但是，很多人仍然會疑惑的問，我們現(xiàn)在在大腦實驗中都會運用什么方法和手段呢？這些手段會不會對我們的大腦有所影響呢？下面筆者就大腦的研究手段向讀者略說一二。
1.MRI
首先說說核磁共振吧。1977年7月3日發(fā)生的一件大事永遠地改變了現(xiàn)代醫(yī)學的前景。起初，這一事件在醫(yī)學研究界以外幾乎沒有激起一點漣漪——這就是核磁共振成像檢查（MRI）首次在人類身上使用。當時它幾乎用了五個小時才完成一幅圖像。從今天的標準來看，這幅圖像相當難看。雷蒙德·達馬迪安博士（一名醫(yī)師，同時也是一位科學家）和同事拉里·明科夫博士以及邁克爾·戈德史密斯博士經(jīng)過七年的不懈努力，才實現(xiàn)了這個目標。他們將這臺機器命名為“不屈不撓號”，以紀念他們在完成很多人聲稱不可能完成的任務中所體現(xiàn)的精神。而隨著技術的發(fā)展，現(xiàn)在只需幾秒鐘就可以完成從前需要花費數(shù)小時的成像工作。
核磁共振，簡稱MRI，是利用無線電波的一種手段，可以恰當?shù)耐ㄟ^組織而不損害組織。核磁共振利用這一優(yōu)勢，使電磁波能夠自由地穿透顱骨。目前已經(jīng)有大量的學術研究和醫(yī)學研究運用了這項技術。這項技術給了人們以前認為是不可能的美妙照片。它可以捕捉人在產(chǎn)生感覺和情緒時的大腦圖片。這就像一個時鐘滴答作響時能夠看到它的內部一樣。
MRI機器是非常巨大的，它的圓柱形磁線圈可以產(chǎn)生一個磁場，比地球磁場大2萬-6萬倍。MRI儀器重達一頓，占滿整個房間，花費數(shù)百萬美元，最主要原因是有一個巨大的磁場。具體操作流程如下：病人平臥并插入到包含兩個產(chǎn)生磁場的大線圈的圓筒中，當磁場打開時，身體內的原子核的行為很像指南針的指針，它們沿磁場方向排列。然后產(chǎn)生一個小的無線電脈沖能量，使我們身體中的一些原子核快速翻轉顛倒。當這些原子核恢復到正常位置后，它們發(fā)出二次無線電脈沖能量，然后通過MRI機對這些脈沖進行分析，通過分析這些微小的“回聲”，可以重建這些原子的位置和性質。然后用電腦重新構建原子的位置，給出我們美麗的三維圖像。
磁共振成像機的最大優(yōu)勢是其精準的定位大腦各微小部分的能力，可以小到mm級別的幾分之一。MRI掃描產(chǎn)生的不只是二維屏幕上稱為像素的點，而且是在三維空間中稱為“體素”的點，產(chǎn)生三維的成千上萬個明亮彩色點的集合，形狀為大腦。
雖然說MRI的空間分辨率很高，但它的時間分辨率卻很差，這點和稍后要談到的EEG（腦電圖）正好相反。為了跟蹤大腦中血液的路徑幾乎需要整整一秒鐘，電信號通過大腦幾乎是瞬間的，因此，MRI掃描可能錯過一些思維模式的復雜細節(jié)。
而且，值得一提的是，該儀器成本過高，一臺MRI動輒數(shù)百萬美元，使得很多小型的研究機構無力購買，只能在一些較大規(guī)模的醫(yī)院和研究院才可能見到。不過，隨著科技的進步，成本應該會逐步降低的。
2.fMRI
在20世紀90年代中期，科學家發(fā)明了一種新型的MRI機器，被稱為功能性核磁共振（fMRI），fMRI與MRI的區(qū)別主要是,傳統(tǒng)的MRI為結構性成像,掃描腦灰質,白質,腦脊液的形態(tài)結構等以判斷是否有病變或損傷.fMRI功能成像,是基于大腦進行某項活動時局部腦區(qū)血氧水平的變化,來觀察進行某項任務時所謂'腦激活'情況.是BOLD信號成像.前者可認為時間分辨率為無窮大(不發(fā)生損傷或病理性改變及老化因素等影響,腦結構基本保持穩(wěn)定),后者的時間分辨率為秒級.
3.DTI
由于不同的化學元素對不同的無線電脈沖的頻率有回應，因此可以通過改變無限電脈沖的頻率來識別身體的不同元素。彌散張量成像(DTI)，就是一種描述大腦結構的新方法，是核磁共振成像(MRI)的特殊形式。如果說fMRI測量的是血液中含有的氧原子，那么DTI捕捉的就是大腦中水的流動。以為水是大腦的神經(jīng)通路，所以科學家現(xiàn)在可以立即確定大腦的某些部分和其他部分是怎樣聯(lián)系的。
4.DBS
深部腦刺激技術（DBS），又稱腦起搏器治療手術。該技術是利用腦立體定向手術在腦內特定神經(jīng)核團的位置植入電極，通過高頻電刺激可抑制異常電活動的神經(jīng)元，從而起到治病的作用?？梢灾委熍两鹕 ⒃l(fā)性震顫、癲癇、扭轉痙攣等疾患。筆者上篇文章曾經(jīng)提到潘菲爾德醫(yī)生，他當初使用的探針較粗，今天，這些電極已經(jīng)可以細的像頭發(fā)絲一般。最近，這些電極可以瞄準大腦的一個新區(qū)域（BA25），抑郁癥的這個區(qū)域經(jīng)?；钴S過度，因此治療和藥物對他們不起作用。然而DBS使這些病人在經(jīng)常了長時間的病痛折磨后竟奇跡般的緩解了。
5.PET
正電子發(fā)射斷層顯像（PET），它通過定位葡萄糖的存在以計算腦能量的流動，因為葡萄糖分子是為了細胞提供能量的。為了開始PET掃描，需將一種特殊的含有輕微的放射性葡萄糖的溶液注射到身上。糖分子中的鈉原子被放射性鈉院子取代。每當一個鈉原子衰變時，它會發(fā)出一個正電子或陽電子，很容易被傳感器檢測到。跟蹤葡萄糖中放射性鈉原子的路徑，就可以繪制出大腦內的能量流動圖。
與MRI相比，PET空間分辨率并不是很好，而且還具有輕微的放射性，所以患者不能持續(xù)進行PET掃描，原則上，出于患者安全的考慮，一年之內禁止兩次及以上的PET掃描。
6.CT
電子計算機斷層掃描（CT）的工作程序是這樣的：它根據(jù)人體不同組織對X線的吸收與透過率的不同，應用靈敏度極高的儀器對人體進行測量，然后將測量所獲取的數(shù)據(jù)輸入電子計算機，電子計算機對數(shù)據(jù)進行處理后，就可攝下人體被檢查部位的斷面或立體的圖像，發(fā)現(xiàn)體內任何部位的細小病變。根據(jù)所采用的射線不同可分為：X射線CT（X-CT）、超聲CT（UCT）以及γ射線CT（γ-CT）等，這項技術運用時間較早，目前也比較成熟。
7.EEG
腦電圖（EEG），即腦動電流圖。腦電圖的引起可回溯至1924年，但直到最近才使得從每個電極涌出的數(shù)據(jù)有意義。腦電圖信號的采集首先需要被試（或病人）戴上腦電帽，帽子上會有很多的電極，這些電極負責檢測在大腦中流動的微小電信號。（本身不會對身體造成危害）
不同于MRI，EEG完全是被動的，專門負責采集大腦微小電信號。它的優(yōu)越性在于它能夠記錄整個大腦中涌動的廣泛的電磁信號，使科學家可以測量在睡覺時，沉思時，放松時甚至是做夢時的大腦活動情況。而且，它的優(yōu)勢還在于低成本，與MRI不同的是，一個普通課堂里，老師就可以佩戴腦電儀來向學生們展示EEG的使用方法。
但是，EEG的空間分辨率很差。腦電圖掃描拾取的腦電信號在它穿過顱骨后已經(jīng)擴散了。使得很難檢測出源于大腦深處的異?；顒?。此外，輕微的動作就可以使腦電圖的信號發(fā)生很大變化，影響測量結果。
8.BEAM
腦電地形圖（BEAM）是在EEG的基礎上，將腦電信號輸入電腦內進行再處理，通過模數(shù)轉換和付立葉轉換，將腦電信號轉換為數(shù)字信號，處理成為腦電功率譜，按照不同頻帶進行分類，依功率的多少分級，最終使腦電信號轉換成一種能夠定量的二維腦波圖像，此種圖像能客觀地反映各部電位變化的空間分布狀態(tài)，其定量標志可以用數(shù)字或顏色表示，再用打印機打印在顱腦模式圖上，或貯存在軟盤上。它的優(yōu)越性在于能發(fā)現(xiàn)EEG中較難判別的細微異常，且病變部位圖像直觀醒目，定位比較準確，從而客觀對大腦機能進行評價。主要應用于缺血性腦血管病的早期診斷及療效予后的評價，小兒腦發(fā)育與腦波變化的研究，視覺功能的研究，大浮腫瘤的定位以及精神藥物的研究等。
9.MEG
腦磁圖（MEG）依據(jù)的是物理原理：快速變化的電場能夠產(chǎn)生一個磁場，反之亦然。MEG是一種應用腦功能圖像檢測技術對人體實施完全無接觸、無侵襲、無損傷的大腦研究和臨床應用設備。它能夠被動的測量大腦中電場變化產(chǎn)生的磁域。這些磁場是十分微笑的，只有地球磁場的十億分之一。目前來說，MEG的空間分辨率很好，可達到一千分之一秒。但其空間分辨率很差，近一個立方厘米。
10.TMS
經(jīng)顱磁刺激（TMS）技術是一種利用脈沖磁場作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)（主要是大腦），改變皮層神經(jīng)細胞的膜電位，使之產(chǎn)生感應電流，影響腦內代謝和神經(jīng)電活動，從而引起一系列生理生化反應的磁刺激技術。以前，科學家如果研究大腦某個特定部位的作用時，不得不通過中風或者腫瘤的手段讓大腦的某部分不工作，這樣的手段是有很大的風險的，而且不具有可逆性。但有了TMS后，我們就可以隨意打開或關閉的大腦的特定部分。通過在大腦一個特定點注入磁能，只需通過觀察一個人行為的改變，便可以確定它的功能。
但是TMS也是有缺點的，磁場強度隨著距離衰減很快，這就造成了磁場不能夠穿越到大腦內部很深的地方。TMS在關閉貼近顱骨的這部分大腦是很有用的。但是不能夠到達如邊緣系統(tǒng)這些在大腦內部的腦區(qū)。這也是下一代TMS技術急需解決的問題。
11.光遺傳學
光遺傳學：這種技術曾被視為是科幻小說才有的橋段?？茖W家首先將引起細胞活動的光敏感基因通過精確手術直接植入到神經(jīng)元中，然后，打出一道光束，神經(jīng)元被激活，更重要是，我們現(xiàn)在可以通過控制這些通路，來直接操縱生物的行為。
雖然這項技術只有短短十幾年的時間，但已經(jīng)收到了很好的效果。打開一盞燈的開關，就可能使果蠅突然飛出，小鼠瘋狂的繞圈跑。對猴子，甚至是人體的實驗也開始了討論。該項技術未來很可能會用在治療人的疾病上，如帕金森氏癥和抑郁癥。
12.大腦透明術
透明的大腦：像光遺傳一樣，認知神經(jīng)科學另一個壯觀的新發(fā)展是使大腦完全透明，讓神經(jīng)通路完全暴露在肉眼之下。雖然這項技術困難重重，但是在2013年，斯坦福大學的科學家宣布，他們已經(jīng)成功的讓老鼠的整個大腦完全透明，并使人的部分大腦透明。這項技術是那么的引人注意，以至于《紐約時報》頭版登出了這樣的標題：大腦像果凍一樣清晰的展現(xiàn)，讓科學家探索。
在細胞層面上，單個細胞看上去是透明的。但是，一旦十幾億個細胞組合成像大腦一樣的器官后，脂類添加物會使器官變的不透明。這項新技術的關鍵點就在于去除脂類的同時保持神經(jīng)元的完整性。而斯坦福大學的做法是將大腦放到水凝膠中，水凝膠與所有的大腦分子結合，但不與脂質結合。然后將大腦放到有電場的肥皂溶液中，用該溶液沖洗大腦，帶走脂質，留下透明的大腦。而加入染料后可以使該神經(jīng)通路清晰可見。這將有助于識別和繪制大腦的許多神經(jīng)通路。
以上是筆者整理的一些大腦科學中比較常用的技術，希望大家批評指正。
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