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视角：利用漫射光学成像技术进行人脑无创检测的前景
摘要： 自20世纪70年代近红外光谱技术（NIRS）首次实现无创脑灌注与代谢测量，以及90年代应用于功能脑研究（fNIRS）以来，无创光学脑研究领域持续发展。技术进步、数据分析方法革新及新兴应用方向不断推动该领域前进。本文从历史沿革简介和NIRS信号信息内容描述切入，阐述当前脑部NIRS领域的发展现状。我们认为NIRS与fNIRS研究应始终报告脑组织中氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白浓度数据——二者互为补充能提供更完整的生理功能信息，并有助于识别不同类型的干扰因素。重大挑战在于评估绝对组织特性（无论是光学特性还是生理特性），因此相对测量占据了NIRS和fNIRS应用的绝大多数。但即便对血流动力学或代谢变化的相对测量，也面临颅外组织层潜在干扰的主要问题。解决fNIRS信号中颅外成分的影响是该领域最关键的障碍之一。我们展示了针对脑血流动力学与功能连接研究提出的若干解决方案。最后通过对比信号噪声特征及互补性分析，对fNIRS与功能性磁共振成像进行了批判性比较。
关键词： 血流动力学、功能连接、功能性磁共振成像、人脑、近红外光谱、扩散光学成像、无创传感、功能性近红外光谱
更新于2025-09-23 15:21:21
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通过冷刺激识别疼痛过程：利用功能性近红外光谱（fNIRS）中的有效连接动态因果建模
摘要： 背景：疼痛是一种令人不悦的感觉和情绪体验，常伴随焦虑、抑郁和挫败感。功能性近红外光谱技术（fNIRS）作为一种光学检测手段，通过研究不同解剖区域间功能连接对疼痛刺激的响应来识别大脑功能网络。 方法：本研究采用fNIRS技术，基于动态因果模型（DCM）方法，探究疼痛与静息两种状态下前额叶皮层有效功能连接的差异。运用DCM方法计算疼痛与静息状态间前额叶有效功能连接的变化，旨在：(1)定位已知疼痛感知相关脑区；(2)根据分析结果选取多个脑功能网络，解析其网络间功能连接强度（FCS）。所有分析均通过SPM-fNIRS工具箱、SPM8及Matlab软件完成。 结果：局部血流动力学变化导致双侧前额叶（尤以右侧为著）脱氧血红蛋白浓度降低。相较于右半球，左前额叶氧合血红蛋白浓度同步升高但呈现下降趋势。结果表明冷痛刺激期间前额叶区域连接发生显著改变：右前额叶至内侧前额叶连接出现显著持续增强，而内侧前额叶与外侧前额叶双向连接均呈现显著持续减弱。 结论：本研究通过将DCM应用于fNIRS数据，为疼痛研究领域揭示前额叶神经元连接的方向性与因果关系提供了新依据。结果表明该方法能基于光密度变化测量，在神经动态条件下推断脑内隐藏神经元状态间的定向交互作用。
关键词： 诊断疼痛、神经学、有效连接性、脑图谱、动态因果建模、功能性近红外光谱、疼痛
更新于2025-09-23 07:44:49
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使用交互式跑步机验证注意力导向步态训练：一项功能性近红外光谱研究
摘要： 背景：现有基于跑步机的步态功能康复训练仍存在局限性，例如训练专注度不足。交互式跑步机（ITMs）的开发旨在克服这些局限，但尚未证实其能否提升使用者对步行训练的专注程度。方法：通过功能性近红外光谱技术（fNIRS）测量使用者注意力水平，对ITMs与传统跑步机进行实验对比。为考量任务复杂度对注意力的影响，我们在两种跑步机上均设置了慢速与快速两种步行速度条件。结果：皮质活动图像与含氧血红蛋白（oxyHb）变化数据均显示，ITM诱导的步行专注水平显著高于传统跑步机。我们发现ITM上的步行速度也会影响专注程度。结论：基于ITM的运动训练有望解决当前用于改善步态功能康复的传统跑步机训练所存在的局限性。
关键词： 步态训练、注意力、交互式跑步机（ITM）、任务复杂性、功能性近红外光谱（fNIRS）、步行速度
更新于2025-09-23 13:48:39
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将光谱学与成像技术相结合以优化排尿功能障碍的评估
摘要： 排尿功能障碍是由解剖、生理和功能因素相互作用引起的。因此，整合新型影像与光谱技术有助于更准确地界定病因性结构缺陷、规范盆底功能障碍分期及潜在生理机制，从而提升患者评估水平。本综述旨在阐述当前影像学检查的局限性，并重点介绍新型技术在评估盆底结构完整性受损所致排尿功能障碍患者中的优势。
关键词： 功能性磁共振成像、骨盆、磁共振成像、脱垂、排尿功能障碍、功能性近红外光谱、近红外光谱、磁共振泌尿学
更新于2025-09-23 16:22:31
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使用功能性近红外光谱技术进行超扫描实验
摘要： 对两个或更多互动个体进行同步脑部记录的超扫描方法，对于理解社会互动乃至人际关系的神经生物学基础正变得日益重要。功能性近红外光谱技术（fNIRS）非常适合开展超扫描实验——该技术能以高采样率测量局部血流动力学效应，更重要的是可在自然环境中实施而无需严格限制运动。本文提出了针对亲子双人组的fNIRS超扫描实验方案及脑间同步性分析方法，并就实验设计、fNIRS通道空间配准、生理干扰因素及数据分析方法等关键问题与未来方向展开讨论。所述方案不仅适用于亲子双人组，亦可推广至成人陌生人、伴侣或兄弟姐妹等多种双人组合。总之，fNIRS超扫描有望揭示持续社会互动中的动态机制，这些发现可能超越单脑活动研究范畴。
关键词： 神经科学、脑间同步性、合作、功能性近红外光谱技术、亲子互动、超扫描、功能性近红外光谱
更新于2025-09-23 20:08:29
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功能性近红外光谱数据中生理噪声的自适应滤波
摘要： 该研究提出了一种带指数遗忘因子的递归最小二乘估计方法，用于功能性近红外光谱数据中的噪声去除及从测量数据中提取血流动力学响应（HR）。将HR建模为线性回归形式，其回归向量包含预期HR、预期HR的一阶和二阶导数、短距离测量数据、三种生理噪声以及基线漂移等成分。该方法应用于五名健康男性受试者右手拇指和小指运动的左运动皮层实验。通过与卡尔曼滤波器、低通滤波和独立分量法对比，评估了该算法在对比度噪声比性能提升方面的表现。实验结果表明，该模型使氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白中具有较高对比度噪声比的通道数量分别减少了77%和99%。该方法在获取一致HR数据方面具有鲁棒性。所提方法同时适用于离线和在线噪声去除。
关键词： 状态空间模型、血流动力学响应（HR）、指数遗忘、递推最小二乘估计（RLSE）、实时估计、功能性近红外光谱（fNIRS）
更新于2025-09-04 15:30:14