腦功能成像的新方法------功能性近紅外光譜技術(fNIRS)

2021-02-12 環球心理資訊

提供者：章鵬

想知道當你在和外部世界進行交流時，你的大腦是怎樣活動的嗎？有很多種技術可以監測大腦的活動變化，如fMRI。今天我要給大家介紹一種新興的腦功能成像技術：功能性近紅外光譜技術 a functional near-infrared spectroscopy（fNIRS）。

 功能性近紅外光譜技術是近年來新興的一種非侵入式腦功能成像技術。fNIRS進行腦功能成像的原理與fMRI相似，即大腦神經活動會導致局部的血液動力學變化。其主要利用腦組織中的氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白對600-900nm不同波長的近紅外光吸收率的差異特性，來實時、直接檢測大腦皮層的血液動力學活動。通過觀測這種血液動力學變化，即通過神經血管耦合規律可以反推大腦的神經活動情況（Pellicer, & del Carmen Bravo，2011；劉寶根，周兢，李菲菲，2011）。例如，當讓受試者做右手手指運動任務時，其大腦皮層左側運動放電，消耗氧和能量。此時，腦部血供系統的過補償機制會向該局部大量輸入含有豐富氧合血紅蛋白的血液，從而導致該局部的氧合血紅蛋白濃度增加，脫氧血紅蛋白下降。fNIRS實驗中，實驗者讓被試按照一定實驗範式執行任務，同時使用fNIRS觀測大腦不同位置的血紅蛋白度的濃度變化，如果找到了某一腦區，其血液動力學活動與該任務設計相關程度很高，即可推斷該腦區被實驗任務激活（周仁來，2013）。

 近20年來，隨著功能性近紅外光譜技術的硬體設備的製造和改進以及數據處理方法的完善，利用近紅外進行各類認知活動的研究層次不窮（Boas, Elwell, Ferrari, & Taga, 2014）。現在，fNIRS已經與腦電圖（EEG、ERP）、功能磁共振成像（fMRI）等腦成像技術一樣，成為人類探索大腦奧秘的利器。

 這種技術具有造價較低、便攜性好、無噪音和無創性的優點。此外在進行心理學實驗時，該儀器對被試的動作不會過分敏感，這也是核磁所不具備的優點。它已被廣泛的應用到科研和臨床，尤其是嬰幼兒和老年這兩個群體。過去二十年裡，fNIRS應用的領域可以分為七個方面：神經發育，感知和認知，運動控制，精神疾病，神經病學。其優勢領域是自然情境下的高級認知和交互行為的腦機制。

本文只是對功能性近紅外光譜技術進行了簡單的介紹，想要了解的更多可以瀏覽以下的幾篇文獻。下一期我將會為大家繼續介紹功能性近紅外光譜技術和其它腦成像技術的比較。敬請關注。

 

參考文獻：

   劉寶根, 周兢, & 李菲菲. (2011). 腦功能成像的新方法——功能性近紅外光譜技術 (fNIRS). 心理科學, 34(4), 943-949.

周仁來. 高級心理實驗技術培訓手冊[J]. 2011. 北京師範大學出版社

Boas, D. A., Elwell, C. E., Ferrari, M., & Taga, G. (2014). Twenty years of functional near-infrared spectroscopy: introduction for the special issue.Neuroimage, 85, 1-5.

   Ferrari, M., & Quaresima, V. (2012). A brief review on the history of human functional near-infrared         spectroscopy (fNIRS) development and fields of application. Neuroimage, 63(2), 921-935.




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