简单回忆一下目前的脑科学研究技术（单独发个专栏）

（非全面总结，仅为个人发泄；可能是班门弄斧了，哈哈）

如何观测人/动物的神经活动？

神经元活动的表现：神经元细胞内外电压差的电信号（动作电位，和影响动作电位发生难易的电压差），神经元之间传播信息的化学信号（突触之间神经递质的浓度）。

如果是离体的神经元。研究者可以将电极插入或者接触感兴趣的神经元，直接测量在单个神经元上的电压；或者使用能随电压/代谢产物变化而发光的指示物质来观测神经元活动；当然也可以直接用显微镜观察、录像来测量神经元结构的变化。

如果是想观测活动物体内的神经活动，研究者可以通过手术将电极插入人/动物的脑中，记录神经元细胞内的电压变化（比较困难）和一块区域中多个神经元共同造成的电压变化（比较容易）；也可以开颅之后用显微镜观察指定脑区指示物质的颜色变化，或者观察指定脑区附近的血流变化——神经元活动变强或者变弱必然会伴随消耗能量的变化，神经元附近的血管也会扩张/收缩改变血流量来改变供氧。

讲一句废话，没有特别重要的理由，一般不会给人开颅。

但是，在不开颅的情况下，研究者依然有不侵入地观测人的神经活动的方法。

最原始的方法是观测感兴趣脑区对应的功能是否正常，比如处理眼球运动的脑结构如果受肿瘤压迫，这个人的眼球运动就有可能异常。另外，大脑皮层中的有一层神经元是并列排步的，它们在集体活动时产生的电压可以直接从人的头皮用电极测量到——研究者/医生可以给被研究者戴上脑电帽，脑电帽上有按解剖位置分布的数个（32，64，甚至128）电极，这些电极测量到的头皮电压分布可以反映被研究者的神经活动。头皮电压的大小、不同频率范围的能量强弱都蕴含着脑活动相关的信息；当然，头皮测量的电压也会受头皮附近肌肉运动和眼球运动相关的电流干扰，所以在测量脑电信号的时候，一般会要求参与者尽量不要动头和过分眨眼，并且同时在眼球附近测量眼动与眨眼相关的电信号用于事后去除相关的噪音。头皮脑电记录的一个优点是方便，只需要带上帽子之后给电极附近包裹上导电膏即可记录，不会对参与者造成伤害；另一个优点是可以记录快速变化的电信号，研究参与者瞬时的神经活动变化。但是，由于隔了头皮、头骨等结构，如果没有相应的算法，研究者很难确定头皮脑电的信号变化的来源位置。

除了脑电以外，还有另外一种帽子，在各个位置放置近红外光的发射器与接收器，发射器发出的两种波长的红外光可以穿透头皮和头骨，接收器可以测量被反射和散射后的红外光强度；上边提到过，在神经元活动时，负责供氧的血管也会扩张/收缩，引发神经元活动所需的血流量、血流中含氧血红蛋白和去氧血红蛋白的浓度变化，而不同浓度的含氧血红蛋白和去氧血红蛋白对红外光的吸收能力是不同的，当两种血红蛋白的浓度变化时，接收器接收到的红外光强度也会变化。这种近红外光谱技术的优点是，近红外信号不会受眼动和头转动的影响，所以被测量者可以演奏乐器甚至进行体育活动，而且不同位置的近红外信号直接对应不同位置脑皮层的活动；但是，血流的变化并不能跟得上电信号的变化，所以近红外技术不适合研究几毫秒内甚至更快的神经活动变化。近红外技术的常用采样频率是10Hz，据说人类行为变化的最高频率也是10Hz左右（这点我一直没查参考文献……有知道的朋友可以提一提）。

有没有一种技术，既可以测量高频率的电信号变化，又可以确定这些变化来自的脑皮层部位呢？脑磁图就是这样的技术，它的原理与脑电图类似，是使用探头测量脑皮层电流变化对应的磁场变化（当然，探头在磁场变化的时候产生的直接反应也是电流变化）。脑磁图的仪器看起来像一个大柱子，在底部有个凹槽可以盖上参与者的头……因为没仔细研究过，所以我记不太清楚脑磁信号是否会受肌肉和眼动的信号干扰了。

近红外扫描和脑磁图测量的对象都是靠近头皮的脑皮层，头皮脑电图测量的信号中可以包含深层脑区的信号，但是没有精密的算法很难定位信号的来源。那么，如果我感兴趣的脑结构不在头皮附近，甚至不属于大脑皮层（比如处在丘脑和脑干），该怎么办呢？我们还有各种断层扫描技术，其中有使用X射线的CT，注射放射性元素（危害小的那种）并探测其分布的正电子扫描（这个技术不太熟，可能理解有误），还有给定变化磁场后定点测量与特定物质相关磁场变化的核磁共振技术（虽然名字里有“核”，但是跟放射性元素无关）。

核磁共振扫描技术如果用来检测去氧血红蛋白浓度变化，就可以间接测量神经活动的变化。在脑执行不同功能时，不同脑区中的血流量会不同，血氧水平相关的核磁信号也会不同；核磁扫描仪会调整磁场逐个测量脑的不同位置，2秒就可以把整个脑扫一遍。这种反映脑功能的核磁共振扫描被称为功能性磁共振扫描。前边提到的近红外技术在研究人类行为对应的脑功能变化时，也被称作功能性近红外光谱。

以上就是目前我有印象的非侵入性的脑活动观测技术，因为是凭空回忆的、而且没有精力和金钱支撑我做精细整理，所以没有列参考文献（doge）……不过感兴趣的同学应当可以从“认知神经科学”相关的书籍里找到相应内容。

当然了，对于因为其他原因在脑中已经有了电极（比如为了寻找病灶而植入电极的癫痫病人）的研究对象，研究者可以直接测量电极附近的单细胞和多细胞电压变化；脑肿瘤手术中得到的附带的神经细胞也可以用于研究……

神经科学入门书籍资料推荐（英文版中文版都可）：

1. 从神经元到脑 From Neuron to Brain

2. Coursera上的医学神经科学Medical Neuroscience课程

其他无关资料推荐：

Coursera上的狗的情感与认知课程（doge）

写这个专栏的起因：

看到一个有意思的视频，题目是【焦虑中VS焦虑好了后的神经元变化，只是想通过视频告诉大家，是情绪影响到神经产生的躯体化反应】。

视频中放了两段神经元的录像，一段的神经元看起来很自闭，另一段神经元看起来很活泼；推荐视频也有类似的录像，不过录像不完全相同，题目也不一样……

收到其中一个视频评论的启发，我也写了一条评论并且把这个视频转发到了我的动态和微博：

这个不是体内神经元，目前在体神经元没有这种观察手段，所以绝对不可能是焦虑状态下人类的神经元录像；
顶多是离体神经元在皮质醇之类物质作用下和普通生理状态的对比。
离体培养的神经元形成的神经结构远不及人脑中的，前一阵还有科普up解读文献，研究者千辛万苦在鼠脑中培养人神经元，才让培养出的神经元结构稍微复杂一些。
另外，视频是被裁切过的，图注和参考文献都没有…这个视频从标题“只是想通过视频告诉大家，是情绪影响到神经产生的躯体化反应”这句话来看，作者只是随手找了一个视频用来比喻，并不是科普焦虑状态下神经元的状态。
虽然也可以起到让网友们交流焦虑状态，互相安慰的作用，但是视频容易让人误会。

聊天的时候，有人心疼我花费精力写这个评论、质疑我多管闲事，并且表示我也没有放参考文献啊，人家还有个图/视频，我什么都没有，我凭什么质疑别人？

而且有位朋友回复我的评论问我说的是不是真的，所以我就回忆了一下上述内容……

我这个人写东西经常跑题，这次也不例外；即使我列出了常用的在体脑活动检测技术，也并不能直接说明当事视频中的神经元不是体内的神经元，也不能说明视频中的神经元不是在焦虑个体和非焦虑个体中取出的，也不能说明它们与焦虑无关。（doge）所以我相当于什么都没说，哈哈哈😂