Q： 正在测量什么？

Q： 潜在可供研究的区域？

Q： 响应时间？

Q： BNC触发延迟？

Q： 传感器放置指南？

Q： fNIRS的优势和局限性？

Q： 确定地点或活动？

Q： 协议指南？

Q： 汗液问题？传感器饱和时的影响？

Q： 呼吸/心脏信号干扰？

Q： 来自运动伪影的干扰？

Q： 空间分辨率

Q： 正在处理？

Q： 功率输出？

Q： 用于儿童或新生儿？

Q： 肿瘤会影响fNIRS信号检测吗？

Q： 为什么fNIRSoft和/或COBI软件不能启动？

响应

Anna Merzagora、Kurtulus Izzetoglu和Hasan Ayaz Drexel大学

Q： 正在测量什么？

A： BIOPAC的fNIRS系统不是血氧测定设备。该装置测量氧合和脱氧浓度相对于一个控制条件的变化。相反，为了获得%O2饱和度，我们需要有氧和脱氧的绝对量，以便计算（大致）氧/（氧+脱氧）。其他基于略微不同概念的fNIR设备（例如，属于“时间分辨”和“频域”光谱系统而非“连续波”系统的命名组的设备）可以做到这一点。然而，由于硬件更为复杂，价格通常在10万至40万美元之间。

Q： 哪些领域可供研究？

A： 罗斯外侧前额叶皮层：更准确地说，可以通过fNIRS成像设备监测以下布罗德曼区域：10、11、46、47，用于执行功能，如：工作记忆、注意力、解决问题、决策等。

布罗德曼区域fNIRS

如果受试者秃顶或剃光头，fNIRS传感器可以访问前额以外的其他皮质区域。然而，有些领域很难达到。例如，腹内侧PFC（即中央“折叠”的皮层部分和眼睛后面的眶额叶皮层“折叠”，因此无法接近）。此外，由于耳朵的原因，我们的探头无法完全触及颞皮层。同样，运动皮层和视觉皮层可用于测量没有毛发的受试者。

请参阅Liu，Y.等人的《用功能近红外光谱测量说话人-听众神经耦合》中有关fNIRS光电极位置的更多信息。Sci Rep 7，43293（2017）和随附的补充信息。

Q： 响应时间？

A： 正常的血流动力学反应在2秒-6秒之间。对于一些人，如果不够警惕或睡眠不足，可能需要10秒。

Q： BNC触发COBI延迟？

A： 从COBI中开始记录到发送触发的延迟将不超过5毫秒。fNIR成像仪发送150毫秒宽的脉冲，脉冲的正上升沿应用于同步。

Q： 基于感兴趣的大脑区域选择的传感器放置指南？

A： 对于普通成年人来说，传感器覆盖了大部分前额（无毛部分）。如果传感器放置在头部侧面有毛的部分，则这些侧面通道（左侧1-2，右侧15-16）上的信号强度会降低。出于实际目的，如果按照以下方式放置，将提供最佳标准化措施：

i、 传感器的中间应指向受试者的鼻子

二。传感器的底部应该正好在眉毛上方

iii.传感器的侧面不应超过侧面的毛部分

Q： fNIRS的优势和局限性是什么？

A–优势：便携性，因此可在现场部署；更安全——使用发光二极管，而不是激光；经济实惠——成本比其他产品低得多；存在各种验证研究来监测背外侧前额叶皮层；易于使用–校准、基线记录和探针放置对实验者来说不超过10分钟。16个通道非常适合全额扫描。

A–限制：无法对头骨的多毛部分进行扫描，因此只能进行前额扫描；没有氧和脱氧血红蛋白浓度的绝对测量值&只有与基线相比的相对测量值。然而，请记住，大多数认知协议设计都与设备操作一致，因为大多数任务协议需要“休息”记录；不允许全脑扫描——注意，一些认知研究需要同时从其他大脑区域进行测量；此外，这是一个光谱学系统，而不是一个光学地形图系统，它允许对不同深度的大脑进行多通道筛查，以便获得更好的二维图像–请注意，地形图系统不适合现场设置，因为其大小是一个问题。

Q： 确定地点或活动？

A： 这主要取决于认知协议设计，这是所有神经成像设备的真实陈述。如果该协议没有在大脑中引发任何信号，就没有办法记录它。然而，包括德雷克塞尔光学成像团队在内的多个小组已经实施了该协议然而，包括Drexel光学成像团队在内的各个小组已经实施了许多标准化协议，用于工作记忆（即，n-back）、注意力（目标分类，ANT）、问题解决（anagram），认知工作量（空中交通管制员任务、无人机地面管制员任务等），并证明所有协议诱导的活动均已识别，结果与fMRI和/或EEG研究一致。

Q： 协议指南？

A： 当我们为各种研究设计方案时，我们总是要通过fMRI方案，并在测量相同的生物标志物时，尽量与响应时间的设置保持一致。用户应查阅fMRI文献，并使用其方法来计算刺激次数、刺激间时间等。例如，我们的注意力研究方案甚至有1.5秒的反应时间。fMRI研究/参考文献是方案设计的良好来源，因为已经发表了许多认知相关研究的研究。

Q： 汗液问题？传感器饱和时的影响？

A： 出汗会影响光学特性，因此，由于出汗而非血流动力学，吸收变化变得显著。由于受试者在基线记录过程中没有出现这种迹象，一旦他们在方案/记录过程中开始出汗，读数可能会发生变化。然而，一旦传感器的表面完全饱和并且可以消除，效果就相当稳定。

Q： 呼吸/心脏信号干扰？

A： 这种干扰可以通过不同组发布的各种方式（过滤、PCA等）消除。

Q： 来自运动伪影的干扰？

A： fNIRS肯定比其他技术（如fMRI）更强大，尽管它并非完全免疫。然而，研究表明，信号可以在一定程度上被清除；如果您的实验方案要求受试者移动或行走，我们建议添加一个加速计来帮助开发基本滤波器（该运动伪影校正程序也已发布）。

在最初的研究中，利用在跑步机上跑步的受试者，我们能够消除运动的影响。然而，我们使用了一个额外的传感器（加速计）来记录头部运动，并使用其中的信息消除了这些影响。总之，fNIRS可以用于此类实验，但请注意，应采取额外的步骤，例如使用加速计。不用说，它还需要先进的信号处理。标准过滤和程序不适用于去除伪影。需要基于头部运动记录应用具有微调参数的自适应滤波。否则，结果将不可靠。

Q： 空间分辨率

A： 传感器可以访问1-2厘米深的区域。前额皮层的位置可以通过16个通道的测量获得。空间分辨率由一个区域中的源探测器对的数量给出：在这种情况下，前额探测器携带16对，因此分辨率为几厘米。然而，尽管fNIRS是一种功能成像技术，它提供了直接位于某个源探测器对之下的大脑皮层血流动力学活动的信息，它不提供任何结构信息。你可以很好地推断出你正在监测的皮质区域，但为了更精确地定位，建议进行结构MRI。类似地，fNIRS探针能够监测更浅皮层区域的活动，因此在这种情况下谈论3D定位是不合适的。

2D地形图可以从测量中生成，但是3D重建对于这样的光谱测量没有意义，因为系统不提供多层测量。因此，三维地形图可能存在问题。如果使用基于MRI解剖图像（模板）的记录进行关联，则可能生成3D重建。Matlab提供了一些工具，即使缺少一些像素（前额结构的所有层都没有记录），也可以进行粗略的重建，这在我们的系统中就是如此。

该系统在光学窗口内使用特定波长（730nm和850nm）的光。一旦光子被引入人体头部，它们要么被头部不同层（皮肤、头骨、脑脊液、大脑等）的细胞外边界散射，要么主要被氧和脱氧血红蛋白吸收。距离光源2.5厘米的光电探测器可以收集未完全吸收的光子，以及沿着光源和探测器之间的“香蕉形路径”传播的光子，如下所示。

那些与香蕉形状尖端组织相互作用的光子是每个成对检测器检测到的概率很高的光子。这是光学物理学中一个公认的原理。因此，源信号定位非常清晰那些与香蕉形状尖端组织相互作用的光子是每个成对检测器检测到的概率很高的光子。这是光学物理学中一个公认的原理。因此，源信号定位被很好地定义，在我们的系统中测量的光强度揭示了与距离源检测器布置中心约1-1.5cm范围内的血流动力学变化的关联。

通过测量两个波长的光密度（OD）变化，可以获得氧和脱氧血红蛋白随时间的相对变化（这也是我们除了原始强度测量之外提供的数据流），并记录在我们的系统中。所有这些计算——ODs和浓度变化——都是根据修改后的比尔-朗伯定律计算的。为了尽可能消除串扰并提供更好的定位，特别选择这些波长对（730-850nm），并顺序激活所有光源。也就是说，首先我们打开第一个光源，在一个波长下进行4个通道测量，然后在其他波长下进行测量，然后打开第二个光源，等等。此外，所有测量都与每个基线记录相关。换句话说，受试者在开始时应处于休息状态，同时记录每个检测器的基线水平。当认知任务启动时，所有测量都与每个单独的检测器基线相关。

Q： 正在处理？

A： 生的与加工的（利用修正的比尔-朗伯定律）

所有计算都是在Cobi中完成的，特别是经过修改的比尔-兰伯特定律。这是所有功能近红外光谱设备的标准。为此，有两种显示布局。当您启动设备时，您会看到用于校准目的的原始信号——检查信号电平和传感器是否放置正确等。然后，程序保存原始信号（如有必要，用于后处理）以及所有处理数据，如氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白数据。在校准和基线后的在线记录过程中，用户可以选择布局（oxy.clf文件）以实时查看计算和处理的数据。在COBI文件夹下，我们为此目的提供raw.clf（校准/基线期间所有通道的原始数据显示）和oxy.clf（实时功能性大脑活动任务记录期间）。但是，用户可以以任何方式修改所有这些设置。它允许定制。

Q： 功率输出？（估计）

A： 光功率取决于LED电流以及光的波长。fNIRS系统中使用的每个LED模块可以发射三种波长（730nm、805nm或850nm）的光。当LED电流为20 mA时，在一个波长下发射的典型功率为12 mW。LED模块（TO-5封装，8引脚）具有直径为6.1 mm的玻璃透镜。因此，当以20 mA驱动一个波长的LED时，平均辐照度约为41 mW/cm2。

fNIRS系统的工作频率为2 Hz（但可以增加）。每个周期为500 ms。如果fNIRS系统使用全头探头（4个LED模块和10个检测器）运行，则每个LED模块的730 nm和850 nm（805 nm从未激活）LED将依次打开约33 ms。因此，在500毫秒的任何一个周期中，有八个时隙，每个时隙33毫秒，在此期间，某一波长的一个LED被打开。在500毫秒期间，光功率的暴露量为：41 mW/cm2，264毫秒（33毫秒X 8）。500 ms或任何连续操作时间的平均暴露量为21.6 mW/cm2。

Q： 用于儿童或新生儿？

A： 在儿童身上使用fNIRS与其他神经成像方式（如脑电图）没有什么不同。当你研究孩子时，同样的问题和问题存在于所有人身上。然而，只要探头放置舒适且稳定，我看不出孩子在经历多个范式时有什么大问题。当然，当受试者变得不知所措，注意力转移时，长范式需要额外的关注——成年人也是如此。此外，预计孩子们会移动，很难让他们呆在原地。这可能导致需要从fNIRS测量中剔除的主要运动伪影。有大量文献发表在儿童中使用近红外光谱。文献搜索的关键词是“儿童近红外光谱”或儿童近红外光谱仪等。然而，我们没有任何特别的照明/论文专门提到我们的系统和儿童应用。我们对新生儿的研究很少，只进行了一个简短的方案。

Q： 肿瘤会影响fNIRS信号检测吗？

A： 额叶皮质肿瘤可能会影响氧合（该区域的毛细血管），如果测量区域没有血管化，您可能检测不到任何信号，或者您可能会看到光电探测器饱和。

Q： 为什么fNIRSoft和/或COBI软件不能启动？

A： 如果fNIRSoft和/或COBI软件拒绝启动或仅启动