הבנה של ספקטרום קרוב-infrared של Neuroscience מודרני

פונקציונליות Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) ביססה את עצמה כטכניקה עצבית תכליתית, שאינה פולשנית המנטרת פעילות המוח באמצעות תגובות המודינמיקה. על ידי פולטת אור כמעט- infrared לתוך הקרקפת וגילוי שינויים ב-MRIGgenated hemoglobin, fNIRS מספק חלון להפעלה קושחית עם יתרונות ייחודיים על פני שיטות כגון גלגוליפטוגרפיה, ואפקטים של עקרונות הדמיה (R) ו-דמייתים עתידיים (R) ו-דמייתים, בדיקות הדמיה (R) ואפקטים, , , , , , מוטציות, מוטציות, מוטציות, , , , מוטציות, , , מוטציות).

כיצד פועל Spectroscopy קרוב-infrared

הפיזיקה הבסיסית של fNIRS מסתמכת על התכונות האופטיות של רקמת ביולוגית. אור קרוב-infrared (בדרך כלל 650-950 nm) חודר הקרקפת והגולגולת כדי להגיע ל ⁇ המוחית. hemoglobin מציג ספקטרום מסוים של ספיגה: hemoglobin חמצן סופג אור נוסף באורכי גל מסוימים, בעוד deoxygenated hemobins סופג יותר על ידי מקורות מרובים ולאחר מכן הוא מתואם את גלאי אור בהיר הוא מאובחן על גבי אור בהיר.

כאשר אזור המוח הופך פעיל, זרימת הדם המקומית עולה לספק חמצן וגלוקוז, תופעה המכונה הפיכה עצבית.זה מוביל לעלייה המוגלובין חמצן וירידה ב hemoglobin deoxygenated.האות האופטית המתקבלת נקראת הפונקציה האנדרוגדית של ה-FNIRS ללכוד תגובה זו עם החלטה של בערך 0.1 שניות, אשר הוא מהיר יותר מאשר darIG איטי יותר, בדרך כלל, בהתאם לרזולוציה של fiG 1D.

ראשי תיבות של fNIRS Systems

  • מקור:0 מקורות אור: 1 (ב) 1 (ב): דיודות לייזר או דידות אור אשר פולטים אור קרוב לערעור בשני אורכי גל.
  • (ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ויקרא י"א: "הזוג המקור-דקטור" (מקור) שארגן ברשת או בתצורת כובע מעל הקרקפת.
  • (ב) אספקת מידע:0) רכישת חומרה (FLT:1): אלקטרוניקה השולטת בפליטה קלה, גילוי, וגברה.
  • (FLT:0) ניתוח תוכנה של נתונים (FLT:1): אלגוריתמים לעיבוד, סינון, תיקון תנועה, וניתוק סטטיסטי.

היתרונות העיקריים של fNIRS במחקר המוח

fNIRS מציע כמה יתרונות משכנעים שהופכים אותו כלי אטרקטיבי למגוון רחב של מחקרים במדעי המוח.

ללא פולשני ובטוח לשימוש חוזר

בניגוד לדלקת הפציטרוון (PET) או פליטה חד-פוטונית הנקובה לטומוגרפיה (SPECT), fNIRS אינו כרוך בקרינת יון.הוא משתמש בעוצמה נמוכה ליד אור, שנחשב בטוח אפילו עבור מדידות ממושכת או חוזרות.פרופיל בטיחות זה הוא בעל ערך במיוחד עבור מחקרים ארוכי טווח, אוכלוסיות רופאות ילדים, ויחידים עם c ⁇ לשדות מגנטיים.

עלויות נמוכות ועלויות נמוכות

מכשירים מודרניים של fNIRS הם קומפקטיים, מופעלים סוללות, וניתן ללבוש, המאפשר איסוף נתונים מחוץ למעבדה.מערכות רבות הן יקרות משמעותית מסורקי fMRI, הן בעלות רכישה והן בהוצאות התפעוליות.זה נגישות זו מפצירה את הנוירויים, המאפשרת אוניברסיטאות קטנות, מרפאות, ומדינות מתפתחות לבצע מחקר באיכות גבוהה במוח.

סביבה ניסיונית הטבעית

מכיוון ש-FNIRS אינו דורש מהמשתתפים להישאר חסרי תנועה בתוך דובדבן חזק, הוא תומך בפרדיגמה ניסיונית תקפה יותר מבחינה אקולוגית. החוקרים יכולים ללמוד פעילות המוח במהלך הליכה, אינטראקציה חברתית, מציאות מדומה, או אפילו מטפלים תינוקות משחקים עם צעצועים.קיבולת טבעית זו מועילה במיוחד לחקירה של קוגניציה והתנהגות של ממש.

פעילות המוח בזמן אמת

מערכות fNIRS מסוימות מציעות משוב בזמן אמת של אותות המודינמיקה.יכולות אלה מאפשרות יישומי ניקוי וממשקים ממוחשבים אדפטיטיביים, שבו משתמשים יכולים ללמוד כדי לשנות את פעילות המוח שלהם. ניטור בזמן אמת גם מאפשר ניסויים סגורים-פרפרפרגלים אינטראקטיביים כי להתאים גירויים המבוססים על תגובות עצביות מתמשך.

המונחים: other Modalities

fNIRS יכול להיות משולב עם EEG, פעילות אלקטרודרמאל, מעקב עיניים ולכידת תנועה ללא הפרעה.בניגוד EEG, fNIRS הוא פחות רגיש לרכיבי שרירים ומספק מידע משלים על שינויים בחמצן. תקליטים רב-ממדיים מציעים תמונה עשירה יותר של תפקוד המוח על ידי שילוב של חשמל, המודינמיקה ונתוני התנהגות.

יישומים של fNIRS על פני Neuroscience Domains

הגמישות של fNIRS הובילה לאימוץ שלה בתחומים רבים של מחקר.כאן אנו מדגישים מספר תחומים מרכזיים שבהם fNIRS תרם תרומה משמעותית.

התפתחות ורפואת שיניים

חקר המוח התינוק מאתגר עם fMRI עקב תנועה, רעש, ואת הצורך של sedation. fNIRS מתאים היטב עבור אוכלוסייה זו כי תינוקות יכולים לשבת על לחיק ההורה, ללבוש כובע רך, לשחק באופן טבעי.חוקרים השתמשו fNIRS כדי לחקור את הופעתה של שפה, עיבוד פנים, קוגניציה חברתית, פונקציות בפועל בתינוקות ופעוטות.

Neuroscience ו- Neuroפסיכולוגיה

fNIRS הוא מועסקים נרחב כדי למפות הפעלה קוטוריטרית במהלך משימות קוגניטיביות הכרוכות בזיכרון, תשומת לב, קבלת החלטות, שפה ופתרון בעיות. הרגישות שלו לפעילות קליפת המוח הקדמית הופכת אותו אידיאלי עבור לימוד פונקציות קוגניטיביות מסדר גבוה יותר. החוקרים השתמשו fNIRS כדי לחקור כיצד קליפת המוח טרום-חזיתית מאוחרת תומכת בזיכרון העבודה בתנאים שונים של עומס, וכיצד ההזדקנות משפיעה על קישוריות פונקציונלית ברשתות החברתיות-סיות, כגון הפרעות סכיזופרניה, כמו סכיזופרניה, כמו סכיזופרניה, סכיזופרניה, כמו סכיזופרניה, סכיזופרניה, מסייעות, סכיזופרניה / סכיזופרניה, כמו סכיזופרניה, סכיזופרניה, סכיזופרניה, טיפול פסיכולוגי, כמו סכיזופרניה, כמו סכיזופרניה, כמו סכיזופרניה, מסייע סכיזופרניה, סכיזופרניה, טיפול פסיכולוגי, סכיזופרניה, סכיזופרניה, מסייע סכיזופרניה, ספקטרום, סכיזופרניה, כמו סכיזופרניה, סכיזופרניה, סכיזופרניה, סכיזופרניה, טיפול פסיכולוגי, טיפול פסיכולוגי, מסייע סכיזופרניה, כמו סכיזופרניה, כמו סכיזופרניה, כמו סכיזופרניה, טיפול פסיכולוגי, טיפול פסיכולוגי, טיפול פסיכולוגי, טיפול פסיכולוגי, כמו סכיזופרניה, כמו סכיזופרניה, מסייע סכיזופרניה, כמו סכיזופרניה, טיפול פסיכולוגי, טיפול פסיכולוגי, טיפול פסיכולוגי, טיפול פסיכולוגי, טיפול פסיכולוגי, כמו סכיזופרניה,

Neurorehabilitation ו- Stroke Recovery

fNIRS ממלא תפקיד גובר ב- Neurorehabilitation על ידי מתן ביומרקרים של ארגון מחדש קורטי לאחר פגיעה במוח. במהלך שיקום שבץ, מטפלים יכולים להשתמש fNIRS כדי לפקח על אילו אזורים מוטוריים מגויסים כמו חולים מבצעים תרגילים. מחקרים הראו כי חולים גדולים יותר ipsilesional טרום הפעלה קליפת המוח מוקדם שיקום ביצועים משופרים משופרים יותר.

ממשקי המוח (BCIs)

בסיס BCIs מבוסס fNIRS מציע אלטרנטיבה מערכות מבוססות EEG, במיוחד עבור אנשים עם שליטה מוטורית מוגבלת. כי אותות המודינמית חזקים יותר לקרקפת חפצים שרירים ויכולים להיות מקומיים לאזורים קוטוריים ספציפיים, fNIRS BCIs כבר בשימוש עבור תקשורת ובקרה סביבתית. משתמשים יכולים לעצב מחדש הפעלה מקדימה באמצעות אופטימיזציה נפשית, תמונה מוטורית, או תמונות מוסיקה כדי לבחור פקודות אבטחה כגון הקודם של רשתות למידה, שיפור מוקדם יותר, כמו התקדמות ADAGR.

מדעי המוח

היכולת למדוד פעילות המוח במהלך אינטראקציות טבעיות הופכת את fNIRS ערך עבור Hyperscanning - הקלטה מופרזת של משתתפים מרובים. מחקרים Hyperscanning חשפו סינכרוני בין-מוח באזורים הקדמיים והזמניים במהלך משימות שיתופיות, שיחה ושיתוף רגשי.לדוגמה, החוקרים מצאו כי זוגות של משתתפים העוסקים בפתרון בעיות שיתופי הראו קוהרנטיות מוגברת בפעילות קליפת המוח, וסביר כי ביצועים מטושטשים אלה של סורקים על בסיס פעולה עם סורקים.

פסיכיאטריה קלינית ובריאות נפשית

fNIRS מוחל יותר ויותר בפסיכיאטריה כדי להבדיל בין הפרעות ו לעקוב אחר התגובה הטיפולית.בהפרעה מדכאת גדולה, fNIRS זיהתה הפעלה טרום-פוסטלית מופחתת במהלך משימות קוגניטיביות, עקבית עם חולים נאיבית עם סכיזופרניה מראה שינוי סימפמטריה לפנים במהלך משימות קדחתנות מילולית. fNIRS יכול גם לעקוב אחר שינויים בפעילות גופנית פסיכוטרופית או פסיכותרפיה, המציעה סמנים אובייקטיביים של טיפול פוסט-טראומה (PTic) השתמש בניסוי טיפול פסיכולוגי נמוך).

גבולות ואתגרים טכניים

למרות היתרונות הרבים שלה, fNIRS מתמודד עם כמה מגבלות שחוקרים חייבים לשקול.

התפלגות חדירה מוגבלת

אור קרוב-infrared יכול רק לחדור כמה סנטימטרים לתוך המוח, בדרך כלל להגיע אל החיצוני ביותר 1-2 ס"מ של רקמת קורטי.זה מגביל את fNIRS למדידת פעילות ב ⁇ המוחית ולהשאיר מבנים תת-קורטקטיים כגון הכנופיה הבסטלית, thalamus, ו hippocampus בלתי נגיש.

החלטה מעשית

ההחלטה המרחבית של fNIRS מוגבלת על ידי ספיגה בין זוגות המקור-detector לבין פיזור האור בתוך רקמות. תצורה סטנדרטית להשיג החלטות של 1-3 ס"מ, אשר הוא במידה ניכרת קוסר מאשר יכולת המילמטר של fMRI.זה הופך אותו מאתגר לפתור ארגון פונקציונלי עדין, כגון עמודות או כתמים קטנים.

רגישות ל-Excerebral Interference

אור חייב לחצות את הקרקפת והגולגולת לפני שמגיע למוח, שינויים בזרימת הדם בקרקפת יכולים ללכד את האות המדוייק. תנודות פיזיולוגיות מערכתיות, כגון קצב לב, נשימות, וריאציות לחץ דם, גם להפריע.שיטות מתקדמות כמו ערוצים קצרים של הפרדה (גלאים מסורתיים שהונחו קרוב לדרגה של מקורות) יכולות לתקן באופן חלקי עבור אלה, אך הן אינן חסומות.

אמנות התנועה

בעוד fNIRS חזק יותר להזיז רעש מאשר EEG, תנועות ראש פתאומיות או שינויים בלחץ מגע או אווריד יכול להציג חפצים.חוקרים חייבים ליישם אלגוריתמי תיקון תנועה זהירים, כגון סינון גל או ניתוח רכיב עיקרי, ועשויים לכלול ניסויים עם תנועה מוגזמת.עבור מחקרים תינוקות, התנועה נותרה אתגר משמעותי למרות ההתקנה הטבעית.

סטנדרט והתאמה מוגבלת

בניגוד ל-FMRI, אשר מרוויח מפורמטים של נתונים מבוססים (BIDS) וצנרת ניתוח (SPM, FSL), fNIRS חסר תקן מקובל אוניברסלי לעיבוד ודיווח.מערכות שונות משתמשות באורכי גל שונים, מרחקי מקור ושיטות calibration.Efforts כגון ה-FNIRS Optode Placer (FO) ו-I) הם עדיין שיפור יעילות עבור phed Optode Optode Locationr (D.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

ההתפתחויות המתקיימות בחומרה, בתוכנה ובמתודולוגיה מתייחסות למגבלות הנוכחיות ומרחיבות את האופקים של מחקר fNIRS.

רגישות גבוהה ודיפוזה אופטית Tomography (DOT)

מערך גבוה של אוסטודות (מאות של ערוצים) בשילוב עם אלגוריתמים דיפרפטיים דיפוזה אופטית יכול לשחזר תמונות תלת-ממדיות של פעילות המוח עם פתרון מרחבי משופר. DOT יכול להשיג פתרון תת-ממדי ואפילו לחקור למעמקים של 2–3 ס"מ באמצעות מרחקי קוד-דקטור חופפים.

שילוב עם נוירוסנסטיוציה

שילוב fNIRS עם שיטות גירוי מוח לא פולשניות כגון גירוי מגנטי transcranial (TMS) ו tDCS מאפשר נוירומודולציה סגורה-פרפרנציאלית. fNIRS בזמן אמת יכול לפקח על ההשפעות של גירוי על הפעלה טוריית ולהתאים פרמטרים דינמיים. גישה זו נחקרת עבור שיקום מותאם אישית בשבץ ושיפור ביצועים קוגניטיביים אצל אנשים בריאים.

תמונה קרובה-העצמית של Brain-Computer Interfaces

ההתקדמות בלמידה של מכונות, במיוחד ארכיטקטורות למידה עמוקה המותאמות לנתונים אופטיים זמניים, משפרות את הדיוק הסיווג של fNIRS-BCIs. Portable, מערכות fNIRS עם אופטימיזציה יבשים מפותחות לשימוש בחיי היומיום, פוטנציאל המאפשר ניטור רציף של מצב המוח עבור משתמשים עם מוגבלויות מוטוריות חמורות.

שילוב רב-ממדי עם מציאות וירטואלית

שילוב fNIRS עם מציאות מדומה (VR) סביבות מאפשר לחוקרים ללמוד פעילות המוח בתרחישים immersive, קונטקסט עשיר.לדוגמה, מחקרים בחנו ניווט מרחבי, נוכחות חברתית והתבוננות פעולה ב VR תוך הקלטת הפעלה קליפת טרנטלית ומנועית.סינרגיה זו מבטיחה במיוחד לטיפול פוביה, ניהול כאב ושיקום מוטורי.

סטנדרט ו מדע פתוח

השדה נע לכיוון פורמטי נתונים סטנדרטיים (למשל, BIDS עבור fNIRS), צינורות ניתוח משותף (למשל, Homer3, NIRS Brain AnalyzIR), והנתונים הפתוחים. יוזמות אלה ישפרו את הכדאיות, להקל על meta-analyses, ולהגדיל את התרגום של ממצאים fNIRS לפרקטיקה קלינית. Collaborative Conventtia כגון האגודה הבינלאומית לתפקוד מתקדם (Competal Society for afectative function for afectative function)

מסקנה

פונקציונלי ליד ספקטרוסקופיה כמעט בלתי רוויה התפתחה ככלי יקר ומשלים בערכת המוח האנושי.טבעו הלא פולשני, יכולת, בטיחות ויכולת ללכוד פעילות המוח בהגדרות טבעיות להפוך אותו הכרחי עבור התפתחות, קוגניטיבי, חברתי ומדעי המוח הקליניים, בעוד מגבלות בעומק, פתרון מרחבי, רגישות לרעש מתמשך, חידושים טכנולוגיים במסגרות מתקדמות, ואסטרטגיות מתקדמות של התפתחותיות של אורדקנות אנושית, ומערכת העצבים התקינה, הן אינטגרלית של אינטגרלית של אינטגרטיבית של אינטגרטיבית של אינטגרטיבית, בעוד שעדיין אינטגרטיבית של אינטגרלית של אינטגרלית של אינטגרטיבית של אינטגראלית ואפקטים מתקדמים, בעוד שעדיין גבוהה אינטגרטיבית של אינטגרטיבית של תאים אופטית של תאים מתקדמים, בעוד שעדיין מתקדמת, בעוד שעדיין מתקדמת, בעוד שעדיין גבוהה עם למערכות עצביים.

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]] ו[[1924]], [[1924]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[[[1924]]]]]], [[[[1924]], [[[[1924]]]]]]]] ב[[1924]], [[[[1924]]]]]]]], [[[[1924]]]]]] ב[[1924]]]]]]]]]] ב[[[[1924]]]]