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在人類的悠久歷史中，人類大腦如何運作至今仍然是最大的謎團之一。可視化腦功能成像作為重要的腦功能研究技術(shù)近年來迅速發(fā)展，其中“近紅外光腦功能成像技術(shù)(fNIRS)”作為新一代腦科學研究技術(shù)而備受關(guān)注。

由于近紅外光腦功能成像技術(shù)(fNIRS)可以在接近自然的環(huán)境中進行測量，具有非侵入性和對被試者約束性低等特點，被廣泛用于心理學、教育、醫(yī)學研究、康復研究、運動醫(yī)學研究、工程研究、汽車和化妝品等多個領(lǐng)域。

島津作為先進分析儀器生產(chǎn)商，從上個世紀八十年代開始著手進行近紅外光腦功能成像技術(shù)(fNIRS)產(chǎn)品的研發(fā)，并于1991年上市第一款商業(yè)化產(chǎn)品OM-100A。隨著近紅外光腦成像技術(shù)的不斷發(fā)展，島津產(chǎn)品也隨之進行更新，在2012年和2016年分別推出了多通道近紅外光腦成像系統(tǒng)LABNIRS和便攜式近紅外光腦成像系統(tǒng)LIGHTNIRS。

應用案例

島津LIGHTNIRS通過fNIRS進行能力評價的可能性研究飛機駕駛的腦功能測量

本案例介紹了有經(jīng)驗飛行員與無經(jīng)驗飛行員在實際飛行訓練中使用飛行模擬器進行兩次不同難度的著陸模擬實驗，通過fNIRS評估他們前額葉背外側(cè)皮層 (DLPFC) 的大腦活動差異。

被試驗者人數(shù)：ANA所屬的男性飛行員12名，其中有經(jīng)驗飛行員6名：累計飛行時間10,490±1260小時；無經(jīng)驗飛行員6名：累計飛行時間120±72小時。

在飛行模擬器中保持放松靜止狀態(tài)2分鐘后，受試者在4分鐘內(nèi)完成從2000英尺的高度著陸任務，重復操縱模擬5次(2次簡單任務，3次困難任務)。為了去除噪音，對fNIRS數(shù)據(jù)實施了0.1Hz低通濾波器和血流動力學分離法，將各數(shù)據(jù)的任務起點設為0進行了基線校正。經(jīng)過這些處理后，計算了在1500英尺到500英尺的飛行中Oxy-Hb的平均值。

為了評估性能，我們使用飛行模擬器儀器從1500英尺到500英尺進行評分。利用飛行模擬器(空速、節(jié)距、方位、傾斜、滑道及N1 (發(fā)動機推力設定值))的能力，我們計算每個參數(shù)理想值的偏差，并計算平均值和標準偏差值。這些值表示得分越低，性能越好。

fNIRS通道布局

測量部位：前額葉皮層22通道（根據(jù)Fastrak位置測量和NIRS-SPM計算的布羅德曼區(qū)分布，設置左右DLPFC如右圖）。

結(jié)果結(jié)論

無論任務的難度如何，飛行模擬器的得分都是有經(jīng)驗飛行員比無經(jīng)驗飛行員表現(xiàn)更好。在兩個受試者組中，DLPFC活動 (Oxy-Hb平均值) 在困難任務中往往高于簡單任務。此外，無論任務的難度如何，有經(jīng)驗飛行員DLPFC活動均高于無經(jīng)驗飛行員。有經(jīng)驗飛行員在考慮到意外狀況的情況下飛行表現(xiàn)良好，這可能導致DLPFC活動很高。

有經(jīng)驗飛行員和無經(jīng)驗飛行員 DLPFC活動的左右差異比較

此外，在簡單任務和困難任務相結(jié)合的總體結(jié)果 (每個受試者平均著陸5次) 中，有經(jīng)驗飛行員在左側(cè)DLPFC中顯示出比右側(cè)DLPFC顯著更高的大腦活動 (p<0.001) )，無經(jīng)驗飛行員的左右腦活動無顯著差異。分析結(jié)果表明，無經(jīng)驗飛行員通過左右腦合作來執(zhí)行任務，而有經(jīng)驗飛行員是讓左DLPFC發(fā)揮優(yōu)勢來執(zhí)行任務。

結(jié)語

這項研究結(jié)果表明，島津LIGHTNIRS設備的檢測結(jié)果可用于證明“認知年齡模型的腦活動的左右不對稱性，是基于技能能力和熟練度的差異而不是年齡”。

注：僅供研究參考，不作為臨床診斷依據(jù)。

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