Modern Nörobilimde Fonksiyonel Yakın Etkileyici Spektroskopu Anlamak
Fonksiyonel Yakın-Infrared Spectroskopu (fNIRS) kendisini, manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) ve elektroenseografi (EEG) ile ilgili manyetik rezonans görüntüleme (fNIRS) gibi işlevsel olmayan bir aktivasyon tekniği olarak kurdu.
Fonksiyonel Yakın-infrared Spectroskop Nasıl Çalışır
FNIRS'nin alt yapısı biyolojik dokudaki optik özelliklerine dayanıyor. Yakın zamanda hafif ışık (tipik olarak 650-950 nm) kafa derisine ve kafa karıştırıcılara ulaşmak için farklı absürtler gösterir Hemoglobin farklı dalgalar gösterir. Değiştirilmiş bira-Lambert yasası, hemoglobinin diğerlerinde daha fazla absorbe ettiği gibi, o zaman hemoglobinin derileri ve dedektörlerine yer vererek, fNIRS sistemleri farklı dalga dalgalardaki ışık miktarını ölçmek için uygulanır.
Bir beyin bölgesi aktif olduğunda, yerel kan akışı oksijen ve glukoz tedarik etmek için yükselir, nörovasküler darbe olarak bilinen bir fenomendir. Bu, oksijenli hemoglobinde artış sağlar ve fNIRS'nin uzaysal çözümünde azalma görülür, tipik olarak 1-3 cm, optodların yoğunluğuna bağlı olarak.
fNIRS Systems
- [FONT:0)Işık kaynakları[DÜT:1): İki veya daha fazla dalga boyun eğen iki diyotları veya ışık-yan diyotları.
- [FONT:0)Detectors[Döneticiler veya avalanche fotodiodes, ışığın yoğunluğunu ölçen fotodiodes.
- [FONT:0)Optodes[[[Dönetici: 1) Kaynak-detektör çiftleri kafa derisi üzerinde bir ağ veya kapak konfigürasyonu düzenlediler.
- [FONT=0)Data Acquisition Hardware[[Dönetici: Elektronik ışık emisyonu, algılama ve amplifikasyonu kontrol eden elektronik.
- [FONT=0)Data analysis software[[Dönetici: Algoritma, hareket düzeltmesi ve istatistiksel çıkarım için algoritmalar.
Beyin Görüntüleme Araştırmasında PNIRS'nin ana avantajları
fNIRS, geniş bir nörobilim çalışmaları için çekici bir araç haline getiren birçok yararlı fayda sunar.
Tekrarlanan kullanım için invazif ve Güvenli
positron emisyon tomografisinin (PET) veya tek foton emisyon hesaplamalı tomografi (SPECT), fNIRS, radyasyonu azaltmaz.Bu güvenlik profilinin uzun süreli veya tekrarlanan ölçümler için bile düşük güç kullanır.
Portability and Low Cost
Modern fNIRS cihazları kompakt, batarya çalıştırılır ve laboratuvar dışındaki veri toplamasına izin verir. Birçok sistem hem satın alma maliyeti hem de operasyonel harcamalarda, daha küçük üniversiteler, klinikler ve gelişmekte olan ülkeler için de yüksek kaliteli beyin araştırmalarını yapmak için önemli ölçüde daha az pahalı.
Doğallık Deneysel Çevreler
Çünkü fNIRS, katılımcıların yüksek sesle, sınırlı bir delik içinde hareketsiz kalmasını gerektirmez, daha ekolojik olarak geçerli deneysel paradigmaları destekler. Araştırmacılar yürüyüş sırasında beyin aktivitesini inceleyebilir, sosyal etkileşim, sanal gerçeklik immersion, hatta bebek bakıcıları oyuncaklarla oynuyor. Bu doğalist kapasite, gerçek dünya bilişini ve davranışları araştırmak için özellikle yararlıdır.
Gerçek zamanlı Beyin Aktivitesi İzleme
Bazı fNIRS sistemleri, hemodinamik sinyallerin gerçek zamanlı geri bildirimlerini sunar. Bu yetenek, kullanıcıların kendi beyin aktivitelerini modülletebildikleri nörofeedback uygulamalarını ve uyarlanabilir beyin-bilgisayar arayüzlerini sağlar. Gerçek zamanlı izleme aynı zamanda devam eden sinir yanıtlarına dayanan kapalı-loop deneyleri ve interaktif paradigmaları da kolaylaştırır.
Diğer Modalitelerle birlikte uygulama
fNIRS EEG, elektrodermal aktivite, göz izleme ve müdahale olmadan hareket yakalama ile birleştirilebilir. EEG'den farklı olarak, fNIRS, kas eserlere daha az duyarlıdır ve oksijenasyon değişiklikleri hakkında tamamlayıcı bilgiler sunar. Multimodal kayıtları, hemodinamik ve davranışsal verilerle entegre ederek beyin fonksiyonunun zengin bir resmini sunar.
FNIRS Across Neuroscience Domains
fNIRS'nin yanlışlığı, birçok araştırma alanında kabul edilmesine yol açtı. Aşağıda, fNIRS'nin önemli katkılar yaptığını birkaç temel alan vurguladık.
Geliştirme ve Pediatrik Nörobilim
Bebek beynini incelemek, hareket, gürültü ve doğumun ortaya çıkmasını sağlamak için fMRI ile zorlanır. fNIRS bu popülasyon için iyi uygundur, çünkü bebekler ebeveynin kucağına oturabilir, yumuşak bir kap giyer ve doğal olarak oynarlar. Araştırmacılar dil gelişimini araştırmak için fNIRS kullandılar, yüz işleme, sosyal biliş ve bebekleri ve bebekleri incelemek için de önemlidir. Örneğin, çalışmalar, bebek prefrontal korelasyonları doğrudan göz önünde bulundurabilir ve sosyal beyin gelişimini destekler.
Bilişsel Nörobilim ve Nöropsicholoji
fNIRS, hafıza, dikkat, karar verme, dil ve problem çözme ile ilgili bilişsel görevlerin daha yüksek sipariş bilişsel işlevleri incelemek için idealdir. Araştırmacılar, şizofreni, otizm spektrumu bozukluğu ve dikkat-tevücremesel ağlarda işlevsel bağlantıyı nasıl desteklediğini araştırmak için fNIRS'yi kullandı.
Sinirlilik ve İndüksiyon
fNIRS, nörorehabilitation'te beyin hasarından sonra biyodikal reorganizasyon sağlayarak büyüyen bir rol oynar.In vitro, terapistler, hangi motor alanlarının aktif olarak işe yaradığını izlemek için fNIRS'yi kullanabilir.Gerçek zamanlı fNIRS nörofeedback, hastaların iyileşmesinde erkenden önce daha iyi motor korteksiyonelasyon elde etmesini sağlar. fNIRS ayrıca transkriptolojik olarak uyarlanabilir ve yaralanmalar ve yaralanmalar gibi beyin uyarılarını da yönlendirebilir.
Beyin-Bilgisayar Interfaces (BCIs)
fNIRS tabanlı BCIs, özellikle sınırlı motor kontrolü olan bireyler için alternatif sunuyor. Çünkü hemodinamik sinyalleri, kas eserlere daha sağlam ve belirli kortolojik bölgelerin birleşimine göre, fNIRS BCIs, iletişim ve çevresel kontrol için gönüllü olarak kullanılmaktadır. Kullanıcılar zihinsel arithmetici, motor görüntüleri veya müzik görüntüleyicileri kullanarak önceden önyükleme yapabilirler.
Sosyal Nörobilim
Doğal etkileşimler sırasında beyin aktivitesini ölçme yeteneği, hiperscanning için değerli yapar - birden fazla katılımcıdan ortak kayıt yaptırmaya değer. Hiperscanning çalışmaları, iş başında eş zamanlı ve zamansal bölgelerden sorumlu olarak, konuşma ve duygusal paylaşım sırasında, araştırmacılar, kontraseptif problem çözmede çalışan katılımcıların çiftlerinin, bu senkronizasyonun ön segment aktivitesinde eşanlamize edilmesi nedeniyle imkansız olacağını buldular.
Klinik Psikiyatri ve Ruh Sağlığı
fNIRS, psikiyatrik bozukluklar arasında ayrım yapmak ve tedavi yanıtını izlemek için giderek daha fazla uygulanır.Politikalarda prefrontal aktivasyon tespit etti, yönetici disfonksiyonla tutarlı olarak (PTSD) araştırma, prefrontal-muztal devreleri takip eden beyin aktivasyonunda hiperakustik olarak incelenebilir.
Sınırlar ve Teknik Meydanlar
Birçok avantajına rağmen, fNIRS, araştırmacıların dikkate alması gereken birkaç sınırlamayla karşı karşıyadır.
Sınırlı Derinlik Derinliği
Yakın-infrared ışık sadece beyine birkaç santimetre nüfuz edebilir, genellikle dışta 1-2 cm kortical dokuya ulaşır. Bu, serebral kortekste aktiviteyi ölçmek ve bazal ganglia, thalamus ve hippocampus gibi alt yapıları kısıtlar. Sonuç olarak, fNIRS tüm-brain kapsamı veya derin-brain değerlendirmesini gerektiren çalışmalar için fNIRS yerini değiştiremez.
Moderate Spasal Çözüm
FNIRS'nin uzaysal çözümü, kaynak-detektör çiftleri ile ve dokudaki ışık saçını çözmek için sınırlıdır. Standart konfigürasyonlar 1-3 cm kararlarına ulaşır, bu da fMRI'nın alt-millimeter kapasitesinden çok daha uygun bir şekilde sorumludur.
Ekstrakriz Interference için Hassasiyet
Işık, beyine ulaşmadan önce kafa derisine ve kafa akışlarında değişiklikler, yüzeysel sinyalleri ölçmek için kısmen doğrulanabilir, ancak bunlar da sağlam değildir.
Hareket Artifacts
fNIRS, EEG'den daha sağlam olsa da, optode temas basıncındaki aniden kafa hareketleri veya değişiklikler eserler tanıtabilir. Araştırmacılar, dalga filtreleme veya ana bileşen analizi gibi dikkatli hareket düzeltme algoritmaları uygulamalı ve aşırı hareketle denemelere ihtiyaç duyabilirler.
Sınırlı Standartlaştırma ve Reproducability
fMRI'nın aksine, yerleşik veri formatlarından (BIDS) ve analiz hatları (SPM, FSL), fNIRS işleme ve raporlama için evrensel olarak kabul edilen standart eksikliğinden yoksundur. Farklı sistemler farklı dalgalar, kaynak-tatisans yöntemleri ve kalibrasyon yöntemleri. Efforts Location Decisionr (FOLD) ve Beyin Görüntüleme Data Structure (BIDS) için uzatma sağlar.
Future rotası ve Gelişen Teknolojiler
Donanım, yazılım ve metodolojideki gelişmeler mevcut sınırlamaları ele alıyor ve fNIRS araştırmalarının ufuklarını genişletiyor.
Yüksek boyutlu ve Diffuse Optik Tomografi (DOT)
Optik tomografi algoritmaları ile birlikte 2-3 cm'nin alt-merkezli çözünürlüğü ve hatta çakıltma kaynak-detek mesafeleri kullanarak derinlemesine doğrulanabilir DOT sistemleri, 3D beyin aktivasyon görüntülerini gelişmiş uzaysal çözünürlükle yeniden inşa edebilir. DOT alt-merkezli çözünürlüğü elde edebilir ve hatta iki-3 cm derinliklere daha kompakt hale getirebilir.
Nörostimulation ile entegrasyon
Transkranial manyetik uyarı (TMS) ve tDCS gibi non-nvaziv olmayan beyin uyarı yöntemleri ile kombinasyonlama, kapalı-loop nöromodülasyon sağlar. Gerçek zamanlı fNIRS, kortical aktivasyon etkilerini izleyebilir ve parametreleri dinamik bir şekilde ayarlar.Bu yaklaşım, in vitro ve sağlıklı bireylerde bilişsel performans artırmak için kişiselleştirilmiş rehabilitasyon için araştırılır.
Beyin-Bilgisayar Interfaces için yakın Infrared Spectroskopi
Makine öğreniminde ilerlemeler, özellikle de spatiotemporal optik verilere göre tasarlanmış derin öğrenme mimarisi, fNIRS-BCIs. Portatif, giyilebilir fNIRS sistemleri kuru optodları ile kullanılabilir, potansiyel olarak, sürekli beyin-devlet izlemesi, ağır motor engelli kullanıcılar için.
Sanal Gerçeklikle Multimodal Entegrasyon
Sanal gerçeklik (VR) ortamları ile fNIRS'yi birleştirmek, araştırmacıların özellikle fobi tedavisi, ağrı yönetimi ve motor rehabilitasyonu için umut vericidir. Örneğin, çalışmalar uzaysal navigasyon, sosyal varlığı ve VR'de gözlemler incelendi, ön cephe ve motor kortektifasyonu sırasında.
Standartlaştırma ve Açık Bilim
Alan standart veri biçimlerine doğru ilerliyor (örneğin, fNIRS için BIDS), paylaşılan analiz hatları (örneğin, Homer3, NIRS Brain AnalyzIR), ve açık veri kümeleri. Bu girişimler en iyi uygulamaları teşvik etmek için önemli bir rol oynayacaktır.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Yakın çevreli spektroskopi, insan beynindeki görüntüleme aracında değerli ve tamamlayıcı bir araç olarak ortaya çıktı.In non-envaziyetli doğası, portability, security ve ve beyin aktivitelerini doğal olarak yakalama yeteneği, sosyal, sosyal ve klinik nörobilim için vazgeçilmez hale getirir.Süresel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel bir şekilde zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak, zihinsel olarak
Daha fazla okuma için, Ferrari & gibi yazara dayalı incelemelere atıfta bulun; Quaresima (2012) inurFLT:0)NeuroImage), Pinti ve al. (2020) in theUCBIDS uzantıları[Döneticileri için 3 ) ve fNIRS Society'nin açık kaynak yönergeleri.