fNIRS，全称为功能性近红外光谱技术（Functional Near-Infrared Spectroscopy），是一种无创脑成像技术。它通过检测大脑活动时血液中氧合血红蛋白（HbO2）和非氧合血红蛋白（Hb）的变化来研究大脑功能。这项技术因其无创性、实时性和便携性而在神经科学、心理学和教育等领域得到了广泛应用。
fNIRS技术原理
近红外光谱原理
fNIRS技术基于近红外光谱的原理。近红外光波长在700到2500纳米之间，这段波长的光在生物组织中的穿透性较好，能够穿透皮肤和头皮，达到大脑表层。当光照射到大脑时，部分光会被组织吸收，剩余的光则穿透组织并反射回来。
光吸收差异
大脑活动时，神经元之间的突触传递会导致能量代谢增加，从而产生更多的氧合血红蛋白。氧合血红蛋白和非氧合血红蛋白对近红外光的吸收特性不同，前者吸收光的能力较强，而后者吸收光的能力较弱。
数据采集与处理
fNIRS设备通过发射光源（通常是发光二极管LED）和接收器（通常是光电二极管或光电倍增管）来采集数据。光源发出特定波长的近红外光，经过大脑组织后，被接收器接收。接收器收集到的光信号经过处理后，可以计算出大脑不同区域的血氧变化。
fNIRS设备操作指南
选择合适的设备
市面上有多种fNIRS设备，选择时应考虑以下因素：
- 研究需求：不同的设备适用于不同的研究目的。
- 舒适度：设备应便于佩戴，减少受试者的不适感。
- 数据质量：设备应具有高信噪比，保证数据质量。
设备组装与调试
- 组装设备：按照说明书组装fNIRS设备，包括连接光源、接收器和数据采集系统。
- 调试设备：确保所有部件连接正确，光源和接收器对准。
数据采集
- 选择受试者：根据研究目的选择合适的受试者。
- 佩戴设备：指导受试者正确佩戴fNIRS设备，确保光源和接收器与头皮紧密接触。
- 数据采集：启动设备，开始采集数据。采集过程中，注意保持设备稳定，避免受试者移动。
数据分析
- 预处理：对采集到的原始数据进行预处理，包括去除伪迹、校正基线等。
- 统计分析：使用合适的统计方法分析数据，例如时域分析、频域分析和统计参数图等。
fNIRS技术的应用
fNIRS技术在以下领域有着广泛的应用：
- 神经科学研究：研究大脑在不同任务中的活动模式。
- 心理学研究：研究认知过程、情绪和心理障碍。
- 教育领域：评估学生的学习效果和大脑活动。
总结
fNIRS技术作为一种无创脑成像技术，在神经科学、心理学和教育等领域具有广泛的应用前景。通过了解其原理和操作指南，我们可以更好地利用这项技术进行科学研究。