流入我们头部的血液显然很重要，因为它为大脑这一能量消耗最大的器官提供营养和氧气。但对于神经科学家来说，大脑中的血流具有特殊意义；许多人使用一种称为功能性磁共振成像（fMRI）的技术来测量大脑活动。
这种扫描技术已成为现代神经科学研究的常见特征，用于追踪神经元的放电，并识别在常见心智任务中活跃的大脑区域。它的使用基于以下假设：血流（内行人称之为“血液动力学”）是神经元放电的足够替代——后者会造成营养和氧气短缺，而前者则能纠正这种短缺。
但哥伦比亚大学的Yevgeniy Sirotin和Aniruddha Das发现，这个假设可能并不完全有效。他们使用一种新技术独立测量并比较了活猴大脑中的神经活动和血流。果然，他们发现了一个血流模式，与动物神经元的活动可靠地匹配。
但他们也发现了一些前所未见的现象——第二个血液动力学信号，强度与第一个信号相同，但与任何局部大脑活动都不对应。这第二个信号并非表示大脑活跃的部分，而是表示那些在不久的将来可能需要活跃的部分。看来，如果大脑预期未来有任务，它就能预先判断哪些区域将被需要，并提前为这些区域灌注血液作为准备。
Sirotin和Das与两只恒河猴合作，它们的头骨上，就在视觉皮层上方，有透明的窗口。视觉皮层是大脑中处理图像的部分。通过这个窗口，两人可以直接观察猴子大脑中的血液流动。他们使用两种不同波长的光——一种红色，一种绿色——来计算有多少血液流过特定的血管，以及它携带了多少氧气。同时，他们还用微型电极记录附近神经元的电信号。
这些猴子对这一切骚动毫不在意——它们是为了喝一口果汁。为了做到这一点，它们被训练去看电脑屏幕上的一个小点——当它发出一种颜色时，猴子必须将注意力集中在它上面；当它切换到第二种颜色时，它们必须放松眼睛。它们连续进行了一系列这样的试验，很快就掌握了这种反复出现的凝视-放松模式。
正是在这项任务中，Sirotin和Das注意到了奇怪的第二个信号，所以他们试图将其分离出来。他们让猴子进行同样的练习，但这次几乎是在完全黑暗中。它们必须看的小点非常微弱，当它在“凝视”和“放松”颜色之间切换时，它看起来就像“漆黑夜空中的一颗闪烁的星星”。
在这种几乎漆黑的环境中，猴子的神经是沉默的。但它们的血流动力学信号却异常强烈——它们仍然以稳定的节奏上升和下降，即使同一区域没有任何神经活动。猴子的瞳孔随着这个信号而扩张，动脉收缩和扩张，心率也保持同步。它们的神经呢？除了稳定的背景嗡嗡声，什么都没有。
这个神秘信号背后是什么？它当然与交替光点的时序保持一致，怀疑论者可能会指出，虽然光线很少，但确实存在一些光线。但视觉皮层的不同部分对猴子视野的不同部分做出反应。由于光点只出现在视野中央，Sirotin和Das可以将他们的摄像机对准一个他们知道不会对光点做出反应的区域。果然，局部神经显示出与背景水平相比没有任何活动迹象。
也许这个信号是某种内部循环的结果？不太可能——当Sirotin和Das改变闪烁光点的时间时，他们发现信号也随之改变。随着每次试验的长度从六秒增加到三十秒，信号的节奏也随之拉长以匹配它。
人们很容易认为这个信号代表了猴子注意力的转移，每个峰值都表示在凝视期间血液流向该区域，每个低谷都对应着放松。但信号的时序却并非如此——它表明血液开始流入该区域是在每次试验期开始之前，当时猴子本应放松凝视。
这个新信号似乎预示了猴子的行动。为了证实这一点，Sirotin和Das在10-20个周期后改变了试验的时序，当时猴子已经进入了节奏。这些动物很快注意到了新的节奏并立即适应了。但奇怪的第二个信号却较慢——它花了几个回合才适应新的节奏。它仍然在“预期”之前的时间安排，即使动物本身已经适应了新的节奏。
基于所有这些观察，Sirontin和Das提出，大脑的某些更高级部分会预测其他区域的需求，并预先输送新鲜血液，为它预见的神经活动提供燃料。具体机制仍有待发现。
目前，这项研究对神经科学家解读fMRI扫描结果的方式产生了直接而严重的影响。这项技术已经面临着相当多的争议，从其技术限制，到结果分析方式，再到其作为读心术技术的流行表象。这些新结果无疑只会进一步激化争论。
fMRI实验的解释取决于血液动力学信号可以预测大脑特定区域神经元活动的观点。这项新研究表明，这在一定程度上是正确的。但它也揭示了另一组同样强大且与局部神经元完全无关的信号的存在。
最近的报告表明，血流与神经活动之间的联系远非简单明了，但即使考虑到这一点，Sirotin和Das的结果也非同寻常。它们必将引起全世界神经科学家大脑中的大量神经活动。
题外话及趣事：作者们让我忍俊不禁。当我谷歌Sirotin时，第四个链接是这个有趣的视频。而且这篇论文让人觉得Das是哥伦比亚大学所有研究部门（以及一些校外机构）的成员。
参考文献：Yevgeniy B. Sirotin, Aniruddha Das (2009). Anticipatory haemodynamic signals in sensory cortex not predicted by local neuronal activity Nature, 457 (7228), 475-479 DOI: 10.1038/nature07664
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