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使用功能近红外光谱研究研究早期发展的大脑：未来的方向和新挑战
功能性磁共振成像（fMRI）通常太限制或侵入性，以至于与婴儿和幼儿一起使用。fnirs也易于使用，并且相对耐受运动。因此，它是发展种群的特别合适的方法论选择。尽管有这些优势，但婴儿和幼儿都在挑战研究参与者，他们的注意力范围很短，不了解和/或一定遵守说明，不要轻易保持静止或不愿意接受FNIRS上限。在两十年半的时间里，自从它首次与婴儿，FNIRS技术，实验方法和数据分析技术使用以来，技术已经发展了2 - 4，以满足发育神经影像的特殊需求和挑战。因此，发展性FNIRS研究正在成倍增长5（图1）。的确，自2010年以来，增长一直特别快，可能与增强发展社区的FNIRS专业知识以及在更易于使用的价格范围内出现更多的市售系统。相对于fMRI和电掌位图（EEG），自2017年以来，新婴儿发育出版物的分布（具有0-2岁）的分布表明，FNIRS的增加表明，婴儿研究方法选择的潜在变化。6
利用功能性近红外光谱研究早期发育大脑：未来方向和新挑战
功能性磁共振成像 (fMRI) 通常对婴儿和幼儿使用限制过多或侵入性过强。fNIRS 还易于使用，并且对运动具有相对的耐受性。因此，它是一种特别适合发育人群的方法选择。尽管有这些优势，但婴儿和幼童仍然是具有挑战性的研究参与者，因为他们注意力不集中、不理解和/或不一定遵守指令、不容易保持静止或可能不愿意接受 fNIRS 上限。自首次用于婴儿以来的二十五年里，fNIRS 技术、实验方法和数据分析技术已经有了长足的发展 2 – 4 ，以满足发育神经成像的特殊需求和挑战。因此，发育性 fNIRS 研究呈指数级增长 5 (图 1)。事实上，自 2010 年以来，增长特别迅速，这可能与发育社区中 fNIRS 专业知识的增加以及出现了更多种类、价格更实惠的商业化系统有关。相对于 fMRI 和脑电图 (EEG)，自 2017 年以来，新的婴儿发育出版物（0 至 2 岁儿童）的分布显示 fNIRS 有所增加，这表明婴儿研究方法的选择可能会发生转变。6
急性开放式运动对抑制性控制和大脑激活的影响：功能性近红外光谱研究
越来越多的文献表明，一系列运动有益于执行认知功能。虽然对步行，跑步和骑自行车等封闭技能练习的急性效果进行了充分的研究，但尚不清楚开放式运动如何影响执行功能和大脑激活。因此，我们比较了使用功能性近红外光谱（FNIRS）的封闭技能锻炼对抑制性控制和脑部激活的急性效应。24岁的右手统治成年人（9名妇女）完成了三种干预措施：羽毛球，跑步和一个坐着的休息控制条件，每人10分钟。羽毛球和跑步的强度是可比的。在每次干预期间，监测摄取氧气和心率。每次干预之前和之后，都会管理由中性和不一致条件组成的Stroop任务。FNIRS系统记录了前额叶皮层中的血液动力学，以评估Stroop任务期间的大脑激活。在Stroop任务上的性能显着改善，羽毛球是在中性条件下相对于不一致条件的。另一方面，在Stroop任务中既没有跑步也不会影响REST会影响性能。FNIRS措施表明，羽毛球和跑步对脑激活没有显着影响。这些结果表明，与封闭技能运动相比，单个开放式外部表现可增强抑制性控制，而无需增加大脑的激活，这表明急性开放式运动会引起神经效率。
功能性近红外光谱作为个性化...
神经病学领域数字医疗的持续发展依赖于便携且经济高效的大脑监测工具，这些工具可以准确地实时监测大脑功能。功能性近红外光谱 (fNIRS) 就是这样一种工具，它作为功能性磁共振成像的实用替代品，以及脑电图等模式的补充工具，在研究人员和临床医生中越来越受欢迎。本综述通过确定推动当前 fNIRS 研究的两大趋势，介绍了 fNIRS 对神经病学数字医疗个性化目标的贡献。第一个主要趋势是使用 fNIRS 进行多模式监测，这使临床医生能够访问更多数据，帮助他们了解患者脑血流动力学与其他生理现象之间的相互联系。这使临床医生能够对身体健康进行全面评估，以获得更详细和个性化的诊断。第二个主要趋势是 fNIRS 研究正在采用自然实验范式进行，涉及熟悉环境中的多感官刺激。在动态活动或虚拟现实中对大脑进行多感官刺激监测有助于了解日常生活中发生的复杂大脑活动。最后，讨论了未来 fNIRS 研究的范围，以促进更准确地评估大脑激活，并让 fNIRS 作为数字医疗设备的临床接受度更高。
Microsoft Word -Torii_machine学习动脉粥样硬化组织成分分类中的近红外光谱术中血管内超声超声输入超声Imaging_aam.docx
类。召回或灵敏度计算为：true正/（true strue + false负），精度
功能近红外光谱数据多维分解的并行因子分析
(HbO) 和脱氧 (HbR) 血红蛋白可以分别评估 HbO 和 HbR 的浓度变化。1 尽管 fNIRS 信号被认为对运动具有相对耐受性，2 但是由于运动伪影引起的光强度突然变化，数据质量可能会降低。3 结果表明，两种波长的动态特性为伪影检测和校正提供了重要信息。4 然而，当前用于运动伪影校正的技术（例如小波滤波、分解、样条插值等）通常假设两种波长的行为在时间上相似，因此无法利用两种波长提供的结构化信息。5 – 7 二维 (2D) 分析要求对具有更多维度的数据（例如 fNIRS 数据）在处理之前进行表面展开，例如分别处理两种波长或 HbO 和 HbR。因此，其中一些二维分析工具被迫施加其他非生理约束，例如主成分分析（PCA）中的正交性或独立成分分析（ICA）的统计独立性。尽管有几种方法可以实现 PCA，例如降维、分类、从信号分解的角度来看，PCA 旨在提取所谓的主成分，即可解释 fNIRS 中信号活动最大方差的成分。6、7、10、11 在时间 PCA 中，数据被分解为成分之和，每个成分由两个向量的乘积形成：一个代表时间主成分，另一个代表相应的地形（每个通道的分数）。PCA 的一个基本问题是仅由两个特征（时间和空间）定义的成分不是唯一确定的。因此，不同成分的对应时间特征之间必须具有正交性。 7、12、13然而，脑信号之间的正交性是一种非生理约束。即使有这种限制，提取的主成分也不是完全唯一的，因为任意旋转轴不会改变数据的解释方差。这导致研究人员使用不同的数学标准作为选择特定旋转的基础（例如，Varimax、Quartimax 和 Promax）。在 fNIRS 中，PCA 还被应用于目标时间间隔（tPCA），即仅在与发音或其他头部运动相关的伪影发生的期间，而不是在整个未分割的信号期间。3、14与基于小波的滤波和样条插值相比，这种类型的有针对性的校正可以产生更好的信号质量，同时也降低了改变信号整体完整性的风险。3虽然 PCA 非常常见且易于使用，一些作者已经讨论了其作为伪影校正方法的缺陷和注意事项。5、15
静息态功能连接对中风后上肢功能结果的影响：一项功能性近红外光谱研究
方法：纳入 49 名患有皮质下病变的亚急性（2 周 − 6 个月）脑卒中患者，根据 FMA-UE 评分分为三组：轻度损伤（n = 17）、中度损伤（n = 13）和重度损伤（n = 19）。所有患者均接受 FMA-UE 评估和 10 分钟静息态 fNIRS 监测。在 7 个 ROI 上记录 fNIRS 信号：双侧背外侧前额皮质（DLPFC）、中部前额皮质（MPFC）、双侧初级运动皮质（M1）和双侧初级体感皮质（S1）。通过每个通道与每个 ROI 对之间的相关系数计算功能连接（FC）。为了揭示三组之间 FC 的综合差异，我们比较了组水平和 ROI 水平的 FC。此外，为了确定不同 ROI 之间的 FMA-UE 评分与 RSFC 之间的关联，我们进行了 Spearman 相关性分析，显著性阈值为 p < 0.05。为了便于比较，我们在 MATLAB R2013b 中将左半球定义为同侧半球，并将病变右半球翻转。
在有或没有短距离通道的方法的功能近红外光谱中的全身活动校正的性能比较
功能性近红外光谱（FNIRS）是神经影像学的有前途的工具，尤其是在大脑的背景下 - 计算机接口1（BCI）或Neurofeffack 2（NFB）2（NFB）应用于运动神经疗法的应用。在积极的公开3 NFB培训中，参与者通过接收反馈，以促进大脑可塑性来自我调节与任务相关的大脑活动。2、4、5为了运动神经居住的目的，任务可以是任何运动任务，但是，最常见的是，参与者执行动力学运动图像，也就是说，想象一下不实际执行的运动任务的感觉。2、6、7要实现此目标，这是一种特定于空间的大脑成像工具，可以进行成本效益，重复训练。fnirs融合了这些品质。2，8此外，FNIRS允许衡量困难的人群，例如儿童和患者，它相对可靠地抵抗运动，并且由于FNIRS可以是可移动和便携式的，因此它具有环境灵活性。5，8 - 10 FNIRS的一个主要缺点是对测量信号的污染，该信号具有任务诱发的全身性外脑活动和脑活动11，12（简而言之：系统性活动，SA）。fnirs通过将NIR光从光源转移到光探测器来捕获血液动力学活性。在这一旅程中，光不仅可以穿透大脑组织，还可以穿透脑外层（头皮和皮肤），从而产生了包括脑和脑外血液动力学活性的信号。14此外，它不是均匀分布在头部12、13中，并且可以模仿与任务相关的活动。11，12 SA伪像引起的问题是多种多样的：信号类型之间的伪像（δ½HBO）与脱氧（δ½HBR）血红蛋白之间的伪像之间有所不同，在子主体之间和内部之间的11-13和任务。12，13由于伪像的频率可以与任务频率重叠，因此常规使用的时间过滤器不够。结果是，统计结果可能是由于误报而膨胀的，或者因假否定性而耗尽。NFB和BCI应用的 11、12、15、16这可能意味着它们可能基于噪声而不是大脑活动。 到目前为止，SA伪像的脑外部部分的全身性伪影校正（SAC）的黄金标准涉及短距离通道（SDCS）。 对于SDC，NIR光源和检测器的距离<10 mm 11 - 13，17（理想情况下为成人18毫米，为8.4 mm）。 由于短距离，SDC大多测量了脑外SA，然后可以通过应用基于回归的方法来纠正数据，例如，例如，使用基于回归的方法。 13、17、19 - 21迄今为止最有前途的方法是将SDC数据作为（附加）回归器添加到一般线性模型（GLM）中。 13、17、21此方法中最佳的SDC数量仍然未知，但是在添加更多SDC时，最多显示了八个SDC的最多SDC。 17也包括两种信号类型的SDC，即δ½HBO和δ½HBR，都改善了结果。 17但是，并非所有FNIRS研究人员都可以访问或可以在不久的将来访问SDC。 17，2511、12、15、16这可能意味着它们可能基于噪声而不是大脑活动。到目前为止，SA伪像的脑外部部分的全身性伪影校正（SAC）的黄金标准涉及短距离通道（SDCS）。对于SDC，NIR光源和检测器的距离<10 mm 11 - 13，17（理想情况下为成人18毫米，为8.4 mm）。 由于短距离，SDC大多测量了脑外SA，然后可以通过应用基于回归的方法来纠正数据，例如，例如，使用基于回归的方法。 13、17、19 - 21迄今为止最有前途的方法是将SDC数据作为（附加）回归器添加到一般线性模型（GLM）中。 13、17、21此方法中最佳的SDC数量仍然未知，但是在添加更多SDC时，最多显示了八个SDC的最多SDC。 17也包括两种信号类型的SDC，即δ½HBO和δ½HBR，都改善了结果。 17但是，并非所有FNIRS研究人员都可以访问或可以在不久的将来访问SDC。 17，25对于SDC，NIR光源和检测器的距离<10 mm 11 - 13，17（理想情况下为成人18毫米，为8.4 mm）。由于短距离，SDC大多测量了脑外SA，然后可以通过应用基于回归的方法来纠正数据，例如，例如，使用基于回归的方法。13、17、19 - 21迄今为止最有前途的方法是将SDC数据作为（附加）回归器添加到一般线性模型（GLM）中。13、17、21此方法中最佳的SDC数量仍然未知，但是在添加更多SDC时，最多显示了八个SDC的最多SDC。17也包括两种信号类型的SDC，即δ½HBO和δ½HBR，都改善了结果。17但是，并非所有FNIRS研究人员都可以访问或可以在不久的将来访问SDC。17，25例如，冯·吕曼（VonLühmann）及其同事21发现，只有4％的发表FNIRS BCI研究使用SDC进行校正。对于没有可用SDC的实例，已经提出了许多替代的SA校正方法，例如，基于空间过滤器15、16、22-24或通过基于主成分分析的过滤器使用单个基线测量结果。
基于情绪效价检测的儿科近红外光谱脑机接口
脑机接口 (BCI) 正被研究作为肢体残疾人士进行交流的一种途径，因为该技术省去了自主运动控制的需要。然而，到目前为止，很少有研究调查 BCI 对儿童的使用。传统的 BCI 通信范式可能不是最理想的，因为肢体残疾儿童可能会面临认知发展和读写能力习得的延迟。相反，在本研究中，我们探索了情绪状态作为交流的另一种途径。我们开发了一种儿科 BCI，通过前额叶皮质 (PFC) 血流动力学活动的变化来识别积极和消极的情绪状态。为了训练和测试 BCI，10 名 8-14 岁的神经正常儿童在四次实验中（一次离线，三次在线）接受了一系列情绪诱导试验，同时用功能性近红外光谱 (fNIRS) 测量他们的大脑活动。视觉神经反馈用于帮助参与者调节他们的情绪状态并调节他们的血流动力学活动以响应情感刺激。针对儿童的线性判别分类器根据以前会话中累积的可用数据进行训练，并在每个会话期间进行自适应更新。在最后两个在线会话中，参与者的平均在线效价分类超过了偶然性（在第 3 和第 4 会话中，10 名参与者中分别有 7 名和 8 名的表现优于偶然性）。在线 BCI 性能与年龄之间存在微小的显着正相关性，这表明年龄较大的参与者在调节情绪状态和/或大脑活动方面更为成功。在 BCI 性能、血流动力学反应以及鉴别特征和通道方面，参与者之间存在差异。回顾性离线分析产生的准确度与使用 fNIRS 的成人情感 BCI 研究报告的准确度相当。情感 fNIRS-BCI 似乎适用于学龄儿童，但为了进一步评估这种类型的 BCI 的实际潜力，需要进行更多的训练课程、更大的样本量和残疾最终用户的复制。
功能性近红外光谱引导下的非侵入性经颅脑电刺激用于靶向神经调节：综述
摘要 认知神经科学的主要目标之一是了解认知所基于的神经机制。研究人员正在努力寻找认知机制与大脑活动产生的振荡之间的关系。非侵入性脑刺激技术的开发极大地促进了这一主题的研究。非侵入性脑刺激技术可以影响大脑网络的动态及其产生的行为，这使得它们的使用成为许多实验和临床领域关注的焦点。一种重要的非侵入性脑刺激技术是经颅电刺激 (tES)，细分为经颅直流电刺激和交流电刺激。tES 最近因其在治疗慢性病方面取得的有效结果而变得更加知名。此外，在 tES 技术的解释和可行性方面也取得了非凡的进展。本文总结了 tES 的有益影响，并提供了迄今为止已取得的成就、简要历史和未来需要解决的未决问题的最新描述。tES 领域的一个基本问题是刺激持续时间。本综述简要介绍了使用基于功能性近红外光谱的脑成像监测大脑时在该领域所使用的刺激持续时间。