隨著多模態(tài)腦科學(xué)研究的發(fā)展，科研圈涌現(xiàn)出一批高質(zhì)量的近紅外功能成像和腦電結(jié)合的論文，以前在瀚翔生物公眾號(hào)就發(fā)表過：《如何用10個(gè)被試做近紅外和腦電結(jié)合的研究（該文介紹了利用方法學(xué)分析數(shù)據(jù)的多模態(tài)結(jié)合方案，被試數(shù)量較少，且文章質(zhì)量較高）》和《使用NIRS作為基于腦電BCI性能的預(yù)測(cè)器（該文講述了使用近紅外作為腦電BCI控制的性能表現(xiàn)預(yù)測(cè)器，為BCI研究者提供了新的思路）》。

如今我們繼續(xù)介紹這種實(shí)用、低成本、非侵入式的多模態(tài)技術(shù)及其中涉及到的近紅外全腦測(cè)量系統(tǒng)。

近期發(fā)表在NeuroImage雜志（影響因子5.835）的論文——基于全腦靜息態(tài)下腦電圖&全腦近紅外多模態(tài)測(cè)量的自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)血流相關(guān)性研究，采用了領(lǐng)先的近紅外全腦測(cè)量系統(tǒng)，為近紅外全腦測(cè)量的開拓者。（注：該文第二作者是紐約州立大學(xué)醫(yī)學(xué)中心，Randall Barbour，NIRX公司創(chuàng)始人，教授）。

文章簡(jiǎn)介

基于全腦靜息態(tài)下腦電圖&全腦近紅外多模態(tài)測(cè)量的自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)血流相關(guān)性研究。

研究目的

1、通過全腦放置fNIRS探頭與EEG電極來研究神經(jīng)活動(dòng)，同步采用特殊設(shè)計(jì)的Holder進(jìn)行固定；  

2、用fNIRS—EEG測(cè)量整個(gè)頭部HbO、HbR和神經(jīng)活動(dòng)，同時(shí)使用EMG評(píng)估；

3、分析在休息狀態(tài)下，引起整個(gè)大腦皮層同步腦電信號(hào)和血流動(dòng)力學(xué)之間的關(guān)系。

研究方法

1、所有的探測(cè)器和光源都采用holder進(jìn)行放置；

2、所有的腦電電極都被安裝在光源和探測(cè)器之間。整體布局如下圖所示

Ps:這種塑料支架設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)最大限度的光學(xué)成像和電的耦合，并在fNIRS-EEG實(shí)驗(yàn)中保持距離和穩(wěn)定性。

3、近紅外設(shè)備推薦使用NIRSOUT XP設(shè)備（深圳瀚翔獨(dú)家代理，NIRX近紅外），使用19 LED光源和19探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量，全腦近紅外測(cè)量系統(tǒng)；

4、光源和探測(cè)器放置位置：我們把光源和探測(cè)器放置在國際10-20系統(tǒng)中(FP1, FP2, F4, C4, P4,O2, F8, T4, T6, Fz, Cz,Pz, F3, C3, P3, O1, F7, T3, and T5)， EMG電極放置在F7和F8腦電圖（EEG）位置附近，靠近顳肌；

5、被試群體：18名健康年輕被試，平均年齡26歲；

6、數(shù)據(jù)采集同步使用Presentation software觸發(fā)同步Marker。

A: 三聯(lián)體的塑料夾固定片,中間為EEG電極；

B：同步數(shù)據(jù)采集；

數(shù)據(jù)分析和結(jié)果

分析

1、利用修改后的比爾-朗伯定律，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為含氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白濃度（HbO和HbR）；

2、腦電圖信號(hào)是由帶通濾波的0.5-70赫茲&全腦近紅外光學(xué)信號(hào)在0.01-0.5赫茲上進(jìn)行預(yù)處理；

3、對(duì)于每個(gè)通道，腦電圖的功率譜圖是用一個(gè)1s的窗口計(jì)算的，其中有50%的重疊。然后在5赫茲的時(shí)候重新采樣腦電圖能量和光學(xué)時(shí)間序列。從所得到的信號(hào)中，計(jì)算出了光信號(hào)與腦電圖功率之間的交叉相關(guān)性。

結(jié)果

A：三聯(lián)體的塑料夾固定片,中間為EEG電極；

B：同步數(shù)據(jù)采集；

結(jié)論

1、全腦同步fNIRS-EEG記錄為研究神經(jīng)血管耦合及其與病理大腦生理學(xué)的關(guān)系提供了一種很有前景的技術(shù)；

2、我們的研究結(jié)果表明，血液動(dòng)力學(xué)在多個(gè)頻率上顯示了與神經(jīng)活動(dòng)相關(guān)的各種時(shí)間的相關(guān)性；

3、含氧血紅蛋白的顯著下降點(diǎn)和HBR濃度的峰值時(shí)緊隨其后的是腦電阿爾法活動(dòng)的增加，大約是8s，特別是在枕骨和顳區(qū)。這一發(fā)現(xiàn)與fMRI核磁研究的結(jié)果一致，這些研究顯示了腦電圖阿爾法功率與血流信號(hào)響應(yīng)之間的聯(lián)系。

該論文使用全腦近紅外測(cè)量系統(tǒng)（19光源和19探測(cè)器）布置在國際10-20系統(tǒng)中(FP1, FP2, F4, C4, P4,O2, F8, T4, T6, Fz, Cz,Pz, F3, C3, P3, O1, F7, T3, and T5)，是一種全新的近紅外功能成像測(cè)量研究，以往近紅外結(jié)合腦電測(cè)量往往只測(cè)量一個(gè)區(qū)域或者幾個(gè)電極點(diǎn)，沒有深入研究出腦電和近紅外結(jié)合的深入范式。

當(dāng)然，深圳瀚翔獨(dú)家代理的BP腦電和NIRX近紅外不僅能夠?qū)崿F(xiàn)上述的異位置腦電和近紅外測(cè)量研究，還能夠達(dá)成同位同步的近紅外&腦電測(cè)量系統(tǒng)，全腦測(cè)量系統(tǒng)不僅僅局限于19光源*19探測(cè)器，有更高配置的64光源*32探測(cè)器激光全腦測(cè)量近紅外系統(tǒng)。

拓展了解

目前，近紅外和腦電結(jié)合的多模態(tài)研究越來越成熟，隨之而生的是一些處理方法和研究方式，瀚翔作為一個(gè)平臺(tái)，總代理BP腦電和NIRX近紅外，可為更多老師和研究人員提供更多專業(yè)的神經(jīng)科學(xué)和腦科學(xué)系統(tǒng)的解決方案，真摯邀請(qǐng)您關(guān)注瀚翔公眾號(hào)“瀚翔生物835259”，我們將更進(jìn)一步推送更多前沿的研究文章和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，助力您更好地進(jìn)行科研研究和實(shí)驗(yàn)。