视障儿童和普通儿童合作体育活动中的脑间同步——一项基于近红外功能成像的超扫描研究

为了从神经生理指标角度对融合体育活动是否能够提高视障儿童和普通儿童之间的合作水平作进一步检验并提供证据支撑,以一对视障儿童和普通儿童为研究对象,运用基于近红外功能成像(fNIRS)的超扫描技术,采集其在合作运动中的脑部活动数据,并计算其脑间同步。结果发现,双方在特定条件下,在左侧背外侧额上回、左侧额中回存在脑间同步;上述脑间同步的强度和个体间合作行为水平呈现正相关。该结果表明,脑间同步可能为描述合作运动个体间合作行为质量提供客观神经标记。

不同运动方式对甲基苯丙胺依赖者食物奖赏功能的改善作用:一项近红外功能成像研究

目的:探究不同有氧运动方式对甲基苯丙胺(methamphetamine,MA)依赖者食欲和奖赏系统功能的改善作用。方法:采用利兹食物偏好问卷和食物图片线索任务,借助近红外功能成像技术,分别从行为与大脑激活层面,对比10周中等强度有氧功率自行车运动和舞蹈运动对食物奖赏的干预效果。结果:相比于舞蹈运动,功率自行车运动显著提升了MA依赖者对高脂食物图片诱发的右侧背外侧前额叶皮层的激活水平。结论:功率自行车运动干预能够有效提高MA依赖者前额叶皮层的激活水平,从而有利于恢复其对食物等自然奖赏物的敏感性。

不同运动方式对女性甲基苯丙胺成瘾者冲突抑制能力的影响:一项近红外功能成像研究

目的:探讨功率自行车和康复操训练对女性甲基苯丙胺成瘾者冲突抑制能力的影响差异及其相关认知神经特征和大脑加工机制。方法:将40名女性甲基苯丙胺成瘾者被试随机分为康复操组和功率自行车组,分别接受10周的康复操训练和功率自行车训练,每周2次,每次30分钟。在干预前后进行Stroop任务测量被试的冲突抑制能力,并采用功能性近红外成像(fNIRS)同步记录大脑前额皮层的激活变化。结果:康复操组干预后的Stroop效应显著小于前测(P=0.020),而功率自行车组在干预前后无显著性变化。此外,康复操组后测时右侧腹外侧前额叶(VLPFC)的氧合血红蛋白浓度趋于减少(P=0.052),并有显著低于功率自行车组的趋势(P=0.052)。结论:10周的康复操训练可以有效增强女性甲基苯丙胺成瘾者的冲突抑制能力;同时,相较于功率自行车训练,康复操训练能够有效提升右侧VLPFC的神经效率,表现为利用较少的大脑认知资源完成对冲突刺激的抑制反应。

基于近红外功能成像技术的大脑冲突监测功能研究

目的运用近红外功能成像技术研究反应时不同的两组被试在冲突监测任务下大脑血氧反应的差异,探讨大脑冲突监测功能的神经机制。方法选取28名本校在校学生作为健康被试,其中男性16名,女性12名,年龄17~20(18.79±0.55)岁。运用近红外功能成像技术(functional near-infrared spectroscopy, fNIRS)采集被试Stroop任务下大脑的血氧浓度变化量。根据他们在Stroop任务中的反应时分为快组和慢组,每组14名。通过nirsLAB软件进行数据分析,对比两组被试大脑血氧反应的差异,并计算被试行为学指标与其大脑血氧浓度变化的相关关系。结果 Stroop任务主要激活的脑区位于双侧背外侧前额叶(dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC)和额极区。相比慢组,Stroop任务下快组的脱氧血红蛋白(Hb)浓度变化显著降低(P<0.05),主要位于左侧DLPFC和额极区。同时,Ch4通道Hb的浓度变化值与被试反应时呈现正相关关系(r=0.422 3,P=0.025 2)。结论实验结果验证了DLPFC在冲突监测功能中的核心作用,同时发现左侧额极区的Hb浓度变化可以作为反映大脑冲突监测功能的重要指标。

基于近红外脑功能成像的老年轻度认知障碍患者脑功能异常评估

目的:测量轻度认知障碍患者进行言语流畅性任务(verbal fluency task,VFT)期间的血流动力学反应,试图找到可以作为预测痴呆的筛查工具。方法:近红外脑功能成像(functional near-infrared spectroscopy,f NIRS)可以检测大脑中的血氧变化,从而揭示患者的脑功能活动状态,用来研究轻度认知障碍的大脑功能水平。本研究应用fNIRS评估了MCI患者和健康对照组前额叶区域的血流动力学反应。结果:发现MCI组前额叶脑区的血流动力学反应显著降低。结论:前额叶脑区血流动力学反应降低可以作为痴呆症的诊断生物标志物。

基于近红外脑功能成像技术指导下运动想象训练在脑卒中后上肢运动功能康复中的应用

目的:观察运用近红外脑功能成像(fNIRS)技术筛选出想象策略的运动想象训练对脑卒中后上肢功能障碍的疗效,并探讨其作用机制。方法:将28例脑卒中患者随机分为对照组与研究组各14例。2组均给予常规康复治疗,研究组运用fNIRS技术筛选出有效的想象策略进行运动想象训练,对照组不固定想象内容进行运动想象训练。治疗前后采用上肢运动功能评定量表(FMA-UE)、上肢动作研究量表(ARAT)及改良Barthel指数评定量表(MBI)进行评定。结果:治疗4周后,2组患者的FMA-UE、ARAT及MBI评分均较治疗前显著提高(P<0.01),且研究组高于对照组(P<0.05)。结论:运用fNIRS技术筛选出的想象策略进行运动想象训练,可以更好地改善脑卒中患者的上肢运动功能及日常生活能力,其机制可能与提高运动相关脑区兴奋性有关。

情绪任务在情感障碍中的近红外脑功能成像研究进展

情绪任务(emotional task)是研究情感障碍(affective disorder)注意偏向和情感功能中的主要手段之一。基于情绪任务下功能性近红外光谱成像(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)的相关研究表明,面部情绪识别任务、情绪stroop任务以及情绪诱导任务结合fNIRS技术在情感障碍诊断、治疗中具有临床价值,情感障碍患者注意功能和情绪处理存在的缺陷与左侧前额叶皮质异常激活有关,特别是脑激活模式的差异与抑郁障碍患者抑郁症状有关。使用fNIRS研究情绪任务的未来方向重点在联合多种神经影像学手段进行大样本纵向队列研究以获得更加客观的诊疗依据,以及对比不同情绪刺激材料所激活区域的差异。

近红外脑功能成像在帕金森病中的应用与进展

帕金森病属于神经退行性疾病,临床异质性高,诊断主要依据临床症状及少量影像学证据,早期诊治困难。近红外脑功能成像技术是新兴的光学影像学技术,可间接反映大脑代谢活动的变化。目前帕金森病患者在大多数基于近红外脑功能成像技术的运动任务研究中表现出额叶的激活增强,体现了额叶在帕金森病中的代偿作用。近年来近红外脑功能成像研究范围逐渐拓展至帕金森病的非运动症状和脑连接分析领域,目前关于这一领域的研究较少,有很大的研究空间。现在就近红外脑功能成像技术在帕金森病临床症状、治疗康复中的应用进行综述,以期对未来帕金森病的研究提供帮助。

慢性疼痛患者近红外脑功能成像的系统研究

近红外脑功能成像技术(functional near - infrared spectroscopy , fNIRS)作为一种新兴的脑功能评估方法,最早应用于精神心理、儿童相关领域,近年来越来越多运用于康复领域,包括脑卒中、帕金森病等。随着我国人口老龄化加剧,慢性疼痛人群居多,可是目前慢性疼痛治疗评估及治疗主观,治疗难度大且周期较长。众所周知慢性疼痛会导致大脑发生可塑性改变,可一般的脑功能评估费用高、操作难、数据表现不够直观, fNIRS具备其他脑功能评估不具备的优势。本文将重点从国内外fNIRS在慢性疼痛疾病中的应用情况进行综述,以期为慢性疼痛客观评估及中枢调控治疗提供新思路。

近红外脑功能成像在大脑认知功能中的研究进展

近年来,随着脑成像相关检测技术的发展,脑功能研究日益成为从事精神、神经领域临床与研究者关注的焦点,尤其是对于认知功能的研究,功能性磁共振将脑区环路及神经耦合相关理论及科研成果推向了一个全新的高度。检索近10年文献,功能性磁共振对大脑认知功能的研究集中在额上回、额中回、额下回、缘上回、颞上回、颞中回等一系列脑区[1-6]。近5年来,随着中国康复医学脑功能检测与神经调控亚专业方向的发展,神经电生理及近红外脑功能成像(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)在脑功能精准化神经调控中的地位举足轻重,作为同样具有高空间分辨率优势的fNIRS检查,在神经、精神、康复领域的研究进展值得我们关注。

高采样率近红外光谱成像系统的调制解调方法

为解决目前在国内外便携式近红外光谱成像系统(fNIRS)检测设备便携性差与采样率低的问题。提出了基于FPGA的近红外光谱成像系统调制解调方法。首先,基于FPGA实现光源驱动信号的“频分-时分复用”调制,单光源多波长之间进行频分,多光源之间进行时分,提高采样频率(频分)的同时兼顾系统体积(时分)大小;其次,基于FPGA实现探测信号的嵌入式数字解调与数字滤波,以便于直接基于嵌入式系统解算血氧信号并进行嵌入式应用。相比于当前的便携式脑血氧采集设备,基于FPGA实现嵌入式近红外光谱成像系统的设计与开发,提高采样率的同时,降低对FPGA的要求,减小体积增加便携性,基于FPGA的信号解调为实现嵌入式应用奠定重要基础,有望适用于更多的应用场景。

功能性近红外成像技术在听力学领域中的应用

功能性近红外成像技术(functional near-Infrared spectroscopy,fNIRS)是一种可靠的无创神经功能成像技术。因对环境要求低,被试限制小,对运动不敏感性、便携性、无声,以及对人体无损害等特点使其在临床应用和研究领域具有明显优势。近年来,fNIRS应用迅速增加,特别是神经科学领域。本文从fNIRS机制、设备分类、数据分析及优劣势方面对功能性近红外成像技术进行简介,重点讨论其在听力学领域中的应用。

改良Brunstrom疗法对早期脑卒中病人近红外脑功能成像的影响

目的:分析改良Brunstrom疗法对早期脑卒中病人近红外脑功能成像(fNIRS)的影响。方法:选择2020年3月—2021年3月我院收治的早期脑卒中病人130例,随机分为对照组与观察组,对照组给予常规药物治疗及康复训练,观察组在此基础上给予改良Brunstrom疗法进行康复干预,比较两组治疗前及治疗1周、4周、8周Fugl-Meyer上肢运动量表(FMA-UE)、Barthel指数(BI)、简易上肢功能检查量表(STEF)评分,比较两组治疗前后fNIRS检测的各区氧合血红蛋白(HbO_(2))水平。结果:治疗4周、8周两组FMA-UE评分明显高于治疗前及治疗1周,治疗4周、8周观察组FMA-UE评分明显高于对照组(P<0.05)。治疗4周、8周两组BI评分明显高于治疗前及治疗1周,治疗4周、8周观察组BI评分明显高于对照组(P<0.05)。治疗4周、8周两组STEF评分明显高于治疗前及治疗1周,治疗4周、8周观察组STEF评分明显高于对照组(P<0.05)。治疗8周两组健侧感觉运动层(SMC)区HbO_(2)水平明显低于治疗前,观察组健侧SMC区HbO_(2)水平明显低于对照组同期;治疗8周观察组患侧SMC区HbO_(2)水平明显高于治疗前,且明显高于对照组同期(P<0.05)。结论:改良Brunstrom疗法可通过抑制病人健侧SMC区皮质的异常激活、激活患侧SMC区皮质促进早期脑卒中上肢功能及运动功能的恢复,提高病人生活质量。

健康成人运动想象与运动执行期间的近红外脑功能成像

目的:运动想象(motor imagery,MI)对脑结构和功能影响的研究仅限于传统影像学技术,MI疗法的机制至今不明确。本研究采用近红外脑功能成像技术对比健康成人MI与运动执行(motor execution,ME)时的脑区激活模式,旨在为MI疗法提供神经影像学理论依据。方法:选取2021年6月至8月面向社会公开招募的30例健康成年人,以“屈伸右膝”动作的MI和ME作为任务模式,采用20 s任务期,30 s休息期,交替重复5次的设计模式,利用Nirspark和SPSS 23.0软件分析2种任务下脑区激活模式的异同,并计算回归系数以反映各脑区的激活强度。结果:健康成人在ME任务期2、3、4、5、7、9、19、20、21、24、25、26、27、32、33、34通道被显著激活(经FDR校正,P<0.05);MI任务期2、5、9、16、27、29、33、34、35通道被显著激活(经FDR校正,P<0.05)。根据通道脑区配准信息,健康成人在MI与ME任务期激活的脑区相似,分别有左初级运动皮层(left primary motor cortex,LM1)、左初级感觉皮层(left primary sensory cortex,LS1)、前额极、布洛卡氏区和右侧缘上回;健康成人在MI任务期LM1与左前运动皮层均有激活;而在ME任务期背外侧前额叶(dorsolateral prefrontal cortex,DLPFC)激活,运动区仅有LM1激活。相较于MI,健康成人在ME任务期左感觉与左运动皮层激活强度均明显增强(均P<0.05),左、右前额叶特别是左、右布洛卡氏区的激活强度显著增强(经FDR校正,P<0.001)。结论:近红外脑功能成像证实了MI疗法的合理性;在ME任务期DLPFC参与运动决策,并可能参与前运动皮层-M1的双向反馈调节;布洛卡氏区参与ME与MI,与运动行为的理解密切相关。

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。

脊髓损伤患者运动想象期间的近红外脑功能成像研究

目的采用近红外脑功能成像(fNIRS)技术,对比脊髓损伤(SCI)患者与健康受试者“屈伸右膝”运动想象(MI)和运动执行(ME)任务态下脑区激活模式,为MI疗法治疗SCI患者运动功能障碍提供神经影像学理论依据。方法前瞻性研究2021年6月—2021年8月中南大学湘雅二医院康复科收治的21例SCI患者与同期面向社会公开招募的23名健康志愿者,分成SCI组和健康组。SCI组男性14例,女性7例;年龄29~63岁,平均47.4岁;均为椎体骨折。健康组男性14名,女性9名;年龄20~64岁,平均41.4岁。本研究以“屈伸右膝”动作的MI和ME(仅健康受试者)为任务模式,采用Block设计,利用Nirspark软件和SPSS 23.0进行数据分析,对比两组MI与ME任务态下脑区激活模式异同,并统计β1值分析各脑区的激活强度差异。结果(1)SCI组MI时,健康组ME及MI任务时有左初级感觉皮层、左运动区、缘上回和左布洛卡三角区被共同激活(P<0.05,经FDR校正);(2)健康组与SCI组MI任务时运动区前运动皮层激活,健康组ME时运动区仅初级运动皮层激活(P<0.05,经FDR校正);(3)相较于健康组MI,SCI组MI任务时右感觉区,左缘上回,左、右背外侧前额叶,左、右布洛卡三角区,左、右额极均有更多的激活,其中右感觉区(t=1.843,P=0.009)与左背外侧前额叶(t=1.517,P=0.034)激活差异有统计学意义。结论从脑区激活角度证实MI疗法可用于治疗SCI患者运动功能障碍。

应用功能近红外脑成像对伴中央颞区棘波的良性癫痫患儿数学计算认知功能的研究

目的简单加减法计算任务态下,应用功能近红外脑成像(functional near-infrared spectroscopy, f NIRS)技术,评价6~8岁伴中央颞区棘波的良性癫痫(benign epilepsy with centro-temporal spikes, BECT)患儿与同年龄段正常儿童的大脑双侧顶叶皮层及额叶后部皮层的氧合血红蛋白(Hb O2)浓度的变化。方法将2014年12月至2016年9月在首都儿科研究所附属儿童医院神经内科门诊首诊的37例BECT患儿及在附近学校招募的16例健康儿童纳入本研究。采用f NIRS仪记录两组儿童在简单加减法计算任务态下,大脑双侧顶叶皮层及额叶后部皮层的Hb O2浓度变化。结果执行简单加减法计算任务期间,BECT患儿组正确率显著低于正常儿童组[(77.4±13.8)%比(88.7±4.7)%],反应时显著长于正常儿童组[(840.72±104.79)ms比(721.51±73.37)ms],差异均有统计学意义(P<0.05)。BECT患儿组Hb O2浓度变化值显著低于正常儿童组[顶叶:0.153(0.047,0.361)mm·mmol/L比0.228(0.056,0.419)mm·mmol/L;额叶后部:0.184(0.038,0.305)mm·mmol/L比0.245(0.044,0.427)mm·mmol/L],差异均有统计学意义(P<0.05)。结论 BECT患儿存在数学计算认知功能障碍;fNIRS可为判定BECT患儿数学计算认知功能障碍提供客观依据,或可成为评估认知功能损伤的新方法。

近红外脑功能成像对卒中后抑郁神经机制的研究

目的观察卒中后抑郁(PSD)患者在认知加工期间前额叶氧合血红蛋白(Oxy-Hb)相对浓度变化值,初步探讨PSD的神经机制和工作记忆功能变化。方法 2017年2月至8月,20例PSD患者(PSD组)及20例卒中非抑郁患者(对照组),应用NIRSport便携式近红外脑功能成像系统,分别采用情绪面孔性别判断任务和"1-back"工作记忆任务,观察前额叶Oxy-Hb相对浓度变化值。结果在负性情绪面孔图片呈现后,PSD组前额叶Oxy-Hb相对浓度变化值显著低于对照组(t=3.872,P<0.001)。在"1-back"工作记忆任务时,PSD组左侧前额叶Oxy-Hb相对浓度变化值低于对照组(t=2.475,P=0.018),两组右侧前额叶Oxy-Hb相对浓度变化值无显著性差异(t=1.773,P=0.084)。结论 PSD患者在负性情绪面孔图片呈现后,前额叶激活程度降低,并且左侧前额叶工作记忆功能受损,PSD患者前额叶有氧代谢功能失调。

基于近红外脑功能成像技术的脑卒中研究现状

脑卒中是目前世界上引起严重残疾的首要原因，且在我国脑卒中已成为第一位死亡原因。据统计，我国每年新发的脑卒中患者大约有200万，其中70％～80％的脑卒中患者因为残疾不能独立生活，给家庭和社会带来很大的负担。因此脑卒中患者的康复治疗十分重要。目前对于脑卒中的诊断和治疗已有功能核磁共振技术，虽然功能核磁设备具有很强空间分辨率，但是其便捷性差，诊断费用昂贵，且重症患者由于行动不便不能经常做核磁共振。

近红外脑功能成像在重复经颅磁刺激治疗脑卒中后轻度认知功能障碍的应用

目的探讨高频重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation,rTMS)对脑卒中后轻度认知功能障碍以及前额叶氧合血红蛋白(oxyhemoglobin,Oxy-Hb)浓度的影响。方法选取脑卒中后轻度认知功能障碍患者60例,分为rTMS组(n=30)和对照组(n=30),两组均接受为期8周的常规康复训练,rTMS组同时接受15 Hz rTMS治疗。两组患者在治疗前(T0)、治疗4周(T1)和治疗8周后(T2)分别采用简易精神状态检查量表(Mini-mental State Examination,MMSE)、蒙特利尔认知评估量表(Montreal Cognitive Assessment Scale,MoCA)进行评估并接受近红外脑功能成像(functional near-infrared spectroscopy,fNIRS)测试。结果治疗后两组MMSE、MoCA评分及任务期Oxy-Hb浓度均有所升高,Oxy-Hb浓度达峰时间有所降低,治疗8周后(T2),rTMS组MMSE、MoCA评分以及任务期Oxy-Hb浓度均显著高于对照组(P<0.01),rTMS组Oxy-Hb浓度达峰时间较对照组明显缩短(P<0.01)。rTMS组患者任务期Oxy-Hb浓度与MMSE、MoCA评分存在正相关(P<0.001)。结论高频rTMS对脑卒中后轻度认知功能障碍有一定的改善作用并能增加前额叶氧合血红蛋白浓度。