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Chapter 3

Chapter 3 Biological Bases of Behaviour

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Wilfrid Laurier University
Kathy Foxall

Chapter 3: The Biological Bases of Behaviour Communication in the Nervous System Nervous Tissue: The Basic Hardware The cells in the nervous system fall into two major categories. Neurons are individual cells in the nervous system that receive, integrate and transmit  information. Most of them only communicate with other neurons, but some receive  signals from outside the nervous system. The soma or cell body, contains the cell nucleus and the chemical machinery common to  cells. The rest is devoted to handling information.  Dendrites are specialiazed to receive information. It then travels from the soma along  the axon. The axon is a long thin fibre that transmits signals away from the soma to other neurons  or muscles or glands. In humans, they are usually wrapped in a white, fatty substance  called myelin. This speeds up the transmission of signals. The axon ends in a cluster of terminal buttons, small knobs that secrete  neurotransmitters. These may activate neighbouring neurons. Where two neurons connect are called the synapses. Glia Glia are cells found throughout the nervous system that support the neurons. They are  smaller and more abundant than neurons. They supply nourishment to neurons, help remove their waster products, and some  provide insulation. They also play a role in orchestrating the development of the nervous system in the  human embryo. The Neural Impulse: Using Energy to Send Information The Neuron at Rest: A Tiny Battery The neural impulse is an electorchemical reaction. Fluids containing ions are both inside  and outside of the neuron. The difference in flow rates of different chemicals going into and out of the cell create a  slightly higher negative charge inside the neuron, resulting in voltage. The resting potential of a neuron is it’s stable, negative charge when inactive. When a neuron is stimulated, certain channels open, allowing positive ions to flow in,  causing the neuron to be less negative, or even positive, resulting in an action potential.  An action potential is a very brief shift in a neurons electrical charge that travels along  the axon. The passageways close up again, and some time is needed for they can open again, and  until then, the neuron cannot fire. The absolute refractory period is the min. length of  time after an action potential in which another can begin. The relative refractory period  follows, which is when the neuron can fire, but it has a higher threshold for sending  charges. The All-or-None Law Weaker stimuli do not produce smaller action potentials. The neuron either fires, or it  doesn’t. All action potentials are the same for it. However, neurons can convey the strength of a signal by varying the rate at which they  transmit them. Thicker axons transmit more rapidly than thinner ones. The Synapse: Where Neurons Meet Sending Signals: Chemicals as Couriers The neuron that sends the signal is the presynaptic neuron, and the one that receives it is  the postsynaptic neuron. The arrival of an action potential triggers the release of neurotransmitters, most stored in  synaptic vesicles. At the postsynaptic neuron, the neurotransmitters may bind with special molecules at the  receptor sites. Receiving Signals: Postsynaptic Potentials When a neurotransmitter and a receptor meet, the reactions create a postsynaptic  potential (PSP), a voltage change at a receptor site.  These do not follow the all­or­none law, but vary in size, and vary the probability of a  postsynaptic neuron sending a signal or not in proportion to the amount of voltage  change. An excitatory PSP is positive and increases the probability, and an inhibitory PSP  decreases the probability. They type all depends on which receptor it bonds to. These effects last for only a fraction of a second, and then the neurotransmitters are  inactivated by enzymes or drift away from the receptors. Most are reabsorbed back into the presynaptic neuron by reuptake. Integrating Signals: Neural Networks Elimination of old synapses plays a more crucial role in sculpting the brain than creating  new ones does. The nervous system creates more than needed, and then eliminates the  less­active ones. This is called synaptic pruning. One neuron stimulating another repeatedly causes a change in the synapses, and learning  has take place. Neurotransmitter and Behaviour Acetylcholine The only transmitter between motor neurons and voluntary muscles. Also contributes to attention, arousal and memory.  An agonist is a chemical that mimics the action of a neurotransmitter. An antagonist is a chemical that opposes the action of a neurotransmitter. Monoamines Include 3 neurotransmitters: dopamine, norepinephrine and serotonin. Dopamine is used by neurons that control voluntary movements. Serotonin­releasing neurons play an important role in the regulation of sleep and  wakefulness, and eating behavior. Also modulates aggression in animals, and perhaps  humans. The dopamine hypothesis asserts that abnormality in the activity of dopamine synapses  play a role in the development of schizophrenia. GABA & Glutamate Consists of amino acids.  GABA and Glycine seem to produce only inhibitory PSPs. GABA is present at nearly  40% of all synapses. GABA is involved in the regulation of anxiety in humans. Glutamate always has excitatory PSPs. It is best known for its contribution to learning  and memory. Endorphins Endorphins are internally produced chemicals that resemble opiates in effect and  structure. They contribute to the modulation of pain, eating behavior, and the body’s  response to stress, as well as feelings of pleasure. Organization of the Nervous System The Peripheral Nervous System The Peripheral Nervous System is made up of all of the nerves outside of the brain. Nerves are bundles of neuron fibres (axons). The Somatic Nervous System Made up of nerves that connect to voluntary muscles and sensory receptors. They carry info from the receptors in the skin, joints and muscles to the CNS and from  the CNS to the muscles. Afferent nerve fibres  are axons that carry information inwards to the CNS from the  periphery of the body. Efferent nerve fibres carry info outward. So somatic nerves are “two­way streets”. The SNS lets you move around in and feel the world around you. The Autonomic Nervous System Made up of nerves that connect  to the heart, blood vessels, smooth muscles and glands. It controls automatic, involuntary, visceral functions that people don’t think about such as  digestion, heart rate, etc. It mediates much of the physiological arousal that occurs when people experience  emotion. The sympathetic nervous system mobilizes the body’s resources for emergencies. It creates the fight­or­flight response. In contrast, the parasympathetic nervous system generally conserves bodily resources.  It activates the processes that allow the body to save and store energy. The Central Nervous System The Central Nervous System consists of the brain and the spinal cord. It is protected by enclosing sheaths called meninges. It is also “bathed” in a substance  called cerebrospinal fluid that nourishes the brain and provides cushion. This is in the  hollow spaces called ventricles. Looking Inside the Brain: Research Methods Electrical Recordings The electroencephalograph (EEG) is a device that monitors the electrical activity of the  brain over time by means of recording electrodes attached to the scalp. The recordings are translated into line tracings, known at brain 
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