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島津近紅外光腦功能成像系統科普系列丨fNIRS與運動篇
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在人類的悠久歷史中，人類大腦如何運作至今仍然是最大的謎團之一。可視化腦功能成像作為重要的腦功能研究技術近年來迅速發展，其中“近紅外光腦功能成像技術(fNIRS)”作為新一代腦科學研究技術而備受關注。
由于近紅外光腦功能成像技術(fNIRS)可以在接近自然的環境中進行測量，具有非侵入性和對被試者約束性低等特點，被廣泛用于心理學、教育、醫學研究、康復研究、運動醫學研究、工程研究、汽車和化妝品等多個領域。
島津作為分析儀器生產商，從上個世紀八十年代開始著手進行近紅外光腦功能成像技術(fNIRS)產品的研發，并于1991年上市第一款商業化產品OM-100A。隨著近紅外光腦成像技術的不斷發展，島津產品也隨之進行更新，在2012年和2016年分別推出了多通道近紅外光腦成像系統LABNIRS和便攜式近紅外光腦成像系統LIGHTNIRS。
應用案例
基于島津LABNIRS的運動執行與運動想象腦激活模式比較
本案例選自2015年中國心理學發展心理專業委員會第十三屆學術年會摘要集。
本案例介紹篩選出的30名被試者(男女各半)，采用島津近紅外光腦功能成像系統裝置LABNIRS監測被試者在執行實際舉啞鈴(男生—4磅和8磅；女生—2磅和4磅)任務和想象舉同等重量啞鈴任務時，其大腦皮層氧合血紅蛋白濃度的變化。
1fNIRS通道布局
使用LABNIRS 4×7 的多通道探頭架, 包括 14 個發射探頭和 14 個接受探頭, 其中紅色為發射探頭, 藍色為接收探頭，探頭間距為 3 cm, 構成 45 個通道, 覆蓋額葉−頂葉皮層。根據國際 10-20 系統, 將通道23 定位于 Cz 上。fNIRS 測試后, 使用 3D 定位儀(FASTRAK，Polhemus，Colchester, VT, USA)確定Cz、Nz、AL、AR 點及探頭位置。通過概率配準方法將 fNIRS 通道位置與 MNI 空間坐標進行配準, 獲得與布魯德曼分區之間的對應關系。
2結果結論
男性激活對比圖 女性激活對比圖
本研究發現運動執行與運動想象都激活了主運動皮層; 除了男性在想象舉 4 磅啞鈴任務下僅激活主運動皮層、前運動皮層和輔助運動皮層外, 其余無論男性還是女性在運動執行與運動想象任務下都激活了這 4 個探測皮層, 且運動執行的激活水平強于運動想象。從整體趨勢上來看, 運動強度影響運動執行任務相關運動區域的激活水平, 即運動強度越強, 激活水平越高; 在運動想象任務下, 不同強度的運動想象任務間大腦皮層激活水平無顯著差異。另外男性和女性在運動執行任務中的左半球皮層的激活水平都高于右半球皮層, 而在運動想象任務中沒有表現出這一單側化現象。
3結語
島津LABNIRS設備的檢測結果證明了基于 fNIRS 的神經反饋訓練能夠調節運動想象水平，通過神經反饋技術訓練被試對不同強度的運動想象任務的執行控制力, 以期更為客觀的探究想象強度對相關皮層的影響作用，也會為神經修復研究領域帶來一定的實證價值。
注：僅供研究參考，不作為臨床診斷依據。
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