研究脑功能的重要手段

在20世纪70年代晚期的主流精神病学界，那种认为研究人脑是为了知道精神病的神秘病症的看法，被认为是不可思议的，而且受人嘲笑。对于几种严重神智疾病，如果你想问问它们可能的病因，会发觉当时的精神病学属于那种在知识上完全被无知所麻痹的学科。当时的精神病医院里，每星期都有尸体的脑解剖，这很令人感兴趣但也令人困惑。虽然病人生前患有严重的精神疾病，但是很少能够检测到任何大体的脑病理变化；连医生们都不能回忆起，哪个病例是有这种病理变化的。虽然病理解剖室的演示员非常卖力，却没有能够检查出来任何一个令人信服的临床相关病例。在这样困难的背景下，人们经常议论说：将来进步的可能途径不是通过脑切片、脑解剖——不管你做得如何仔细，而是要发展某些创新的技术。人们经常幻想的是一种活体的脑解剖工具，这种工具能够以全景来展现脑的生理功能。从20世纪70年代到今天，当人们回顾这一段经历的时候，完全赞赏这段过渡时期里所发生的异常快速的进步，极为令人惊喜的功能性脑成像技术已经建立起来了［1］。

基于伦理的考虑，损伤性实验不能用于人类。以前，在生物学的基础上研究认知功能，往往局限于应用实验动物，以及临床上具有认知功能障碍的病人。20世纪70—80年代发展了脑功能成像技术——正电子发射断层扫描（positron emission tomography，PET）、功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI），从而使我们有可能以正常人作为研究对象，获得无与伦比的、完整脑功能活动的种种详细而有意义的材料。脑功能成像方法的原理是对脑代谢或血氧水平依赖的脑血流量的（blood oxygen level dependent，BOLD）测量。现在，应用功能性成像技术，已经可以测定多种脑功能活动条件下的代谢变化，如有意识或无意识状态下的知觉和记忆、注意、情绪变化等［2,3］。

测定与神智不同状态相关联的脑活动，这是认知神经科学的神圣目标之一。早在20世纪80及90年代初期，有两项服务于灌流成像的新的重要进展，它们被证明对实现我们以前的梦想是关键性的。第一，发展了精细的数据分析工具，以后就变成这个领域的标准，这种工具提供了整个脑成像的分析，形成一个统计学的图谱。第二，90年代早期是功能性脑成像新研究方法快速出现的时期，当时小川诚二（S. Ogawa）应用了磁共振成像（MRI），它基于血液中氧水平依赖（BOLD）的信号。这后一种方法比PET有重要优点，它有比较好的空间分辨，但是没有那种潜在麻烦，因为PET要应用放射活性物质的追踪。BOLD技术的发展体现了它非常明显的重要性。神经科学有了这样一种非侵入性的技术手段，就可以重复测定脑的活性，可以应用于不同作业的实施与操作。fMRI作为一种技术，提供了更多的实验灵活性［1］。

神经成像，特别是基于fMRI的，已成为认知神经科学中占优势的工具。本章有选择性地对过去、现在和将来的重要方面提出一些看法［1］。

脑功能成像研究之目的，不外乎追求确定神智功能的脑“部位”（where）和“为什么”（how）。早期研究针对前一个问题较多，近来的研究则渐渐转向“为什么”的问题［1,3］。

认知的功能性脑成像，在人类认知行为研究与整体实验动物（例如猴子或者基因修饰小鼠）的神经功能的电生理研究之间，提供了关键性的桥梁。既然认知发生于许多脑区的复杂相互作用，那么从多个脑区同时记录脑活性的能力，将赋予功能成像以独特的开拓性［2］。