之前的推文中已经详细讲解了近红外的基本原理。为了更好的了解本文,在此我们在此简要回顾一下近红外的原理。
功能近红外光谱技术是一种非侵入性的测量大脑活动的方法。由于含氧血红蛋白(HbO)和脱氧血红蛋白(HbR)的吸收光谱频率不同,因此可以通过近红外光(波长通常为650 – 950 nm)测量来确定HbO和HbR的浓度变化(Ferrari & Quaresima, 2012; Scholkmann et al., 2014)。当光源和探测器的范围在3cm左右时。近红外光可以穿透大脑皮层1-1.5cm,研究者可以借此研究大脑中的神经变化过程(Fukui et al., 2003)。
大脑由具有不同光学特性的各种组织组成,而近红外技术在原理上是通过探测传入光和穿出光的变化进而反应大脑血氧变化的,因此研究头部的光学非均质性对光在大脑中的传播的影响是十分有必要的(Jue & Masuda, 2013)。
成人头部截面如图所示。人体的大脑是一个分层结构,它是由头皮、颅骨、硬脑膜、蛛网膜、充满脑脊液的蛛网膜下腔、硬脑膜、灰质和白质构成。大脑中头皮和头骨的厚度是不均匀的,大脑表面折叠着沟。这些复杂的结构对大脑中的光子迁移均会产生影响(Jue & Masuda, 2013)。
在近红外数据采集中,近红外数据可以写成下图公式。这个数学模型强调了两个重要的事实:首先神经数据是由大脑、设备、获取参数和不同噪音引入的不同成分的混合物;(其次大脑的变化可能由年龄、基因、种族、疾病和其他因素(如刺激、生活方式或环境因素)引起。而在短时间采集中,就算是同种设备,机器噪声的干扰也大于所想探测的生理信号。因此,深入理解噪声不仅有利于我们识别它,更能帮助我们更好的认识神经信号的本质(Scholkmann et al., 2022; Zhu et al., 2023)。
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