神經科學家的研究對象是人類大腦內部的運作原理，他們需要監聽微小的神經細胞（即神經元）之間的交流。神經元之間的「竊竊私語」由微小的電流組成，這些電信號最終匯成我們的想法和感受，並控制著我們的身體。

《X戰警》中的X教授，他的超能力是無需通過身體接觸便能閱讀他人的思維、記憶，甚至可以操控他人的思維。圖片來源：Wikipedia

遇到某些特定的觸發信號時，神經元會發出短暫的電流，科學家們稱這種電流為動作電位。例如，有些視覺相關的神經細胞只有在人眼看到某種顏色時才會被觸發，從而發出動作電位，而其他視覺神經細胞則會在人眼檢測到基本形狀或物體的邊緣時被激發。

典型的神經元結構。圖片來源：Wikipedia

許許多多的動作電位共同組成了大腦活動模式，也就是我們的思想、行動等。這些思維和運動模式組合起來，便形成了腦電波。觀察大腦的電活動可以幫助科學家們更好地理解大腦的工作方式。科學家們使用了各種各樣的工具來觀測神經元的動作電位、腦電波及其活動模式。

1.頭盔和頭帶

研究大腦活動最簡單的方法是使用帶有平面金屬感測器的頭盔、帽子或者頭帶覆蓋人腦。這些感測器可以接收大腦發出的電信號，得出描述這種電信號的圖譜——腦電圖。

圖中的女子佩戴著覆蓋了電子感應器的帽子，用以記錄腦電數據。圖片來源： Binghamton University/Jonathan Cohen

腦電圖可以顯示人是處於清醒還是睡著了。當人清醒狀態時，人的腦電波是一些很尖銳的峰圖，在入睡後，這些尖峰會逐漸變成波浪狀的「山丘」。

腦電圖可以顯示腦電波活動，該腦電圖表明，被試者已經入睡，並且很可能正在做夢。圖片來源：sciencenewsforstudents.org

人在產生某些具體的想法時，腦電波也會呈現相應的整體模式。如果電腦程序可以識別這些模式，通過腦電耳機，可以通過「意念」對電腦程序進行一些基本的操控。這些想法包括推動、敲擊或者滑動等，當佩戴者想像某一個動作時，腦電圖耳機便會把這個想法當成一個命令來執行。

這種腦電耳機可以讓人們用意念玩一些簡單的電腦遊戲、操控一輛玩具汽車或者瀏覽照片。

2.伸入大腦的電極

然而，腦電頭盔、耳機只能提供大腦的整體腦電波模式，並不能提供更詳細的信息。對於神經科學家來說，使用腦電圖來檢測大腦的活動就像試圖從音樂廳外面聽管弦樂隊演奏一樣。為了弄清每個樂器的節奏，你必須離每名演奏者足夠近才可以。同樣的道理，在大腦中，離單個神經元越近，檢測到的電信號越好。

大腦中有數十億個神經元，如果植入大量的感測器來記錄所有神經元的電信號是十分危險的。不過，只記錄大腦中一小部分的神經元電信號也能夠提供有效的數據。就像將一個小麥克風放到音樂廳中記錄少數幾種樂器的演奏一樣，獲取的信息或許足以識別出正在演奏的樂曲。

實驗室中，大鼠被植入大腦檢測器，來記錄其神經細胞的活動。圖片來源：Wikipedia

3.覆蓋大腦的感測器

通過植入大腦內部的電極，我們可以得到非常詳細的腦電波視圖，但是幾乎沒有人自願讓自己的大腦在剖開後植入感測器。

不過，一些患有罕見腦部疾病的病人已經在他們的大腦表面和頭骨之間植入了電子感測器網路。這些感測器通過ECoG（electrocorticography簡稱，腦皮層電圖）技術來讀取大腦的活動。

每個ECoG感測器可以一次性「竊聽」數十萬個神經元的電信號。圖片編譯來源：Wikipedia

4. 磁場映射

科學家們還有另一種方式來檢測大腦的活動。這種方式不需要手術，就可以提供比腦電圖更詳細的數據。與其他三種方法不同，該方法並不直接記錄大腦的電信號，而是追蹤大腦中的血流量。

想像一下，假設你無法直接聽一場音樂會，只能觀看音樂會的無聲視頻。即使沒有聲音，演奏者的手臂和手指移動也會給你提供一些信息。與此類似，fMRI（功能性磁共振成像）可以反映出哪些腦細胞異常的活躍。

檢查fMRI圖像的研究人員。圖片來源：Wikipedia

志願者躺在一張可以在一台大型甜甜圈狀機器內滑動的床上，該機器可以通過磁場來測量流經神經元周圍血液中的「食物」。活躍的神經元需要血液提供更多的「食物」，因此，血液中含有化學「食物」最多的區域便是大腦活動最強的區域。

核磁共振成像儀。圖片來源：Wikipedia

每種技術都有其優點和缺點，科學家們會根據不同的目標進行選擇。隨著技術的不斷進步，將來大腦活動檢測裝置會變得更加先進，足以將大腦活動的模式轉變成文字或者圖片等形式。

原文來源：sciencenewsforstudents.org

編輯：栗子先生

果殼少年

ID：guokr_junior

果殼為中學生量身打造的知識產品

還不快關注一下！

雖然還不能評論

但你在後台的留言我們都看得到

當然還有你的贊～

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！