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fNIRS和EEG同步采集大脑对视听觉刺激的反应

来源：萌宠菠菠乐园时间：2024-09-18 03:45

大量研究表明，功能性近红外光谱技术（fNIRS）是一种研究婴儿和成人初级视觉加工的可靠工具。然而，对fNIRS在初级听觉加工研究中的探索却寥寥无几。

这里我们使用一个系统的三级验证方法来检验fNIRS是否可以表征自下而上的听觉加工这样的基础加工过程。实验中使用经典的翻转圆形棋盘格视觉刺激（Sandmann等，2012），共有4种视觉刺激类型，以及4种听觉刺激材料。在实验时视觉和听觉刺激以随机顺序呈现，并且视觉和听觉任务在被试间进行了平衡。采用fNIRS-EEG同步记录的方法收集了24个被试的实验数据。

数据采集方法：使用美国NIRX公司生产的NIRSCOUT 8*16系统来采集fNIRS数据， 8个光源和12个探测器被放置在头部的颞叶和枕叶区域。兴趣区被定义为左右侧听觉区和左右侧视觉区。在每个区域放置2个光源和3个探测器。一个光源和相邻探测器之间的距离大约为75px。每个相距为75px的光源—探测器对形成一个通道。导致每个区域有5个通道，总共20个通道。光源发射760nm和850nm两种波长的近红外光，采样率为6.25Hz。

在采集fNIRS数据的同时采用德国 Brain Products公司生产的BrainAmp DC放大器，BrainVision记录软件及Easycap电极帽来记录被试的脑电数据。脑电系统的采样率为1kHz，采用0.016Hz -250 Hz进行在线滤波。在数据采集前电极阻抗保持在20kOhm以下。

上图显示了实验中使用的个性化定制EEG&fNIRS同步采集帽及电极和光极的排布。

该实验设计旨在探讨神经活动的改变与血氧浓度的变化之间的关系。在第一个水平上，fNIRS结果清晰的显示了视觉和听觉感受通道之间的区别，尤其是证实了“区域特异性”和“刺激选择性”，“区域特异性”即在视觉刺激任务中fNIRS指标反应的视觉皮层的激活要显著大于听觉皮层，而在听觉刺激任务中fNIRS指标反应的听觉皮层的激活要显著大于视觉皮层。“刺激选择性”是指视觉刺激比听觉刺激引起了视觉皮层更大的激活和听觉皮层更小的激活。在第二个水平上，在大脑视觉区发现fNIRS信号的强度变化受刺激调节，而在听觉区域发现fNIRS信号的强度变化受声音响度调节。在第三水平上，我们观察到了同时记录的视觉诱发电位和脱氧血红蛋白浓度（DeoxyHb）之间的相关，以及听觉诱发电位和氧合血红蛋白浓度(OxyHb)之间的相关性。

总之，这些结果表明fNIRS对于视觉和听觉区域的初级感觉加工都具有相当灵敏的反映，并能进一步证明血红蛋白浓度变化和非侵入性脑电活动之间存在神经血管耦合。

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