由于 fNIRS 作為一種便攜，無(wú)創(chuàng)傷的腦成像技術(shù)，有較好的時(shí)間分辨率和空間分辨率，因此該技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于心理學(xué)研究中。其中主要包括對(duì)視覺(jué)、情緒、注意、記憶，執(zhí)行功能等的神經(jīng)機(jī)制的探索。

1. fNIRS 在基礎(chǔ)心理學(xué)中的運(yùn)用—ex：嬰幼兒語(yǔ)言研究 

近二十年來(lái) fNIRS 在嬰兒和成人的言語(yǔ)成像研究中取得了廣泛的應(yīng)用，有 60 余篇公開(kāi)發(fā)表的研究成果，這些研究分別與腦部經(jīng)典言語(yǔ)區(qū)相關(guān)。fNIRS 的無(wú)創(chuàng)傷性、較高的時(shí)間分辨率和空間分辨率以及對(duì)被試動(dòng)作的高容忍度，使其成為了言語(yǔ)成像領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)技術(shù)。¹1998 年第一次用商用 fNIRS 系統(tǒng)證實(shí)了布洛卡區(qū)在言語(yǔ)過(guò)程中的活動(dòng) (Watanabe et al., 1998)。后來(lái)研究中用不同的近紅外設(shè)備均能觀(guān)察到小 孩、成人以及嬰兒的大腦經(jīng)典言語(yǔ)區(qū)的皮層激活。用一系列聲音（如：人造聲音、 音樂(lè)以及說(shuō)話(huà)聲）作為對(duì)嬰幼兒的聽(tīng)覺(jué)刺激，證實(shí)了一些重要的爭(zhēng)論，如多通道感知覺(jué)的發(fā)展，聽(tīng)說(shuō)模式形成的潛在機(jī)制，語(yǔ)言習(xí)得的大腦機(jī)制，以及說(shuō)話(huà)和音樂(lè)反應(yīng)的大腦單側(cè)化優(yōu)勢(shì)發(fā)展。 

相比于腦電需要導(dǎo)電糊改變其阻抗的處理方式，以及腦電和核磁需要盡量保證被試不產(chǎn)生較大頭動(dòng)和身體移動(dòng)的情況，近紅外由于其獨(dú)特的測(cè)量技術(shù)和手段， 其具有便攜，抗運(yùn)動(dòng)偽跡干擾，舒適等特點(diǎn)，使得近紅外設(shè)備可以應(yīng)用于嬰幼兒 的測(cè)量中，嬰幼兒彈性帽和探頭能帶來(lái)更舒適的體驗(yàn)并在根本上避免了只能在睡眠狀態(tài)下測(cè)量嬰幼兒認(rèn)知的限制。 

圖 1 嬰幼兒語(yǔ)言研究 

比如在幼兒上的近紅外研究：在發(fā)展早期，情感通過(guò)聲音傳遞比通過(guò)面部和身體姿勢(shì)等其他載體傳遞對(duì)嬰兒的行為具有更重要的引導(dǎo)作用。然而，在發(fā)展的最初階段，大腦情感韻律的加工尚不清楚。為了幫助解決此問(wèn)題，深圳大學(xué)張丹丹老師及其同事使用了功能性近紅外光譜技術(shù)來(lái)檢測(cè)新生兒的大腦活動(dòng)，實(shí)驗(yàn)時(shí)讓被試被動(dòng)收聽(tīng)恐懼、憤怒、快樂(lè)和中性的語(yǔ)音韻律。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 相對(duì)于中性情感韻律，恐懼、憤怒、快樂(lè)韻律下，右側(cè)顳葉皮層(主要位于顳中回和顳上回)表現(xiàn)出增強(qiáng)的血流動(dòng)力學(xué)響應(yīng), 相對(duì)于快樂(lè)和中性韻律，右頂葉區(qū)域(大約位于緣上回)表現(xiàn)出對(duì)恐懼的高度敏感，而相對(duì)應(yīng)的左半球則沒(méi)有差異。這些發(fā)現(xiàn)反映了右半腦在新生兒對(duì)情感韻律的加工中至關(guān)重要。²

2. fNIRS 在發(fā)展心理學(xué)研究中的運(yùn)用—ex：能力測(cè)量 

fNIRS 具有無(wú)創(chuàng)性、便攜性的特點(diǎn)，因此 fNIRS 首先被廣泛運(yùn)用于兒科臨床中, 以監(jiān)測(cè)高危早產(chǎn)兒童的腦部血氧狀況, 監(jiān)測(cè)新生兒的發(fā)展?fàn)顩r。由于兒童特別是嬰幼兒的自我控制能力較差,因此對(duì)兒童進(jìn)行腦功能成像的研究往往較為困難，導(dǎo)致以?xún)和绕涫菋胗變簽閷?duì)象的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究較少近年來(lái), 隨著 fNIRS 在幼兒神經(jīng)機(jī)制研究中的應(yīng)用。人們將對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育生長(zhǎng)最快的時(shí)期——嬰幼兒階段的人類(lèi)大腦發(fā)展機(jī)制有更為深入地了解。 

此外，fNIRS 還廣泛用于不同年齡段人群認(rèn)知功能的比較以及認(rèn)知老化的腦功能研究。 

例如一項(xiàng)發(fā)展性閱讀障礙的研究。發(fā)展性閱讀障礙是指兒童智力正常，并且享有均等的教育機(jī)會(huì)，但是閱讀成績(jī)顯著落后于其年齡所應(yīng)達(dá)到水平的一種學(xué)習(xí)障礙現(xiàn)象。針對(duì)其它功能監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)閱讀障礙患者大腦功能進(jìn)行監(jiān)測(cè)所得到的不同結(jié)果，設(shè)計(jì)了合適的實(shí)驗(yàn)范式對(duì)漢語(yǔ)兒童閱讀障礙患者在進(jìn)行漢字語(yǔ)音和語(yǔ)義加工時(shí)的大腦皮層活動(dòng)進(jìn)行研究，結(jié)果顯示漢語(yǔ)兒童閱讀障礙患者左前額葉大腦皮層活動(dòng)異常，為閱讀障礙的神經(jīng)生理學(xué)研究提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。 

圖2 能力測(cè)量（GO/NOGO 范式） 

另外一項(xiàng)例子是關(guān)于反應(yīng)抑制能力的，即廣泛使用的 GO/NOGO 范式所進(jìn)行的測(cè)量，反應(yīng)抑制，是執(zhí)行功能的一個(gè)重要成份，對(duì)做出正確行為的決策，以適應(yīng)任務(wù)變化的要求有重要作用，其功能發(fā)展于兒童早期。行為數(shù)據(jù)表明，到 3 歲時(shí)，孩子已經(jīng)基本掌握評(píng)估響應(yīng)抑制任務(wù)的要求，但要直到 7 歲左右才能表現(xiàn)出能力提高。但是，在這發(fā)育過(guò)程中改變的神經(jīng)機(jī)制尚不清楚。在本研究中，研究者通過(guò)在近紅外（fNIRS）腦成像過(guò)程中應(yīng)用“GO/NOGO”范式，測(cè)量了 4 至 6 歲兒童的腦激活模式和行為表現(xiàn)。我們發(fā)現(xiàn)與成人相比，兒童與抑制相關(guān)的右側(cè)額頂--前額葉激活減少。相反，運(yùn)動(dòng)相關(guān)的激活在年齡組之間沒(méi)有差異。我們的研究結(jié)果表明，在 4-6 歲年齡的兒童中，額頂腦成熟在抑制反應(yīng)的認(rèn)知發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。³

3 fNIRS 在靜息態(tài)及常規(guī)腦科學(xué)中的運(yùn)用 

近年來(lái)，fNIRS 也被很好的運(yùn)用于新興熱門(mén)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究中，如靜息狀態(tài)下的腦功能連接。靜息狀態(tài)是指被試者保持清醒、不接收任何外部刺激或執(zhí)行任何高級(jí)功能的狀態(tài)。近年來(lái),人們?cè)絹?lái)越重視靜息態(tài)下的腦功能研究。靜息狀態(tài)下的腦功能連接是指檢測(cè)休息狀態(tài)下的自發(fā)性腦血液動(dòng)力學(xué)波動(dòng)，這能反應(yīng)神經(jīng)元的活動(dòng)。最近的一項(xiàng) fNIRS 研究探索了在靜息狀態(tài)下全腦的血液動(dòng)力學(xué)信號(hào)的時(shí)空關(guān)聯(lián)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在被試大腦中存在一致的區(qū)域之間的互動(dòng)。尤其是感覺(jué)運(yùn)動(dòng)皮層和視覺(jué)皮層展現(xiàn)了很強(qiáng)的半球內(nèi)相關(guān)。同時(shí)前額葉的活動(dòng)情況呈現(xiàn)很強(qiáng)的多樣化。另一項(xiàng)研究則證明了在感覺(jué)運(yùn)動(dòng)區(qū)域基于 fNIRS 的靜息狀態(tài)下腦功能連接的重測(cè)穩(wěn)定性。⁴

對(duì)于常規(guī)近紅外腦科學(xué)研究，如利用近紅外進(jìn)行兒童說(shuō)謊、認(rèn)知狀態(tài)、情緒、發(fā)展?fàn)顟B(tài)等研究也越來(lái)越多。如使用近紅外測(cè)量?jī)和谶M(jìn)行傾聽(tīng)故事和移情之間的腦區(qū)域激活，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兒童在傾聽(tīng)故事后發(fā)生移情并引起了內(nèi)側(cè)和雙側(cè)眶額葉皮層（OFC）激活。⁵

4 fNIRS 在自然情景認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)中的運(yùn)用 

因?yàn)槌上窦夹g(shù)本身的特點(diǎn),大部分都是在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的,對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有較高的要求,而且對(duì)被試的頭部運(yùn)動(dòng)有較為嚴(yán)格的限定。加之所使用的儀器較為龐大, 因此很難在自然情境下研究高級(jí)認(rèn)知過(guò)程的神經(jīng)機(jī)制, 實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究結(jié)果具有較高的內(nèi)部效度，但是缺乏較高的生態(tài)效度，用以推論和解釋人們?nèi)粘Ｉ钪械男袨橛欣щy。而在 fNIRS 的研究中，因?yàn)轱B骨對(duì)光的散射系數(shù)被認(rèn)為是恒定的, 因此 fNIRS 對(duì)被試實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的動(dòng)作不是特別敏感，故而適合需要?jiǎng)幼鞯恼J(rèn)知過(guò)程的神經(jīng)機(jī)制研究。

近年來(lái),研究者采用 fNIRS 研究倫敦塔任務(wù)、睡眠和彈鋼琴等自然情境下大腦前額葉的變化。⁶ 此外由于 fNIRS 的這些優(yōu)良特性，該技術(shù)也越來(lái)越被廣泛地應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)神經(jīng)科學(xué)中，研究相對(duì)集中于抗阻訓(xùn)練、運(yùn)動(dòng)疲勞和運(yùn)動(dòng)認(rèn)知研究三個(gè)主要方面?？疾爝\(yùn)動(dòng)中大腦皮層的血液動(dòng)力學(xué)特征，有助于揭示運(yùn)動(dòng)中大腦皮層的功能性激活與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系及其機(jī)制，為運(yùn)動(dòng)人群腦功能的檢測(cè)、評(píng)價(jià)和調(diào)控提供客觀(guān)性指標(biāo)，為科學(xué)地制定鍛煉或訓(xùn)練計(jì)劃、合理安排鍛煉強(qiáng)度和提高鍛煉效果提供實(shí)證依據(jù)。⁷

一項(xiàng)力竭研究發(fā)現(xiàn)，隨著運(yùn)動(dòng)負(fù)荷的增加，大腦含氧量增加，而肌肉氧化卻逐漸降低，二者形成了鮮明對(duì)比。高運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度引發(fā)高強(qiáng)度的局部腦區(qū)神經(jīng)激活，此時(shí)能量需求超過(guò)能量供給。因此在力竭運(yùn)動(dòng)中，被激活的腦區(qū)會(huì)發(fā)生能量供求之間的不平衡。⁸

圖 5-3

參考文獻(xiàn)：

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