每年9月5日是国际脊髓损伤日，近年来，功能性近红外光谱(fNIRS)技术在脊髓损伤研究中发挥着重要作用。在这个特殊的日子里，小磁专门为大家整理了一篇极具价值的文献。该文献通过运用fNIRS的N-back任务研究脊髓损伤(SCI)个体与健全(AB)个体工作记忆的神经血管相关性发现：SCI患者在2-back任务中右顶下小叶的活动增加，整体在N-back任务表现上与AB组无差异。脊髓损伤患者常出现认知障碍，但损伤后认知功能改变导致的功能性脑重组程度尚不清楚，且缺乏相关神经影像学研究。功能磁共振成像(fMRI)和结构磁共振成像(MRI)虽用于研究脑重组，但在研究脊髓损伤后的上位脊髓变化时有局限性，而fNIRS更灵活便捷，可用于此领域研究。![]()
研究方法
1.参与者：招募19名SCI患者和25名年龄、性别匹配的AB个体，SCI组排除标准包括损伤后一年内、四肢瘫痪、有创伤性脑损伤史等；AB组应用相同排除标准且无SCI史；纳入标准为SCI组损伤后超过一年、手臂有自主运动等，AB组为18-65岁且能说英语。2.认知测试：所有参与者进行神经精神科认知评估工具(NUCOG)测试，评估多个认知领域，如注意力、记忆、视结构能力、执行功能和语言技能等。3.N-back任务：通过E-Prime2.0软件实施三个认知负荷水平（0-back、2-back和3-back）的N-back任务，刺激通过计算机屏幕呈现，参与者根据屏幕上显示的字母刺激点击计算机键盘上的左右箭头键。![]()
4.fNIRS数据采集：使用连续波fNIRS系统，配置30个通道覆盖多个兴趣区域，数据预处理包括转换为光密度值、头动校正、带通滤波等，后续分析使用氧合血红蛋白(HbO)数据。![]()
5.行为评分：收集每个区块和每个N-back任务的准确性、响应时间和d-prime分数以评估性能。6.fNIRS任务激活指标：对N-back的fNIRS数据进行Block平均和一般线性模型(GLM)分析，提取任务激活指标如曲线下面积(AUC)、达峰时间(TTP)、最大HbO(maxHbO)和HbO标准差(stdHbO)信号等。1.NUCOG分数：AB和SCI组在综合NUCOG分数上无显著差异，但在执行功能子域上，SCI组得分显著低于AB组，其他认知域无显著差异。(A)健全(AB)组和脊髓损伤(SCI)组的神经精神单元认知评估工具(NUCOG)评分分别用绿色和橙色条表示。(B) NUCOG测试分数的子域也被显示出来，AB组和SCI组在执行功能上有显著差异(独立样本检验，t(42)=2.98, p=0.0047, 95%置信区间:[0.35,1.81]，Bonferroni调整α = 0.01(0.05/5))。从NUCOG子域的总分：注意力，视觉结构，记忆，执行和语言，被添加，以获得综合NUCOG分数。** p<0.01。2.N-back任务表现：N-back任务水平和区块对行为分数有显著影响，两组在准确性、响应时间和d-prime分数上无显著差异，但随着任务难度增加，表现变差；在2-back任务中，两组在不同区块的表现有显著差异。(A)准确性,(B)反应时间,(C)d-prime分数显示了脊髓损伤(SCI)组和健全(AB)组每个N-back任务的执行情况。d-prime是一种在心理学和认知科学研究中常用的指标，用于评估任务表现中的敏感性。在文章中，它被用于计算N-back任务中的表现。d-prime值可以反映参与者在任务中区分目标和非目标刺激的能力，值越大表示敏感性越高，即能够更好地区分相关和无关的刺激。
3.fNIRS任务激活差异：SCI组在2-back任务中右顶下小叶（通道#14）的 maxHbO 值显著高于AB组，该区域的AUC也较高，但经错误发现率(FDR)校正后结果不显著；AB组在一些区域（如左运动皮层的通道19、21和22）的任务激活值在2-back任务中高于SCI组，但经FDR校正后结果不显著；大多数任务激活指标的差异在2-back任务中发现，0-back任务差异最少；SCI和AB组在各通道的总体任务激活模式相似，如顶下小叶区域（通道11-15）的maxHbO和stdHbO总体激活增加。在所有26个通道中，SCI组和AB组的N-back工作记忆任务fNIRS指标。以下fNIRS指标（z得分）显示:曲线下面积(AUC)，峰值时间(TTP)，最大HbO (maxHbO)， HbO标准差(stdHbO)和GLM分析的beta值。在校正多重比较之前，黑色椭圆表示AB组和SCI组之间存在显著差异(p< 0.05)。在2-back任务中，通道#14中maxHbO的绿色椭圆显示AB组和SCI组经FDR校正后的显著差异，α = 0.05。在所有通道中，对每个N-back任务和每个fNIRS指标进行FDR校正。4.任务激活和行为分数的关联：fNIRS 任务激活指标与N-back任务和NUCOG分数的表现指标之间存在显著关联，但0-back任务无显著关系；SCI和AB组的显著脑-行为关联在大脑的不同区域。本研究使用功能性近红外光谱(fNIRS)结合N-back工作记忆任务，探讨了脊髓损伤(SCI)患者与正常对照组在认知功能上的差异。研究者发现，在进行2-back任务时，SCI患者的右下方顶叶活动增加，相比之下，正常对照组没有这种增加。然而，尽管在NUCOG子域测试中的执行功能得分存在差异，但在N-back任务表现上，SCI组和正常对照组之间没有发现显著差异。fNIRS技术在深入研究脊髓损伤患者的认知功能状况已经取得了重要成果，这为将来的康复治疗开辟了崭新的路径，有着极大的潜在价值和前景。
小磁将持续关注fNIRS在脊髓损伤方面的研究应用，也欢迎广大科研同仁们积极投身于fNIRS领域的研究探索之中，通过技术创新为患者带来新的希望！
[1] Chen DY, Di X, Amaya N, Sun H, Pal S, Biswal BB. Brain activation during the N-back working memory task in individuals with spinal cord injury: a functional near-infrared spectroscopy study. bioRxiv [Preprint]. 2024 Feb 12:2024.02.09.579655.
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