面向脑机接口应用的便携式fNIRS拓扑成像系统:全并行检测与初步范式实验

与传统的核磁共振、脑电图等脑功能成像方法相比,功能性近红外光谱(fNIRS)技术具有抗电磁干扰和可直接检测血氧代谢信号等优势。本团队基于锁相光子计数技术发展了一套面向脑机接口(BCI)应用的便携式fNIRS拓扑成像系统,并开展了一系列仿体和在体实验,以评估该系统的性能。具体来说,仿体实验结果表明该系统具有良好的稳定性、线性度和抗串扰能力。在体实验采用了屏息和心算两种刺激范式,系统以4Hz的采样频率进行同步测量,结果表明,该系统可以准确跟踪全局兴奋(屏息刺激)和局部兴奋(心算刺激)的时间变化曲线。本团队进一步对心算刺激下的测量结果进行了光学拓扑成像,结果显示,此刺激的兴奋区域大致位于前额叶左半部中央位置。此外,本系统进行了充分的小型化设计,可以应用于医疗、日常等情境。这一系统可以实现高灵敏度、全并行的微弱兴奋信号检测,为fNIRS-BCI的临床应用提供了一种实用、高效的测量手段。