fNIRS技术在临床、科研应用中的经典范式:Go/No-go

学术   2024-06-07 17:37   湖北  
近红外脑功能成像技术(Functional near-infrared spectroscopy,fNIRS) 是一种新型的无创神经影像技术,它利用可透过生物组织波长为600-900nm的近红外光,探测大脑皮层血液中的主要成分氧合血红蛋白(oxy-HB)和脱氧血红蛋白(HbR)的浓度变化,从而实现检测和判断大脑活动状态的目的。fNIRS技术近年来的应用越来越广泛,尤其是在脑科学和脑疾病研究领域,也被称为“戴在头上的功能核磁”。



fNIRS技术因其场景适应性强,运动伪影影响较小,适用人群无禁忌,操作简易快捷,同时具备较好的空间分辨率与时间分辨率等优势,目前被广泛的应用于心理学、体育运动、认知神经科学等领域的研究。

在医学领域也被用于评估大脑在执行运动任务、感觉任务、作业执行任务、认知任务时的大脑皮质活动状态和功能水平,为不同疾病的早期预防、诊断和评估提供客观的影像学证据。

其任务范式设计通常基于特定的研究目的和实验条件,例如语言流畅性任务(VFT)、N-back任务、Go/No-go任务、stroop任务、运动任务、静息态等。

本文主要介绍Go/No-go经典范式在fNIRS研究中的应用,后续也将陆续推出其他范式在fNIRS研究中的应用。


上一期:fNIRS技术在临床、科研应用中的经典范式:N-back



Go/No-go范式


Go/No-go实验范式是一种常用的心理学实验范式,可以用于评估个体的认知控制能力和抑制能力。此范式通常是随机交替呈现两个不同的字母或图案,要求被试对其中的某个刺激作反应(Go),而对另一个刺激不反应(No-go)。

Go/No-go范式的应用非常广泛,不仅可以用来研究反应抑制能力,还可以用来探讨其他认知过程,如注意、记忆等。




Go/No-go范式应用方向和临床研究


Go/No-go范式作为一种研究反应抑制能力的经典范式。常用于神经发育疾病,如注意缺陷多动障碍(ADHD)和自闭症谱系障碍(ASD)疾病

Go/No-go范式可从脑活跃程度来考察认知相关功能,任务下的激活可对ADHD儿童进行分类。还可用于精神类疾病,如精神分裂症的研究。



标准实验设计


实验材料:动物图片/形状/字母等。


实验时长:单个刺激(trial)呈现时间一般在1秒左右,总时长控制在5-6分钟。


刺激条件:在Go/No-go的block中,Go刺激与No-go刺激各占实验的50%。


观测脑区:一般为前额叶。



Go/No-go范式用于区分注意力缺陷多动障碍儿童与正常儿童


研究目的:


研究fNIRS是否可以检测区分注意缺陷多动障碍(ADHD)儿童和正常发育(TD)儿童的氧合血红蛋白(oxy-HB)的不同浓度变化。

实验设计:

受试者分为ADHD(n=14)和TD(n=15)两组,使用52通道的两波段fNIRS设备,通道按照脑电10-20标准排布在前额叶以及左右颞叶(见下图1),执行"Go/No-go"任务:通过计算机或其他刺激呈现设备向受试者展示一系列刺激。

当呈现"Go"刺激也就是“O”,受试者需要尽快做出反应(按键);当呈现"No-go"刺激也就是“X”时,受试者则抑制自己的反应(即不按键)。两组进行的Go/No-go任务安排如下图2。





图1 通道排布 


图2 任务流程

研究结果:


TD组左额极皮层(FPC)的oxy-HB增加,但ADHD组的oxy-HB在任务中没有增加,ADHD组左侧FPC的激活程度比TD组低(如下图3)。

 








图3 两组PFC(CH37)激活差异


基于fNIRS技术下的Go/No-go范式,可以检测区分注意缺陷多动障碍(ADHD)儿童和正常发育(TD)儿童在特定脑区的氧合血红蛋白(oxy-HB)的不同浓度变化。



总结


Go/No-go范式通过对比目标刺激和非目标刺激下的反应时长和正确率等指标,通过分析被试在不同刺激条件下的反应时间和准确性,可以探究受试者在不同条件下的认知控制能力和抑制能力,了解不同个体的认知加工过程和神经机制。Go/No-go范式逐渐成为注意力、抑制控制、记忆、认知加工以及精神疾病、神经退行性疾病研究中的有力工具。


☞ 参考文献:

[1] Miao S, Han J, Gu Y, Wang X, Song W, Li D, Liu Z, Yang J, Li X. Reduced Prefrontal Cortex Activation in Children with Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder during Go/No-go Task: A Functional Near-Infrared Spectroscopy Study. Front Neurosci. 2017 Jun 28;11:367. doi: 10.3389/fnins.2017.00367. PMID: 28701914; PMCID: PMC5487426.


依瑞德集团近红外脑功能成像系统内置多种方案,通过不同的任务任务范式获取脑血氧变化信号,提取脑激活、脑网络连接等有效的度量参数,可作为不同脑功能障碍疾病辅助诊断和评价的生物学指标,对于疾病的辅助诊断与疗效评估、疗效预测具有重要的临床价值。


此外,结合信号分析方法可提供与治疗相关的大脑皮质激活、脑网络连接变化信息,在病情程度评估、指导治疗以及疗效评价方面具有重要价值。


依瑞德fNIRS设备内置多种不同研究方案(如上图)

支持多种不同维度的结果呈现(如下图)


另有更多实用功能

等您解锁


☞ 阅读推荐:

1. 重磅利好!近红外脑功能定量检查首次纳入《全国医疗服务项目技术规范》

2. fNIRS技术在临床、科研应用中的经典范式:(N-back范式)

3. fNIRS在精神领域的应用现状及展望


















脑科学与神经调控
依瑞德集团旗下学术公众号,致力于分享国内外脑科学前沿技术、研究成果及行业动态,并带你玩转TMS、tDCS、fNIRS等最新脑检测和神经调控技术
 最新文章