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La Psicofisiologia è la disciplina che studia i correlati fisiologici dei processi psicologici. È, per definizione, una disciplina-ponte tra fisiologia e psicologia. Non va confusa con la psicologia fisiologica, dalla quale si differenzia per un importante aspetto: l'inversione delle variabili oggetto di studio: mentre infatti la psicologia fisiologica, nella sua definizione classica, studia i correlati comportamentali delle funzioni fisiologiche, la psicofisiologia indaga i correlati fisiologici del comportamento. Questo significa che in un classico esperimento di psicofisiologia si induce una modificazione di tipo psicologico (l'esempio più tipico è la presentazione di immagini a contenuto emotigeno, come una scena a contenuto erotico) e si misurano le risposte fisiologiche dell'organismo, ad es. la variazione nella frequenza cardiaca. Importanti settori di ricerca in psicofisiologia riguardano lo studio dei potenziali evocati e la psicofisiologia del sonno. La psicofisiologia clinica si occupa invece di stabilire i correlati fisiologici delle principali patologie psichiatriche, e l'esame degli indici psicofisiologici è parte importante della procedura psicodiagnostica. Anche la macchina della verità, strumento la cui validità è sempre stata piuttosto discussa, si basa sulla rilevazione degli indici psicofisiologici. A partire dagli anni 2000, un notevole sviluppo tecnologico delle tecniche di neuroimmagine ha fornito nuovi potenti strumenti all'indagine psicofisiologica. Le tecniche tradizionali non sono state tuttavia abbandonate, in quanto costituiscono un necessario complemento alla visualizzazione dell'attività metabolica cerebrale.

La psicologia fisiologica è una branca della psicologia cognitiva che studia le basi fisiologiche sottostanti alle funzioni psicologiche. Il fine di questa disciplina, che può essere considerata un ponte tra le neuroscienze e la psicologia, è definire l'associazione tra le funzioni fisiologiche del cervello ed il comportamento osservato ed i processi mentali. Mentre la psicologia si occupa prevalentemente del comportamento dell'individuo e le neuroscienze dello studio del sistema nervoso, la psicologia fisiologica cerca di unire i due diversi aspetti, fornendo una spiegazione fisiologica dei diversi aspetti del comportamento. Da questo punto di vista è un sinonimo delle neuroscienze cognitive.