功能性近红外脑成像系统综述

功能性近红外脑成像(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)技术能够有效测量大脑血红蛋白的浓度变化,是一种新型的、无损的检测技术。研发出一种高性能的可穿戴fNIRS系统对于临床诊断和日常生活监测具有重要意义。对比了不同fNIRS系统中的各个组成部分,首先分析比较了系统中光源和光电探测器的选择以及排布方式,其次比较了数据采集、数据预处理和数据分析的方法,最后讨论了提高系统时间分辨率、空间分辨率以及便携性的改进方法。本文可为读者设计一种高性能的fNIRS系统提供指导。

功能性近红外脑成像研究双侧中度以上听力损失对婴儿大脑皮层功能的影响

目的探讨外周听觉通路异常是否在生命早期已对皮层功能正常发育产生影响,为儿童早期听力损失干预及康复计划的制定提供依据。方法50例婴儿(3~6月龄)纳入研究,其中听力正常35例(听力正常组),双侧对称性中度及以上程度感音神经性听力损失15例(听力损失组),分别进行静息态功能性近红外脑成像技术(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)测试,采用半球自主性系数(hemispheric autonomy index,AI)评估大脑皮层的功能特性。结果两组婴儿AI的空间分布存在差异,听力正常组婴儿左侧颞叶AI显著高于右侧(L-R=0.0751±0.0148,P<0.0001),听力损失组婴儿左侧额叶AI显著高于右侧(L-R=0.0643±0.0187,P<0.0001)。结论中度及以上程度感音神经性听力损失婴儿在3~6月龄时大脑皮层功能已与听力正常婴儿产生差异。

中文音素言语流畅性任务的近红外脑功能成像研究

本文使用近红外脑功能成像技术探测正常被试在中文音素言语流畅性任务时的脑激活模式,34名右利手大学生被试参加了实验,实验任务为音素言语流畅性任务,采用近红外脑功能成像仪检测被试额颞区在任务时的激活情况,结果发现该任务激活了大脑双侧的额颞区,双侧缘上回的激活可能为中文音素言语流畅性任务的语言特异性激活脑区,该研究为临床诊断提供了参考价值。

耳鸣患者存在隐形听损及脑功能降低

目的:探讨精细化纯音测听(P-PTA)联合功能性近红外光谱检测技术(fNIRS)治疗耳鸣的发作机制及脑网络功能变化特征。方法:将20例双侧急性耳鸣患者作为耳鸣组;将同期20名体检健康志愿者作为对照组。用精细化纯音测听(P-PTA)寻找常频听力(PTA)正常的急性双侧耳鸣患者(TNA)的隐形听力损失及耳鸣位点;用fNIRS测试TNA患者脑网络功能连通性(FC);分析TNA患者FC与隐形听损位点之间的关系。结果:TNA患者中有90%存在隐形听力损失;TNA患者脑网络功能连通性(FC)较正常对照组减弱;TNA患者脑网络FC越小,听损程度越大。结论:常频听力正常的急性耳鸣患者存在隐形听力损失及脑网络功能连通性异常,隐形听损的程度与脑网络功能减退有相关性。TNA患者可通过P-PTA测试早期发现隐性听损,并可通过fNIRS测试其脑网络功能变化,为后期的耳鸣治疗提供一定的依据。

近红外脑功能成像在轻度认知障碍诊断与康复中的应用进展

轻度认知障碍(MCI)是介于正常老化与痴呆之间的过渡状态, 早期诊断并积极治疗MCI具有重要的临床意义。近红外脑功能成像(fNIRS)作为一种非侵入性的脑影像技术, 可定量分析脑组织中血氧浓度变化, 能用于评估MCI患者的脑功能状态, 为临床诊断及治疗MCI提供重要依据。本文将对fNIRS在MCI诊断及康复中的应用情况进行简要综述, 旨在为MCI的相关研究及临床诊治提供参考资料。

大脑前额叶对不同诱发情绪材料的加工:fNIRS研究的进展

近红外脑功能成像技术(fNIRS)是近年来兴起的一种用于研究脑机制的新手段。在过去的二十多年中,许多研究者使用fNIRS开展了对情绪情感的研究。本文首先简要介绍利用fNIRS技术研究大脑前额叶在情绪加工方面的可行性,然后从不同诱发情绪材料的角度总结了大脑前额叶对情绪加工的fNIRS研究进展,其中包括视觉、听觉、触觉、多通道诱发材料和情境诱发等内容,最后基于已有成果与研究现状,对fNIRS在前额情绪加工方面所面临的问题进行了总结,并对未来提出了展望。

经颅直流电刺激与功能性电刺激的不同时序组合对脑卒中偏瘫患者脑功能连接的即时影响

目的:探究功能性近红外光谱技术(functional near-infrared spectroscopy,f NIRS)动态观察经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation,tDCS)与功能性电刺激(functional electrical stimulation,FES)的不同时序组合治疗对脑卒中偏瘫患者初级运动皮质(primary motor cortex,M1)脑功能连接的即时影响。方法:采用自身对照,将15例符合入选标准的脑卒中偏瘫患者,依次给予单纯tDCS治疗、单纯FES治疗、tDCS和FES同步治疗、先tDCS后FES时序治疗,每种干预各1次,洗脱期为2天。干预前后进行f NIRS检测,静息态脑功能连接(resting state functional connectivity,RSFC)采用相关分析和基于图论的复杂网络分析。利用NIRS-SPM工具包计算不同干预下氧合血红蛋白的脑激活图。结果:发现单纯FES治疗、tDCS+FES同步治疗、tDCSFES时序治疗下激活脑区显著于单纯tDCS治疗(P=0.023),而tDCSFES时序治疗下脑区激活显著于单纯FES治疗和tDCS+FES同步治疗组(P<0.05)。相关分析发现不同治疗方法下运动区相关皮质FC均较干预前增多,依次为tDCSFES时序治疗、单纯FES治疗、FES+tDCS同步治疗、单纯tDCS治疗。图论分析显示单纯tDCS或FES治疗在局部/全局网络效率、小世界方面程度相似,tDCS+FES同步治疗可一定程度改善脑区连接效率优于单纯电刺激治疗,tDCSFES时序治疗在改善脑区域连接效率方面最明显。结论:tDCS或FES的单纯或联合治疗均能不同程度增强患者的脑功能连接和效率,提高患者的运动皮质兴奋性,但建议临床多采用tDCSFES时序治疗,有助于促进运动区脑神经功能连接。

定向运动员的空间认知优势及脑加工特征研究

为考察定向运动练习能否提升练习者的空间认知能力,研究采用“专家—新手”范式,通过功能性近红外光谱成像(fNIRS)技术,比较不同水平定向运动员在心理旋转任务中的反应时、正确率、前额叶脑区血氧(Oxy-Hb)激活。结果发现:(1)与新手组相比,专家组的正确率更高,反应时更短;(2)与新手组相比,专家组在背外侧前额叶(R-DLPFC)、额极区(FOA)、腹外侧前额叶(VLPFC)的脑血氧激活强度更低。结论:定向运动练习改变了运动员的空间认知加工模式,提高了神经资源的利用效率,对认知功能的改善也起到了重要作用。

汉语双字词在心理词典中的表征方式:来自fNIRS的证据

以汉语双字构成的真词与假词为实验材料,22名大学生为被试,采用功能性近红外脑成像技术(f NIRS)和事件相关设计,考察被试在完成词汇判断任务时的大脑激活模式,探索汉语双字词在心理词典中的表征方式。结果发现:(1)在完成真假词判断任务时,被试大脑左侧额叶和左侧颞叶均被激活;(2)与判断假词相比,被试在判断真词时显著地激活左额上回和左额中回。这一结果说明汉语双字词在心理词典中是混合表征的。

动态因果模型在脑网络研究中的应用进展

大脑各功能区之间的有效连接是脑科学研究领域的一个重要内容。研究在不同情形下相关脑区之间有效连接所构成的大脑网络,对于全面理解大脑的功能机制,治疗各种与大脑相关疾病,开发脑功能具有重要意义。动态因果模型是一种分析大脑有效连接的优势方法。结合功能性磁共振成像、脑电、近红外脑功能成像等3种检测技术,综述动态因果模型的相关研究。动态因果模型在功能性磁共振成像中的应用涉及脑卒中、认知神经科学和精神疾病相关的脑网络研究;脑电相关动态因果模型的应用主要涉及认知神经科学以及与精神分裂症、阿尔兹海默症、癫痫、帕金森等疾病相关的内容;目前动态因果模型在近红外脑功能成像中的应用还较少,主要涉及认知神经科学研究。最后,对这3种技术进行了比较和展望。

连续触点运动中障碍物影响个体运动的认知神经机制

为了探究连续触点运动中障碍物对个体运动轨迹的影响,采用运动捕捉系统及近红外光谱脑成像技术(fNIRS),监测并分析了20名普通大学生在有、无障碍物情境下完成连续触点运动时的运动轨迹及大脑皮层活动。结果发现:相比于无障碍物条件,当连续运动中有障碍物时,周围运动区间的平均运动高度更高;障碍物对后面区间内的运动高度的影响程度显著高于前面的区间。另外,个体在有障碍物条件下双侧背外侧前额叶及双侧布罗卡区岛盖部的激活强度显著低于无障碍物条件,且障碍物对个体平均运动高度的影响越大,右侧这两个区域的激活水平越低。这说明障碍物对其前后运动区间内的运动轨迹都产生了影响,支持了物体可供性及计划再利用的观点,背外侧前额叶及布罗卡区岛盖部可能参与了这一加工。