功能性近红外光谱技术(fNIRS)是一种通过测量与大脑活动相关的皮层血流动力学变化,从而来间接反映神经元活动的光学成像技术(Scholkmann et al., 2014)。与其他测量大脑活动的技术相比,fNIRS的优势在于安全,灵活便携,抗运动干扰强,且性价比高。因此,此种成像技术也被认为是一种具有极大应用前景的新兴成像技术。然而,fNIRS在人类受试者研究中的使用目前还受到几个未解决的问题的限制。首先,就是从整个通道中收集足以对皮层血流动力学进行可靠的估计的具有较高信噪比(SNR)的光信号。其次,在正式采集信号前,安装大量的光极可能需要花费大量的时间。最后,由于过于浓密和颜色过深的头发而导致的光极与头皮无法形成良好的耦合,如图1中的黄色和红色光极。
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图1
虽然,以上问题在一定程度上可以通过研究者在长期的科研实践过程中所积累的经验来克服。但是,仍然需要在正式采集数据之前建立一种定量的方法来验证足够的SNR,以有效的管理通道信号的损失。因此,有研究者提出了一种方法来计算给定的fNIRS通道的信噪比(SNR)的客观测量值并显示人头模型上单个光极的耦合状态。此种方法旨在直观地显示出哪些光极需要调整以获得更好的头皮耦合,并提高光极通道的信噪比(Luca et al., 2016)。
本文中描述的方法可已在称为Placing Headgear Optodes Efficiently Before Experimentation(PHOEBE)的图形用户界面(GUI)软件中实现,该软件在通过fNIRS仪器收集的光学测量值时实时显示所有光极的头皮耦合状态。下载地址:GitHub - lpollonini/phoebe: PHOEBE (Placing Headgear Optodes Efficiently Before Experiment) is a MATLAB GUI application that measures and displays the optical coupling between fNIRS optodes and the scalp of a subject in real time.
参考文献
Scholkmann, F., Kleiser, S., Metz, A. J., Zimmermann, R., Mata Pavia, J., Wolf, U., & Wolf, M. (2014). A review on continuous wave functional near-infrared spectroscopy and imaging instrumentation and methodology. NeuroImage, 85 Pt 1, 6–27 doi.org/10.1016/j.neuroimage.2013.05.004Luca Pollonini, Heather Bortfeld, and John S. Oghalai, "PHOEBE: a method for real time mapping of optodes-scalp coupling in functional near-infrared spectroscopy," Biomed. Opt. Express 7, 5104-5119 (2016) //doi.org/10.1364/BOE.7.005104Pollonini, L., Olds, C., Abaya, H., Bortfeld, H., Beauchamp, M. S., & Oghalai, J. S. (2014). Auditory cortex activation to natural speech and simulated cochlear implant speech measured with functional near-infrared spectroscopy. Hearing research, 309, 84–93. doi.org/10.1016/j.heares.2013.11.007