15神经生物学研究的常用方法
神经生物学和神经科学的研究方法和应用
神经生物学和神经科学的研究方法和应用神经生物学和神经科学是两个密切相关的领域，它们都关注的是神经系统的结构和功能。
神经生物学主要研究神经细胞如何产生电活动、传输信息等基础生理学问题，而神经科学则更加综合，既涉及动物行为学、认知心理学等心理学方面的问题，也包括神经解剖学、生物化学等生物学方面的问题。
本文将主要从研究方法和应用两个方面入手，探讨神经生物学和神经科学的研究现状和未来发展趋势。
一、神经生物学的研究方法在神经生物学领域，科学家们使用的研究方法包括但不限于以下几种：1.神经记录技术：该技术可以记录神经元产生的电信号，通过测量电信号的强度和时序等参数，分析神经元的激动性和抑制性。
例如，著名的多电极阵列技术可以同时记录多个神经元的电信号，揭示神经元之间的相互作用。
2.神经成像技术：该技术可以通过光学或磁学方法成像神经元的活动。
如荧光成像技术用于实时观察神经元胞内钙离子浓度的变化；功能性磁共振成像技术可以在活体动物或人体中非侵入性地检测脑区活跃程度。
3.基因修饰技术：该技术可以在动物模型中特定地改变神经元的基因表达，进而研究基因对神经系统发育和功能的影响。
例如，利用转基因技术可以使小鼠产生类似于人类帕金森病的症状，从而研究该疾病的发病机制和治疗方法。
4.离体神经研究技术：该技术将神经元或神经组织从体外收集并进行实验，使研究人员可以更深入地探究神经元的生理和分子机制。
如单个神经元培养技术可以研究神经元的形态和功能发育；原代神经元培养技术可以用于研究神经细胞在疾病环境下的表达和适应。
二、神经科学的研究应用在神经科学领域，应用广泛，其中一些典型应用包括但不限于以下几个方向：1.神经疾病的研究和治疗：神经科学家们通过研究神经系统的功能和结构变化，探索各类神经疾病的原因，设计药物和治疗方案，例如阿尔茨海默病、帕金森病、脑卒中等常见神经疾病。
2.神经可塑性和学习记忆：神经科学家们研究神经元在学习和记忆形成过程中的变化和适应，揭示记忆在神经系统中的编码过程，发现神经可塑性的规律及其机制，为人工智能领域的发展提供了重要参考。
神经科学的研究方法
神经科学的研究方法神经科学是一门关于神经系统如何运作的学科，它通过研究脑部结构、功能、发育和疾病等方面来揭示人类思维、感知和行为的基础。
为了获得有关神经科学的深入了解，研究人员采用各种研究方法来探索神经系统的奥秘。
本文将介绍几种常见的神经科学研究方法。
1. 行为学研究方法行为学研究方法着重于观察、描述和量化动物或人类的行为。
通过观察行为的变化和模式，研究人员可以推断有关神经系统功能的信息。
例如，在学习和记忆领域，研究人员可以使用行为学任务测试参与者的记忆能力，并探索与之相关的神经回路和脑区。
2. 神经影像学方法神经影像学方法允许研究人员观察和测量活动的大范围神经系统。
功能磁共振成像（fMRI）是其中常用的技术之一。
通过在大脑不同区域观察血流变化，fMRI可以提供有关大脑活动的信息。
此外，研究人员还可以使用磁脑刺激和脑电图等方法来测量神经活动。
3. 神经生理学方法神经生理学方法旨在研究神经元和神经元网络的活动。
一个常见的例子是单细胞记录，即记录单个神经元在特定情况下的放电活动。
通过插入微电极到活体神经组织中，研究人员可以记录神经元的细微变化，从而了解神经元在不同条件下的活动模式。
4. 分子生物学方法分子生物学方法可研究和识别发挥关键作用的基因、蛋白质以及其他分子机制。
这些方法包括基因组学、蛋白质组学和免疫组化等。
通过分析基因组和蛋白质组数据，研究人员可以确定与神经系统功能和疾病相关的关键分子。
5. 神经解剖学研究方法神经解剖学研究方法通过观察和描述神经组织的结构和连接方式来揭示大脑的基本组成。
研究人员可以使用光学显微镜、电子显微镜和神经影像学等技术来观察脑部的细微结构和神经路径。
综上所述，神经科学研究方法的多样性为我们提供了深入了解神经系统功能和疾病的机会。
行为学研究方法、神经影像学方法、神经生理学方法、分子生物学方法和神经解剖学研究方法的综合应用将有助于我们揭示大脑和神经系统的奥秘，为治疗神经系统疾病和改善人类认知功能提供理论和实践上的支持。
神经科学研究的方法及应用
神经科学研究的方法及应用神经科学是研究神经系统的结构、功能、发育和病理生理学的一门学科，其涉及的领域十分广泛，包括神经元的电生理学、计算神经生物学、分子与细胞神经生物学、神经系统发育和再生、神经系统疾病、神经影像学等。
要深入了解神经科学，一个关键问题是研究方法。
本文将介绍几种常用的神经科学研究方法及其应用。
1. 电生理学方法电生理学方法是神经科学中最早也是最重要的研究方法之一，它主要应用于研究神经元在生理和病理情况下的电生理活动。
具体来说，它包括细胞外记录和细胞内记录两种技术。
细胞外记录是指通过在神经元周围表面放置微针或电极，测量神经元周围的电场，并得出信号图。
这种方法广泛应用于研究大脑皮层区域中神经元群体的活动、感觉器官的电活动等。
细胞内记录是指在神经元内部通过电极测量神经元的膜电位变化和突触前后电位变化。
这种方法可以研究神经元的离子通道和突触的功能。
2. 行为学方法行为学方法是研究神经系统对行为的控制的方法。
它主要包括操作性条件反射和经典条件反射两种技术。
操作性条件反射是指通过建立某个刺激与某个行为之间的联系，在动物或人体中训练和测试此条件反射是否建立、消失或得到增强或减弱。
经典条件反射是指在动物或人体中建立某个刺激与某个行为之间的联系。
经典条件反射的典型例子是帕福洛夫狗实验。
3. 分子和细胞神经生物学方法近年来研究人员利用蛋白质组学、基因组学和微阵列技术等对神经元中基因表达调控及功能等方面进行了深入研究。
而分子和细胞神经生物学方法则是研究神经系统中分子和细胞之间相互作用的一种方法。
该方法十分重要的一种应用是研究神经系统疾病及其发生机制。
例如，在研究阿尔茨海默病、帕金森病和癫痫等疾病的发生机制时，利用分子和细胞神经生物学方法鉴定这些疾病的发生机制中与某些基因有关的单核苷酸多态性等的基因突变。
4. 神经影像学方法神经影像学方法是利用不同的技术将活体神经系统大小、形态分布以及结构组成可视化的一种方法。
神经生物学研究方法
Tail suspension test (TST)
• 应激模型
小鼠悬尾法（tail suspension test），一种行为绝望法。将小鼠 倒悬 在实验小室内，观察5分钟内不动时间。 抗抑郁药可减少不动时间
Forced swim test (FST)
强迫游泳实验(forced swimming test) 动物在恶劣环境下不能逃逸 时，便出现行为绝望(behavioural despair)，处于一种不动状态 （immobility）是一种有效地评价抗抑郁药的大鼠抑郁模型。
WT
Camk2-cre;foxg1 L1
P7P10-P14
P7P10P13P15-P21
Camk2-cre;foxg1;Rosa-gfp GFP
control
MU
40000X
PSD/Active zone 宽度、 囊泡数量、 囊泡数量与 active zone相 对值
150000X
Adult TM7 rest14 Golgi staining
治疗干预
表观有效性
动物表现出和神经精神疾 病病人相同的行为模式
行为/认知障碍 减缓
预测有效性
动物模型应能对已知的 抗精神病药物处理作出 相应的反应或治疗前景
治疗干预
Behavioral tests
Basic Open fiated plus maze: anxiety Depression: tail suspension test, forced swim test Sucrose preference test, social interaction,
Foxg1f/f
Camk2-creer; Foxg1f/f
神经生物学中动作电位的研究
神经生物学中动作电位的研究神经生物学是对神经系统的结构、功能以及疾病的研究。
其中，动作电位是神经元传递信息的基本方式。
本文将介绍动作电位的基础知识、研究方法以及在神经科学研究中的应用。
一、动作电位的基础知识动作电位是由神经元膜电位的变化引起的突发性电信号。
当神经元处于静息状态时，神经元内外电位差大约为70mV，称为静息膜电位。
当神经元受到足够的刺激时，细胞膜上的离子通道打开，使得细胞内外电位差发生瞬时改变，称为动作电位。
动作电位的传递是神经元信息传递的基础。
动作电位的传递需要离子通道的参与，主要包括钠通道、钾通道等离子通道。
当细胞膜上的钠通道打开时，进入神经元的钠离子增加，使膜电位更为正向；钾通道关闭，则使细胞内的钾离子流失，膜电位趋近于静息状态。
这一过程称为复极化，它恢复膜的静息膜电位，使神经元能够继续传递信号。
二、动作电位的测量方法动作电位的测量方法包括细胞內记录和细胞外记录两种方法。
细胞內记录是将电极置入神经元内部，直接记录细胞膜电势的变化。
细胞内记录可以提供最准确的膜电位记录，但操作复杂，只能进行于体外切片等特定条件下。
细胞外记录则是在神经元周围的间隙内，用电极记录细胞膜电位的变化。
细胞外记录具有操作简单、试验灵活等优点，但相对于细胞内记录，测量精度略低。
三、动作电位在神经科学研究中的应用动作电位在神经科学研究中具有广泛的应用。
其中，最为重要的应用是对神经元通讯机制的研究。
神经元之间的通讯是在突触结构中完成的，神经递质通过神经突触释放，传递到下一个神经元，从而实现神经元之间的信息传递。
动作电位的出现是触发神经递质释放的前提，因此，动作电位是神经元通讯机制的基础。
动作电位的研究可以揭示神经元之间信息传递的基本机制。
例如，研究钠通道与钾通道的作用，可以了解动作电位起始和复极化的机制；研究神经递质的释放过程，可以揭示神经元通讯的具体细节。
此外，动作电位的异常现象也与许多神经系统疾病有关。
如松果体中央间质细胞脱离性分泌瘤患者，由于钾通道的异常，动作电位的过程发生改变，导致失眠、进食障碍等多种症状。
神经生物学的常用研究方法
逆行运输：从轴突及其终末向胞体的运输。
常用方法：
a 辣根过氧化物酶追踪法
1971年，Kristenson和Olsson首先报道辣根过氧化物 酶（horseradish peroxidase，HRP）可被神经末梢摄取， 经轴浆逆行运输至神经元胞体，然后用组织化学方法即可 显示出神经元的轮廓，从而创建了HRP追踪神经元示踪技 术，即HRP法。
呈色在剂的：情况下，1.二能氨使基DA联B苯发胺生(氧DA化B，): 生DA成B不作溶为性供棕氢褐体色，反H应RP产在物H沉2O淀2存， 定位在抗原所在处。 2.二盐酸联苯胺(BDHC) 3.邻-联茴香胺(OD) 4.四甲基联苯胺(TMB)
用途： 研究脏器的神经支配、中枢内核团间的联系等。还可与免疫组 织化学、电镜技术等结合。
原 理： 将荧光物质注射至神经元的轴突分布区, 经分支 的末梢吸收后，循轴突逆行输送至胞体。在荧光显微镜 下可看到胞体内呈现荧光标记物。
• 荧光素追踪剂是一种暴露在一定激发波长光照下，以一定 发射波长发出一定颜色荧光的化合物。每一种荧光素都有 各自的激发波长和发射波长，不同的发射波长决定了这些 荧光素发出的荧光颜色各异。
（1）轴浆运输追踪法
轴浆运输：神经元有长短不等的轴突，由于轴突内缺 乏参与蛋白质合成的核糖体，所以需要从细胞体不断地将 各种成分运输至轴突及其分支以维持其代谢；在神经末梢 释放的神经肽及合成经典递质的酶也需在胞体合成；从末 梢也有影响细胞代谢的物质如神经营养因子等逆向传送至 胞体。不同物质的运输速度不同。
• 不同荧光素在神经元内的标记特征不同： 绝大多数标记细胞质，如荧光金（Furogold，灵敏度
高，能较好显示树突分支，只标记胞浆；在胞体内分解慢， 甚至在注射后存活2个月标记强度仍无明显变化；比较耐 紫外线的照射，褪色比较缓慢；可以经受许多组织学染色 处理，因而可以和HRP、免疫组织化学等结合使用）， fast bule（固蓝）等。
免疫学与神经生物学研究相关内容
免疫学与神经生物学研究相关内容王德美2120141293在神经生物学研究中，常常要研究某种蛋白的表达量，会用到免疫学检测的方法。
一、用标记抗体或抗原进行的抗原-抗体反应免疫标记技术乃用荧光素、酶或放射性核素等标记抗体或抗原，进行抗原-抗体反应，是目前应用最为广泛的免疫学检测技术。
标记物与抗体或抗原连接后并不改变后者的免疫特性，具有灵敏度高、快速、可定性、定量、定位等优点。
1.免疫荧光法(immunofluorescence, IF)此法乃用荧光素与抗体连接成荧光抗体，再与待检标本中抗原反应，置荧光显微镜下观察，抗原-抗体复合物散发荧光，借此鉴定或定位标本中的抗原。
常用的荧光素有异硫氰酸荧光素(FITC)和藻红蛋白（PE），前者发黄绿色荧光，后者发红色荧光。
（1）直接荧光法：将荧光素直接标记抗体，对标本进行染色。
该法优点是特异性高，缺点是检查任一抗原均须制备相应荧光抗体。
（2）间接荧光法：用一抗与标本中抗原结合，再用荧光素标记的二抗染色。
该法优点是敏感度比直接法高，制备一种荧光素标记的二抗即可用于多种抗原的检查，但非特异性反应亦增加。
免疫荧光法可用于检查细菌、病毒、螺旋体等抗原或抗体，用于诊断传染病，还可用于鉴定免疫细胞表面的CD分子，检测自身免疫病的抗核抗体等。
2.酶免疫测定(enzyme immunoassay, EIA)此法将抗原-抗体反应的特异性与酶催化作用的高效性相结合，通过酶作用于底物后的显色反应判定结果。
可用目测定性，也可用酶标测定仪测定光密度（OD）值以反映抗原含量，灵敏度可达每毫升ng甚至pg水平。
常用于标记的酶有辣根过氧化物酶(horseradish peroxidase, HRP)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase, AP)等。
常用的方法有酶联免疫吸附试验和酶免疫组化法，前者测定可溶性抗原或抗体，后者检测组织或细胞表面抗原。
酶联免疫吸附试验(enzyme linked immunosorbent assay, ELISA)是酶免疫测定中应用最广的技术。
〖医学〗神经生物学概述
3、神经生物学开展的几个特点
多学科研究 多层次研究 实验材料的重要性 现代神经科学呈现方向的多样性 知识更新很快
1〕、神经科学研究是多学科的综合研究
作为一名实验科学，对神经系统的研究在很 大程度上有赖于研究手段的开展和完善。 〔1〕没有Golgi染色法，就不可能观察到神 经细胞的形态；〔2〕没有微电极的创造， 就不可能进行神经系统的电生理学研究； 〔3〕没有免疫组织化学方法的开展，就不 可能把神经化学的研究与形态学研究有机 地结合起来；〔4〕没有膜片钳技术的开展， 就不可能进行单通道电流的研究。
Sir Henry Hallett Dale(1875~1968,英国)和Otto Loewi(1873~1961,奥地利)，发现了神经冲动的化学传 递。1936 〔神经生理〕
Corneille Jean Francois Heymans(1892 ~1968,比利时)， 发现了颈动脉窦和主动脉弓在呼吸调节中的作用。 1938 〔呼吸生理〕
2〕、神经科学研究是综合研究：从分子到行 为的“一条龙〞研究，是神经科学研究的特 点。
3〕、神经科学的开展在一定程度上取决于能 否寻找到适宜的实验材料来对某个特定的 问题进行研究。如〔1〕、海兔标本对于学 习、记忆机制的阐述；〔2〕、枪乌贼大神 经对突触传递过程的了解；〔3〕、鱼类的 电器官使我们对乙酰胆碱的作用有广泛的 了解；〔4〕、神经分子遗传学的研究那么 大大得益于线虫和果蝇所获得的资料。
Allvar Gullstrand(1862~1930,瑞典)，在眼屈光生 理学方面的研究。1911〔感觉生理〕
Robert Barany(1876~1936,奥地利)，在内耳前庭 器官生理学的工作。1914 〔感觉生理
谢灵顿〔C.S,Sherrington, 1857～1952，英国〕和Edgar Douglas Adrian(1889 ~1977,英国)，关于神经元功能 的研究，建立突触的概念。1932〔神经生理〕
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1.神经生物学研究的常用方法神经科学的发展与的研究方法的进步密切相关。
总体上，神经生物学的研究方法有六大类：形态学方法、生理学方法、电生理学方法、生物化学方法、分子生物学方法及脑成像技术。
7.1形态学方法神经生物学研究中常用的形态学方法有束路追踪、免疫组化和原位杂交，其他还有受体定位、神经系统功能活动形态定位等方法。
7.1.1束路追踪法追踪神经元之间的联系是神经解剖学研究中的重大目标，它对研究神经元的功能、神经系统的发育和成熟都具有重要意义。
这种方法学的建立始于19世纪末的逆行和顺性溃变（顺行溃变指胞体或轴突损伤后的轴突终末的溃变，逆行溃变指去除靶区之后神经元胞体的溃变）研究。
20世纪40年代主要手段是镀银染色法，根据变性纤维的形态变化来判断变性纤维。
20世纪50年代发展了Nanta法，能遏制正常纤维的染色而仅镀染出变性纤维。
但该法不易显示细纤维，1971年Kristenson等将辣根过氧化物酶（HRP）注入幼鼠的腓肠肌及舌肌结果在脊髓和延脑的相应部分运动神经元胞体内发现HRP的积累。
不久LaVail正式使用HRP作为轴突逆行追踪，以后遂广泛应用于中枢神经系统的研究。
HRP可被神经末梢、胞体和树突吸收，轴突损伤部分也可摄入。
在胞体内，HRP的活性可持续4~5天，在溶酶体内对联苯胺呈阳性反应而显现出来。
被标记的神经元可以清晰的显示胞体、树突及轴突。
除了HRP标记法，还有荧光物质标记法、毒素标记法、注射染料等方法。
7.1.2免疫组织化学免疫组织化学术是应用抗原与抗体结合的免疫学原理，检测细胞内多肽、蛋白质及膜表面抗原和受体等大分子物质的存在与分布。
这种方法特异性强，敏感度高，进展迅速，应用广泛，成为生物学和医学众多学科的重要研究手段。
近年随着纯化抗原和制备单克隆抗体的广泛开展以及标记技术不断提高，免疫组织化学的进展更是日新月异，不仅用于许多基本理论的研究，并取得重大突破，而且也用于疾病的早期快速诊断等临床实际。
组织的多肽和蛋白质种类繁多，具有抗原性。
分离纯化人或动物组织某种蛋白质，作为抗原注入另一种动物体内，后者即产生相应的特异性抗体（免疫球蛋白）。
从被免疫动物的血清中提取出该抗体，再以荧光素、酶、铁蛋白或胶体金标记，用这种标记抗体处理组织切片或细胞，标记抗体即与细胞的相应蛋白质（抗原）发生特异性结合。
常用的荧光素是异硫氰酸荧光素（FITC）和四甲基异硫氰酸罗丹明（TRITC），在荧光显微镜下可观察荧光抗体抗原复合物。
常用的酶是辣根过氧化物酶（horseradish peroxidase,HRP,从辣根菜中提取的），它的底物是3，3'－二氨基、联苯胺（DAB）和H2O2,HRP使DAB氧化形成棕黄色产物，可在光镜和电镜下观察。
铁蛋白和胶体金标记抗体与抗原的结合，也可在光镜和电镜下观察。
标记抗体被检抗原的结合方式有两种。
一是直接法，即如上述用标记抗体与样品中的抗原直接结合。
这种方法操作简便，但敏感度不及间接法。
间接法是将分离的抗体（第一抗体简称一抗）再作为抗原免疫另一种动物，制备该抗体（抗原）的抗体（第二抗体简称二抗），再以标记物标记二抗。
先后以一抗和标记二抗处理样品，最终形成抗原一抗－标记二抗复合物。
间接法中的一个抗原分子可通过一抗与多个标记二抗相结合，因此它的敏感度较高，而且目前国内外均有多种标记二抗商品供应，使用方便。
间接法中较常用的是一种称之为过氧化物酶－抗过氧化物酶复合物法（peroxidase-antiperoxidase complexmethod,PAS法），该法除需一抗和二抗外，还需制备HRP标记的抗酶抗体，即以HRP作为抗原免疫动物，制成抗HRP抗体，再以HRP标记该抗体制成由3个酶分子与2个抗酶抗体组成的相当稳定的环形PAP复合物。
标本先后以一抗、二抗和PAP复合物处理后，再以DAB显色，即可检测抗原的分布。
此法由于细胞内的抗原通过抗体的层层放大而与多个酶分子结合，因此敏感性很强。
免疫组织化学术近10年来又有新进展，如生物素－亲合素等新颖试剂的应用，为检测微量抗原、受体、抗体开辟了新途径。
生物素（biotin）又称维生素H，是从卵黄和肝中提取的一种小分子物质（分子量244.31）；亲合素（avidin）又称卵白素，是从卵白中提取的一种糖蛋白（分子量68kD）。
每个亲合素分子有生物素结合的4个位点，二者可牢固结合成不可逆的复合物。
生物素－亲合素的应用大致有三种方法。
①标记亲合素－生物素法（labelled avidin- biotin method,LAB法）：将亲合素与标记物（HRP）结合，一个亲合素可结合多个HRP；将生物素与抗体（一抗与二抗）结合，一个抗体分子可连接多个生物素分子，抗体的活性不受影响。
细胞的抗原（或通过一抗）先与生物素化的抗体结合，继而将标记亲合素结合在抗体的生物素上，如此多层放大提高了检测抗原的敏感性。
②桥连亲合素－生物素法（bridged avidin-biotin method,BAB法）：先使抗原与生物素化的抗体结合，再以游离亲合素将生物素化的抗体与酶标生物素搭桥连接，也达到多层放大效果。
③亲合素－生物素－过氧化物酶复合物法（avidin-biotin-peroxidase complex method,ABC法）；此法是前两种方法的改进，即先按一定比例将亲合素与酶标生物素结合在一起，形成亲合素－生物素－过氧化物酶复合物（ABC复合物），标本中的抗原先后与一抗、生物素化二抗、ABC复合物结合，最终形成晶格样结构的复合体，其中网络了大量酶分子，从而大大提高了检测抗原的灵敏度。
现有配制现成的ABC药盒商品供应，操作简便，是目前广泛应用的一种方法。
7.1.3原位杂交法（in situ hybridization）原位杂交术是一种核酸分子杂交技术，它是通过检测细胞内mRNA和DNA序列片段，原位研究细胞合成某种多肽或蛋白质的基因表达。
其基本原理是根据两条单链核苷酸互补碱基序列专一配对的特点，应用已知碱基序列并具有标记物的RNA或DNA片段即核酸探针（probe），与组织切片或细胞内的待测核酸（RNA或DNA片段）进行杂交，通过标记物的显示，在光镜或电镜下观察目的mRNA或DNA的存在与定位。
此项技术需首先制备某种核酸探针，其种类主要有三种：①利用大肝杆菌重组带有目的基因的质粒DNA，制成互补DNA探针(cDNA);②应用限制性核酸内切酶消化制成线性DNA模板，在体外转录获得反义RNA探针(cDNA);③依照待测核酸的核苷酸序列，应用DNA合成仪合成寡聚核苷酸探针。
cRNA和cDNA的常用标记物有32S、32P、3H等放射性核素和荧光素、生物素、地高辛等非放射性物质。
组织学应用的原位杂交术主要是染色体原位杂交和细胞原位杂交。
前者是研究遗传基因、抗原基因、受体基因、癌基因等在染色体上的定位与表达；后者是研究细胞某种蛋白质的基因转录物mRNA在胞质内的定位与表达。
核酸分子杂交术有很高的敏感性和特异性，它是免疫细胞化学的基础上，进一步从分子水平探讨细胞功能的表达及其调节机制的，已成为当前神经生物学研究的重要手段。
7.2生理学方法神经生物学研究中的生理学方法有行为学方法、神经递质释放量的测定等，其中行为学方法最为常用。
7.4.2行为学方法行为学方法是建立在条件反射基础之上。
条件反射是著名的俄国生理学家巴甫洛夫于20世纪初提出的。
条件反射是动物个体生活过程中适应环境的变化，在非条件反射基础上逐渐形成的。
形成条件反射的基本条件就是无关刺激与非条件刺激在时间上的结合，这个过程称为强化。
要形成条件反射除需要多次强化外，还需要神经系统的正常活动。
巴甫洛夫及其学派所研究的条件反射，称为经典性条件反射。
另一种条件反射叫操作性(工具性)条件反射，美国心理学家斯金纳(B．F．skinner)把一只饿鼠放入实验箱内，当它偶然踩在杠杆上时，即喂食以强化这一动作，经多次重复，鼠即会自动踩杠杆而得食。
在此基础上还可以进一步训练动物只对某一个待定信号，如灯光、铃声出现后，做出踩杠杆的动作，才给以食物强化，这类必须通过自己某种活动(操作)才能得到强化所形成的条件反射，称为操作性条件反射或工具性条件反射。
操作性条件反射和经典性条件反射的基本原理是相同的，它们都以强化和神经系统的正常活动为基本条件，但它们之间也有不同之处。
在形成操作性条件反射过程中，动物可以自由地活动，它通过主动操作来达到一定的目的；但在形成经典性条件反射时，动物往往被束缚着，是被动地接受刺激。
另外，在操作性条件反射中强化只同反应(操作)有关，并出现在反应之后；而在经典性条件反射中，强化是同刺激有关，而且出现在反应之前。
7.4.2电生理学的方法电生理学的方法包括胞外记录、胞内记录、脑内电刺激、电压钳、膜片钳、脑电图等技术。
电生理学发源于1791年。
电流计的发明和应用于电生理学，初步满足了记录生物电活动的变化量小而变化速度快的特点。
1922年Erlanger和Gasser用了电子管放大器和阴极射线示线器，才彻底满足了记录生物电活动的基本特点。
从此神经生理学得以迅猛发展。
20世纪40年代以来，英国剑桥大学Hodgkin学派利用微电极技术，而且选用了理想的实验标本枪乌贼的巨轴突，在修正了Bernstein膜学说的基础上，建立了动作电位的钠学说，阐明了神经冲动的传导理论。
约在同一时期，Forbes和Renshaw等运用微电极开始了研究中枢神经系统神经元活动的工作。
Hodgkin等人为精确测量神经活动中的离子运动，发展了电压钳实验技术。
电压钳把单一的跨膜离子流从众多的离子流中分离出来，通过离子流的测定来分析离子通道开放及关闭的动力学变化。
双微电极电压钳技术是把两根尖端小于0.5μm的玻璃电极插入细胞内分别作为电位记录电极和电流注入电极。
电位记录电极引出的膜电位经电压钳仪的前置放大器放大后，输入至电压钳仪的运算放大器的负输入端，而人为控制的指令电位输入其整输入端，两者的不断进行比较，将差值送入驱动放大电路，两者的任何差异都会被放大电路放大，并通过电流注入电极将相反方向的电流注入细胞，是膜电位钳制在指令电位水平。
此时，注入细胞的电流值与标本兴奋时的跨膜电流值大小相等，方向相反。
在此基础上, Neher又发展了膜片钳技术。
它是将尖端直径仅为1μm的玻璃电极吸附到细胞膜表面上，对微电极内施加负压，微电极与细胞膜形成10GΩ的高阻封接，可记录膜上的pA级的离子通道电流，为从分子水平了解生物膜离子单通道的开、关动力学，通透性和选择性提供了直接手段。
为此Neher获得1991年诺贝尔医学或生理学奖。
在电生理技术中脑电图和诱发电位的描记反映了脑细胞群体活动的总和性电位，在临床诊断方面具有重要价值。