脑功能：日常状态下的动态变化

　　萨莉的新式智能手表显示，她昨晚享受了7小时23分钟的优质睡眠，其中深度睡眠占据了3小时7分钟。早餐前，她活力满满地跑了5公里（约3.1英里），早餐时摄入了450卡路里的营养，包括18克蛋白质。20分钟前，她刚喝完今天的第二杯咖啡，现在正坐在电脑前，准备开始一天的工作，感觉自己正处于认知的巅峰状态。但事实真的如此吗？

　　在上一章节中，我们探讨了人脑从发展到衰退的渐变过程中，其结构在宏观和微观层面上的变化，以及这些变化如何导致脑功能的最佳状态呈现出不断波动的模式。我们了解到，脑是一个高度动态的器官。那么，它的动态性究竟有多大呢？在冗长的会议尾声，我们或许会感到脑力枯竭；而在狂欢后的清晨，认知障碍似乎又成了常态。这些感受，是否真的反映了脑运作的可测量性差异呢？

测量脑功能：非侵入性技术的崛起

　　要深入了解脑功能的变化，首先需要对其进行测量。然而，测量活人脑中的活动并非易事。大脑受到头骨、肌肉、皮肤和头发的多重保护，使得我们无法直接观察或触摸它。为了避免潜在的破坏，我们也不能随意插入科学仪器进行直接接触。

　　为此，科学家们开发了一系列非侵入性的技术来测量脑功能的各个方面。这些技术，被称为神经成像技术，能够帮助我们建立脑结构（或其构成方式，如血流）及活动方式的图像。你可能已经见过电子计算机断层扫描（CT）或磁共振成像（MRI）的图像，它们类似于X光片，但能够显示不同类型软组织之间的差异，而不仅仅局限于硬的骨头。这些图像对于测量由老化、中风、肿瘤或头部损伤等引起的脑结构重大变化非常有用。

功能磁共振成像：捕捉脑血流的微妙变化

　　通过不断扫描脑的快照，并将这些图像数据交给统计学者进行分析，我们有可能建立起一个完整的图像，用以反映某个时期内脑的变化。这便是功能磁共振成像（fMRI）的基础。fMRI技术能够在短短几分钟内拍下数百张MRI图像，用以测量脑中血流的变化。更具体地说，它测量的是血液（实际上是血液中血红蛋白携带的氧）如何被移动到脑的不同区域。

　　我们可以假设，哪个脑区域需要更多氧气，就说明它此刻的工作强度更大。因此，通过比较完成两项不同任务（如一道简单的数学题和一道比较难的题）时的fMRI图像，我们就可以测量出脑中的哪些区域工作得更卖力，或者为了解决更难的问题，需要增加哪些脑区的投入。

脑电图与心理学实验：多样化的测量手段

　　除了fMRI，还有其他一些测量脑功能的技术，它们不需要人进入扫描机器，因此在没有这些巨大且昂贵的工具时，这些方法会更有用。其中一种常见的方法是脑电图（EEG）。标准的科研级脑电图仪器通常是一个看起来像头骨一样的帽子，上面伸出一根电线，并内置几十个电极，直接与头皮相接触。有时，为了增强头皮和电极之间的连接，我们还会使用一些黏性物质。

　　脑电图的原理是测量当脑电波通过头部时的位置和速度。这些电波反映了大脑不同区域神经元的放电活动。虽然与MRI相比，脑电图不是一种非常精确的测量脑活动的方法，但由于电波活动比血液运动更快，因此在测量脑活动的时间方面，EEG数据比MRI的精确度更高。

　　第三种测量脑活动的方法比fMRI或EEG更间接，但通常也更便宜更容易操作，那就是心理学实验。在这些实验中，志愿者被要求完成一项任务或谜题，这些任务常常经过几十年的使用而得到了细化和标准化。通过这些实验，我们可以深入了解每项任务背后的神经科学背景，如成功完成它需要哪些脑区域或网络，任务的执行如何受年龄、性别和教育水平等因素的影响，以及特定药物是否可能改善或恶化任务表现。

　　常用的任务之一是河内塔（Tower of Hanoi）或伦敦塔（Tower of London）。它最初的形式看起来像是简单的儿童游戏，但实则蕴含着深刻的认知挑战。通过解决这类问题，我们可以进一步探索脑功能的奥秘。