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大脑使用指南：其实你活在大脑创造的虚拟世界里 装×必备：透视大脑的技术
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难易程度
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为了研究大脑的运作机制，仅仅通过观察一个人的行为是远远不够的，我们得将大脑“打开来看看”。慢着慢着，别拿着榔头在你小伙伴的脑袋上比画！（友谊的小船说翻就翻！）
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你可以把大脑想成一个封闭的盒子，你给它一颗糖，它能给你唱首歌、念首诗，也可能从你身边逃跑。你想看看盒子里是什么，可一打开，它就受了伤，甚至会死掉，更别说维持正常的工作了。你也可以仅仅通过研究它静止、已失去活力的形态来研究它，通过它的结构、形状来推测它的作用（解剖学），或是将每一个零件拿出来单独培养、看一个或是几个相关的零件是怎么相互作用的（神经细胞学）。
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过去，想要将大脑和一个行为联系起来，只能通过分析大脑有损伤的患者（俗名“脑残”）的行为来推测。譬如，一名病人某个大脑区域在事故中受到了损伤，结果这位病人在行为上出现了很奇怪的变化，譬如说他再也无法形成新的记忆了，但其他行为却没有受到任何影响。这说明这位病人大脑受伤的那个区域和记忆的生成至关重要。
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为了更深入地研究这个区域，科学家不得不通过动物实验进一步地证实、确认更深层的机理。但问题是，其他的动物，即使是与我们最像的猩猩，和人还是有很多不同的，特别是在大脑这个器官上面。当我们想研究一些人类特有的，更为复杂的认知功能时，如情感、阅读、决策等等，很难仅仅通过动物来研究。所以，还是得看看人的大脑哪（科学家之间友谊的小船在风雨中摇曳）。
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好在最近30年，脑成像技术越来越成熟，科学家终于可以在不损伤志愿者的身体的前提下，甚至在人的大脑正在工作时，通过各种各样的脑成像技术来实时观察大脑的活动。
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在现在的神经科学研究中，常用的脑成像技术有很多种，主要有脑电图2、脑磁图3、功能性核磁共振4和正电子发射计算机断层扫描5等等。
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功能性核磁共振（fMRI）
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用简单的人话来讲，核磁共振就是能够用来看到当你在干某事的时候，大脑的哪些区域会变得活跃。
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它是怎么做到这一点的呢？当神经细胞活化时，细胞会消耗氧气，而氧气是借由血液中红细胞里的血红素，沿着微血管，送至每个细胞附近的。当一个区域的神经细胞们一起变得活跃，这个区域所需要的氧气增大，这样附近的含有氧气的血液就会流向这里，来补充消耗掉的氧气。所以，伴随着神经细胞的活化，这个大脑区域会有血流的变化，而且血氧浓度也会与周围的区域有所不同。如果我们能够测量这个血氧浓度变化，就能够推测到，大脑的哪些区域变得活跃了。
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那怎么来测量呢？我们在中学时就学过，当电荷沿着导线运动时，会在导线周围产生磁场。如果我们把电荷换成一个带有正电荷的质子，当它绕轴旋转的时候，也会形成磁场。人体约70%都由水组成，每一个水分子中含有两个氢原子，而氢原子的原子核的自旋角动量不为零。当你将它放入一个均匀的磁场中时，如果控制好这个磁场的能量，就能使得这个原子核产生共振，放出电磁波。而这个电磁波可以被检测到，经过处理，便能够知道发出这个电磁波的原子核的位置，并绘制出精确的图像。
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其实，核磁共振里的“核”指的是氢原子核。但在临床上，因为担心病患会对“核”这个字产生畏惧感，国内也常将这种技术称为“磁共振”。
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因为缺氧和氧化状态下的血红素对磁场的反应是不同的，所以根据血液里的含氧量就能够产生不同的信号，这个信号叫作血氧浓度相依对比（Blood oxygen-level dependent，简称BOLD）。
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通过使用功能性核磁共振，通过绘制出大脑不同区域不同的BOLD信号，现在我们能够得到相对精细的大脑扫描图。更重要的是，因为这种成像方法对人体没有任何伤害，所以在临床和科研中都有广泛的使用。
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使用功能性核磁共振成像，科学家能够定位大脑里什么位置负责怎样的认知活动，换言之，核磁共振成像有杰出的空间分辨率。但是，因为神经细胞的活化到产生BOLD信号，有1～5秒的延迟，所以核磁共振成像的时间分辨率比较差。这对变化迅速的大脑认知功能，譬如说听声音（大脑活动是毫秒级），就不是特别完美。另外，核磁共振成像设备非常昂贵，维护、维修以及使用它都不便宜。在我所在的实验室，使用一个小时需要300英镑（友情价），也就是近3000人民币。一个普通实验一般至少需要10个人，每个人1个小时，也就是说光是使用就需要花费30000人民币。这也是不能避免的，必须考虑在研究经费之内的重要因素。
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如果你对这个技术很感兴趣，想对它深入了解的话，我推荐一本很不错的入门教材：Huettel, S.A.，Song, A.W.，McCarthy, G.，2009.Functional Magnetic Resonance Imaging.Freeman.（《功能磁共振成像》）
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脑电图（EEG）
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神经细胞靠传递电流来传递信息，即使在静止不动、什么也不想的情况下，大脑也如不夜城一般热闹。我们把能够将大脑所产生微弱的生物电，在头皮处收集，并放大记录的一种曲线图叫作脑电图。收集脑电图的时候，头上要戴一个帽子，帽子上有很多感应器（电极），电极贴在头皮上，就能收集到这个区域头颅下方百万千万个神经细胞的电流活动。打一个比方，大脑就像是一个体育场。体育场里在进行一场球赛，而每一个神经细胞就好像是一个时不时呐喊的观众。而你呢，就拿着一支录音笔，站在体育场外，通过千万个球迷的呐喊声来了解球赛的状况。
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这个例子提供了几条信息：首先，脑电图并不是直接记录了每个细胞的活动，虽然它能够呈现大脑的一些反应，但是在研究和分析脑电波时，有很多需要注意的地方。其次，脑电图展现的并不是几个神经细胞或是某一个大脑区域的活动，它记录的是整个大脑中的神经细胞的电流产生的电压波动。第三，虽然它在空间分辨率上非常吃亏（也就是说，它并不能精准地展示大脑的某个特定区域的活动），但它在时间分辨率上非常好（精准到毫秒，也就是基本实时记录）。
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在临床上，常用脑电图来诊断癫痫，有时对神经疾病的诊断也有很重要的作用。
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举一个简单的例子，假设我已经给你戴好脑电图帽子，开始记录你的脑电波，然后你听我念下面两个句子：
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第一句话：一个男人在自己的咖啡里加了牛奶。
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第二句话：一个男人在自己的咖啡里加了袜子。
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当你听到“袜子”这个违反语境的词语后400毫秒的时候，与听到“牛奶”相比，脑电波会有一个更高的波峰。通过反复的测试，我们发现，这个波峰（实际上专业叫“成分”）和“违反语境”有关系，只要听到或看到违反语境的词语或物体，都能够在脑电波里看到这个“成分”。
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