在“数理心理学”(The Mathematical Principle of Psychology)逐期推出“统一性”理论之时，MPOP开辟了历史回顾专栏。回顾电生理经典技术方法，重现一流方法学形成逻辑，回顾心理学传统方法学的辉煌与没落（眼动-脑电-核磁篇）。

科学中用于实验探索的任何一类方法，均适应某一问题解决，而不是广域问题的探索性，尤其是技术方法，均具有其局限性。

实验技术方法也就往往表现为问题探索的局域有效性，在科学发现上的时效性。一旦问题解决，科学发现时效性失去。脑电、眼动、FMRI均是如此。

1.方法学的形成逻辑

新方法往往伴随新发现而产生。在科学史上是一种规律，在诺奖中是一种再现。也是诺奖规则之一：总是颁发给发现者和实验方法建立者。

2.科学因果律方法学逻辑

所有科学的研究，最终都是对“因果律”的揭示。所有因果律的揭示，均要回到研究对象的“属性变量”、“现象属性变量”、“力学变量”，建立三者之间的数理、定量关系。也就是因果律。学科方法学要以一流科学研究为目的，服务于揭示科学问题。

所有科学建立的方法学，均围绕三个主题：变量测量方法学、未知变量的直接或者间接探测方法发现、理论表述的数学方法学。

3.电生理经典技术方法学

人的系统，按照还原论方式，可以分解为4个层次：精神功能层次、神经功能层次（数字信号、模拟信号对变量的编译）、细胞层次（神经信息传递和神经电路控制）、基因层次。

考虑各层次研究对象的独特性，每个层次都有其天然的优势探测方法。以神经编码研究与膜片钳技术为例：

对生物电信号的科学研究，最早可追溯到17世纪荷兰显微镜学家J.Swammerdam用电流刺激蛙坐骨神经，他用“线”与“针”，巧妙地画出了肌肉收缩的频率与幅度。之后经L. Galvani、C. Matteucci、K. Cole和H. Curtis等研究者的进一步研究，创造出了电流计、电压钳等研究技术，并产生了“生物电”、“静息电流”、“跨膜孔道”、“H-H方程”等一系列科学发现。研究发现与技术革新共进，逐步逼近对生物电信号的直接测量，最终随着膜片钳技术的产生，电生理研究方法在20世纪趋于成熟。

图1:电生理方法学建立的贡献者（部分）

1976年E.Neher和B.Sakmann在前人研究基础上发明了膜片钳技术（Patch Clamp），他们将一个直径较大的移液管压在细胞膜上，移液管的尖端与膜“结合”，形成“密封”状态。与刺入细胞相比，大大降低了噪声，完成了对神经信号的直接记录。这一直接记录离子通道微小电流的技术突破于1991年获得诺奖，并且证明了虽已获得诺奖但仍饱受争议的H-H方程基本上是正确的。电生理学研究由此步入单通道水平时代。

图2：膜片钳技术的一般原理

在神经科学领域，膜片钳可用于记录更为自然条件下的细胞活动，并能利用光控制和可视化大量神经元的活动；全细胞膜片钳技术则成为研究体外保存的大脑切片中神经元和神经元网络的集体特性的理想工具。时至今日，膜片钳及其改进技术仍然是神经科学研究的重要技术工具。

图3：膜片钳技术的四种记录方法

膜片钳技术直接记录神经编码，为建立心理信息量和神经结构、定位、功能关联的数量编码关系提供了技术支持。只要心理量和神经量的编译关系得以建立，可以预见，认知神经科学也将取得革命性突破。

4.心理学方法学对因果律偏离

当代心理学的热门实验技术方法包括脑电、眼动、fMRI。这些方法使用广泛却少有诺奖级科学发现，有必要从其基本原理中探寻合理解释。

4.1 EEG

EEG示例图

脑电方法源于电生理研究，最终发展成为现代脑科学研究的常用方法。它记录的突触后电位，既不是心理变量，也不是神经编码量，仅仅是人体通讯过程的诱发量，不具有直接和间接测量意义。脑电的溯源分析，有用强大的数学模型去“强行”找到“事件信号”与神经元集中发放的“脑区”之间的对应关系之嫌。

脑电实验呈现的“刺激（事件信号）”距离“neuro-function（神经功能）”、“mind-function（人的精神功能）”还太远，因为大家目前还不清楚心理的功能结构单元与事件信息的加工过程的数理关系。通过电效应信号来解读心理功能，就只能做相关，无法做数理性的因果律。

4.2 fMRI

fMRI语言研究示意图

fMRI一经出现，就受到神经、认知和心理学等领域极大关注。它本质上记录的是局部血液的动力学变化，测量的是生理定位变量，不是心理量，属于生理结构量。而且基于fMRI测量的时间动态过程差，变量性质决定了fMRI也只能做相关，与EEG遭遇相同难题，无法揭示因果律。

4.3 Eye-tracking

Eye-tracking示意图

眼动方法从初期的表象特征观察技术到精确的测量记录研究，最终发展成现代眼动技术。本质是对动机的直接测量，测量了力学的动力现象。但动机的驱动源于个体价值观念。个体评价标准的度量系统差异，将造成行为评价决策差异，眼动难以度量“心理衡”差异，也就无法从眼动数据中剥离普遍性动机与特征量之间的差异，这是缘由之一。

第二，低级阶段系统的眼动运作，源于外界物质能量信号的触发和物理能量守恒在行为上的再现，信号的波形不变（波形守恒，即信号守恒）。眼动无法记录神经过程的精神信号，而只能记录行为轨迹信号，仍然属于间接测量，无法确立神经信号、外界物质信号、心理精神信号（物质属性信号在神经的表征）之间的数理逻辑关系，也只能做相关，无法揭示因果律。

脑电、眼动、fMRI的局限性由其数理本质决定，即从物理学的电信号到人的精神加工信号之间缺乏多层次的数理逻辑。相关方法在这些技术中被大量使用，至今却无大规模诺奖级发现，也就可以得到合理解释。

5.心理学亟待新技术产生

脑电、眼动技术均存在独立性，眼动锁定的是动机目标物，物理学和社会学完成了刺激物的物理属性量和社会属性量的表示，脑电锁定的是突触之间的换码求和关系，外加神经可编译。用两者联合的方法才有可能建立物理量和心理量之间的关系。从数理心理学的数理逻辑上看，这一道路值得探索。

我国学者高闯建立了国内第一套眼动-脑电联合实验室，并出版了《脑电-眼动同步实验方法学：实验哲学、实验原理、测量技术与数据重整》一书。这一尝试仍需要探索。但是其他的热潮领域，可能均是试错。心理学迫切需要新的技术方法出现。

主要参考文献

Verkhratsky, A., & Parpura, V. (2014). History of electrophysiology and the patch clamp. Methods in molecular biology (Clifton, N.J.), 1183, 1–19. 

Reyes A. D. (2019). A breakthrough method that became vital to neuroscience. Nature, 575(7781), 38–39.

高闯等（2016）.脑电-眼动同步实验方法学：实验哲学、实验原理、测量技术与数据重整，世界图书出版社.

高闯（2012）.眼动实验原理－眼动的神经原理、方法与技术，华中师范大学出版社.

高闯（2021）.数理心理学：心理空间几何学. 吉林长春：吉林大学出版社.

数理心理学qq群