基于功能近红外光谱技术的脑机接口研究
功能近红外光谱成像在认知控制研究中的应用
功能近红外光谱成像在认知控制研究中的应用近年来，功能近红外光谱成像（fNIRS）作为一种无创、便携、实时监测脑功能活动的神经影像技术，正在认知控制研究领域中得到越来越广泛的应用。
该技术通过测量大脑皮层的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度变化，可以实时监测脑区的血氧水平，从而推测出脑活动的变化。
在认知控制研究中，fNIRS技术的应用可以帮助我们了解大脑在认知任务执行过程中的功能区域，并揭示不同任务之间的关联性。
例如，研究人员可以使用fNIRS技术来研究注意力、工作记忆、决策等认知过程中的脑活动变化。
首先，fNIRS技术在注意力研究中的应用十分重要。
注意力是一个关键的认知控制过程，可以调节大脑对特定外界刺激的关注程度。
通过fNIRS技术，研究者可以在进行注意力任务时，监测大脑的血氧水平变化。
根据研究结果，我们可以发现哪些脑区在执行注意力任务时活跃，从而更加全面地了解注意力的神经机制。
其次，fNIRS技术在工作记忆研究中的应用也十分重要。
工作记忆是一种临时存储和处理信息的认知能力，对于大脑的认知控制功能至关重要。
通过fNIRS技术，研究者可以实时监测脑区的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度的变化，并推断出工作记忆任务执行时大脑活动的变化。
这为研究工作记忆的神经基础提供了有力的支持，并有助于深入理解工作记忆的脑机制。
此外，fNIRS技术还可用于研究决策过程中的神经活动。
决策是人们在面对不同选择时做出判断和抉择的认知过程，涉及到多个脑区的协同工作。
通过使用fNIRS技术，研究者可以探究不同决策任务中大脑活动的变化，并进一步揭示决策的神经机制。
这对于了解人类决策行为的本质和决策错误的原因有着重要的意义。
虽然功能近红外光谱成像技术在认知控制研究中具有许多优势，但也存在一定的局限性。
首先，由于fNIRS技术的测量对象是头皮下的脑皮层，其空间分辨率相对较低。
这意味着我们无法获得脑活动的精确定位。
其次，fNIRS技术容易受到头皮血液流动和皮下脂肪等因素的干扰，可能会影响到测量的准确性。
功能性近红外光谱技术在神经疾病中的应用
功能性近红外光谱技术在神经疾病中的应用崔威，李春光，徐嘉诚，何刘进，孙立宁苏州大学江苏省机器人技术与系统重点实验室，江苏苏州市215000通讯作者：李春光，E-mail：********************.cn基金项目：1.国家自然科学基金面上项目(No.61673286);2.国家自然科学基金重点项目(No.U1713218);3.博士后基金特别资助项目(No.2017T100397)摘要功能性近红外光谱技术(fNIRS)是一种非侵入式脑功能成像技术。
在脑卒中患者中，fNIRS可用于观察康复训练后患侧脑区激活情况和健侧代偿作用，还可用于对神经系统疾病的辅助诊断。
关键词功能性近红外光谱；脑卒中；神经疾病；运动功能；评定；诊断；综述Advance in Functional Near-infrared Spectroscopy for Some Neurological Diseases(review)CUI Wei,LI Chun-guang,XU Jia-cheng,HE Liu-jin,SUN Li-ningKey Laboratory of Robotics and System of Jiangsu,School of Mechanical and Electric Engineering,Soochow Universi‐ty,Suzhou,Jiangsu215000,ChinaCorrespondence to LI Chun-guang,E-mail:********************.cnSupported by National Natural Science Foundation of China(General)(No.61673286),National Natural Science Foundation of China(Key)(No.U1713218)and Postdoctoral Science Foundation(No.2017T100397)AbstractFunctional near-infrared spectroscopy(fNIRS)is a non-invasive functional brain imaging technology,which has been used in observing activation of affected brain area and compensation of unaffected side for stroke patients,as well as the assistance of diagnosis for some other neurological diseases.Key words:functional near-infrared spectroscopy;stroke;neurological diseases;motor function;evaluation;diagnosis;review[中图分类号]R741[文献标识码]A[文章编号]1006⁃9771(2020)07-0771-04[本文著录格式]崔威,李春光,徐嘉诚,等.功能性近红外光谱技术在神经疾病中的应用[J].中国康复理论与实践, 2020,26(7):771-774.CITED AS:CUI Wei,LI Chun-guang,XU Jia-cheng,et al.Advance in Functional Near-infrared Spectroscopy for Some Neurological Diseases(review)[J].Chin J Rehabil Theory Pract,2020,26(7):771-774.我国脑卒中发病率、致死率、致残率以及复发率高，患者年轻化趋势明显[1]。
fnirs在神经科学及新兴领域中的应用
fnirs在神经科学及新兴领域中的应用fnirs（功能性近红外光谱）是一种非侵入性的神经影像技术，近年来在神经科学及新兴领域中得到广泛应用。
本文将探讨fnirs技术在这些领域中的应用，并介绍其在研究和临床实践中的重要性。
一、fnirs技术简介功能性近红外光谱（fnirs）是一种通过测量脑部血氧水平变化来研究脑功能的技术。
它利用近红外光的特性，通过头皮组织透射和散射来测量脑部血液氧合水平的变化。
fnirs技术具有非侵入性、便携性和较高的时间分辨率等优点，因此在神经科学及新兴领域中得到了广泛应用。
二、fnirs在神经科学研究中的应用1. 脑功能定位：fnirs技术可以帮助研究人员确定特定脑区的功能定位。
通过测量脑部血氧水平的变化，可以推断出特定脑区的活跃程度，从而揭示不同脑区在特定任务中的功能。
2. 认知研究：fnirs技术在认知研究中发挥着重要作用。
研究人员可以利用fnirs技术来研究注意力、记忆、语言和决策等认知过程。
通过测量脑部血氧水平的变化，可以揭示不同认知任务对脑功能的影响。
3. 脑发育研究：fnirs技术在研究婴儿和儿童脑发育方面具有独特优势。
由于其非侵入性和便携性，fnirs技术可以用于测量婴儿和儿童的脑部血氧水平变化，从而揭示脑发育过程中的关键时期和脑区。
三、fnirs在新兴领域中的应用1. 脑机接口：fnirs技术在脑机接口领域具有广阔的应用前景。
通过测量脑部血氧水平的变化，可以将人脑活动转化为控制外部设备的指令，实现与计算机或机器人的交互。
2. 精神疾病研究：fnirs技术在精神疾病研究中具有潜力。
通过测量脑部血氧水平的变化，可以揭示精神疾病患者与正常人群之间的差异，为精神疾病的诊断和治疗提供依据。
3. 运动控制：fnirs技术在运动控制领域中的应用也备受关注。
通过测量脑部血氧水平的变化，可以实时监测运动执行过程中的脑活动，为运动控制和康复训练提供指导。
四、结论fnirs技术作为一种非侵入性的神经影像技术，在神经科学及新兴领域中具有广泛的应用前景。
近红外光谱成像技术在脑功能研究中的应用与发展
近红外光谱成像技术在脑功能研究中的应用与发展近红外光谱成像技术（Near-Infrared Spectroscopy Imaging, NIRS）作为一种无创、便携且高时空分辨率的脑功能成像技术，近年来在脑功能研究领域引起了广泛关注。
本文将介绍近红外光谱成像技术在脑功能研究中的应用与发展，并探讨其在神经科学、神经康复和脑机接口等领域的前景。
一、近红外光谱成像技术原理与优势近红外光谱成像技术利用近红外光的能量与物质（如血红蛋白和氧合血红蛋白）吸收的特性，通过测量脑组织中血液含氧量的变化，实现对脑功能活动的监测。
与传统的功能磁共振成像（fMRI）相比，近红外光谱成像技术具有以下优势：1. 高时空分辨率：近红外光谱成像技术可以实时监测脑区的氧合水平变化，其时间分辨率高于fMRI，可以提供更精确的脑功能活动信息。
2. 便携性：近红外光谱成像技术设备体积小、重量轻，适用于现场研究和移动实验环境。
3. 可重复性：近红外光谱成像技术对光线散射和吸收的校正较为准确，数据具有较好的重复性和可比性。
二、脑功能研究中的应用1. 神经发育与认知功能：近红外光谱成像技术广泛应用于研究婴儿和儿童的神经发育和认知功能。
通过对不同年龄段儿童的脑功能活动进行监测，可以了解其大脑发育过程中的差异和认知功能的变化。
2. 神经康复和康复监测：近红外光谱成像技术可用于监测和评估神经康复效果。
对中风、脑损伤等患者进行脑功能活动的监测，可以评估康复训练的效果，并指导康复方案的制定。
3. 脑机接口研究：近红外光谱成像技术在脑机接口的研究中具有重要应用价值。
通过监测脑功能活动，可以实现脑机接口的控制，促进人与计算机之间的交互。
三、技术发展与展望近年来，近红外光谱成像技术在硬件设备、数据处理和分析方法方面取得了长足进步。
高密度光电探测阵列、多通道采集系统和高效的信号处理算法的应用，使近红外光谱成像技术的空间分辨率和数据质量有了显著提高。
未来，近红外光谱成像技术在脑功能研究中仍有许多发展方向和应用前景：1. 多模态脑成像整合：将近红外光谱成像技术与其他脑成像技术（如fMRI、脑电图等）进行整合，可以提供更全面、准确的脑功能活动信息。
脑机接口技术的发展历程与趋势分析
脑机接口技术的发展历程与趋势分析脑机接口技术（Brain-Computer Interface，BCI）是一种通过直接连接人脑与计算机系统，实现人与计算机之间信息交互的技术。
它能够将人类的思维、意图等信息转化为计算机可读的信号，并反过来将计算机生成的信息传递给人脑，从而实现与计算机的无缝交互。
脑机接口技术的发展经历了多个阶段，呈现出了明显的历程和趋势。
一、BCI的发展历程1. 早期探索：20世纪60年代，科学家开始探索利用脑电图（Electroencephalogram，EEG）与计算机进行交互。
通过采集人脑电图信号，科学家成功实现以特定脑电模式控制计算机文本信息显示的实验。
2. 控制单一物体：70年代，随着对脑电信号研究的深入，科学家们实现了以脑电信号控制机械臂、光标等单一物体的实验。
这一阶段的BCI主要集中在信号采集和数据处理技术的发展。
3. 打字与通信：80年代至90年代，随着脑电信号分析技术的进步，研究者们开始探索将BCI应用于实际生活中。
通过分析脑电信号中的P300事件相关电位，科学家们成功实现了通过BCI方式打字、发送电子邮件等基本通信功能。
4. 运动恢复：2000年代，随着脑影像学技术（如功能性磁共振成像）的发展，BCI在运动恢复领域取得重大突破。
科学家们通过解码人脑运动意图，使瘫痪患者能够通过BCI控制假肢、轮椅等外部设备，实现运动恢复与自主生活。
5. 多模态交互：近年来，BCI逐渐向多模态融合发展，如结合眼动追踪、功能性近红外光谱等辅助信号，提高BCI的精确性与稳定性。
同时，虚拟现实、增强现实等技术的应用，使得BCI在游戏、教育和娱乐等领域有了更广泛的应用。
二、BCI的发展趋势分析1. 神经科学研究的突破：随着神经科学研究的深入，BCI在解读脑信号、理解大脑机制等方面将取得更多突破。
相信未来能够发展出更高分辨率、更稳定的脑电信号采集技术，从而实现对大脑活动的更准确解码。
2. 个性化适配的发展：不同人的大脑结构和功能存在较大差异，未来BCI技术将更加注重个性化适配。
基于光谱学的近红外脑功能成像技术研究
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。
脑机接口技术与大脑控制器开发
脑机接口技术与大脑控制器开发脑机接口技术（Brain-Computer Interface, BCI）是一种连接大脑和外部装置的技术，通过将人脑信号转化为可识别的形式，从而实现人脑与计算机等设备之间的直接交互。
BCI技术在医学、神经科学和工程学领域取得了显著的进展，并且在辅助医疗、运动康复和虚拟现实等领域具有广阔的应用前景。
本文将重点探讨脑机接口技术的发展趋势及其在大脑控制器开发中的应用。
BCI技术的发展始于20世纪70年代，最初仅限于实验室研究。
随着神经科学和信息技术的成熟发展，BCI技术得以不断突破，从而推动了大脑控制器的开发。
目前，BCI技术主要包括电生理学方法、功能性核磁共振成像（fMRI）和近红外光谱成像（NIRS）等几种形式。
这些方法利用了大脑发出的信号，如脑电图（EEG）、功能磁共振成像（fMRI）和脑血氧水平变化等，将其转化为计算机可识别的形式。
在脑机接口技术的应用方面，最有潜力的应用之一是辅助医疗。
对于那些遭受运动功能障碍的患者，通过BCI技术可以实现他们与外部世界的交互，从而提高他们的生活质量。
例如，BCI技术可以与外骨骼机器人结合，帮助瘫痪患者恢复步行能力；还可以与轮椅、假肢等设备结合，改善运动功能障碍患者的日常生活。
此外，BCI技术在运动恢复和康复中也发挥着重要作用。
许多临床试验已经证实，通过BCI技术可帮助中风、脊髓损伤和截肢患者恢复运动功能。
BCI技术通过与大脑发出的运动信号进行交互，可以实现神经可塑性的促进，从而刺激残存运动功能的恢复。
虚拟现实（VR）是另一个BCI技术的重要应用领域。
利用BCI技术，用户可以直接通过大脑信号与虚拟环境进行交互，从而实现沉浸式虚拟体验。
这一应用领域潜力巨大，将会对娱乐、教育和治疗产生深远影响。
例如，在娱乐领域，通过BCI技术，用户可以在虚拟现实游戏中根据自己的动作意愿来驱动游戏中的角色，从而提供更加沉浸和真实的游戏体验。
然而，BCI技术在实际应用中仍面临一些挑战。
脑机接口技术的基础知识与原理解析
脑机接口技术的基础知识与原理解析脑机接口技术（Brain-Computer Interface，BCI）是一种使人类大脑与计算机或其他外部设备进行直接沟通交互的技术。
它可以通过解读大脑活动中的电信号，实现将人的意识、思维或运动指令转化为计算机能够理解和执行的指令。
脑机接口技术的发展为医学治疗、人机交互和神经科学研究等领域带来了广阔的应用前景。
脑机接口技术基于对大脑电信号的获取和分析，主要包括信号获取、信号处理和信号解析三个主要环节。
首先是信号获取阶段。
获取大脑活动电信号的方式多种多样，主要包括电生理方法和脑成像方法两大类。
电生理方法主要通过使用脑电图（EEG）和脑震荡图（MMG）等设备记录脑电信号，这种方法具有操作简便、时域分辨率较高的优点，但空间分辨率相对较差。
而脑成像方法包括功能磁共振成像（fMRI）和近红外光谱（NIRS）等技术，它们具有较高的空间分辨率，但相对于电生理方法而言，处理时间较长且成本较高。
其次是信号处理阶段。
大脑信号在采集过程中容易受到噪声的干扰，因此需要进行信号预处理，以确保信号质量。
预处理的方法包括滤波、增强等，常见的滤波方法有低通滤波和带通滤波，这些方法能够去除高频噪声和伪迹等。
在信号处理阶段还需要通过特征提取方法提取有用的特征，常见的特征提取方法有时域特征、频域特征和时频域特征等。
这些特征提取的方法有助于提高信号的可辨识度和可靠性。
最后是信号解析阶段。
信号解析是将预处理后的信号转换成计算机可以理解的形式，通常需要使用模式识别算法和机器学习方法。
这些方法可以通过训练模型来识别不同的脑电模式或者脑电特征，从而实现脑机接口的应用。
例如，可以利用机器学习算法将大脑信号与特定运动或意图进行关联，实现通过意念控制机器人、假肢或电子设备等的操作。
脑机接口技术的原理主要基于大脑皮层中的神经元活动。
当人们进行思维活动或运动时，大脑会产生电信号，这些信号可以通过脑机接口技术获取。
人的意图或运动指令引发大脑皮层内的神经元活动，产生电位变化。
fnirs的原理与应用
FNIRS的原理与应用1. 什么是FNIRS功能性近红外光谱（Functional Near-Infrared Spectroscopy，FNIRS）是一种非侵入性的神经成像技术，通过测量大脑皮质区域的近红外光（NIR）的吸收和散射来研究脑血氧水平和神经活动。
2. FNIRS的原理FNIRS是基于近红外光在组织中的传输和散射特性进行测量和分析的。
当近红外光通过组织时，会与组织中的血液、水分子、脂肪等进行相互作用。
其中，血液中的血红蛋白和氧合血红蛋白对近红外光有较高的吸收能力。
在FNIRS测量中，通常使用两种波长的近红外光：一个波长被氧合血红蛋白吸收，另一个波长被脱氧血红蛋白吸收。
通过同时测量这两种波长的光的强度变化，可以推断出血液中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度变化，从而间接反映脑血氧水平的变化。
3. FNIRS的优点•非侵入性：FNIRS不需要刺激头皮或注射药物，对被测者没有任何伤害。
•实时性：FNIRS可以提供实时的脑血氧水平变化数据，能够反映大脑活动的实时变化。
•便携性：FNIRS设备体积较小，适于移动和野外实验，可以应用在更广泛的实际场景中。
4. FNIRS的应用领域4.1 脑功能定位与解析通过记录脑血氧水平的变化，FNIRS可以帮助研究者定位脑区活动的位置并解析脑功能。
对于语言、视觉、运动等不同功能区域的活动定位研究，FNIRS已经得到了广泛的应用。
4.2 临床医学FNIRS在临床医学中的应用非常广泛。
例如，在神经病学领域，FNIRS可以用于诊断和治疗脑血管疾病，评估脑功能恢复情况。
在精神疾病领域，FNIRS可以帮助研究者研究抑郁症、自闭症等疾病的机制。
4.3 神经反馈训练FNIRS可以用于神经反馈训练，通过监测大脑活动的变化，给予被测者相应的反馈信号，帮助他们训练和调整脑功能。
4.4 人机交互FNIRS可以用于人机交互领域的研究。
例如，通过监测用户的脑血氧水平变化，可以实现脑机接口的控制，让用户通过思维来控制电脑或其他设备。
基于光学技术的脑机接口研究
基于光学技术的脑机接口研究随着科技的不断发展，人类探索和利用脑机接口的领域也在逐渐拓展，这一领域涵盖了从单个神经元到大脑神经网络的各种层次。
近年来，基于光学技术的脑机接口研究备受关注，因其具有无创、高时空分辨率、长时间稳定性等优点而备受瞩目。
光学技术是指通过光来探测、记录、操控神经元或组织活动的方法和工具。
在基于光学技术的脑机接口研究中，主要利用的是光遗传学、荧光成像、光刺激等技术。
光遗传学是利用光受体与光敏谷氨酸等控制神经元活动的方法；荧光成像是通过荧光染料或基因表达来观察神经元活动；光刺激是通过光敏蛋白来激活或抑制神经元活动。
利用这些技术，研究人员可以实时观察和控制神经元的活动，进而实现脑机接口。
其中，光遗传学因其对神经元的精确控制以及长时间稳定性等特点，越来越受到研究者的青睐。
值得一提的是，尽管基于光学技术的脑机接口研究仍处在起步阶段，但它已经显示出了许多应用前景。
例如，它可以在控制人工假肢、治疗神经系统疾病和改善人类认知能力等方面发挥重要作用。
此外，利用基于光学技术的脑机接口还可以构建虚拟现实等全新的用户界面，从而将人机交互带入一个全新的纬度。
尽管基于光学技术的脑机接口研究有着诸多的应用前景和发展潜力，但仍需克服许多技术挑战以满足实际需求。
例如，在光遗传学研究中，需要的光学器件为实现光遗传学功能的发展提供了重要支撑，但这方面的研究仍在不断深化。
另一方面，由于神经元活动的复杂性，需要研究者在观察到神经元某个特定活动时，能够准确地确定其相关的行为、情境甚至很小的细节，这也对研究者的专业知识和技术水平提出了挑战。
总体而言，基于光学技术的脑机接口研究为我们提供了一个崭新的研究视角，为人们创造了更多交互的机会。
它与区块链、人工智能等领域的结合，必将推动科技进步，更好地为人类服务。
fnirs原理
fnirs原理fnirs（Functional Near-Infrared Spectroscopy）是一种非侵入性的神经影像技术，可以用于测量脑部活动。
该技术通过测量脑部血液氧合水平的变化，以推断脑区的活跃程度。
fnirs原理基于光学技术，利用红外光的特性在近红外区域进行测量。
fnirs技术的原理是基于脑血氧水平的变化与大脑活动之间的关系。
在人脑中，当某个脑区活跃时，该区域的血液供应会增加，从而导致氧合血红蛋白（HbO2）的浓度增加，脱氧血红蛋白（HHb）的浓度减少。
fnirs通过安装在头皮上的光电探测器，测量近红外光在脑内的衰减情况，从而获得脑区的氧合水平变化。
fnirs技术具有许多优点。
首先，与其他神经影像技术相比，fnirs具有更好的时间分辨率。
它可以提供毫秒级的时间分辨率，使研究人员能够更准确地了解脑部活动的动态变化。
其次，fnirs是一种非侵入性的技术，不需要使用放射性物质或磁场，对受试者没有任何伤害。
此外，fnirs的成本相对较低，设备易于使用，可以在实验室或临床环境中广泛应用。
fnirs技术在许多领域都有广泛的应用。
在神经科学研究中，fnirs可以用来研究脑部活动与认知、情绪、行为等之间的关系。
例如，研究人员可以使用fnirs来研究大脑在执行不同任务时的活动模式，以及脑部在认知任务中的信息处理方式。
此外，fnirs还可以应用于脑机接口研究，通过测量脑部活动来实现对外部设备的控制。
除了神经科学研究，fnirs技术还可以在临床诊断中发挥重要作用。
例如，在儿童发育和学习障碍的研究中，fnirs可以用来评估大脑活动与儿童学习能力之间的关系。
此外，fnirs还可以用于监测脑部功能恢复过程中的变化，例如中风患者的康复过程。
虽然fnirs技术在神经影像领域有许多优点，但也存在一些限制。
首先，由于光在头皮和脑组织中的散射和吸收，fnirs的空间分辨率相对较低。
其次，由于头部的动作会影响光的传播路径，因此需要对头部运动进行校正，以减少测量误差。
《2024年近红外光谱技术监测新生儿脑组织氧合的临床研究》范文
《近红外光谱技术监测新生儿脑组织氧合的临床研究》篇一一、引言随着医学技术的不断进步，新生儿脑部健康监测已成为临床医学的重要课题。
近红外光谱技术（NIRS）作为一种非侵入性、无创的监测手段，被广泛应用于新生儿脑组织氧合的监测。
本文旨在探讨近红外光谱技术在新生儿脑组织氧合监测中的临床应用及效果。
二、研究背景近红外光谱技术基于光学原理，利用特定波长的近红外光照射到生物组织表面，通过分析光线的反射和吸收信息，来评估组织内部的氧合状态。
在新生儿医学领域，近红外光谱技术可应用于脑部氧合的实时监测，有助于及时发现并处理脑部缺氧等问题。
三、研究方法本研究选取了本院近一年内收治的若干例新生儿作为研究对象，采用近红外光谱技术进行脑组织氧合监测。
具体方法如下：1. 仪器准备：使用具有近红外光谱技术的监测仪，确保仪器正常工作，无误差。
2. 监测部位：在新生儿的头部选择合适的部位进行监测，确保光线能够准确照射到脑组织。
3. 数据采集：连续监测新生儿脑组织氧合情况，记录数据并进行分析。
4. 对照组设置：为便于比较分析，选择同期未采用近红外光谱技术监测的新生儿作为对照组。
四、研究结果1. 数据结果展示：通过对实验组新生儿的数据进行统计，我们发现近红外光谱技术可准确监测新生儿脑组织氧合情况，并能实时反映脑部缺氧等变化。
同时，我们将实验组与对照组的数据进行了对比分析，发现实验组在发现和处理脑部缺氧等问题上具有明显优势。
2. 结果分析：近红外光谱技术可有效监测新生儿脑组织氧合情况，有助于及时发现和处理脑部缺氧等问题。
此外，该技术具有非侵入性、无创的特点，可减少对新生儿的干扰和损伤。
与对照组相比，实验组在处理脑部缺氧等问题时具有更高的效率和准确性。
五、讨论本研究表明，近红外光谱技术可有效监测新生儿脑组织氧合情况，为临床医生提供了重要的参考信息。
通过实时监测新生儿的脑部氧合情况，医生可以及时发现和处理脑部缺氧等问题，从而降低新生儿脑部损伤的风险。
基于近红外成像的动态脑连接计算方法及应用研究
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神经科学中的非侵入式神经接口技术
神经科学中的非侵入式神经接口技术神经接口技术是指通过硬件设备、计算机程序等方式使人与机器交互的技术，也称为脑机接口技术（Brain-Computer Interface, BCI）。
随着神经科学的发展，非侵入式神经接口技术在近年来得到了越来越广泛的关注。
传统的神经接口技术一般采用侵入式方法，需通过手术将电极等硬件设备放入患者的大脑中以进行数据的采集和控制。
但是，这种方法存在着许多风险，例如可能会导致感染和出现排斥反应等。
因此，近年来研究人员开始将目光聚焦于非侵入式神经接口技术上。
非侵入式神经接口技术采用的是穿戴式设备，用户仅需将其佩戴在体表上即可进行数据采集和控制。
其中，最常见的两种信号采集方式是脑电图（electroencephalogram, EEG）和功能近红外光谱（functional near-infrared spectroscopy, fNIRS）。
脑电图是指通过测量头皮上的电信号来反映大脑神经活动的一种方法。
这种方法具有响应速度快、成本低等优点，已经得到了广泛的应用，例如轮椅控制、机器人控制等领域。
但是，其信号受到头皮等生物组织的干扰比较大，并且分辨率较低，难以有效地区分大脑神经活动的不同模式。
与之相比，功能近红外光谱可以在测量大脑神经活动时减少生物组织的干扰，同时具有高分辨率、易于应用等优点。
但目前其成本较高，还需要更多的实验和数据分析方面的工作来验证其应用效果。
在神经接口技术中，能够进行数据分析和处理的算法也至关重要。
研究人员已经发展了许多机器学习算法，可以将采集到的信号数据转化为机器可以处理的形式，并通过模式识别和脑机交互等技术实现机器对人的控制。
而这些技术所具备的潜在应用场景也是广泛的，例如医学、运动控制、游戏娱乐等领域。
其中，医学领域的用途最为广泛，可用于康复训练、运动协调等方面。
而在运动控制方面，某些运动器材已经开始集成神经接口设备，以帮助运动员更好地掌握技术和运动。
功能近红外光谱成像在儿童学习研究中的应用
功能近红外光谱成像在儿童学习研究中的应用功能近红外光谱成像（functional near-infrared spectroscopy, fNIRS）作为一种非侵入性的神经影像技术，近年来在儿童学习研究领域得到了广泛的应用。
它通过测量儿童大脑皮层区域的血液氧合水平变化，帮助研究人员了解儿童学习和认知过程中的神经机制，并为教育和干预提供了新的探索方向。
本文将介绍功能近红外光谱成像在儿童学习研究中的应用，并讨论其优势和潜力。
首先，功能近红外光谱成像技术具有非侵入性和可携带性的特点，使其成为研究儿童群体的理想工具。
im是通过测量头部表面的近红外光与血红蛋白和脱氧血红蛋白之间的相互作用，来间接衡量脑区的氧合水平变化。
im的设备以及相应的软件分析工具通常可以轻松安装和操作，不需要使用药物或侵入性操作，无刺激性，适合儿童的实验条件。
其次，功能近红外光谱成像技术可以用于研究儿童在学习任务中的大脑活动变化。
通过将im与不同的任务范式相结合，研究人员可以直接观察到儿童在完成学习任务时不同脑区的激活情况。
例如，研究人员可以使用im来检测儿童的工作记忆活动、注意力分配、冲动控制以及语言处理等方面的大脑活动。
这些数据可以帮助研究人员更好地了解儿童在学习过程中的认知和神经发展。
此外，功能近红外光谱成像技术在儿童学习研究中还有许多其他独特的应用。
例如，它可以用于评估不同教育方法对儿童学习成效的影响，帮助发展更有效的教学策略。
另外，它还可以用于评估特定干预措施对于儿童学习障碍的治疗效果。
通过监测大脑活动的变化，研究人员可以确定干预手段对儿童认知功能的影响程度，提供定量的评估数据。
当然，功能近红外光谱成像技术也存在一些挑战和限制。
首先，由于技术的限制，im只能精确测量脑皮层浅层脑区的氧合水平变化，对于深层脑结构的活动监测相对较困难。
此外，儿童的头部尺寸和形状的变化，以及动态的头发、眼镜等个体差异，也可能对测量结果产生一定的影响。
基于功能近红外光谱技术的脑机接口研究
基于功能近红外光谱技术的脑机接口研究【摘要】我们将功能近红外光谱技术运用于脑机接口(brain-computer interface， BCI)的研究中。
通过动手指、想象动手指、听觉三个任务记录大脑的响应活动，计算Hurst指数，输入到BP神经网络中，建立了任务和脑响应的相关模型。
实验结果表明，响应与任务的准确识别率达到了70%，说明了近红外光谱技术应用于脑机接口研究中的可能性。
【关键词】功能近红外;脑机接口;脑影像;Hurst指数;神经网络Abstract：In the article，Near-infrared spectroscopy is used on Brain-computer interface′s development. By recording brain signals during tasks such as finger-tapping、imaging finger-tapping and calling by name， calculating the Hurst index， then using Hurst index as input of a Back-propagation neural network， a model of task and brain response was constructed. The results show that the accurate rate is over 70%，it is possible to used NIRS on BCI.Key words：Near-infrared spectroscopy; Brain computer interface; Brain image; Hurst index; Neural network1 引言神经生理学和神经影像学的出现加强了人类对脑的理解。
通过脑电、正电子放射层扫描术、磁共振等影像手段，人们可以了解人类大脑的活动情况，即识别了大脑所处的状态。
脑机接口中脑电图-近红外光谱联合分析进展研究
脑机接口中脑电图-近红外光谱联合分析进展研究张力新;周鸿展;王东;孟佳圆;许敏鹏;明东【期刊名称】《电子与信息学报》【年(卷),期】2024(46)3【摘要】脑机接口(BCI)能将受试者意图相关的大脑活动转化为外部设备控制指令,在神经疾病治疗、运动康复等方面具有较高应用潜力。
BCI的实现需从人脑获取有意义的信号,而脑电图(EEG)可以反映神经电活动,主要用于对反映实时性要求较高的BCI系统;近红外光谱(NIRS)主要反映血流动力学水平,一般用于神经生理状态等需要精确定位脑活跃区域的研究。
EEG和NIRS因其非侵入、方便穿戴、成本较低等优点,成为BCI的重要信号获取方法。
相比于单模态BCI系统,基于EEG-NIRS联合分析的混合BCI系统由于具有更丰富的信号特征,在生理状态检测、运动想象等领域得到了越来越多的关注与研究。
该文从EEG-NIRS联合分析在脑机接口中应用的研究现状出发,在数据和特征融合程度、层面上归纳最近的相关领域研究现状,并对EEG-NIRS信号处理手段的研究前景进行了展望。
【总页数】8页(P790-797)【作者】张力新;周鸿展;王东;孟佳圆;许敏鹏;明东【作者单位】天津大学医学工程与转化医学研究院;天津大学精密仪器与光电子工程学院【正文语种】中文【中图分类】TN99;R741.044【相关文献】1.功能近红外光谱与功能核磁共振运动想象脑机接口双模态比较研究2.基于功能近红外光谱技术的脑机接口研究3.化学计量学方法在近红外光谱分析中的应用--近红外光谱法测定汽油辛烷值4.心算和想象运动二分类的近红外光谱脑机接口范式重测信度研究5.基于知识图谱分析近红外光谱技术在茶叶分析中的研究进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
人脑认知机制解析功能性近红外成像技术
人脑认知机制解析功能性近红外成像技术近年来，随着对人脑认知机制的研究越来越深入，功能性近红外成像技术（fNIRS）作为一种无创的神经影像学方法，逐渐受到了广泛关注。
本文将从人脑认知机制的角度出发，介绍功能性近红外成像技术的原理、应用以及未来发展方向。
人脑认知机制是指人类在感知、注意、记忆、思考等认知过程中，大脑如何进行信息的加工和处理。
研究人脑认知机制不仅有助于我们更好地了解大脑的内部运作，还能为认知心理学、神经科学、脑机接口等领域的应用研究提供理论和实证基础。
功能性近红外成像技术是一种以近红外光谱为基础的神经影像学方法，可实时、非侵入性地研究大脑活动。
通过使用近红外光的特性，fNIRS可以测量大脑中血氧水平的变化，从而推断出活动的脑区。
fNIRS所测得的血氧水平变化反映了大脑在不同认知任务中的代谢活动，可以更精确地说明大脑在认知过程中的功能特征。
在功能性近红外成像技术的应用方面，研究人员已经取得了一系列重要的成果。
首先，fNIRS可以用于研究不同认知任务下的脑活动变化。
通过分析不同脑区在特定任务中的血氧水平变化，研究人员可以确定不同任务对应的脑区、脑网络以及其功能连接。
其次，fNIRS还可以用于比较不同人群在认知任务中的差异。
通过与不同群体（如青少年、老年人、患有精神疾病的人群）的对比，研究人员可以揭示认知功能随年龄和疾病状态变化的特点。
此外，fNIRS还可应用于脑-机接口技术、脑功能训练等方面的研究，为神经康复和脑机融合提供理论和实践支持。
虽然功能性近红外成像技术具有许多优点，如不受头骨、皮肤的限制，适用于各个年龄段的被试等，然而它也存在一些局限性。
首先，fNIRS只能提供大脑皮层的活动信息，对深部脑区的研究有一定的限制。
其次，fNIRS 对运动和呼吸等生理噪音比较敏感，这会影响到结果的准确性。
此外，fNIRS与其他神经影像学技术相比，分辨率比较低，无法提供与脑电图（EEG）和功能磁共振成像（fMRI）相媲美的空间精度。
近红外光谱脑功能成像评定卒中后功能障碍及恢复的研究进展
近红外光谱脑功能成像评定卒中后功能障碍及恢复的研究进展一、基础研究进展1.卒中后的脑功能成像技术卒中后常见运动、平衡、协调甚至言语吞咽与情绪认知等功能障碍。
随着科学技术的不断进步、医工交叉的深入融合，针对卒中后各种功能障碍的康复评定技术与方法，也从主观量表式的评估不断地向客观可重复性的检测技术发展，并且越来越多地关注卒中后脑功能的重塑机理。
目前可用于评估卒中后脑功能状态的无创技术有功能性核磁共振成像、脑电图、正电子发射型计算机断层显像及近红外光谱脑功能成像技术等。
这些脑成像技术在基础原理、空间和时间分辨率、覆盖范围及对仪器的应用要求上都具有各自的特点。
fMRI拥有极强的空间分辨率，但是其时间分辨率低、仪器设备便携性差、对患者的适应性差，而且价格昂贵；EEG拥有很强的时间分辨率，具有便携、迅速、费用低廉等优势，但是空间分辨率低；PET不仅时间分辨率低，而且费用昂贵。
而fNIRS虽然存在无法检测脑深部情况，无法收集结构图像和解剖信息的局限性，但胜在兼有良好的空间分辨率和时间分辨率，在便携性及费用上占有优势，且具有优秀的抗运动性和抗电磁干扰性，因而使得fNIRS越来越多地受到康复领域的关注，尤其是卒中后的康复功能评定。
fNIRS是将特定波长（650～950nm）的光线照射到头部并接收，测量氧合血红蛋白（oxyhemoglobin, HbO）和脱氧血红蛋白（deoxyhemoglobin, HbR）的相对浓度变化，依据神经-血管耦合机制，利用脑部相应的血流动力学改变来推断神经活动情况的一种无创脑功能成像技术。
近年来，fNIRS用于卒中后患者的脑功能重塑机制，以及对功能恢复评估的研究不断增多。
2.卒中后的fNIRS神经可塑性研究神经可塑性的基本要素之一是皮质重组，卒中后的神经元重组和可塑性在非常早期的阶段就已经开始。
Kinoshita等发现卒中后初期受损大脑功能会迁移到其他未受损的大脑区域中，健侧半球产生代偿性的功能激活，其激活有助于卒中患者的运动表现和功能恢复。
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融合 ， 实现完成用户意图这种特定功能。随着影像 设备成本的降低以及信号处理手段的提高 ， 脑影像
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１ 引 言
神 经生 理学 和神经 影像 学 的出现加 强 了人类 对
脑 的理 解 。通过脑 电、 电子 放射层 扫 描术 、 正 磁共振
注 。本 文 中， 于 近红 外 光 谱 技术 的脑 机 接 口结构 基
见 图 １ 。 ’
目前 主流 的脑机 接 口都 是基 于脑 电 的 ， １７ 但 ９７ 年 Ｊｂｉ发 现 了可 以通过 光学 手 段来 检测 深 层 脑活 ｏｓ ｓ 动 ＿。由于 功 能 近 红 外 光 谱 技 术 （ ｎｔｎｌｎａ — ２ ］ ｆ ｃｏａ ｅｒ ｕ ｉ ｉｒｒ ｅｔｓｏｙ Ｆ 磷 ） 以安全 、 ｎａｅ ｓ ｃｒ ｃｐ ， Ｎ ｆ ｄｐ ｏ 可 便携 、 经济 以
恼机接 口研 究 中的可 能性 。 关 键词 ： 能近红 外 ； 机接 口； 影像 ； ｕｓ指数 ； 经 网络 功 脑 脑 Ｈｒ ｔ 神
中图分 类号 ： ３ ８ Ｒ １
文献标 识码 ： Ａ
文 章编 号 ：６ ２６７ ２ １ ）１０２ —４ １７ —２８（００ ０ —０ ３０
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生 物 医 学 工 程 研 究 Ｊ
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基 于 功 能 近 红 外 光 谱 技 术 的脑 机 接 口研 究
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等影像 手段 ， 人们 可 以了解 人 类大脑 的活动情 况 ， 即
识 别 了大脑所 处 的状态 。 脑机 装置通 过测 度脑 神经 活动并 根据 相应 的神
经活 动而执 行对 应 的外部 动 作 ， 以执 行 用 户 意 图为 目标… ， 它需 要有稳 定性 、 一致 性及 鲁棒 性 以满 足用 户体 验 。通过识 别 出大脑状 态并 与相 应 的状 态 响应
胡汉 祝晔 ， 仔△ 彬 ， 蒋田
（． １ 中国科学技 术大学 自动化 系， 合肥 ２（２ ； ． ３ ６ ２ 中国科 学院 ， Ｄ 北京 自动化所 ， 北京 １０９ ） ０ １０
摘 要 ： 们将 功 能近 红 外光谱技 术 运 用于脑机 接 口（ ｒ ｎ ｏ ｐ ｔ ｔｆｃ ，Ｂ Ｉ的研 究 中。通 过 动手 我 ｂａ —ｃｍ ｕｅ ｉ ｅ ａｅ Ｃ ） ｉ ｒｎ ｒ
指、 象动 手指 、 觉三个任 务记 录 大脑 的响应 活动 ， 算 Ｈ ｒ 指 数 ， 想 听 计 ｕｓ ｔ 输入 到 Ｂ Ｐ神 经 网络 中， 立 了任 务 和 建 脑响应 的相 关模 型。 实验 结 果表 明 ， 应 与任 务 的 准确 识 别 率 达到 了 ７ ％， 明 了近 红 外 光谱 技 术 应 用 于 响 ０ 说