小磁說｜TIPS

fNIRS采集的大腦功能活動的重要指標主要有三種：氧合血紅蛋白(HbO)濃度變化、脫氧血紅蛋白(HbR)濃度變化、總血紅蛋白(HbT)濃度變化。

這些重要指標的測量，以及嚴謹的實驗設計和數據采集，能夠幫助我們更深入地了解大腦的奧秘！

功能性近紅外光譜成像技術(functional near infrared spectroscopy,fNIRS)是一種最新的無創功能性神經影像技術， 通過發射特定波長的近紅外光穿透顱骨，近紅外光在大腦穿行過程中，一部分光被大腦皮層血紅蛋白吸收，通過計算的光的吸收量的變化，計算出大腦皮層血液中的主要成分氧合血紅蛋白(HbO)和脫氧血紅蛋白(HbR)的相對濃度變化，再利用一定規律反推大腦神經活動情況，達到非侵入性的檢測大腦活動的目的，近年來在認知神經科學、心理學、教育學和醫學等領域得到了廣泛應用。

圖1 fNIRS作用原理圖

fNIRS究竟會采集到哪些有價值的數據，又是如何通過數據來解讀大腦活動的，本文將帶您深入了解fNIRS技術如何采集大腦數據。

fNIRS測量的數據指標

fNIRS主要測量的數據與大腦神經元活動時的血液流動和代謝緊密相關，是評估大腦功能狀態的重要指標，主要有以下幾個：

1.氧合血紅蛋白(HbO)濃度變化：當腦區活動增加時，隨著神經活動的增強，局部血流量和血氧量供應增加，導致HbO上升。它是反映神經活動變化的核心指標之一。fNIRS可以實時監測這種變化。

2.脫氧血紅蛋白(HbR)濃度變化：相應的，當腦局部神經活動增加時，含氧血紅蛋白濃度上升的同時脫氧血紅蛋白濃度地下降，這也是反映腦神經活動的重要指標。

3.總血紅蛋白(HbT)濃度變化：這是HbO和HbR之和，反映了局部血容量的變化。總血紅蛋白濃度的變化可以提供關于血流量變化的附加信息。

圖2 fNIRS主要采集指標曲線圖

fNIRS數據的采集

1.實驗設計

a.任務設計：根據研究目標設計合適的任務或刺激，確保實驗具有較高的可重復性。例如，認知任務可以包括記憶、注意或語言任務，運動任務可以涉及主動/被動運動或運動想象。

b.基線測量：在任務開始前進行基線測量，記錄受試者的腦血氧水平，作為后續數據分析的參考。

2.設備校準

a.光源校準：確保光源強度和波長穩定，以避免實驗過程中光強度的波動影響數據質量。

b.光功率動態調整：避免飽和或過低的信號強度。

3.數據采集

a.選擇測量位置：根據研究目標選擇合適的頭皮位置，通常使用國際10-20系統定位，確保覆蓋目標腦區。

b.光源和探測器的配置：根據需要配置單通道或多通道系統，確保覆蓋目標腦區。光源和探測器之間的距離（通常為3cm）需要根據具體實驗要求進行調整。

c.數據記錄：使用數據采集軟件記錄光強度變化，并實時監控數據質量。確保采集環境穩定，避免外部光源干擾和受試者運動偽影。

圖3 fNIRS裝置應用場景圖

結語

fNIRS采集的大腦功能活動的重要指標主要有三種：HbO、HbR、HbT。在數據采集過程中：實驗設計、光纖帽的佩戴、實驗環境等因素對數據采集結果都有影響。

通過對HbO、HbR和HbT這些重要指標的測量，以及嚴謹的實驗設計和數據采集過程，我們能夠更深入地了解大腦的奧秘。

隨著技術的不斷發展和相關軟件工具的日益完善，我們有理由相信，fNIRS在認知神經科學、心理學、教育學和醫學等領域將發揮更加重要的作用，為大腦研究帶來更多的突破和驚喜。

? 閱讀推薦：

3.