没有一个有常识的人会相信，在一所房子里，水管里的水流动可以告诉你有多少盏灯亮着，多少燃料被用来取暖。令人惊讶的是，大多数神经科学家都相信，在大脑中监测局部脑血流（CBF）（我称之为管道）是一种可靠的替代方法，可以定位神经元电活动并监测代谢事件。这通常是通过功能性磁共振成像（fMRI）来实现的，这是一种测量血流动力学变化的技术。在fMRI中，由红细胞中脱氧血红蛋白的顺磁性产生的血氧水平依赖（BOLD）信号以精确的局部和时间分辨率进行测量。在大多数神经成像功能磁共振成像研究中，通过认知任务或感官刺激激活大脑会导致局部功能性充血，大多数时间伴随着局部场电位（LFP）的增加（Logothetis，2008). 脑激活如何在功能性充血时发生变化是神经科学家之间激烈争论的话题，他们提出了两个假设，即“代谢”和“神经原性”（Estrada和DeFelipe，1998; 哈默尔，2006).
代谢假说假设神经元能量需求与局部CBF调节之间存在因果关系。PET发现显示血流量和葡萄糖摄取的可比功能增加，这一一般假设得到了支持（Raichle和Mintun，2006)是CBF与局部葡萄糖利用相耦合，而葡萄糖利用又与神经元活动直接相关（Magistretti，2006). 兴奋性神经元活动释放谷氨酸，谷氨酸通过代谢性谷氨酸受体激活胶质细胞。胶质细胞的激活同时会导致附近血管直径的增加和葡萄糖摄取的刺激。在这个新陈代谢假说中，局部CBF的活性依赖性调节是一种反馈机制，无法预测可能的需求。
Zonta等人的原始观察结果支持了代谢假说(2003)脑血管周围的星形细胞末端释放血管扩张物质；此后的其他观察表明，星形胶质细胞也可能引起血管收缩。这些相反的观察结果得到了证实：星形胶质细胞的激活触发花生四烯酸的形成，花生四烯酸可在平滑肌中转化为20-羟基二十碳四烯酸（20-HETE），引起血管收缩或转化为前列腺素E2（PGE2)引起血管舒张。这些有趣的发现现在在MacVicar小组的一篇优雅的论文中得到了解释，他们证明在切片中，花生四烯酸的最终去向是导向血管扩张剂PGE2如果氧气水平低，如果氧气水平高，则达到血管收缩剂20-HETE（Gordon等人。，2008).
p的重要性氧气这项关于大脑切片中星形胶质细胞的研究令人困惑。自1986年福克斯和雷奇勒的作品以来，这部电影就广为人知(1986)大脑激活引起的CBF增加与O无关2代谢；事实上，当大脑局部神经元活动增加时，局部血流增加的幅度大于耗氧量。实验性改变pO2不影响脑激活期间CBF的局部增加。Mintun等人(2001)在人类志愿者中证明，视觉激活期间CBF的局部增加不受缺氧的影响。最近，Leithner等人(2005)已经表明，在大鼠中，高压高氧并未影响功能激活所诱导的局部CBF增加。不管是否与CBF的生理控制有关，MacVicar小组的工作解决了星形胶质细胞激活后切片中观察到的明显相反的效应。
与代谢反馈假说相反，神经原假说（Estrada和DeFelipe，1998; 哈默尔，2006)描述了一种前馈机制，大脑激活引起的充血与突触信号有关，而不是与组织的代谢需要有关。Sirotin和Das最近强调了神经原假说(2009)他们发现了一个大的血流动力学信号，可以将动脉血输送到感觉皮层，以预测局部神经元活动的增加。在短时间内，管道可以先于布线。
在行为机警的猴子身上，Sirotin和Das开发了一项任务，在保持试验时间的同时尽量减少视觉输入。在一个黑暗的房间里，动物们被要求定期注视一个微小的注视点以获得奖励。当动物执行这项任务时，在初级视觉皮层监测内在信号光学成像和LFP。尽管猴子处于几乎完全黑暗的环境中，没有视觉刺激，但在试验频率下，它们在视觉皮层中表达出强烈的意外血流信号。然后，当动物们执行相同的注视任务时，会出现强烈的视觉刺激；这种视觉刺激为血流动力学信号增加了第二种不同的成分。视觉刺激产生的成分与强LFP相关。其他与任务结构相关的血管信号没有伴随着电活动的变化。作者将其解释为一种预期的血液动力学信号，可以为预期的后续强烈视觉刺激启动视觉皮层。大脑皮层在预期刺激之前存在电预期信号并不是什么新鲜事；早在1964年，Walter等人就描述了预期信号(1964)最近由摩尔和曹审查(2008).
假设神经能量需求和局部CBF之间存在联系的代谢假说无法解释预期血流量增加的结果。这些结果支持了参与大脑动脉控制的神经元网络的存在。控制脑内血管的神经血管网的解剖结构因神经元、胶质细胞和血管平滑肌细胞之间的相互作用而复杂。这一神经血管单位包括周细胞，周细胞是特化的脑平滑肌细胞，以及几个不同的中间神经元，其中含有一氧化氮合酶和各种神经肽（Cauli等人。，2004; 埃斯特拉达和德菲利佩，1998; 哈默尔，2006; Rancillac等人。2006).
神经科学家在控制CBF的“代谢”与“神经原性”之间的争论在Devor等人最近的报告中得到了支持神经原性假说的支持(2008)这说明了大鼠初级体感皮层的血流和葡萄糖消耗之间的关系体内Devor等人研究了单侧前爪刺激引起的神经元和血流动力学变化以及葡萄糖摄取。与对侧前爪区相比，对侧前掌区的神经元活动、血流和葡萄糖摄取同时增加，他们观察到，在同侧皮层，随着葡萄糖摄取增加，血流减少。电生理记录显示同侧电活动增加，与观察到的葡萄糖摄取增加一致。当同侧皮质葡萄糖摄取增加时，血流量减少，这与关于CBF调节的重要代谢假说相矛盾，该假说假设能量消耗通过血管活性代谢物的产生决定区域血流量。简而言之，加油和管道并不总是相关的。
在最近的一次法官审查中，洛戈塞提斯(2008)详细描述了fMRI-BOLD在可视化大脑激活方面的优缺点。普遍的共识是，BOLD在大多数情况下都是神经元活动和代谢的一个很好的替代指标。最近的两篇论文（Devor等人。，2008; Sirotin和Das，2009)本文综述表明，fMRI-BOLD并不总是与神经元电活动或代谢相耦合。固有的BOLD信号与脑血管平滑肌的扩张或收缩直接相关。对这些的控制似乎是神经原性的，使BOLD发出信号，这是对脑血管神经控制的一种精细测量。
