due to the internal physiological factor
or the external environmental factor, however, that have no influence to re-shape the
structure of brain and re-adjust neural activity.
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本題考查生物心理學中關於大腦、行為與遺傳、環境互動的基本觀念。
核心觀念:
- 基因與環境的交互作用 (Gene-Environment Interaction):行為和腦的發展是基因和環境共同作用的結果,而非單一因素決定。
- 腦的可塑性 (Brain Plasticity):大腦的結構和功能可以隨著經驗、學習和環境的變化而改變。
- 行為的決定因素:行為是複雜的,受到生物(基因、神經化學、腦結構)、心理(認知、情感)和社會環境等多重因素的影響。
解題思路:
逐一分析每個選項,判斷其是否符合現代神經科學和行為科學的觀點。
詳解:
(a) Throughout the life span, behavioral function is totally determined by biological factor (in genetic) as begun when the individual is born.
此選項錯誤。行為功能並非「完全」由生物學因素(基因)決定,環境因素(經驗、學習、社會互動等)在個體一生中都扮演著重要角色。基因提供了潛力,但環境塑造了其發展和表現。
(b) The development of brain is based on the genetic code of each animal and not influenced by environmental factor/change.
此選項錯誤。
第 二 題20 分
選擇題:(2% x 10 = 20%)
2. Alzheimer's disease: depression =
(a) psychiatric disorder: neurological disorder
(b) neurological disorder: psychiatric disorder
(c) neurological disorder: neurological disorder
(d) psychiatric disorder : psychiatric disorder
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本題考查學生對神經科學和精神醫學中疾病分類的理解,特別是阿茲海默症和憂鬱症的性質。
核心觀念:
- 神經系統疾病 (Neurological Disorders):主要影響中樞神經系統(大腦、脊髓)的結構或功能,導致運動、感覺、認知、情緒等方面的異常。
- 精神疾病 (Psychiatric Disorders):主要影響情緒、思維、行為的心理狀態,其生物學基礎可能涉及神經化學、神經迴路異常,但最初的診斷和分類更多基於症狀學。
- 阿茲海默症 (Alzheimer's Disease):一種以記憶喪失、認知功能下降為主要特徵的神經退化性疾病,屬於神經系統疾病。
- 憂鬱症 (Depression):一種以持續的情緒低落、興趣減退為主要特徵的精神疾病,雖然其生物學基礎複雜,且可能與神經系統功能異常相關,但在傳統分類上屬於精神疾病。
解題思路:
判斷「阿茲海默症」和「憂鬱症」各自屬於哪一類疾病。
詳解:
- 阿茲海默症 (Alzheimer's Disease):這是一種典型的神經退化性疾病,其病理特徵包括大腦中類澱粉斑塊 (amyloid plaques) 和神經纖維糾結 (neurofibrillary tangles) 的沉積,
第 三 題20 分
選擇題:(2% x 10 = 20%)
3. Which of the following terms is related to that synapses grown stronger or weaker
depend on their effectiveness in driving their target cell?
(a) Kluver-Bucy syndrome
(b) Hebbian synapses
(c) hypofrontality hypothesis
(d) Pavlovian conditioning
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本題考查神經科學和學習理論中的關鍵概念,特別是突觸可塑性 (synaptic plasticity) 的機制。
核心觀念:
- 突觸可塑性 (Synaptic Plasticity):突觸連接的強度會根據其使用情況而改變。這是學習和記憶的生物學基礎。
- Hebb's Rule / Hebbian Synapses:由 Donald Hebb 提出的學習原則,其核心思想是「一起發火的神經元會連結在一起」(neurons that fire together, wire together)。當一個突觸的細胞 A 的活動能持續且重複地促使細胞 B 的細胞興奮時,這個突觸(A to B)的效率會增強。反之,如果 A 的活動不能有效地激發 B,則突觸效率可能減弱。
- Kluver-Bucy Syndrome:一種由於雙側顳葉(特別是杏仁核)損傷引起的綜合症,表現為情感淡漠、過度性行為、口慾、識別視覺物體困難等。與突觸強度變化無直接關聯。
- Hypofrontality Hypothesis:指前額葉皮質活動不足的假設,常與精神分裂症等疾病的某些症狀相關,與突觸強度隨有效性變化的機制無直接關聯。
第 四 題20 分
選擇題:(2% x 10 = 20%)
4. forebrain: hindbrain =
(a) thalamus: cerebellum
(b) basal ganglia: pons
(c) hypothalamus : pons
(d) all above
(e) none of above
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本題考查學生對大腦基本結構劃分及其主要組成部分的理解。
核心觀念:
-
大腦的三個主要部分:
- 前腦 (Forebrain):包括端腦 (telencephalon) 和間腦 (diencephalon)。
- 中腦 (Midbrain):
- 後腦 (Hindbrain):包括延腦 (myelencephalon) 和腦橋 (metencephalon)。
-
各部分的主要結構:
- 前腦 (Forebrain):
- 端腦 (Telencephalon):大腦皮質 (cerebral cortex)、基底核 (basal ganglia)、邊緣系統 (limbic system) 的大部分結構(如海馬迴、杏仁核)。
- 間腦 (Diencephalon):視丘 (thalamus)、下視丘 (hypothalamus)。
- 後腦 (Hindbrain):
- 延腦 (Myelencephalon):延髓 (medulla oblongata)。
- 腦橋 (Metencephalon):腦橋 (pons)、小腦 (cerebellum)。
- 前腦 (Forebrain):
解題思路:
根據大腦的劃分,判斷選項中的結構屬於前腦還是後腦,然後與題幹中的類比關係進行匹配。
詳解:
題幹要求的是「前腦 : 後腦」的類比。我們需要判斷選項中的結構分別屬於前腦還是後腦。
第 五 題20 分
選擇題:(2% x 10 = 20%)
5. The neurochemical condition of
disorder.
in the brain is associated to the anxiety
(a) too much dopamine
(b) short of dopamine
(c) too much GABA
(d) short of GABA
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本題考查學生對神經傳導物質與情緒、焦慮失調之間關係的理解。
核心觀念:
- 神經傳導物質 (Neurotransmitters):大腦中負責傳遞神經訊號的化學物質。
- GABA (Gamma-Aminobutyric Acid):一種主要的抑制性神經傳導物質。它能降低神經元的興奮性,具有鎮靜、抗焦慮的作用。
- 多巴胺 (Dopamine):與獎勵、動機、運動控制、情緒調節等有關。在焦慮中可能也扮演角色,但其主要作用與 GABA 不同。
- 焦慮失調 (Anxiety Disorders):一類以過度恐懼、擔憂為特徵的精神疾病。
解題思路:
判斷哪一種神經傳導物質的異常情況與焦慮的產生或加劇有關。特別要注意「抑制性」和「興奮性」神經傳導物質的作用。
詳解:
- GABA (Gamma-Aminobutyric Acid):GABA 是大腦中最主要的抑制性神經傳導物質。它通過抑制神經元的活動來減少神經系統的過度興奮。因此,GABA 的作用通常是鎮靜和抗焦慮的。
第 六 題20 分
選擇題:(2% x 10 = 20%)
6. A violent person with sever aggressive behavior is attributed to lower level of
than the normal subject.
(a) androgen
(b) estrogen
(c) 5-HT
(d) dopamine
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本題考查學生對神經化學物質與攻擊性行為之間關係的理解。
核心觀念:
- 攻擊性行為 (Aggressive Behavior):指意圖傷害他人或物的行為。
- 神經傳導物質與攻擊性:多種神經傳導物質和激素可能影響攻擊性。
- 血清素 (Serotonin, 5-HT):一種重要的單胺類神經傳導物質,與情緒調節、衝動控制、睡眠、食慾等有關。低水平的血清素與衝動性、攻擊性、暴力行為和自殺傾向有關。
- 多巴胺 (Dopamine):與獎勵、動機、運動有關,也可能在攻擊性行為中起作用,但其作用複雜,有時與攻擊性增強相關,有時則不然,且不如血清素那樣被廣泛視為衝動控制的關鍵調節者。
- 性激素 (Sex Hormones):如雄激素 (androgens, e.g., testosterone) 和雌激素 (estrogen)。雄激素(尤其是睾酮)與攻擊性行為之間存在關聯,但這種關聯是複雜的,並非簡單的「越多越攻擊」,且其作用可能受到性別、社會環境等多種因素影響。雌激素的作用則更為複雜,有時與攻擊性減弱有關。
解題思路:
評估哪個選項中的化學物質,其「較低水平」與「嚴重的攻擊性行為」最相關。
第 七 題20 分
選擇題:(2% x 10 = 20%)
7. The homeostasis of feeding, drinking, and sexual behaviors are mostly associated
to the
of the brain.
(a) cerebral cortex
(b) cerebellar cortex
(c) hippocampus
(d) hypothalamus
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本題考查學生對大腦結構與基本生理功能(特別是恆定性調節)之間關係的理解。
核心觀念:
- 恆定性 (Homeostasis):指生物體維持內在環境穩定的能力,以確保生理功能的正常運作。這包括調節體溫、血糖、水分、能量平衡等。
- 下視丘 (Hypothalamus):位於大腦的關鍵區域,在調節自主神經系統、內分泌系統以及許多基本生理行為(如飢餓、口渴、體溫、睡眠、性行為、情緒等)的恆定性中扮演核心角色。
- 其他選項的結構功能:
- 大腦皮質 (Cerebral Cortex):主要負責高級認知功能,如思考、語言、意識、感知、運動控制等。
- 小腦皮質 (Cerebellar Cortex):主要負責協調運動、平衡、姿勢控制,以及一些認知功能。
- 海馬迴 (Hippocampus):主要與學習和記憶(特別是陳述性記憶)有關。
解題思路:
判斷哪個腦區在調節飢餓、口渴、性行為等基本生理行為的恆定性中起主導作用。
第 八 題20 分
選擇題:(2% x 10 = 20%)
8. Which of the followings is used to characterize different stages of sleep from
awake.
(a) electromyography (EOG)
(b) electroencephalography (EEG)
(c) electrocardiography (EKG)
(d) transcranial magnetic stimulation (TMS)
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本題考查學生對睡眠研究常用生理測量技術的了解。
核心觀念:
- 睡眠階段 (Sleep Stages):睡眠並非單一狀態,而是由不同階段組成,包括非快速眼動睡眠 (NREM) 的不同階段和快速眼動睡眠 (REM)。
- 腦電圖 (Electroencephalography, EEG):一種記錄大腦電活動的技術,通過放置在頭皮上的電極來測量神經元的集體電活動。EEG 的波形模式與不同的覺醒和睡眠階段密切相關。
- 眼電圖 (Electrooculography, EOG):記錄眼球運動的技術,用於識別 REM 睡眠階段(特徵是快速眼動)。
- 肌電圖 (Electromyography, EMG):記錄肌肉活動的技術,用於判斷睡眠時的肌肉張力,例如在 REM 睡眠時肌肉張力顯著降低。
- 心電圖 (Electrocardiography, EKG):記錄心臟電活動的技術,用於監測心率和節律。
- 經顱磁刺激 (Transcranial Magnetic Stimulation, TMS):一種非侵入性腦刺激技術,用於探測和調節大腦皮質的興奮性,而不是用於常規的睡眠階段識別。
解題思路:
判斷哪種生理測量技術最常用於區分清醒狀態和不同的睡眠階段,特別是其 EEG 模式的變化。
第 九 題20 分
選擇題:(2% x 10 = 20%)
9. In terms of epigenetics, which of the following statement is false?
(a) to study the factors that affect gene expressions with changing the underlying
DNA nucleotides sequence of the genes
(b) Poor maternal care induces methylation of a stress-response gene that may cause
a lifelong heightened response to stress.
(c) Animal behavior models are needed to measure behaviors changed by
experimental manipulation in the epigenetic study.
(d) The epidemic study provides the evidence that is important to understand the
relationship between the brain and behavior especially focusing in the early stage of
lifespan.
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本題考查學生對表觀遺傳學 (epigenetics) 的基本理解,需要判斷哪個敘述是錯誤的。
核心觀念:
- 表觀遺傳學 (Epigenetics):研究不改變 DNA 序列本身,但能影響基因表達(開關基因)的遺傳機制。主要的表觀遺傳機制包括 DNA 甲基化 (DNA methylation) 和組蛋白修飾 (histone modification)。
- 基因表達 (Gene Expression):基因被「開啟」並轉譯成蛋白質的過程。
- DNA 甲基化 (DNA Methylation):在 DNA 上的胞嘧啶鹼基添加甲基,通常會抑制基因的表達。
- 表觀遺傳學研究方法:可以通過實驗(如動物模型)或觀察性研究(如流行病學研究)來探究表觀遺傳。
解題思路:
逐一分析每個選項,判斷其是否符合表觀遺傳學的定義和研究範疇。
詳解:
(a) to study the factors that affect gene expressions with changing the underlying DNA nucleotides sequence of the genes
此敘述是錯誤的,因此是正確答案。
原因:表觀遺傳學研究的關鍵在於「不改變 DNA 序列本身」,而是研究「如何」以及「在何時」基因被開啟或關閉。改變 DNA 序列本身是遺傳學 (genetics) 的範疇,而表觀遺傳學關注的是在相同 DNA 序列下,基因表達的差異。
(b) Poor maternal care induces methylation of a stress-response gene that may cause a lifelong heightened response to stress.
第 十 題20 分
選擇題:(2% x 10 = 20%)
10. Which of the following brain regions can you record a stable long-term
potentiation (LTP) in the rat with the performance of spatial memory in a water
maze? (as comparted the rat which did not have such a spatial memory)
(a) striatum
(b) amygdala
(c) hippocampus
(d) cerebellum
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本題考查學生對長時程增強 (Long-Term Potentiation, LTP) 與空間記憶的關係,以及涉及的腦區。
核心觀念:
- 長時程增強 (Long-Term Potentiation, LTP):突觸傳導強度的一種長期增強現象,被認為是學習和記憶的細胞基礎之一。
- 空間記憶 (Spatial Memory):指關於環境空間佈局、路徑的記憶。
- 水迷宮 (Water Maze):一種常用的測試動物空間學習和記憶能力的實驗範式。動物需要記住水下平台的位置,並找到它。
- 腦區與空間記憶:海馬迴 (hippocampus) 在空間導航、空間記憶的形成和提取中扮演著至關重要的角色。
- 腦區與 LTP:LTP 在許多腦區都可以被記錄,但與空間記憶和水迷宮表現密切相關的 LTP,主要發生在海馬迴。
解題思路:
判斷哪個腦區是學習空間記憶(特別是通過水迷宮測試)的核心腦區,以及該腦區是否已知能記錄穩定的 LTP。
第 二 題20 分
二、解釋名詞:(5%×4=20%)
- tolerance vs. sensitization
- glutamate
- anterograde vs. retrograde amnesia
- learned helplessness
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本題要求解釋四個名詞,分別是:1. 容忍 (tolerance) vs. 敏感化 (sensitization);2. 麩胺酸 (glutamate);3. 前向性遺忘 (anterograde amnesia) vs. 逆向性遺忘 (retrograde amnesia);4. 習得性無助 (learned helplessness)。
核心觀念:
- 容忍 (Tolerance):指重複暴露於某種刺激(如藥物、壓力源)後,需要更大劑量或更強刺激才能產生相同反應的現象。在神經科學中,常指藥物耐受性。
- 敏感化 (Sensitization):指重複暴露於某種刺激後,對該刺激的反應增強的現象。例如,經過多次的非預期強烈刺激後,個體對類似刺激的反應可能變得更強烈、更敏感。
- 麩胺酸 (Glutamate):大腦中最主要的興奮性神經傳導物質,在學習、記憶、神經可塑性等過程中扮演關鍵角色。
- 前向性遺忘 (Anterograde Amnesia):指損傷後,無法形成新的記憶(即無法記住損傷後發生的事情)。
- 逆向性遺忘 (Retrograde Amnesia):指損傷後,喪失損傷前形成的部分或全部記憶(即忘記損傷前發生的事情)。
- 習得性無助 (Learned Helplessness):指個體在經歷了一系列無法控制的負面事件後,即使後來出現了可以控制的機會,也喪失了嘗試改變現狀的動機和行為,表現出被動、無助的狀態。
解題思路:
對於每個名詞,提供其定義、核心特徵,並在需要時進行比較(如 tolerance vs. sensitization, anterograde vs. retrograde amnesia)。
詳解:
1. tolerance vs. sensitization (容忍 vs. 敏感化)
-
Tolerance (容忍/耐受):指對某種刺激(如藥物、壓力源、噪音)的反應隨著重複暴露而減弱的現象。換句話說,需要越來越強的刺激才能達到相同的效果。例如,長期服用某種鎮靜劑後,需要更高的劑量才能達到原來的鎮靜效果。在神經系統中,這可能涉及受體敏感性下降或神經迴路的適應性改變。
-
Sensitization (敏感化):指對某種刺激的反應隨著重複暴露而增強的現象。個體變得對該刺激更加敏感,即使是較弱的刺激也可能引發強烈的反應。例如,遭受一次嚴重的創傷後,個體可能對類似的威脅性刺激(如巨響、突然的動作)變得極度敏感和警覺。在神經系統中,這可能涉及突觸傳導的增強。
兩者區別:Tolerance 是反應減弱,Sensitization 是反應增強。
2. glutamate (麩胺酸)
第 三 題10 分
三、問答題(10%)
請就生理心理學或當代行為神經科學的觀點,論述上癮行為(addictive
behavior)及其神經機制(含以動物模式進行相關的研究)。
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本題要求從生理心理學或行為神經科學的觀點,闡述成癮行為及其神經機制,並提及動物模型的研究。
核心觀念:
- 成癮行為 (Addictive Behavior):指個體強迫性地尋求和使用某種物質(如毒品、酒精)或從事某種行為(如賭博、網路遊戲),即使知道其會帶來負面後果,仍然難以停止。
- 成癮的神經機制:主要涉及大腦的「獎勵迴路」(reward circuit),特別是中腦邊緣多巴胺系統 (mesolimbic dopamine system),以及其與其他腦區(如前額葉、杏仁核、海馬迴)的交互作用。
- 關鍵神經傳導物質:多巴胺 (dopamine) 是核心,但血清素 (serotonin)、麩胺酸 (glutamate)、GABA 等也扮演重要角色。
- 神經可塑性:成癮涉及大腦結構和功能的長期改變,即神經可塑性。
- 動物模型:研究成癮的神經機制時,動物模型(如老鼠、猴子)提供了重要的實驗平台,可以進行藥物成癮、強迫性尋求行為、神經迴路探測等研究。
解題思路:
- 定義成癮行為:簡要說明其特徵。
- 闡述核心神經機制:
- 介紹獎勵迴路(腹側被蓋區 VTA、伏隔核 NAc、前額葉 PFC)。
- 說明多巴胺在成癮中的作用(愉悅感、動機、學習、獎勵預期)。
- 提及其他神經傳導物質和腦區的參與(如麩胺酸、GABA、杏仁核、海馬迴)。
- 解釋神經適應(如耐受性、戒斷症狀)和神經可塑性(如突觸強度改變、神經迴路重塑)在成癮中的作用。
- 提及動物模型的研究:說明動物模型如何幫助我們理解成癮的機制,例如:
- 藥物自我給藥 (self-administration) 模型。
- 強迫性尋求行為 (compulsive seeking) 模型。
- 藥物誘發的腦區活動變化(如微透析 microdialysis 測量神經傳導物質釋放)。
- 藥物對神經迴路結構和功能的影響。
- 總結:強調成癮是一種複雜的腦部疾病,涉及多重神經機制。
詳解:
成癮行為 (Addictive Behavior)
成癮行為是指個體持續、強迫性地尋求和使用某種物質(如毒品、酒精、尼古丁)或從事某種行為(如賭博、網路遊戲、暴食),即使知道這些行為會帶來嚴重的生理、心理、社會和經濟後果,卻難以停止。其核心特徵包括:強迫性尋求、失去控制、即使有負面後果也持續、以及可能出現戒斷症狀。從生理心理學和行為神經科學的角度來看,成癮被視為一種複雜的腦部疾病,而非單純的意志薄弱。
成癮行為的神經機制
成癮行為的核心神經機制涉及大腦的獎勵迴路 (Reward Circuit),其中最關鍵的是中腦邊緣多巴胺系統 (mesolimbic dopamine system)。
- 獎勵迴路與多巴胺 (Dopamine):
- 腹側被蓋區 (Ventral Tegmental Area, VTA):是多巴胺能神經元的發源地。
- 伏隔核 (Nucleus Accumbens, NAc):是獎勵迴路的主要接收區域。
- 當接觸到成癮物質或從事成癮行為時:VTA 的多巴胺能神經元會釋放大量多巴胺到伏隔核。這種多巴胺的釋放被認為是大腦用來標記「有價值」、「獎勵性」的事件,從而強化與該物質或行為相關的學習和動機。
- 動機與尋求:成癮物質或行為會「劫持」這個系統,使其釋放遠超自然獎勵(如食物、社交)的多巴胺,從而產生強烈的欣快感,並驅動個體重複這種行為。隨著時間推移,多巴胺系統不僅與愉悅感相關,更與對物質的「動機」和「渴望」(craving) 密切相關。