近红外脑功能成像(fNIRS)，是近年流行的一种新型的无创神经影像技术，其原理是利用血液的主要成分氧合血红蛋白（Oxy-hemoglobin，Oxy-Hb）和脱氧血红蛋白（Deoxy-hemoglobin，Deoxy-Hb）对600-900nm的近红外光良好的散射性，从而获得大脑活动时Oxy-Hb和Deoxy-Hb的变化情况。
Oxy-Hb和Deoxy-Hb在不同波长下的吸收系数
随着技术的不断发展，fNIRS已经被广泛的应用于各个科研领域，对人类的健康状况以及生命科学的研究有着重要意义。下面我们就来看看近年来近红外脑功能成像技术（fNIRS）的创新应用。
fNIRS在儿童领域的应用研究
由于幼小儿童身心发育尚不成熟，自我控制能力差，对头动有较高要求的事件相关电位(ERP)，功能磁共振成像(fMRI)等技术难以实施。而近红外脑功能成像技术具有较高的非侵害性，并且对实验中被试的头动容忍度较高。这使得其特别适用于研究幼小儿童，甚至是发展障碍儿童等特殊群体。
自闭症
借助fNIRS技术，人们可以对儿童是否患有自闭症进行有效的预测。一项针对7~12岁自闭症儿童认知转换的神经机制的研究发现正常儿童完成认知转换任务时双侧前额叶均有显著激活，而自闭症儿童只有左侧前额叶有激活，右侧前额叶无明显反应。（如下图）
多动症
一项运用近红外脑功能成像技术研究多动症患儿在完成被试抑制竞争反应能力的斯特鲁普(Stroop)词色任务时发现，其前额叶皮层氧合血红蛋白浓度的变化弱于正常儿童，这表明ADHD 患儿不能很好地实现大脑前额叶的激活，大脑前额叶存在功能障碍。
在Stroop任务中，相对于 ADHD儿童，健康儿童的氧合血红蛋白在右侧的背外侧前额叶有显著性的增加
发展性阅读障碍
由于以往技术的局限性，对早期发展性障碍儿童的研究非常少。fNIRS技术的出现为研究者探究发展性障碍儿童早期阶段、甚至是初生时期的前额叶功能异常提供了支持。利用fNIRS技术的研究表明，相比于正常人，有阅读障碍的人在一系列功能和结构的神经影像研究中表现出了激活减少和灰质体积减少。
而Siok 等人则在研究中发现中文阅读障碍的儿童相比于正常儿童，他们在左脑额中回的激活强度较少。这些研究表明fNIRS 可以有效地应用于特殊儿童脑功能连接研究，成为发展阅读障碍儿童早期诊断和监测的工具。
fNIRS在精神疾病中的应用研究
fNIRS通过检测大脑表层氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度变化，从而了解大脑代谢情况，这对精神疾病的早期预防、诊断和治疗提供了客观的影像学证据。
精神分裂症
相关研究发现，精神分裂症患者前额叶功能存在异常。Watanabe 等运用单通道fNIRS检测62例精神分裂症患者与31名正常对照组血红蛋白的波谱变化，首次阐述精神分裂症患者在语言流畅性任务（VFT）期间左额叶皮层oxy-Hb浓度减少。在另一项研究中，应用多通道fNIRS分别采集145名精神分裂症患者和100名正常对照组的大样本量数据，研究精神分裂症患者和正常对照组进行VFT检测时大脑的激活反应。结果证明，VFT中精神分裂症患者较正常对照组额叶及颞上回激活明显降低。通过fNIRS采集的数据提供了可靠的证据证明VFT中精神分裂症患者有脑功能障碍。
正常对照组（HC）和精神分裂症组（SZ）任务期间脑激活的结果较基线的相对变化
抑郁症
与精神分裂症相似，前额叶功能异常也是抑郁症的主要神经生物学异常之一。Matsuo等研究抑郁症患者语言流畅性任务(VFT) 下和过度换气过程中前额叶皮质的血流变化，结果发现与正常人相比，抑郁症患者VFT下前额叶皮质激活明显降低，过度换气过程中前额叶皮质血流变化的幅度也较小。
Pu等人研究抑郁症患者VFT下前额叶激活与自杀意念之间的关联，结果发现伴有自杀意念的抑郁症患者右侧前额叶背外侧皮质、前额叶眶叶皮质、右侧额极皮质激活显著低于不伴有自杀意念的抑郁症患者，故认为fNIRS技术在自杀风险评估方面有着巨大的临床价值。
前额叶皮质氧合血红蛋白平均变化的三维地形图显示：伴有自杀意念的抑郁症患者VS不伴有自杀意念的抑郁症患者（大脑区域与fNIRS通道相对应，黄色的部分表示其平均氧合血红蛋白变化明显较小，发现伴有自杀意念的抑郁症患者右侧前额叶背外侧皮质、前额叶眶叶皮质、右侧额极皮质激活显著低于不伴有自杀意念的抑郁症患者）
创伤后应激障碍
创伤后应激障碍( PTSD ) 是常见的焦虑障碍之一，Matsuo 等对 34 名东京地铁沙林事件中的受害者( 8人诊断为 PTSD) 通过视频的方式模拟创伤事件相关刺激，经 fNIRS检测发现，当出现事件相关画面时，所有受害者 ( 包括对照组) 均表现出 oxy-Hb 含量增加，且 PTSD 患者 deoxy-Hb 值表现为显著减少。
fNIRS在神经康复领域中的应用研究
脑卒中
Mihara等人对12例中风患者和11个健康参与者（对照组）分别进行了测试。所有被试在跑步机上运动的同时使用近红外成像技术监测血红蛋白的变化情况。研究结果显示，对照组在步速加快后额叶区激活有所减少，而患者组额叶区在加速后稳定阶段却一直处于活跃状态。结果表明患者加快步伐的过程需要额叶区域的调控，在患者康复过程中额叶区可能会成为代偿区域，参与步速的调控。
（a）12根光源纤维（红圈）和16个探测器（蓝圈）组成的光纤帽覆盖前顶叶皮质（这幅图显示了正常大脑表面的解剖位置以及每个大脑表面所覆盖的假定皮质区域）
（b）对照组和中风患者运动任务期间血红蛋白变化的代表性数据（红线表示氧合血红蛋白，蓝线表示脱氧血红蛋白，绿线表示总血红蛋白；黑线表示跑步机速度；蓝色、橙色和紫色条分别表示步态周期的静止期、加速期和稳定期）
慢性疼痛
临床中有大量证据表明慢性疼痛患者具有认知损伤。近红外脑功能成像技术通过检测认知活动中前额叶皮层的激活，进而获取疼痛患者失常与认知障碍的关系。
在一项采用言语流畅性任务（VFT）的研究中，用fNIRS对24例躯体疼痛患者（SPD）和 24名健康人前额叶区（PFC）氧合血红蛋白(oxy-Hb) 的相对浓度进行测量，结果发现在VFT任务中，SPD患者产生的词数比健康对照组少，且SPD患者的激活区域的面积小于健康对照组，SPD患者氧合血红蛋白的平均活化强度明显低于健康对照组，证据表明SPD患者的认知缺陷可能牵涉PFC，尤其是双侧背外侧前额叶皮质（DLPFC）显著的功能失常。
帕金森病
Inbal 等人利用fNIRS收集了帕金森病人行走、转向时前额皮质的脑部激活，分析后发现在所有PD患者中，与静止站立相比，行走期间的前额叶激活显着增加。相比之下，在转弯期间，与安静站立相比，前期激活显着减少。且在行走期间HbO水平明显高于转向期间。将患者分为活动能力强与活动能力弱的2组后，对比转向期间的前额叶激活，发现在常规行走期间在前额叶激活中观察到两个组之间没有显着差异，但在转弯时，受限组的激活更少。且转弯时的HbO水平与步态速度呈现相关。
PD患者行走与转向期间的前额激活对比
帕金森病患者在正常行走过程中的更高激活表明，前额叶皮质已经发挥了重要作用，且帕金森病患者前额叶的激活取决于任务的性质。这些发现可能对PD患者步态的恢复有重要意义。
fNIRS为脑的研究、诊断、训练和评估提供了全新的定量手段。也相信随着技术的不断发展，近红外成像将会应用于更多领域，近红外脑成像设备也将更加适应于日益复杂的测试要求。而今，市场上已涌现一批以近红外技术为基础研发的成熟设备，利用功能性近红外成像技术探索人类的奥秘已经变得触手可及。
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