NIRS近红外光谱成像介绍

近红外光学成像技术在运动 科学中的应用？

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运动疲劳
己有研究发现，运动疲劳状态下，运动员的体能和认知功 能会下降，表现出大脑血流量和含氧量的变化(Bhambhani et al, 2007; Subudhi et al, 2008)。
Bhambhani Y, Malik R, Mookedee S. Cerebral oxygenation declines at exercise intensities above the respiratory compensation threshold. Physiol Neurobiol, 2007, 56(2):196-202 Subudhi AW, Lorenz MC, Fulco CS, Roach RC. Cerebrovascular responses to incremental exercise during hypobaric hypoxia: Effect of oxygenation on maximal performance. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2008, 294(1): 164-171
Nature研究介绍

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研究结果
在动作开始前的1000ms，EEG记录的准备电位的振幅与NIRS记录 的氧合血红蛋白浓度的变化之间存在显著性相关(Pearson's correlation r2=0.235, p=0.03)。
图3 Oxy-Hb和RP的曲线下面积散点图
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近红外光学成像技术及 相关研究介绍
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什么是近红外光学成像技术（NIRS）？ 近红外光学成像技术在运动科学中的应用？

Nature研究介绍：
Zama, T., & Shimada, S. (2015). Simultaneous measurement of electroencephalography and nearinfrared spectroscopy during voluntary motor preparation. Scientific Reports, 5, 16438. IF: 5.58


图1 近红外光谱技术原理示意图

前额区探测器：
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测量前额叶皮层的 血流动力学反应

全脑探测器：
测量全脑不同区域的 血流动力学反应
什么是近红外光学成像技术 （NIRS）？

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NIRS 技术得到运动中氧化血红蛋白（oxy-Hb）信号，是判断 个体执行任务的大脑加工活动监控的一个检测指标。
图2 不同疾病的NIRS脑血流特征
Bo NJ. Motoneuronal drive during human walking. Exp Brain Res, 2002, 50(1-3): 192-201 Lodst MM, Kernell D, Meijman TF, Zijdewind l. Motor fatigue and cognitive task performance in human. J Physiol, 2002, 45: 313-319
近红外光学成像技术在运动 科学中的应用？

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运动认知
关于运动想象的脑机制：一项研究要求被试想象行走运动， 结果发现了初级感觉皮层、初级运动皮层和辅助运动皮层的 激活(Bo,2002)。
运动监控的脑机制：采用NIRS技术得到的运动中的oxyHb信号，可以作为判断个体在执行任务过程中大脑加工活动 监控的一个检测指标。 运动疲劳对认知加工影响的脑机制：疲劳会暂时削弱与前 额区相关的生理和心理加工(Lodst et al,2002)。
Nature研究介绍

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Zama, T., & Shimada, S. (2015). Simultaneous measurement of electroencephalography and near-infrared spectroscopy during voluntary motor preparation. Scientific Reports, 5, 16438. IF: 5.58 自主运动准备中的EEG和NIRS测量
近红外光学成像技术在运动 科学中的应用？

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抗阻训练
有证据表明，操纵抗阻运动变量，如训练强度、运动速度 和呼吸方式等，都将影响运动中大脑和肌肉的氧化或血流变 化(Pereira et al,2009; Port et al, 2003)。
Pereira MIR, Gomes PSC, Bhambhani YN．Acute effects of sustained isometric knee extension on cerebral and muscle oxygenation responses. Clin Physiol Funct Imaging, 2009, 29(4):300 308 Port F, van Lieshout JJ, Ide K, Madsen P, Secher NH. Velocity during intense static exercise is dominated by a Valsalva maneuver. J Appl Physiol, 2003, 94: 1335-1344

Nature研究介绍

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研究目标
运动准备过程中脑电信号与相应的血 流动力学反应间的关系。

研究方法
坐在电脑前距离85cm，每个试次先 呈现一白色注视点，被试进行1次自主按 键，按键后注视点消失。共35试次，试 次间间隔17s。
EEG——记录运动准备电位（RP） NIRS——记录氧化血红蛋白（oxy-Hb）
什么是近红外光学成像技术 （NIRS）？

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时间分辨率（约100毫秒）、可移动、 无噪音、对头动不敏感等优点，同 时购买与使用成本较低 结合其他的生理信号，例如心电、 呼吸、血压、皮肤电活动等 从对生物体具有很强穿透性的红色 光线中，选择并利用血红蛋白 (Hb) 对近红外线吸收的这一特性， 对头皮表面进行光照射,对位于大脑 皮层区域的氧化血红蛋白、还原血 红蛋白以及总血红蛋白的浓度变化 进行测量。