奥秘#10 探知认知功能对大脑血流量的影响
当你用力思考时，你的心率会显著上升。
大脑需要消耗身体大约20%的氧气，甚至在休息时也是如此。和身体里其他器官一样，当大脑承担更多工作时，它需要的葡萄糖、氧气和其他基本营养物质也会更多。许多用来测量大脑各方面情况的扫描技术，便利用了这一点。功能性磁共振成像（fMRI）【奥秘#4】的技术依据，便是含氧血和缺氧血在强磁场中，会产生略微不同的电磁信号，含氧血更多地聚集在大脑活跃区域。正电子成像术（PET）【奥秘#3】则是将弱放射性葡萄糖注入人体内，进而读取脑内最活跃，即最需要葡萄糖区域的信号。
一项叫作经颅多普勒超声的技术则采取了不同的方式——测量血管和动脉里的血流。经颅多普勒超声的技术依据，在于血流速率会成比例地影响被反射回来的超声波的音高，从而即时测量大脑血液的供给变化情况。在对比不同心理活动上，该技术尤其有效。不过，即使没有经颅多普勒超声技术，你也可以通过测量脉搏，来感受大脑活动增加对血流造成的影响。
练习
在这项练习中，你需要找人帮你测量颈动脉脉搏。测量位置在脖子前面的任意一侧，下巴下方。记得，只需要用几根手指，在颈部靠近喉咙的部位，稍微施压即可。你的朋友应该能很容易感受到你的脉搏。
首先，需要测量你的静息心率。坐下来，放松几分钟。在你安静下来之后，让朋友测量你在60秒内的心跳数。在此期间，闭上眼睛，什么都不要想。
有了参考值之后，让朋友再帮你做一次心率测量，方式不变。不过，这一次你需要想出尽可能多的不同种类的动物。静止不动，闭上眼睛，努力去想。如果想不出来了，试着换一个办法，让自己想到更多的动物。
在第二次练习中，你的心率有可能增加，因为你的大脑为了完成任务，会消耗更多葡萄糖和氧气。增幅如何则因人而异。
原理
想出尽可能多的动物，是一项言语流畅性任务，来测试你言语表达的流畅程度。为了成功完成该任务，你需要协调你的各种认知能力。比如，在你的记忆中搜索动物的分类，并想办法想出尽可能多的动物名称（也许，你会想象自己走在丛林里，或是想一想当地有哪些动物），最后还要检查自己是否有重复。
神经心理学家经常用这个方式来检测大脑的执行系统。执行系统是一种概念系统，能为解决问题和实现目标而协调各项大脑活动。你在思考动物名称时，便用到了该系统。大脑受损后，尤其是额叶受损，该系统会失灵，言语流畅性任务则是检测该系统功能情况的方式之一。
通过PET扫描，研究发现类似的言语流畅性任务会消耗大量大脑资源，并涉及大脑皮层大部分区域，尤其是额叶、颞叶和顶叶。[1]
有趣的是，在这项研究中，那些表现最佳的人所消耗的葡萄糖总量，比那些表现较差的人的消耗量要低。你可以通过邀请一群人参与之前的练习来测验这一发现。那些表现更好的人的心率是否比其他人要略低？表现优异的人似乎能更有效率地使用大脑，而不仅仅是消耗更多的大脑资源。
尽管和PET扫描相比，通过测量颈动脉脉搏来测量大脑活动情况的方法相对粗糙，但因为颈动脉供应着大脑前动脉和大脑中动脉的血液，所以这对于高消耗的大脑任务而言，依然不失为一种好的间接测量法。颈动脉供应着大脑皮层最主要区域的血液，包括额叶、颞叶、顶叶和枕叶，当你的大脑开始运作时，它便成了供应所需葡萄糖和氧气的重要渠道。
PET扫描有一个问题是，尽管它能够定位具体的大脑活动区域，但它的时间分辨率较低，这意味着它并不十分擅长检测血流速度的快速改变。与此相反，经颅多普勒超声可以在非常短时间内（毫秒）检测到血流的变化。当被试在完成和言语流畅性任务一样需要类似的认知能力的任务时，弗劳恩费尔德（Frauenfelder）和他的同事们通过这种方式来测量被试大脑前动脉和大脑中动脉的血流。[2]他们发现，血流速度每时每刻都在改变，而这取决于被试正在处理的任务是什么。大脑扫描的确可以告诉我们，大脑哪个区域正在执行某项任务这种重要信息，不过有时候，简单的血流测量也可以补充更多被遗漏的信息。
[1] Parks，R.W.，Loewenstein，D.A.，Dodrill，K.L.，Barker，W.W.，Yoshii，F.，Chang，J.Y.，Emran，A.，Apicella，A.，Sheramata，W.A.，&Duara，R.(1988).Cerebral metabolic effects of a verbal fluency test：A PET scan study.Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology，10(5)，565–575.
[2] Schuepbach，D.，Merlo，M.C.，Goenner，F.，Staikov，I.，Mattle，H.P.，Dierks，T.，&Brenner，H.D.(2002).Cerebral hemodynamic response induced by the Tower of Hanoi puzzle and the Wisconsin card sorting test.Neuropsychologia，40(1)，39–53.——沃恩·贝尔