汉语阅读障碍儿童视觉编码和词语成分加工机制的功能性近红外光学成像研究

目的 探讨汉语阅读障碍 (readdisorder,RD)儿童视觉编码和词语成分加工的脑功能定位及血氧水平依赖 (bloodoxygenationlevel-dependent,BOLD)响应与加工作业之间的关系。方法 以 1 9名RD儿童为病例组 ,以 2 8名正常儿童为对照组 ,2组儿童年龄分别为(9.81± 1 .2 2 )岁和 (9.77± 1 .1 9)岁。运用功能近红外成像技术 ,观察 760nm和 850nm的漫射光强变化 ,测定受试者左前额皮层的血流量和血氧的变化。结果 2组儿童左前额叶的BOLD响应强度在词语成分加工时均显著强于视觉编码加工。视觉编码加工时 ,RD儿童左前额叶的血流量增加 ,对照组的血流量减少 ;词语成分加工时 ,RD儿童和正常儿童左前额叶的血流量均呈现增加趋势 ,但RD儿童脑区域激活强度和激活范围较对照组明显减弱 (P <0 .0 5)。结论 左前额叶参与RD儿童视觉编码和词语成分加工作业。汉语RD儿童在完成上述 2项加工作业时的脑局部血流量的代谢机制和脑功能机制与正常儿童存在明显差异 ,提示汉语RD儿童神经生理机制的异常可能是其发病的大脑物质基础。

基于RBF-SVM算法探究不同训练程度参与下功能性近红外光谱信号的智能分类与识别分析

目的:在临床康复训练中保持高水平的参与度可以显著促进患者运动能力的恢复。本研究旨在利用功能性近红外光谱(fNIRS)技术监测被试者在训练过程中的参与状态变化,并应用机器学习算法对不同参与度进行分类与识别,为临床评估提供客观量化参与信息,促进优化康复训练方案。方法:本研究招募了16名健康的右利手被试者,参与了不同难度水平的训练任务。使用一般线性模型选择显著激活的fNIRS通道,提取氧合血红蛋白(HbO)浓度特征,包括均值、斜率和样本熵,利用支持向量机(SVM)分类器对被试者的训练参与程度进行分类和识别分析。结果:通过8次3折交叉验证评估了SVM分类器的性能,结果显示:斜率、均值、样本熵及这三种特征的组合下,分类模型的准确率分别为75.1%、83.2%、80.5%和86.8%。结论:采用SVM分类器能够有效对fNIRS信号进行分类和识别。该研究为运动训练提供了量化参与程度评估信息,将进一步或可为脑卒中运动功能康复智能评估研究奠定理论基础,并为智能康复处方的制定和动态参数调整提供依据,有助于提高运动康复训练效率和效果。

功能性近红外光谱应用于脑认知领域的可视化分析

目的:对功能性近红外光谱技术应用于脑认知相关研究的现状、热点及前沿行可视化分析。方法:检索Web of Science(WOS)数据库2012年1月1日~2022年12月31日功能性近红外光谱技术应用于脑认知研究的文献,使用CiteSpace 5.7软件进行可视化分析。结果:最终纳入文献1685篇,文献年发表量呈增长趋势。Ann-Christine Ehlis是发文最多的作者(36篇),美国是发文量最多的国家(480篇),德国图宾根大学是发文量最多的机构(47篇),发文机构间合作较密切。研究热点集中于认知障碍及儿童脑发育障碍等认知疾病的神经机制研究、认知水平测量及认知疾病治疗评价等方面。结论:功能性近红外光谱技术在脑认知领域的应用处于发展阶段,国内机构应继续强化合作,近年研究开始结合多模态检测数据,研究者可进一步将多模态大数据结合人工智能建立各类认知疾病的认知评估、疗效评价等模型,实现脑认知疾病的客观化精准医疗。

功能性近红外光谱在抑郁症诊断及治疗监测中的临床应用

抑郁症发病率快速上升,具有高致残率、高死亡率及高漏诊率等特点,目前抑郁症的诊断主要依靠临床症状和各种评定量表,缺乏客观的生物学指标。功能性近红外光谱是一种新兴无创的脑功能成像技术,2009年作为辅助诊断的生物学指标获得批准用于精神疾病的鉴别,尤其是在抑郁症中其临床应用和研究快速增加。本文将从功能性近红外光谱在诊断抑郁症、判断疾病程度、监测治疗反应及在青少年抑郁症中的应用方面进行全面的综述,为临床研究和运用提供指导。

脑功能性近红外光谱技术在新生儿领域中的研究进展

功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)是一种新兴的神经影像学检查工具,根据神经血管耦合机制,通过监测脑氧代谢的变化反映脑部神经元的活动功能,无创便捷,尤其适合新生儿脑功能监测。该文对新生儿语言、音乐和情绪的脑网络发育规律,新生儿护理的脑网络成像,静息态脑网络连接规律,以及疾病状态下脑功能成像特点等方面的fNIRS相关研究进行综述。

运动损伤与功能性近红外光谱技术综述

随着全民运动的兴起,运动损伤的发生率逐年增加,同时,随着人们经济生活的提高,对运动损伤后的康复更为重视。目前的运动损伤康复治疗以肢体功能康复为主,但运动损伤后脑功能变化也开始受到研究者的关注。功能性近红外光谱技术(fNIRS)以其抗干扰性、便携性等特点,可较好地应用于运动损伤患者的脑功能检测中。本文对运动损伤康复及fNIRS的研究成果进行了归纳总结,探讨了运动损伤康复的现状和研究进展,分析fNIRS及其在研究运动损伤后损伤肢体神经控制机制的应用价值,为进一步提升运动损伤的康复效果提出新思路。

不同吞咽时期大脑皮质激活特征:基于功能性近红外光谱技术

目的采用功能性近红外光谱技术(fNIRS)研究吞咽不同时期大脑皮质激活情况。方法2023年10月至12月,招募健康成年人18例,在fNIRS采集过程中执行视觉刺激、咀嚼、舌尖滑动和反复吞咽4项任务,计算覆盖额叶、顶叶和枕叶3个区域共计41个通道的皮质激活β值。结果在口腔前期,双侧运动前区和辅助运动皮质区(PSMC)、双侧额下回、右侧视觉联合皮质(AVC)和左侧初级运动皮质(PMC)被激活(P<0.05)。在口腔准备期,右侧额下回三角部(PTG)、右侧额极区(FPA)、右侧背外侧前额叶(DPC)、左侧初级躯体感觉皮质(PSC)、左侧PSMC、左侧PMC被激活(P<0.05)。在口腔期和咽期的过渡期,双侧PSMC,双侧PMC被激活(P<0.05)。在口腔期和咽期两个连续时期,双侧PSC、双侧PTG、双侧FPA、双侧眶额区、双侧PSMC、双侧DPC、双侧PMC被激活(P<0.05)。结论吞咽运动需要额叶、顶叶和枕叶的大脑皮质共同协调完成,不同吞咽时期主要激活的脑区具有差异性,PSMC和PMC参与大部分吞咽时期。

功能性近红外光谱技术研究的可视化分析

背景:近年来,功能性近红外光谱技术因便携性、低成本、非侵入性和高时间分辨率的特点,在认知神经科学、临床医学和工程技术等领域展现出广泛的研究意义和应用潜力。目的:分析近10年来功能性近红外光谱技术的研究进展、热点问题及前沿趋势。方法:在Web of Science数据库中检索2013-01-01/2023-11-30发表的功能性近红外光谱技术相关文献,运用CiteSpace和VOSviewer软件对发文统计量、期刊、国家、机构、作者和关键词进行可视化分析。结果与结论:共纳入2 714篇文献进行研究,近10年有关功能性近红外光谱技术的文献总量整体呈上升趋势。选择的2 714篇文献,来自68个国家2 400个机构的9 171名作者,共发表在495种期刊上,美国和英国伦敦大学是代表性的国家和机构,Ehlis和Fallgatter是该研究领域具有影响力的2位作者,《神经影像》期刊以高引用率位居首位。功能性近红外光谱技术研究主要来自英国伦敦大学、中国北京师范大学和德国图宾根大学。使用VOSviewer 1.6.20生成的关键词共现网络图揭示了6个研究集群,通过分析各集群的具体关键词进一步把握了该领域的研究热点。关键词的突现分析揭示了研究前沿和发展趋势,为功能性近红外光谱技术未来研究方向提供了重要指导。

功能性近红外光谱技术在成年人单-双任务范式平衡测试前额皮层脑功能活动测量中的应用

目的:应用功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,f NIRS)观察健康成年人在进行感觉统合测试(sensory organization test,SOT)伴或不伴听觉认知任务时的平衡表现及背外侧前额叶(dorsolateral prefrontal cortex,DLPFC)激活差异。方法:招募健康受试者11例,分别进行单双任务测试。单任务测试时仅进行SOT,双任务测试为SOT+听觉Stroop测试;测试同时,运用f NIRS测量大脑的血氧浓度,分析单、双任务下前额皮层氧合血红蛋白(oxyhemoglobin,HbO_(2))浓度变化的差异,以对比激活情况。同时观察的平衡测试指标为SOT得分。结果:受试者在单、双任务平衡测试中SOT得分无显著差异(P=0.152)。对比休息状态,受试者执行6种SOT双任务及单任务SOT6时,DLPFC区域平均HbO_(2)浓度变化量有显著升高;当对比双任务与单任务的差异时,SOT1、SOT2、SOT3和SOT5的双任务DLPFC区的HbO_(2)浓度变化对比单任务时具有显著性增高(P<0.05),SOT4和SOT6则无显著差异。结论:健康成年人在进行SOT时同时进行听觉认知测试,其平衡表现虽与单独进行SOT无差异,但通过f NIRS技术可以观察到DLPFC区域脑激活差异。单、双任务对比下,DLPFC区域脑激活的显著差异说明在双任务环境下维持姿势的稳定需要更多的认知资源;同时也说明DLPFC在姿势—认知双任务中的重要作用。

基于功能性近红外光谱技术探索自主排尿相关腹肌运动控制脑功能活动

目的在自主排尿过程中腹肌随意收缩是一种运动控制任务,以功能性近红外光谱技术(fNIRS)探索该动作的中枢活动特征。方法招募年龄≥18岁的健康受试者共19例。接受2次fNIRS检测,分别在无尿意及强尿意状态下进行重复腹肌收缩动作。以对应的无腹肌收缩任务下的脑活动为基线,分析这2种不同状态时腹肌收缩特有的脑皮质活动。结果强尿意时腹肌收缩主要激活双侧前运动/辅助运动区(BA6)、双侧背外侧前额叶皮层(BA9/46)、双侧额极区(BA10)、右侧额下回前部(BA47)、右侧颞中回(BA21)、右侧初级运动皮层(BA4)、左侧初级体感皮层(BA1/2/3)与左侧额下回三角部Broca区(BA45)(P<0.05)。无尿意时执行腹肌收缩动作主要激活双侧前运动/辅助运动区(BA6)(P<0.05)、右侧初级运动皮层(BA4)、右侧初级体感皮层(BA1/2/3)、右侧额下回三角部Broca区(BA45)及右侧边缘上回Wernicke区(BA40)(P<0.05)。相比于强尿意状态,无尿意时的主动腹肌收缩动作在双侧前运动/辅助运动区(BA6)存在更强激活(P<0.05)。相比于无尿意状态,强尿意时的腹肌收缩动作在左侧背外侧前额叶皮层(BA46)激活更强(P<0.05)。结论前额叶皮层、初级体感皮层、初级运动皮层、前运动/辅助运动区共同参与调控自主排尿相关腹肌随意收缩。并且在强尿意状态下进行腹肌运动时,可引起前额叶皮层的进一步激活,提示前额叶皮层在感知尿意之后,对于促进腹肌运动和排尿启动具有积极的作用。

神经电生理及功能性近红外光谱在心境障碍诊断中的研究进展

心境障碍是一种常见的精神疾病,然而心境障碍的发病机制目前尚不清楚,其诊断及鉴别诊断主要依靠患者的临床表现及医师的临床经验,缺乏可靠的客观指标。近年来,越来越多的研究发现神经电生理和功能性近红外光谱在心境障碍的诊断及鉴别可能发挥着重要作用。本文就神经电生理及功能性近红外光谱在心境障碍中的研究进行综述。

功能性近红外光谱在肌肉骨骼疾病中的研究进展

肌肉骨骼疾病在临床中十分常见,患者出现疼痛、运动受限等症状,常规X线、CT、超声和磁共振成像等检查方法可以对局部组织的损伤程度进行评估。近年来的研究显示,肌肉骨骼疾病患者长期的疼痛和功能障碍常导致中枢神经系统重塑。功能性近红外光谱是一种利用近红外光探测大脑表现的非侵入性的成像模式,是一种较新的功能神经影像学成像方式,目前其在肌肉骨骼疾病中的应用研究越来越多。本文总结了功能性近红外光谱在不同肌肉骨骼疾病中的应用现状及研究进展。

健康人和脑卒中患者视觉反馈步行训练后脑激活特征的功能性近红外光谱技术研究

目的 比较健康受试者和脑卒中患者在视觉反馈步行训练(TWVF)时的皮质激活特征。方法 2021年8月至11月,厦门市第五医院招募8例脑卒中右侧偏瘫住院患者(患者组)和8例健康受试者(健康组)。两组均佩戴功能性近红外光谱帽并完成TWVF任务,范式包括预备期(10 s)和任务期(“迈步30 s-休息30 s”5个循环)。测量两组大脑皮质激活β值,感兴趣区(ROI)包括前运动皮质(PMC)、辅助运动区(SMA)、感觉运动皮质(S1与M1合称SMC)。结果 健康组步行时双侧M1无明显激活,左半球SMA、PMC和S1激活(P <0.05);患者组步行时健(右)侧半球M1激活程度高于患(左)侧半球,PMC激活程度低于患侧(P <0.05)。患者组双侧半球M1、健侧SMA和患侧PMC的激活程度高于健康组(P <0.05)。结论 脑卒中偏瘫患者在步行时涉及更多的SMC-PMC-SMA运动网络激活。健康受试者步行时无明显M1激活,偏瘫患者健侧M1存在代偿激活现象。

功能性近红外光谱在焦虑障碍诊断及疗效评估中的应用研究进展

焦虑障碍是一种常见的精神疾病,确切的神经生物学机制尚不清楚。功能性近红外光谱(fNIRS)作为一种非侵入性脑成像技术,可以在自然情景下对认知任务状态的脑功能进行检测,以获得脑内血红蛋白的相对浓度变化,从而获取大脑活动的相关信息,扩大对焦虑障碍潜在机制的理解。本文就fNIRS在焦虑障碍的诊断及疗效评估中的应用研究进展作一综述。

基于功能性近红外光谱技术的脑卒中患者下肢功能康复研究进展

脑卒中是导致患者残疾和死亡的主要原因[1]。患者因残疾无法独立生活,给家庭和社会带来巨大负担[2-3]。脑功能检测技术可监测大脑活动期间的变化,为评估脑卒中康复治疗的效果提供帮助[1]。相关的脑功能检测技术有脑电图(electroencephalogram,EEG)、功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)、正电子发射型计算机断层显像(positron emission computed tomography,PET)、功能性近红外光谱(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)等[4-5]。

认知功能损伤对双任务站立影响的中枢机制:功能性近红外脑成像系统分析

背景:轻度认知障碍老年人由于认知功能下降,姿势控制能力下降,易发生跌倒。双任务范式由于更贴近日常生活,常被用于评估姿势控制能力,但以往对于轻度认知障碍老年人的认知与姿势控制双任务研究主要探讨姿势控制的外在表现特征,中枢神经机制的直接证据依然缺乏。目的:探讨轻度认知障碍老年人在执行站立姿势控制-空间工作记忆双任务时大脑躯体感觉运动皮质激活特征。方法:采用蒙特利尔认知量表(MoCA-B)筛选受试者,共纳入轻度认知障碍老年人16人、认知功能正常老年人17人,进行5种任务测试,分别为空间工作记忆(SIT)、双足平衡站立(SD)、Romberg站立(SR)、双足平衡站立-空间工作记忆双任务(DD)、Romberg站立-空间工作记忆双任务(DR);同时使用功能性近红外脑成像系统和三维测力台收集躯体感觉运动皮质(20个通道)的血液动力学、足底压力中心(COP)摆动轨迹数据。结果与结论:①在Romberg站立、双足平衡站立-空间工作记忆双任务、Romberg站立-空间工作记忆双任务下,轻度认知障碍老年人前后、内外方向足底压力中心位移均显著大于认知功能正常老年人(P<0.05);②在双足平衡站立-空间工作记忆双任务下,轻度认知障碍老年人15通道(右侧前运动皮质/辅助运动区)的氧合血红蛋白变化量值显著大于认知功能正常老年人(P<0.05);在Romberg站立-空间工作记忆双任务下,轻度认知障碍老年人15,17通道(右侧前运动皮质/辅助运动区)的氧合血红蛋白变化量值均显著大于认知功能正常老年人(P<0.05);③在Romberg站立-空间工作记忆双任务下,轻度认知障碍老年人内外方向足底压力中心位移与15通道的氧合血红蛋白变化量存在显著正相关(r=0.659,P<0.05),认知功能正常老年人内外方向足底压力中心位移与15通道的氧合血红蛋白变化量存在高度正相关(r=0.840,P<0.05)。结果表明,与认知功能正常老年人相比,轻度认知障碍老年人在站立姿势控制-空间工作记忆双任务中站立姿势控制能力较弱,右侧前运动皮质与辅助运动区激活水平更高,更多的脑资源用于侧向姿势控制,可能是轻度认知障碍老年人认知衰退导致站立姿势控制能力变弱的大脑补偿机制。

伴和不伴焦虑症状的抑郁症患者脑功能性近红外光谱成像频谱特征

目的探讨伴和不伴焦虑症状的抑郁症患者脑功能性近红外光谱成像频谱特征,以为其临床诊断和鉴别诊断提供帮助。方法对30例伴有焦虑症状的抑郁症患者(A组)、28例不伴有焦虑症状的抑郁症患者(B组)分别进行功能性近红外光谱成像检测,分析功能性近红外光谱成像前额区和双侧颞区频谱S积分值、K斜率值、T重心值,并和正常对照组(C组30名)进行对比。结果A组、B组前额区、双侧颞区S积分值较C组降低,差异有统计学意义(P<0.01),但A组和B组之间差异无统计学意义(P>0.05);A组较B组和C组前额区、双侧颞区K斜率值变小,前额区T重心值变大,差异有统计学意义(P<0.01)。Pearson相关分析显示,A组、B组前额区S积分值与其汉密顿抑郁量表中的阻滞因子分呈负相关(P<0.05);A组、B组双侧颞区S积分值与其汉密顿抑郁量表中的认知障碍因子分呈负相关(P<0.05);A组前额区T重心值与其汉密顿抑郁量表中的焦虑/躯体化因子及汉密顿焦虑量表评分呈正相关(P<0.05)。结论伴和不伴有焦虑症状的抑郁症患者具有相对特征性的功能性近红外光谱成像频谱,并与其临床症状呈现一定的相关性,功能性近红外光谱成像检测可作为其诊断和鉴别诊断的重要手段。

功能性近红外光谱应用于康复领域的可视化分析

目的对近10年功能性近红外光谱(fNIRS)应用于康复领域相关研究的现状、热点及前沿进行可视化分析。方法检索2003年1月至2022年12月Web of Science核心合集数据库中fNIRS应用于康复领域的相关文献,采用CiteSpace 6.1.R6进行可视化分析。结果共纳入828篇文献,年发文量总体呈上升趋势,发文量最多的作者是李增勇,发文量最多的国家是美国,发文量最多的机构是卡罗林斯卡学院。热点关键词包括儿童、脑卒中、激活、生活质量、脑瘫等。突现强度排在前列的关键词包括早期干预、言语知觉、脑瘫、可塑性、脊髓损伤、物理治疗、视觉反馈、帕金森病等。聚类分析显示,近10年fNIRS于康复领域的应用涉及物理治疗、言语治疗、作业治疗以及手术的预康复和早期康复,主要集中于6大主题:脑卒中患者运动功能康复、认知功能康复、听力及言语功能康复、脑瘫儿童功能康复、重症康复心肺功能监测、慢性疾病长期康复护理。fNIRS应用于脑卒中患者神经康复的研究占据较大的比重。结论fNIRS应用于康复领域相关研究的热度总体呈上升趋势,未来可持续关注fNIRS在研究神经疾患损伤和恢复机制中的应用,尤其是各种康复干预手段对皮质可塑性的影响以及病因学研究。

脑卒中后认知功能障碍患者的功能性近红外脑网络特征分析

目的基于功能性近红外光谱技术(fNIRS)观察不同严重程度的脑卒中后认知功能障碍(PSCI)患者脑网络激活情况及功能连接差异。方法选择2020年4—11月复旦大学附属华山医院浦东院区康复科门诊及病房就诊的脑卒中患者40例,根据简易精神状态检查量表(MMSE)评分分为正常组14例、轻中度组11例、重度组15例。采用Fugl-Meyer运动功能评定量表(FMA)和功能综合评定量表(FCA)评估患者上、下肢运动功能;应用64通道fNIRS功能成像设备采集患者的静息态脑网络数据,并分析3组基于氧合血红蛋白(HbO2)和脱氧血红蛋白(HbR)的全脑功能连通性,以及背侧注意网络(DAN)、感觉运动网络(SEN)、腹侧注意网络(VAN)、额顶网络(FPN)、默认模式网络(DMN)、视觉网络(VIS)的同源脑网络功能连接强度和异源脑网络功能连接强度的差异。结果(1)运动功能:3组FMA、FCA运动功能评分差异均无统计学意义(P>0.05)。(2)全脑功能连通性及同源脑网络功能连接强度:3组基于HbO2、HbR的全脑功能连通性差异均无统计学意义(P>0.05)。与正常组比较,重度组基于HbO2的SEN区及FPN区同源脑网络功能连接强度差异有统计学意义(P<0.05);3组基于HbR的同源脑网络各感兴趣区间差异均无统计学意义(P>0.05)。(3)异源脑网络功能连接强度:与正常组比较,重度组SEN-VAN、SEN-DMN、SEN-FPN、VAN-FPN、DMN-FPN的异源脑网络功能连通强度均明显降低,差异均具有统计学意义(P<0.05);与轻中度组比较,重度组SEN-DAN、SEN-FPN的异源脑网络功能连通强度均明显降低,差异均具有统计学意义(P<0.05)。3组基于HbR的异源脑网络功能连接强度差异均无统计学意义(P>0.05)。(4)SEN-FPN异源脑网络功能连接与MMSE、FCA认知功能评分相关性分析:MMSE评分(r=0.32,P<0.05)和FCA评分(r=0.38,P<0.05)与SEN-FPN异源脑网络功能连接均呈正相关关系。结论SEN区和FPN区同源脑网络功能连接可能对脑卒中患者认知功能有重要作用;异源脑网络功能连接模式的改变可能与脑卒中后认知功能障碍的发生与进展密切相关;SEN-FPN功能连接强度变化可能是脑卒中患者认知功能下降的潜在影像学指标。

皮层下脑梗死运动功能自发恢复的功能性近红外光学成像研究

目的评价皮层下脑梗死患者发病后早期运动相关的脑激活部位及其与Fugl—Meyer评分的相关性。方法对发病后14d内的皮层下脑梗死患者和志愿者进行近红外脑功能成像检查。实验采用模块设计、抓握任务，经数据处理、统计和脑功能区定位，比较脑梗死组和对照组激活区域的差别。结果对照组仅激活右侧大脑半球初级感觉运动皮层，脑梗死组还激活左侧初级感觉运动皮层和前额叶，激活范围较对照组广泛（P〈0．01）。Oxy—Hb数据与Fugl—Meyer评分之间的相关性分析差异无统计学意义（P〉0．05）。结论脑梗死发生后早期即可出现皮层功能重组，fNIRS适用于监测卒中后运动相关的脑激活状态。