我们的大脑需要稳定的血液供应来维持功能，这种神经活动与血流变化之间的紧密联系，被称为神经血管耦合。但一个长期困扰科学家的问题是：这种耦合关系在整个大脑中是一致的吗？还是在不同脑区、不同状态下（如清醒与睡眠）遵循不同的规则？过往研究结论不一，争议不断。

2026年4月15日，伦敦大学学院Agnès Landemard等人在Nature 在线发表题为Brainwide blood volume reflects opposing neural populations的研究论文，该研究给出了一个颠覆性的答案：神经血管耦合在全脑遵循一套统一、一致的规则，而调控的奥秘在于存在两个活动模式完全相反的全局性神经元群体。它们像“推手”和“刹车”一样，共同决定了大脑的血流起伏。

传统困境：方法局限与矛盾结论

先前研究的矛盾，很大程度上源于方法学的局限。大多数研究只能测量一个脑区在特定任务（如视觉刺激）下的总体神经活动，并将其与局部血流关联。这使得不同研究因检测的脑区、行为状态和测量指标不同而难以比较。更重要的是，“总体活动”这个指标掩盖了神经元个体的差异——可能存在一些与血流正相关的神经元，另一些则负相关，它们在总体信号中相互抵消，导致测量失真。

技术突破：同步、全脑、单神经元精度的观测

为了突破这些局限，研究团队采用了强大的多模态技术组合：他们用功能性超声成像同步监测全脑血流量的动态变化，同时用高密度电极阵列Neuropixels记录遍布全脑的数百个单个神经元的电活动。这种技术让他们能在高时空分辨率下，直接观察“神经元放电”与“全脑血流波动”之间的实时关系。

核心发现：两类“唱反调”的全局神经元群体

分析得到了一个清晰而统一的图景：

全局性模式：全脑血流量会随小鼠的清醒状态（如颤动）同步波动，这表明存在一个全局性的调控机制。

相反的群体：在神经元层面，研究者发现了两个功能相反的全局性群体。一类神经元的放电频率随清醒状态增强而增加；另一类则随清醒状态增强而减少。这两类神经元遍布所有脑区，在每个区域中都共存。

差异化的“连接”：关键区别在于，这两类神经元与血管的“对话”方式截然不同。它们拥有相反的血流动力学反应函数——即神经电活动触发后续血流变化的形式和强度不同。它们的活动对血流量产生相反方向的影响。

统一机制：共同贡献决定最终血流

正是这两类“唱反调”的神经元群体的整合与净效应，预测并决定了最终观测到的全脑血流量波动。无论大脑处于何种状态（清醒、休息），也无论观察哪个脑区，血流变化都可以用这两类群体活动的加权总和来解释。它们就像调节天平的两端，其力量的平衡最终决定了血液的供给水平。

唤醒刺激事件会调节全脑的血流量（图源自Nature）

科学意义：为脑成像与脑疾病研究提供新范式

这项研究从根本上更新了我们对神经血管耦合的理解。它将看似矛盾的区域和状态差异，统一归因于大脑内普遍存在的两类功能相反的神经元群体的相对贡献变化。

这不仅解决了长期的理论争议，也为解读功能磁共振成像等基于血氧信号的脑成像技术提供了更精确的生理学基础——信号强弱可能反映的是这两类神经元群体活动的净效应。更重要的是，许多神经退行性疾病和脑血管疾病的早期都伴有神经血管耦合障碍，这一新机制为理解相关疾病的病理生理学开辟了全新的思路。

参考消息：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10350-9