揭示腦與心理(行為)關系的研究方法有以下十種：
一、比較解剖法
1.從種族發生和進化的各個階段來比較腦和心理的發展，從低等脊椎動物到靈長類和人類的各個階段腦的相對重量比較、外周感覺神經纖維與皮層神經元聯系的數量、兩半球皮層各區比例的變化，以及皮層各區組織結構的變化來看它們心理(行為)的發展。也可從猿到人的演變過程即從南方古猿(人猿)、原始人(直立猿人、北京猿人)，古人到新人，比較他們的顱骨容量、顱骨內皮層模型來看大腦各區的發展，并聯系他們留下的文化遺跡看他們的心理(行為)發展。
2.個體發育不同階段的比較，即比較新生兒、6個月、1歲、2歲、4歲、7歲、12歲到成人的大腦各葉的發展、各級皮層區的面積擴大順序和比例看其心理的發展。
二、皮層刺激法
1.直接刺激法 打開顱骨(動物實驗或人的顱腦外手術)，用機械的或弱電流直接刺激大腦皮層各個點以獲得其機能的知識。其中潘菲爾德及其同事在本世紀四十年代以后所做的工作最為出色。他們發現刺激一級皮層區能引起病人最簡單的感覺，而刺激二級皮層區則引起復雜的、在過去經驗中所形成的完整的知覺映象。
2.間接刺激法 外界聲、光信號通過巴浦洛夫的條件反射法“間接”刺激腦皮層來觀察動物與人的行為變化，或記錄腦的誘發電位來分析大腦各皮層區是如何接收外界簡單或復雜刺激信號的，即觀察在外界信號所引起的較為復雜的積極心理過程中，通過誘發電位在大腦皮層各部分參與活動的廣泛過程和程度。
3.微電極刺激個別神經元法 用微電極插入動物皮層和皮層下不同的組織，引出個別神經元的電位，從而發現各個神經元對刺激物所起的反應是不同的。皮層一級區和二級區中各個神經元對刺激信號的反應具有高度的特異性。
三、毀損皮層法
觀察切除動物腦的某一部分或由于外傷、出血、缺血或腫瘤而使人腦皮層下某一部分損害后引起的心理(行為)變化。這一古老的研究方法業已證明：動物進化的程度愈高，其行為受皮層調節的程度就愈大。
四、斯佩里的“割裂腦”法
用外科手術將聯結大腦兩半球的胼胝體、前連合、海馬連合以及視交叉纖維切斷，以研究兩側半球各自獨立地接受外界刺激以及引起的心理現象和行為。
五、一側麻醉法
又稱瓦達技術(Wada technique)：1949年由瓦達創立的技術，將一種迅速起作用的麻醉劑-異戊巴比妥鈉注入頸內動脈，使一側半球處于暫時麻醉狀態，導致該側機能喪失，以判定該側是否為語言優勢半球。亦可應用此法研究兩半球各自的機能。故又稱阿米妥部分切除技術(amytal ablation technique)。
六、一側電休克法
一側電休克法(unilateral electrical shock technique,UEST)是對傳統治療精神病人的電休克法的改進，即把原來電極放置頭部兩額側，改成放在一側，以減輕治療后明顯的記憶障礙，Frost和Lancaster(1958)。臨床上對右利手病將電極放置在右側非優勢半球，可大大縮短治療后精神恍惚的時間，記憶也不受影響。之后，不少學者用此法研究優勢半球和非優勢半球的機能影響。
七、速視器半邊視野刺激法
速視器半邊視野刺激法(tachistoscopic visual half-field technique)是1952年Mishkin和Forgays 依據人的視覺系統的解剖生理特點，在不切斷大腦胼胝體連合纖維即大腦機能完整的情況下，用速視器技術向人的半邊視野呈現刺激物，將時間傳至一側半球，以研究左、右半球的不同機能的一種技術。此技術操作簡便，只要時間控制精確，可在無傷害條件下，研究正常人或病人一側半球對信號刺激物的反應，因而成為神經心理學中一項被廣泛采用的研究技術。
八、雙聽技術
雖然聽覺纖維自一耳投射至兩側半球皮層，但主要投射到對側，在同時雙聽技術(dichotic listening technique)下到同側半球聽纖維的機能往往被掩蔽。B.E.Broadbent建立的并由D.Kimura修訂的“同時給人的兩耳呈現不同的聲音信息的技術”，發現將不同的語音(詞、數字)同時輸送給兩耳，被試者往往能比較準確地說出右耳所聽到的詞;如果同時輸送不同的樂調，則被試者往往說出左耳聽到的樂調。可利用此技術檢查左、右兩半球各自的功能。
九、正電子閃射腦掃描
正電子閃射腦掃描(positrum emission tomograph,PET)是利用放射性同位素葡萄糖H3探測腦細胞的活動情況，用電子計算機控制的三維攝影機掃描，顯示人在某種思維活動中同位素在腦內相應區域的分布圖。
十、神經心理學測驗
臨床神經心理學家將在傳統心理學中常用的基本心理能力如感知、注意、記憶、思維、語言和智力等測驗移植過來并加以修訂，用來研究大腦左、右半球在完整或損傷條件下所表現的差異，并可作為大腦某些疾病的診斷和治療依據。這些神經心理的測驗技術已成為神經病學臨床檢查的重要方法之一。
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