1 天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津 300072
2 天津市生物医学检测技术与仪器重点实验室，天津 300072
在功能性近红外光谱（fNIRS）成像技术的实现中，扩散光学层析成像（DOT）具有改善定量性和分辨率的巨大潜力，但其效果受制于生理干扰（呼吸、心跳和低频振荡等）、检测系统的随机噪声以及有限测量数据量带来的不适定性。为增强fNIRS-DOT成像的性能，本文提出了一种基于模型先验信息的深度卷积编解码网络重建方法，利用分层半三维重建算法实现对表层和深层脑血氧变化信息的初步区分，发挥卷积、编解码网络对空间特征的学习能力，实现对深层脑激活信息的提取重建。为验证所提重建方法的有效性，开展了数值模拟和仿体实验，并将其与传统重建方法进行对比。结果表明，所提重建法不仅可以显著提高重建精度，极大地缩短重建时间，而且具有优异的泛化能力，为实现动态fNIRS成像提供了重要参考。
生物光学 功能性近红外光谱成像 分层半三维重建 深度卷积编解码网络 中国激光
2023, 50(21): 2107107
中国航天员科研训练中心人因工程国防科技重点实验室, 北京 100094
采用功能性近红外光谱成像(fNIRS)研究了警觉度的变化规律。通过10通道fNIRS技术采集了12名受试者前额部位的氧合血红蛋白(HbO)信号、脱氧血红蛋白(Hb)信号, 并记录下实验中受试者的行为学数据。结果表明：可以根据主观量表评分和行为学数据将受试者的警觉度标注为3个水平, 前30 min为高警觉度水平, 中间30 min为一般警觉度水平, 后30 min为低警觉度水平；此外, 前额左侧的第2通道以及右侧的第9、7、8、6通道对警觉度变化的敏感度较高；在支持向量机模型下, 12名受试者的警觉度三分类正确率为76.9%。本研究验证了fNIRS在警觉度检测上的可行性, 并指出了对警觉度变化敏感脑区的位置, 为警觉度的实时监测提供了新的思路。
光谱学 功能性近红外光谱成像 警觉度 氧合血红蛋白 脱氧血红蛋白
1 华南师范大学 a.心理学院
2 华南师范大学 b.华南师范大学华南先进光电子研究院, 广东 广州 510631
多人同步交互式记录是认知神经科学的一种新的研究范式, 它可以揭示两个或多个个体的大脑间在社交情境下神经活动的耦合。这一目标仅靠单个大脑活动的记录与测量是无法实现的。功能性近红外光谱成像在进行多人同步交互记录研究中有独特的优势。该方面的研究已经涵盖了社会认知神经科学的多个领域。本研究使用近红外光谱成像对社交情境下自我表露的双人大脑前额皮层的活动进行交互式测量, 并使用小波相关来分析双人大脑互动时的神经同步性。研究结果表明在进行社交对话时, 被试对的大脑间左侧额中回、右侧眶额皮层和右侧额下回下部的活动同步性显著增强。共情能力与社交情境下脑间同步性的强度呈正相关, 这种关系主要体现在右侧额下回。本研究支持了采用近红外光谱成像技术研究多人同步交互记录大脑间神经耦合的可行性和有效性。
医用光学 多人同步交互记录 近红外光谱成像 小波相干 共情 medical optics hyperscanning functional near-infrared spectroscopy wavelete coherence empathy
1 中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室, 北京 100094
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
认知神经科学的快速发展，使得各种生理参数的客观测量得以实现，其中功能性近红外光谱(fNIRS)是一种新兴的脑成像方法，可以检测经过人体皮肤组织的血液动力学指标，包括含氧血红蛋白(HbO)、脱氧血红蛋白(Hb)和总血红蛋白(tHb)含量。心电图(ECG)、呼吸波(RSP)则是常用的生理参数检测方法。研究目的是尝试利用fNIRS 方法测得心率(HR)和呼吸率(BR)特征，利用时域形态学特征法、频域带通滤波法以及小波分解与重构方法提取心率及呼吸率，并与ECG、RSP 真实信号的HR(77.0199)、BR(22.9153)进行对比。结果发现三种方法均可从fNIRS 信号中提取出HR 信号，其中用频域带通滤波器方法得到的HR 为76.8807，偏差最小为-0.1392，利用相同方法提取的BR 为21.7039，偏差为-1.2114。基本实现了从fNIRS信号中提取心率和呼吸率的目标。
医用光学 功能性近红外光谱成像 血氧变化 算法 心率 呼吸率
1 中国航天员科研训练中心人因工程国家重点实验室,北京100094
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院,天津300192
3 中国航天员科研训练中心人因工程国家重点实验室, 北京 100094
功能性近红外光谱(fNIRS)成像是一种新兴的光学脑成像技术.已有大量基于fNIRS 简单任务脑力负荷评估方面的研究,但当实验任务从单一简单任务变化为复杂综合任务时,相应方法不能直接简单套用.借助于fNIRS技术,通过复杂任务特征分解的思路进行尝试,研究大脑皮层血氧情况随复杂任务各任务特征的变化规律,为fNIRS评估复杂任务脑力负荷等研究提供思路和基础.结果发现：前额叶大脑皮层(PFC)区域的含氧血红蛋白(HbO)对复杂度、时间压力和有无控制三种任务特征的变化均有较高的激活程度响应；视觉皮层(VC)区域的HbO 对不同时间压力任务特征导致的任务难度变化有较高的激活程度响应,但对不同复杂度和有无控制特征的激活程度响应较低；运动皮层(MC)区域HbO 对有无控制输出特征有较高的激活程度响应,对不同时间压力特征的激活程度响应较弱.
医用光学 功能性近红外光谱成像 血氧变化 含氧血红蛋白 激活程度
中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室, 北京 100094
为了研究利用功能性近红外光谱（FNIRS）评估脑力负荷的可行性，综合生理参数法、绩效法及主观量表法，对12名在校大学生被试进行了图片N-back及多元归因任务(MATB)实验，分析了FNIRS参数对不同难度的敏感性及差异。N-back任务中背外侧前额叶皮层（DLPFC）1、5、9、10号通道及MATB任务中1、9号通道的FNIRS数据对脑力负荷更敏感；在0~2级难度的N-back及MATB任务中，含氧血红蛋白（HbO）和总血红蛋白（tHb）的含量随任务难度提升而增加，但在3级难度时出现降低。结果表明大脑前额叶皮层（PFC）的FNIRS信号对脑力负荷相对更敏感区域为DLPFC；在一定难度范围内，HbO和tHb的含量随任务难度的提升而增高，而当难度超过一定范围会出现下降。
光谱学 功能性近红外光谱成像 脑力负荷 大脑皮层 血氧变化 光学学报
2014, 34(11): 1130002
