互动科普

我们都看到了这幅图像：一个带蛔纹的大脑轮廓，有一两个区域较亮，这些较高的区域似乎表示受试者在执行某项特定任务时的大脑活动区。10年前发展起来的磁共振功能成像（fMRI)现在已经成为绘制脑活动图的主要研究工具。这项技术通过逐地检测整个大脑中的血氧浓度来完成。但是，一直没有脑血氧浓度与活动神经元有关的证据。现在，德国Tubingen的马普生物控制论研究所的研究人员已经提出了这方面的证据，另外他们还认为，fMRI信号主要取决于神经元的传入信号，而对神经元的传出信号依赖较少。

由Nikos K．Logothetis领导的Tubingen研究小组，在进行fMRI扫描的同时、直接通过植入的电极来监测神经元的电活动。这可不是一件容易的事：MRI使用无线电渡脉冲和一个可变的强磁场，这二者都严重干扰邻近的电路。该研究小组设置了特殊装置来检测和补偿部分干扰、干扰的滤余部分用计算机处理。

这个研究小组对恒河猴进行了研究，让每只猴注视一个旋转的跳棋棋盘图案，该图案激活了猴子的初级视皮层。研究人员将fMRI信号与两种不同类型的电信号进行比较。一种电信号为局部场电位，对传人到该区域的其他神经元的信号做出反应，同时还对局部神经元之间的相互作用信号做出反应。另一种电信号为动作电位，反映为该区域信号输出的特征峰(或脉冲)。在视觉刺激开始后的瞬间，两种信号在视皮层出现，而fMRI信号需要数秒钟才能达到显著水平。在视觉刺激停止之前，局部场电位和fMRI信号一直很强。相反，动作电位总是弱于局部场电位，常常在数秒之后基本回落到零，即使在视刺激仍然存在的情况下也是如此。总之，fMRI信号主要依赖于局部场电位，但响应较慢。

用于这项实验的fMRI扫描一般称作依赖于血氧浓度的磁共振扫描成像(BOLD fMRI)。有氧和去氧血红蛋白之间的细微磁差产生扫描信号，说明那里由于血流量增加而存在多余的氧。令人好奇的是，神经活动的加强仅仅只能消耗掉少部分的多余氧(如果氧耗尽的话，就不会在BOLD信号中显示出来)。华盛顿大学的脑扫描专家Marcus E．Raichle强调，另一项研究提示与信号传入有关的神经活动消耗葡萄糖而非氧气，这种厌氧活动可以为神经递质谷氧酸的再利用提供能量。

Logothetis等人的另一重要发现是，fMRI信号比相应的电活动要微弱得多(这与噪音信号有关)。因此，fMRI扫描不太可能显示大脑的中度活动区。Brookhaven国家实验室的神经科学家Nora Volkow说，这项研究阐释了一个问题：“现在用fMRI所做的一切是非常基础的。”这项研究首次明确地证明：“人人都想弄清大脑如何工作的这个fMRI信号，其实是反映神经元活动的。”

确定在各种不同情况下什么样的神经元活动产生(或不产生)什么样的fMRI信号，还有许多工作要做。例如，实验中的猴子是不清醒的——被麻醉的动物(或人)的视皮层仍然会对眼睛的视物作出反应，但清醒动物的实验结果可能不同。Logothetics说，他的远期目标是开发出这样的成像系统：不是观测血氧浓度，而是观测其浓度与神经电活动关系可能更直接的其他分子。

大脑在工作时

这些年来，扫描技术已经探明不同任务时大脑的活动分布区域。来自磁共振功能成像的最新发现是：

当人们试图同时做两个不同的用脑行为时(如同时理解话语和观看空中旋转的物体)，用于进行一项任务时的脑活动量将少于单独进行一项任务时的脑活动量，所以开车时不准打手机这一规定是有神经学依据的。

欣赏音乐时，音乐家比非音乐家能更充分地利用大脑中的语言处理功能区。

具有物体识别功能的侧枕骨复合体，对物体的整体形状而非其各组成部分做出反应。

【张淑萍／译 亚斌／校】