簡(jiǎn)單回憶一下目前的腦科學(xué)研究技術(shù)

（非全面總結(jié)，僅為個(gè)人發(fā)泄；可能是班門弄斧了，哈哈）

如何觀測(cè)人/動(dòng)物的神經(jīng)活動(dòng)？

神經(jīng)元活動(dòng)的表現(xiàn)：神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)外電壓差的電信號(hào)（動(dòng)作電位，和影響動(dòng)作電位發(fā)生難易的電壓差），神經(jīng)元之間傳播信息的化學(xué)信號(hào)（突觸之間神經(jīng)遞質(zhì)的濃度）。

如果是離體的神經(jīng)元。研究者可以將電極插入或者接觸感興趣的神經(jīng)元，直接測(cè)量在單個(gè)神經(jīng)元上的電壓；或者使用能隨電壓/代謝產(chǎn)物變化而發(fā)光的指示物質(zhì)來(lái)觀測(cè)神經(jīng)元活動(dòng)；當(dāng)然也可以直接用顯微鏡觀察、錄像來(lái)測(cè)量神經(jīng)元結(jié)構(gòu)的變化。

如果是想觀測(cè)活動(dòng)物體內(nèi)的神經(jīng)活動(dòng)，研究者可以通過(guò)手術(shù)將電極插入人/動(dòng)物的腦中，記錄神經(jīng)元細(xì)胞內(nèi)的電壓變化（比較困難）和一塊區(qū)域中多個(gè)神經(jīng)元共同造成的電壓變化（比較容易）；也可以開(kāi)顱之后用顯微鏡觀察指定腦區(qū)指示物質(zhì)的顏色變化，或者觀察指定腦區(qū)附近的血流變化——神經(jīng)元活動(dòng)變強(qiáng)或者變?nèi)醣厝粫?huì)伴隨消耗能量的變化，神經(jīng)元附近的血管也會(huì)擴(kuò)張/收縮改變血流量來(lái)改變供氧。

講一句廢話，沒(méi)有特別重要的理由，一般不會(huì)給人開(kāi)顱。

但是，在不開(kāi)顱的情況下，研究者依然有不侵入地觀測(cè)人的神經(jīng)活動(dòng)的方法。

最原始的方法是觀測(cè)感興趣腦區(qū)對(duì)應(yīng)的功能是否正常，比如處理眼球運(yùn)動(dòng)的腦結(jié)構(gòu)如果受腫瘤壓迫，這個(gè)人的眼球運(yùn)動(dòng)就有可能異常。另外，大腦皮層中的有一層神經(jīng)元是并列排步的，它們?cè)诩w活動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電壓可以直接從人的頭皮用電極測(cè)量到——研究者/醫(yī)生可以給被研究者戴上腦電帽，腦電帽上有按解剖位置分布的數(shù)個(gè)（32，64，甚至128）電極，這些電極測(cè)量到的頭皮電壓分布可以反映被研究者的神經(jīng)活動(dòng)。頭皮電壓的大小、不同頻率范圍的能量強(qiáng)弱都蘊(yùn)含著腦活動(dòng)相關(guān)的信息；當(dāng)然，頭皮測(cè)量的電壓也會(huì)受頭皮附近肌肉運(yùn)動(dòng)和眼球運(yùn)動(dòng)相關(guān)的電流干擾，所以在測(cè)量腦電信號(hào)的時(shí)候，一般會(huì)要求參與者盡量不要?jiǎng)宇^和過(guò)分眨眼，并且同時(shí)在眼球附近測(cè)量眼動(dòng)與眨眼相關(guān)的電信號(hào)用于事后去除相關(guān)的噪音。頭皮腦電記錄的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是方便，只需要帶上帽子之后給電極附近包裹上導(dǎo)電膏即可記錄，不會(huì)對(duì)參與者造成傷害；另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以記錄快速變化的電信號(hào)，研究參與者瞬時(shí)的神經(jīng)活動(dòng)變化。但是，由于隔了頭皮、頭骨等結(jié)構(gòu)，如果沒(méi)有相應(yīng)的算法，研究者很難確定頭皮腦電的信號(hào)變化的來(lái)源位置。

除了腦電以外，還有另外一種帽子，在各個(gè)位置放置近紅外光的發(fā)射器與接收器，發(fā)射器發(fā)出的兩種波長(zhǎng)的紅外光可以穿透頭皮和頭骨，接收器可以測(cè)量被反射和散射后的紅外光強(qiáng)度；上邊提到過(guò)，在神經(jīng)元活動(dòng)時(shí)，負(fù)責(zé)供氧的血管也會(huì)擴(kuò)張/收縮，引發(fā)神經(jīng)元活動(dòng)所需的血流量、血流中含氧血紅蛋白和去氧血紅蛋白的濃度變化，而不同濃度的含氧血紅蛋白和去氧血紅蛋白對(duì)紅外光的吸收能力是不同的，當(dāng)兩種血紅蛋白的濃度變化時(shí)，接收器接收到的紅外光強(qiáng)度也會(huì)變化。這種近紅外光譜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是，近紅外信號(hào)不會(huì)受眼動(dòng)和頭轉(zhuǎn)動(dòng)的影響，所以被測(cè)量者可以演奏樂(lè)器甚至進(jìn)行體育活動(dòng)，而且不同位置的近紅外信號(hào)直接對(duì)應(yīng)不同位置腦皮層的活動(dòng)；但是，血流的變化并不能跟得上電信號(hào)的變化，所以近紅外技術(shù)不適合研究幾毫秒內(nèi)甚至更快的神經(jīng)活動(dòng)變化。近紅外技術(shù)的常用采樣頻率是10Hz，據(jù)說(shuō)人類行為變化的最高頻率也是10Hz左右（這點(diǎn)我一直沒(méi)查參考文獻(xiàn)……有知道的朋友可以提一提）。

有沒(méi)有一種技術(shù)，既可以測(cè)量高頻率的電信號(hào)變化，又可以確定這些變化來(lái)自的腦皮層部位呢？腦磁圖就是這樣的技術(shù)，它的原理與腦電圖類似，是使用探頭測(cè)量腦皮層電流變化對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)變化（當(dāng)然，探頭在磁場(chǎng)變化的時(shí)候產(chǎn)生的直接反應(yīng)也是電流變化）。腦磁圖的儀器看起來(lái)像一個(gè)大柱子，在底部有個(gè)凹槽可以蓋上參與者的頭……因?yàn)闆](méi)仔細(xì)研究過(guò)，所以我記不太清楚腦磁信號(hào)是否會(huì)受肌肉和眼動(dòng)的信號(hào)干擾了。

近紅外掃描和腦磁圖測(cè)量的對(duì)象都是靠近頭皮的腦皮層，頭皮腦電圖測(cè)量的信號(hào)中可以包含深層腦區(qū)的信號(hào)，但是沒(méi)有精密的算法很難定位信號(hào)的來(lái)源。那么，如果我感興趣的腦結(jié)構(gòu)不在頭皮附近，甚至不屬于大腦皮層（比如處在丘腦和腦干），該怎么辦呢？我們還有各種斷層掃描技術(shù)，其中有使用X射線的CT，注射放射性元素（危害小的那種）并探測(cè)其分布的正電子掃描（這個(gè)技術(shù)不太熟，可能理解有誤），還有給定變化磁場(chǎng)后定點(diǎn)測(cè)量與特定物質(zhì)相關(guān)磁場(chǎng)變化的核磁共振技術(shù)（雖然名字里有“核”，但是跟放射性元素?zé)o關(guān)）。

核磁共振掃描技術(shù)如果用來(lái)檢測(cè)去氧血紅蛋白濃度變化，就可以間接測(cè)量神經(jīng)活動(dòng)的變化。在腦執(zhí)行不同功能時(shí)，不同腦區(qū)中的血流量會(huì)不同，血氧水平相關(guān)的核磁信號(hào)也會(huì)不同；核磁掃描儀會(huì)調(diào)整磁場(chǎng)逐個(gè)測(cè)量腦的不同位置，2秒就可以把整個(gè)腦掃一遍。這種反映腦功能的核磁共振掃描被稱為功能性磁共振掃描。前邊提到的近紅外技術(shù)在研究人類行為對(duì)應(yīng)的腦功能變化時(shí)，也被稱作功能性近紅外光譜。

以上就是目前我有印象的非侵入性的腦活動(dòng)觀測(cè)技術(shù)，因?yàn)槭菓{空回憶的、而且沒(méi)有精力和金錢支撐我做精細(xì)整理，所以沒(méi)有列參考文獻(xiàn)（doge）……不過(guò)感興趣的同學(xué)應(yīng)當(dāng)可以從“認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)”相關(guān)的書籍里找到相應(yīng)內(nèi)容。

當(dāng)然了，對(duì)于因?yàn)槠渌蛟谀X中已經(jīng)有了電極（比如為了尋找病灶而植入電極的癲癇病人）的研究對(duì)象，研究者可以直接測(cè)量電極附近的單細(xì)胞和多細(xì)胞電壓變化；腦腫瘤手術(shù)中得到的附帶的神經(jīng)細(xì)胞也可以用于研究……

神經(jīng)科學(xué)入門書籍資料推薦（英文版中文版都可）：

1.?從神經(jīng)元到腦?From Neuron to Brain

2.?Coursera上的醫(yī)學(xué)神經(jīng)科學(xué)Medical Neuroscience課程

其他無(wú)關(guān)資料推薦：

Coursera上的狗的情感與認(rèn)知課程（doge）

寫這個(gè)專欄的起因：

看到一個(gè)有意思的視頻，題目是【焦慮中VS焦慮好了后的神經(jīng)元變化，只是想通過(guò)視頻告訴大家，是情緒影響到神經(jīng)產(chǎn)生的軀體化反應(yīng)】。

視頻中放了兩段神經(jīng)元的錄像，一段的神經(jīng)元看起來(lái)很自閉，另一段神經(jīng)元看起來(lái)很活潑；推薦視頻也有類似的錄像，不過(guò)錄像不完全相同，題目也不一樣……

收到其中一個(gè)視頻評(píng)論的啟發(fā)，我也寫了一條評(píng)論并且把這個(gè)視頻轉(zhuǎn)發(fā)到了我的動(dòng)態(tài)和微博：

這個(gè)不是體內(nèi)神經(jīng)元，目前在體神經(jīng)元沒(méi)有這種觀察手段，所以絕對(duì)不可能是焦慮狀態(tài)下人類的神經(jīng)元錄像；

頂多是離體神經(jīng)元在皮質(zhì)醇之類物質(zhì)作用下和普通生理狀態(tài)的對(duì)比。

離體培養(yǎng)的神經(jīng)元形成的神經(jīng)結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)不及人腦中的，前一陣還有科普up解讀文獻(xiàn)，研究者千辛萬(wàn)苦在鼠腦中培養(yǎng)人神經(jīng)元，才讓培養(yǎng)出的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜一些。

另外，視頻是被裁切過(guò)的，圖注和參考文獻(xiàn)都沒(méi)有…這個(gè)視頻從標(biāo)題“只是想通過(guò)視頻告訴大家，是情緒影響到神經(jīng)產(chǎn)生的軀體化反應(yīng)”這句話來(lái)看，作者只是隨手找了一個(gè)視頻用來(lái)比喻，并不是科普焦慮狀態(tài)下神經(jīng)元的狀態(tài)。

雖然也可以起到讓網(wǎng)友們交流焦慮狀態(tài)，互相安慰的作用，但是視頻容易讓人誤會(huì)。

聊天的時(shí)候，有人心疼我花費(fèi)精力寫這個(gè)評(píng)論、質(zhì)疑我多管閑事，并且表示我也沒(méi)有放參考文獻(xiàn)啊，人家還有個(gè)圖/視頻，我什么都沒(méi)有，我憑什么質(zhì)疑別人？

而且有位朋友回復(fù)我的評(píng)論問(wèn)我說(shuō)的是不是真的，所以我就回憶了一下上述內(nèi)容……

我這個(gè)人寫東西經(jīng)常跑題，這次也不例外；即使我列出了常用的在體腦活動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，也并不能直接說(shuō)明當(dāng)事視頻中的神經(jīng)元不是體內(nèi)的神經(jīng)元，也不能說(shuō)明視頻中的神經(jīng)元不是在焦慮個(gè)體和非焦慮個(gè)體中取出的，也不能說(shuō)明它們與焦慮無(wú)關(guān)。（doge）所以我相當(dāng)于什么都沒(méi)說(shuō)，哈哈哈??