近红外脑功能成像技术应用于超扫描技术(一)

时间:2022-09-19 编辑:瀚翔医疗 浏览数:371

1 超扫描简介 

超扫描是一种新兴的神经科学研究技术,对于考察“社会脑”相关的科学问题十分必要,一是对社会互动中所有被试的大脑活动进行同步测量,这使得社会互动中大脑神经加工的相关信息得以重视,使研究者可以收集与正在进行的社会互动有关的皮层加工动态信息。二是超扫描的应用,使得构造有效的社会互动情境成为可能,提高了研究的真实性。三是通过超扫描技术的应用,我们能更深入的了解一些病人受损的社会互动机制(Chiu et al.2008)。 


由前人研究可知,最早进行的核磁双人扫描是在 2002 年,使用两种不同的核磁设备在两名被试进行简单的互动游戏时的扫描测量,之后 80%的社会认知行为都通过核磁扫描来获取数据,后来发展为可使用同一核磁室进行双人核磁扫描,即增加核磁内的扫描线圈即可。02 年的文章表明了核磁扫描双人互动的可能性,也为核磁下的超扫描技术发展带来一定的引导作用。 


但实际上,在 1965 年,就有进行的脑电双人扫描测量,但因其缺乏可信成 熟的统计指标,该文献遭受了大量的怀疑和批评,但随着脑电记录的精确性和分 析的技术的成熟,EEG 也普遍应用于双人扫描的研究中。 


2 超扫描技术文献 


根据以往文献研究,使用脑电、核磁、近红外等进行超扫描研究的文章如下所示: 



值得注意的是以上双人测量都是一台设备测量一个被试,双人及多人扫描重要问题在于时间序列上的同步性,虽然在EEG 中采用了使用不同 trigger 连接到局域网的措施进行,但仍不如近红外测量的巧妙。 


不同于脑电和核磁测量,近红外的双人扫描不仅可以一台设备测量一个被试,也可以一台设备同时测量两个被试。不过相比较不同的是,使用一台近红外设备测量两个及以上被试需要考虑到光源和探测器的数量,因此推荐使用高配置(多探测器和光源)近红外设备。 


3 超扫描的近红外测量 


尽管以往研究使用过 fMRI 和 EEG 技术来进行超扫描,由于它们本身对环境的要求非常严格,被试有很强的受束缚感,且互动个体间不能直接交流,所以研究结果并不一定能反应真实情景,随着 fNIRS 技术的成熟,很多研究者开始使用该技术研究真实情境下社会互动中个体间的大脑活动情况。Cui, Bryant & Reiss (2012)使用 NIRS 对同时完成合作和竞争任务的两名被试的大脑活动进行扫描,并用小波相关分析,结果发现在合作过程中用 NIRS 进行超扫描显示在额上回人际相干增加。 


使用近红外进行超扫描测量,如下图所示,不仅可以使用同一台电脑进行双人的测量,还可以将设备串联后,形成四人甚至多人在同一计算机上的测量,测 量方式的多样化,为自然情境下不同被试的研究提供了便利。

在对以往的研究发现,与普通的人--机互动相比,人—人之间的互动具有更高的生态效度,此外,与单一被试相比,多被试互动能够更好的理解个体在人际互动中的认知能力。所以超扫描为我们在较为真实的社会环境中考察了多个被时间的大脑互动神经机制提供了途径,使我们可以对多个大脑活动的活动信息进行同时的采集和分析。 


如研究者利用 NIRS 通过手指点击模仿任务,考察了被试双方的对侧初级运动皮层,证实了与非模仿行为相比,模仿行为会使被试间产生更强的大脑联结及 脑间同步。 


此外,研究面对面交流互动游戏的近红外文章越来越多,2016 年 5 月份发表的近红外文章,使用一台台式近红外同时测量两名被试玩叠叠乐的游戏并证实在进行两种不同性质的交流活动中两名被试的不同和相同激活差异研究,这也证 实使用近红外设备可以比较方便的进行双人之间的互动研究。 

图 2-1 A 描述了被试一起做脑电任务,并同时戴测量帽接受超扫描 B 图表示两名被试在做合作任务时第 17 通道(额上回)上的脑波相关状况图