近红外脑功能成像技术(fNIRI)及其应用

近红外光谱成像技术在脑功能研究中的应用在当今的科学研究领域，对于大脑功能的探索一直是备受关注的焦点。

随着技术的不断进步，近红外光谱成像技术（NearInfrared Spectroscopy Imaging，NIRS）逐渐崭露头角，为脑功能研究带来了新的契机。

近红外光谱成像技术是一种非侵入性的光学神经成像方法，它基于脑组织对近红外光的吸收和散射特性来测量脑内氧合血红蛋白（HbO）和脱氧血红蛋白（HbR）浓度的变化，从而反映大脑的神经活动。

这种技术具有许多独特的优势，使其在脑功能研究中得到了广泛的应用。

首先，近红外光谱成像技术具有出色的便携性和易用性。

与其他脑成像技术如功能性磁共振成像（fMRI）相比，NIRS 设备相对小巧轻便，操作简便，对实验环境的要求较低。

这使得它能够在更广泛的场景中应用，例如在自然情境下对儿童、老年人或特殊人群进行研究，甚至可以实现移动测量，为研究大脑在真实生活中的功能提供了可能。

其次，NIRS 对运动的容忍度较高。

在 fMRI 等技术中，被试者需要保持头部完全静止，而轻微的运动就可能导致数据质量下降甚至无法使用。

但 NIRS 能够在一定程度上容忍被试者的头部和身体运动，这对于研究涉及运动的认知任务或难以长时间保持静止的人群（如患有多动症的儿童）具有重要意义。

在脑功能研究的具体应用方面，NIRS 在认知神经科学领域发挥了重要作用。

例如，在注意力研究中，通过监测大脑前额叶区域的血红蛋白浓度变化，可以了解个体在不同注意力任务中的神经活动模式，进而揭示注意力的分配和调控机制。

在语言处理研究中，NIRS 可以帮助研究者探索大脑在语言理解、生成和表达等过程中的激活区域和时间进程，为语言障碍的诊断和治疗提供依据。

此外，NIRS 在发展心理学研究中也具有很大的潜力。

通过对儿童大脑发育过程的长期跟踪监测，可以揭示大脑功能的发展轨迹和关键时期，为早期教育和干预提供科学指导。

例如，研究发现儿童在执行某些认知任务时大脑的激活模式会随着年龄的增长而发生变化，这有助于我们理解儿童认知能力的发展机制。

近红外光谱成像技术在脑功能研究中的应用近红外光谱成像（Near-Infrared Spectroscopy, NIRS）是一种非侵入性的生物医学技术，通过测量近红外光在组织中的散射和吸收来研究生物体的功能活动。

近年来，NIRS在脑功能研究中的应用越来越受到关注，成为了一种重要的研究手段。

NIRS技术的原理是基于近红外光在组织中的特性。

近红外光的波长范围在700到1000纳米之间，这个波长范围的光能够穿透头皮和颅骨，进入大脑组织。

在组织中，光会被血红蛋白和细胞色素等色素吸收，同时也会被散射。

通过测量光的强度变化，可以推断出组织中的血氧水平和血流量等生理参数，从而研究脑功能活动。

NIRS技术在脑功能研究中的应用非常广泛。

首先，NIRS可以用于研究脑血氧水平的变化。

脑血氧水平是衡量脑功能活动的一个重要指标，当脑区活动增加时，该区域的血氧水平会增加。

通过NIRS技术，可以实时监测脑血氧水平的变化，进而研究脑功能的激活模式和神经网络的连接。

其次，NIRS还可以用于研究脑血流量的变化。

脑血流量是脑功能活动的另一个重要指标，它反映了脑区的代谢需求。

通过NIRS技术，可以测量脑血流量的变化，进一步了解脑功能活动的机制和调控方式。

此外，NIRS还可以用于研究脑电活动和脑功能连接。

脑电活动是脑功能活动的电生理表现，通过NIRS技术可以与脑电图（Electroencephalography, EEG）相结合，研究脑电活动与脑血氧水平的关系。

同时，NIRS还可以通过测量不同脑区之间的血氧水平变化，研究脑功能连接的模式和机制。

值得一提的是，NIRS技术具有一些优势。

首先，它是一种非侵入性的技术，不需要使用放射性物质或者注射药物，对被测对象没有任何伤害。

其次，NIRS技术具有较高的时间分辨率，可以提供实时的数据，对于研究脑功能的动态变化非常有帮助。

此外，NIRS技术还具有较好的空间分辨率，可以测量不同脑区的血氧水平变化，从而揭示出脑功能活动的局部特征。

功能性脑成像技术的原理及临床应用近年来，功能性脑成像技术在神经科学研究与临床应用中扮演着越来越重要的角色。

这种技术可以告诉我们大脑的特定区域在特定任务时的活动情况，从而深入研究大脑的结构和功能，探索人类意识、情感和思维等方面的神奇奥秘，对神经科学的发展和多种疾病的治疗和预防具有非常重要的意义。

这篇文章将介绍功能性脑成像技术的原理及其临床应用，主要分为以下几个方面进行探讨：一、功能性脑成像技术的原理功能性脑成像技术是通过记录特定大脑区域的活动情况来揭示大脑功能的一种方法，常用的技术有功能性磁共振成像（fMRI）和脑电图（EEG）等。

在临床应用中，fMRI是最常用的功能性脑成像技术。

这种技术是通过检测脑区在特定时间内的血氧水平变化来推断该脑区的神经活动情况。

当特定大脑区域开始活动时，它的氧气需求会增加，导致周围磁场的扰动，fMRI可以监测到这种扰动并生成一个反映大脑活动情况的图像。

二、功能性脑成像技术的临床应用功能性脑成像技术在临床神经科学中有广泛的应用，可以帮助医生诊断多种神经疾病和精神障碍。

1. 疾病诊断与治疗fMRI可以在脑功能异常区域位置和程度上提供精确的信息，因此在神经科学领域的疾病诊断方面得到了广泛运用。

例如，在癫痫病患者中，fMRI可以检测局部皮层和海马区的高代谢和过度活动；在阿尔茨海默症和帕金森病等神经变性疾病中，fMRI可以检测出大脑退化的区域。

这种信息对于疾病的早期诊断和治疗非常有帮助。

2. 定位功能区在手术治疗前，医生需要明确脑区的功能区域，以避免手术操作过程中损伤至关键的脑区。

fMRI可以帮助医生快速准确地定位大脑功能区域，例如语言、视觉、听觉和运动等，从而保护正常脑区功能。

3. 神经可塑性研究神经元在发育和学习过程中会发生变化，这些变化称为神经可塑性。

fMRI可以帮助研究神经可塑性，并帮助神经科学家更好地了解人类的意识、记忆、学习和智力等方面。

三、功能性脑成像技术的未来发展随着功能性脑成像技术的发展和成熟，其应用的地位和范围将会进一步扩大。

脑功能成像技术及其应用随着科技的不断进步，脑功能成像技术已经成为一种越来越普遍的科学研究工具。

这项技术可以非侵入性地观察、研究和测量人类大脑的活动，为神经科学研究、临床实践、精神疾病诊断和治疗等提供了重要的帮助。

一、脑功能成像技术的发展历史脑功能成像技术的发展历史可以追溯到19世纪末的电生理学，那时科学家已经开始通过测量人类大脑放电来研究大脑的特性和功能。

随着时间的推移，这一领域的研究逐渐发展出了各种先进的技术，如放射免疫测定、生物全息术和核磁共振成像等。

目前主要的脑功能成像技术包括磁共振成像（MRI）、放射性核素扫描、功能性磁共振成像（FMRI）、电生理学等。

这些技术可以非侵入性地观察、测量和记录人类大脑的活动，帮助科学家们更好地理解大脑的特性和功能。

二、脑功能成像技术在神经科学研究中的应用神经科学研究可以帮助我们更好地理解大脑的结构和功能，并为今后开发新的神经科学技术提供指导。

脑功能成像技术在神经科学研究中的应用广泛，它可以帮助科学家研究人类大脑的哪些区域参与各种不同的思维和行为活动，并了解这些活动的具体机理。

例如，近年来FMRI的应用已经在神经科学研究中得到了广泛的应用。

通过FMRI可以非侵入性地测量大脑活动所产生的血流量变化，进而推断大脑各区域的活动情况。

这种技术可以帮助研究人员探究大脑各种不同功能区域之间的复杂互动关系，并探究这些区域在不同思维和行为活动中的具体作用。

今后，脑功能成像技术在神经科学研究中的应用还将继续扩大。

三、脑功能成像技术在临床实践中的应用脑功能成像技术在临床实践中也有着广泛的应用，它可以帮助医生更好地了解患者的病情，并为精神疾病的诊断和治疗提供指导。

例如，近年来FMRI已经被广泛应用于心理学和精神疾病诊断。

FMRI可以帮助医生了解患者的大脑活动情况，帮助诊断患者的疾病类型和程度，并为精神疾病的治疗提供指导。

此外，脑功能成像技术还可以被广泛应用于神经系统疾病和癫痫等病例的诊断和治疗。

一、fnirs连续波近红外技术简介fnirs（functional near-infrared spectroscopy）是一种用于研究人类脑功能活动的非侵入式脑成像技术，它通过测量脑内血红蛋白和氧合血红蛋白的浓度变化，实现对脑血液动力学的监测。

二、fnirs技术原理1.连续波近红外光源fnirs技术采用的光源为连续波近红外光，一般为650nm和850nm 两种波长的光源。

这两种波长的光能够通过皮肤和头骨组织深入到脑组织内部，从而实现对脑血氧和血流的测量。

2.经皮血氧饱和度监测fnirs技术可以通过测量头皮下的血氧饱和度来反映脑血氧相关的生理活动，如神经活动、代谢活动、血流动力学等，从而实现对脑功能活动的监测。

3.光散射和吸收fnirs技术通过测量光在脑组织中的散射和吸收，可以推断出脑组织内部的血红蛋白和氧合血红蛋白的浓度变化，从而实现对脑血氧和血流的动态监测。

三、fnirs技术在脑功能研究中的应用1.脑功能成像fnirs技术可以用于实时监测脑血氧和血流的变化，从而实现对脑功能活动的研究和成像。

它可以用于研究神经精神疾病、认知活动、学习记忆、运动控制等方面。

2.脑机接口fnirs技术可以结合脑机接口技术，实现对脑功能活动的实时监测和控制，从而实现对假肢、轮椅、游戏设备等的操作控制。

3.脑疾病诊断fnirs技术可以用于研究和诊断脑血液动力学异常相关的疾病，如脑卒中、脑损伤、神经退行性疾病等，为临床医学研究和诊断提供重要的生理信息。

四、fnirs技术的发展与应用前景fnirs技术具有非侵入性、高时间分辨率、适应性强等优势，越来越多地被应用于脑功能研究、临床诊断和脑机接口等领域。

随着技术的不断发展，fnirs技术在脑科学和临床医学领域的应用前景将更加广阔。

五、fnirs技术的挑战与改进尽管fnirs技术在脑功能研究和临床应用方面具有巨大的潜力，但也面临着一些技术挑战和改进的空间。

其中之一是光源的稳定性和灵敏度。

功能近红外光谱在大脑成像中的研究及应用陈兴稣;王雪峰;王元庆【摘要】近红外光谱的650～1000 nm是大脑成像的“光学窗口”，功能近红外光谱技术对大脑成像具有非侵入、无需注射造影剂、成本低和方便等优点，被应用于脑成像。

概述了近红外光谱在大脑成像中的原理、方法及发展，总结分析了功能近红外光谱技术对大脑探测在提高系统分辨率方法的3个主要阶段，提出了存在的问题和发展前景。

%Near infrared spectrum of 650-1000nm is the optical window of brain imaging. Functional near infrared spectroscopy (fNIRS) for brain imaging has advantages of non-invasive, no injection of contrast agent, low cost and convenience, so it has been applied to brain imaging. The paper overviews the principle, method and development of near infrared spectral imaging in the brain, analyzes and summarizes the three main stage methods of fNIRS. The three stages have improved the system resolution in the brain imaging. The existing problems and development prospects are also presented.【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2016(038)005【总页数】7页(P433-439)【关键词】功能近红外光谱;大脑成像;多通道探测;高密度探测【作者】陈兴稣;王雪峰;王元庆【作者单位】伊犁师范学院电子与信息工程学院，新疆伊宁 835000;伊犁师范学院电子与信息工程学院，新疆伊宁 835000; 南京大学电子科学与工程学院，江苏南京 210046;南京大学电子科学与工程学院，江苏南京 210046【正文语种】中文【中图分类】TN219近红外光谱（near infrared spectroscopy, NIRS）是介于可见光和中红外光之间的电磁辐射波，波长范围大概在650～1000nm。

基于光谱学的近红外脑功能成像技术研究在神经科学研究中，脑功能成像技术是一项重要的研究手段。

而基于光谱学的近红外脑功能成像技术 (Near-infrared spectroscopy, NIRS) 是一种非侵入性、安全性较高的脑功能成像技术。

近年来，NIRS 逐渐成为研究脑功能和神经健康状况的一种重要手段。

本文将详细介绍 NIRS 技术的原理、特点以及在脑功能研究方面的应用。

一、NIRS 技术原理1、光学法NIRS 技术利用光学法的原理，通过透过头皮和颅骨的近红外光信号来测量脑组织内血氧浓度的变化。

红外光波长长于可见光，能够穿透头皮、颅骨和脑组织较浅层，达到脑皮层深度的1～2cm，可探测到皮层和下皮层脑区域的血氧浓度变化。

2、血红蛋白和氧合血红蛋白NIRS 技术主要测量血红蛋白和氧合血红蛋白对近红外光的吸收，并结合 Lambert-Beer 定律，计算血红蛋白和氧合血红蛋白比例的变化。

当脑区域代谢活跃时，血供将增加，导致血红蛋白和氧合血红蛋白浓度比例的变化。

这种变化可以测量脑活动的代谢需要，并提供比较准确的血氧水平和脑功能活动的信息。

二、NIRS 技术特点1、非侵入性相比其他成像技术如 EEG 、fMRI，NIRS 可以说是非侵入性的。

被试者无需戴上电极或被送入磁共振扫描器。

它只在脑区域表面透过近红外光进行照射和检测，无需伤害头皮和大脑组织。

2、高时域分辨率NIRS 技术具有很高的时域分辨率，可以快速获取到脑区域血氧水平和代谢需要的信息。

其时间分辨率概略为秒级，比 fMRI 要快很多。

3、安全NIRS 技术不产生任何电磁干扰，无需使用昂贵的设备，且环境影响极少。

NIRS 使用的红外光波长也是安全的，不会给被试者带来任何身体或视觉上的不适。

三、NIRS 技术在脑功能研究中的应用1、神经原理在劳动记忆任务中，通过 NIRS 技术可以探测到额叶和顶叶的血氧水平的增加。

同时，不同的神经调节机制也 can be 利用 NIRS 技术进行研究，如反馈机制、社交互动、情绪和注意等。

功能近红外光谱成像在空间认知研究中的应用近红外光谱成像技术是一种非接触、非侵入性的成像技术，利用近红外光在物质中的吸收和散射特性，对待测区域进行成像分析。

近年来，功能近红外光谱成像在空间认知研究中得到了广泛应用。

本文将探讨功能近红外光谱成像在空间认知研究中的应用及其潜在的发展前景。

空间认知是指人类通过感知、思维和记忆等过程来构建和理解我们周围的物理空间的能力。

功能近红外光谱成像技术可以用于分析大脑的血氧水平和代谢活动，从而推断大脑的功能活动。

通过测量大脑在执行空间任务时的血氧水平变化，研究人员可以获得有关空间认知过程的重要信息。

近红外光谱成像技术的应用范围广泛，可以用于研究空间认知的不同方面，如空间注意力、空间记忆和空间导航等。

在空间注意力研究中，研究人员可以使用近红外光谱成像技术来检测大脑在注意力转移和分配过程中的功能活动。

通过观察大脑在执行空间注意力任务时的血氧水平变化，研究人员可以了解大脑在不同注意力状态下的响应模式，并深入研究相关的脑机制。

在空间记忆研究中，功能近红外光谱成像技术可以帮助研究人员了解大脑在记忆空间位置和空间布局时的功能活动。

通过记录大脑在执行空间记忆任务时的血氧水平变化，研究人员可以揭示空间认知和记忆形成的大脑机制，并探索记忆空间相关疾病的神经生物学基础。

另外，功能近红外光谱成像技术还可以用于研究空间导航。

研究人员可以通过记录大鼠等实验动物在迷宫等空间任务中的大脑功能活动，揭示大脑在空间导航过程中的神经机制。

这对于理解和治疗与空间导航相关的认知障碍疾病，如阿尔茨海默病，具有重要意义。

功能近红外光谱成像技术在空间认知研究中的应用不仅可以揭示空间认知的大脑机制，还可以为相关领域的研究提供可靠的研究工具。

与传统的功能磁共振成像技术相比，近红外光谱成像具有较低的成本和易操作性。

这使得它成为大规模实验和现实场景研究的理想选择。

例如，在房地产和城市规划等领域，可以利用近红外光谱成像技术检测人们在不同空间环境中的认知和情感反应，以优化设计和改善生活质量。