说到脑成像技术，多数人首先想到的可能是功能性磁共振成像（fMRI），或是脑电（EEG）。单拿fMRI来说，从上个世纪九十年代这项技术发展开始，学术领域发表的相关文章便逐年呈指数增长；在应用方面，fMRI更是医生用于确诊病情的关键手段之一。而功能性近红外光谱成像技术（fNIRS）虽然与fMRI和脑电的起源时间相差不大，却表现得相对低调许多。其实，fNIRS在某些领域中发挥着独特的优势，那福祉君就带你们一起了解fNIRS和它的应用。
fNIRS的工作原理？
fNIRS是一种非侵入式脑功能成像技术，那么它是怎样测到被试的脑激活状态变化的呢？
这里就要说到神经血管耦合假说——大脑的血流供应会随着其功能活动的局部变化而进行局部响应。通俗一点来说就是，你使用哪个脑区，哪个脑区的血流量就会增加。
图1：神经耦合简图图片来源:[3]在我们进行认知神经活动的过程中，被我们使用的大脑区域增加的血流量所携带的氧会大大超过大脑活动所需的氧，而氧主要通过血液中的血红蛋白进行传输，所以大脑活动区域就会出现氧合血红蛋白浓度的上升和脱氧血红蛋白浓度的下降。近红外功能成像就是直接利用认知活动时被激活脑区的血红蛋白浓度的变化，得到BOLD信号。
我们是如何通过近红外光测得大脑的激活情况呢？
一个功能性近红外光谱技术成像装置一般由光源、光源探测器、数据采集器等组成。
光源通过发光二极管或者是与被试头型匹配起来的光纤束向特定大脑区域发射近红外光，光以香蕉型的路径进行散射（见下图示），在数据采集器中可以接收到探测器中发出的信号。
图2：光源探测器和光走过的路径血液的主要成分对-nm的近红外光具有良好的散射性，组织中吸吸收近红外光的成分主要有水、氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白，并且它们对近红外光的吸收率不同。所以我们要选择合适的波长的光来测试，然后通过反射的近红外光的光强度我们可以知道探测区域氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的状况。
图3：血液对近红外光的吸收率具体来说就是近红外光在进入想要探测的大脑皮层区域之后，会被大脑皮层中的脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白吸收散射，在探测器一端接收到的近红外信号就会与脑区处于静息状态时的信号产生差异，通过与静息状态的差异，我们就可以推断出该脑区的神经激活状况。
但是，需要注意的是我们没有办法测量出脑激活状况的精确值，只能先采集一段基线水平（静息状态）的数值，之后比较在激活状况（任务状态）时，二者之间的差异，得到一个相对值，根据这个相对值来推测脑激活的情况。
图4：近红外测试的血氧变化图上图就是一个近红外的数据结果图，我们可以看到在基线阶段之后，被试在进行指定认知任务时，氧合血红蛋白有一个明显的上升，脱氧血红蛋白与其呈现反向变化，我们就可以推测出，任务导致了被测脑区的激活。
在使用近红外仪器时，探头和接收器之间的距离越大，探测的深度越深，但与此相应出现的，其信号质量也就越差，因此在进行近红外实验的时候，我们通常将3cm作为探测器与接收器之间的标准距离。
fNIRS的应用领域
fNIRS作为非侵入性检查，具有无痛、无创、适用人群广，在任何时间、任何地点进行长时间不间断测量的优势，这使得它在脑科学领域应用广泛。
1、精神心理科：抑郁症、精神分裂症、双向情感障碍等辅助诊断
2、神经康复科：脑卒中、局灶性癫痫、痛觉、麻醉深度检测等
3、儿科：阅读障碍、自闭图谱障碍、多动症、早产儿、危重新生儿监测等
4、中医：针刺、电子艾灸等的疗效评估
5、高校科研：社会决策、运动、语言、静息态、多模态、人际交互等
fNIRS在脑科学和认知科学领域正迅速发展，已经成为了脑科学研究领域不可或缺的研究手段。福祉君相信未来我们的生活中一定会经常用到近红外相关的设备。
[1]徐文廷.基于近红外光谱技术的脑血氧检测[D].电子科技大学,.
[2]张岩.基于近红外光谱技术的脑功能活动信号提取方法研究[D].哈尔滨工业大学,.
[3]光学近红外脑功能成像系统原理介绍
