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近红外脑功能成像(fNIRS)与眼动追踪:见你所见,知你所想

作者:杨施羽   发布时间:2021-02-22   阅读次数:42

近红外脑功能成像(fNIRS)


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近红外脑功能成像技术(fNIRS)是近年来一种新型的光学脑成像技术,通过发射近红外光穿透生物体表面,对氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、总血红蛋白进行监测,进而反映大脑皮层氧代谢活动。以此来评估大脑功能活动状态,且鉴于其安全、无创、高时间分辨率、较小运动伪影、低环境要求等优点在无创性脑检测领域得到了广泛的应用。


眼动追踪(Eye-Tracking)


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通过视线追踪技术,监测用户在看特定目标时的眼睛运动和注视方向,并进行相关分析的过程,即测量眼睛运行的过程。眼动追踪研究最关注的事件是确定人类看的地方(如:“注视点”或“凝视点”),是通过仪器设备进行图像处理技术,通过一定的算法,计算眼睛注视或者凝视的点,让计算机知道你正在看哪,何时看,看多久。


但是,视觉是由大脑控制的,如果想知道,不同视觉刺激对大脑的哪些部位产生了影响,就需要fNIRS技术来实现。进而,越来越多的学者将眼动与fNIRS结合,记录在自然状态中眼球与大脑的实时变化过程。


一、研究目的 fNIRS - ET


利用近红外脑功能成像(fNIRS)技术结合眼动来研究被试者在执行极短事件(自然阅读过程中的注视)过程中,枕叶和额叶皮层的血液动力学变化情况,并记录单词频率进而预测下一阶段的神经反应。


二、研究方法 fNIRS - ET


在波茨坦句语料库144个句子中随机挑取一句,实验开始后被试者注视句子一段时间,接着随机出现9-12个高频/低频词汇,实验过程中记录被试者眼球在各词汇上的注视情况,并用fNIRS记录大脑皮层的血氧变化。

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三、实验结果 fNIRS - ET


①高频与低频词汇第一次注视(N)和前一个单词(N-1)的持续时间(ms);

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②高低频词汇与不同注视目标对应fNIRS脑区位置及相关性;

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③注视前一个单词(N-1)时,低频词会导致左侧背侧枕叶皮层的激活度增加;

注视首个单词(N)时,低频词会引起右腹枕叶皮质激活增加。

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四、实验结论 fNIRS - ET


fNIRS能够揭示自然阅读过程中不同词汇效应的脑区情况

近红外脑功能成像(fNIRS)技术是一种非侵入式光学脑功能检测手段,可对大脑皮质相应区域血液中的氧合血红蛋白(HbO2)浓度等指标的变化进行多点测量,进而反映脑皮质功能状态。鉴于其不受环境干扰等特点,便于与眼动追踪(ET)联合使用,两者结合在一定程度上能够直观地反映受试者脑区视觉功能与神经认知水平情况。在多模态多种神经调控技术联合使用研究热度居高不下的现今,眼动技术和近红外的结合已然成为时下研究的热点,并将进一步推进脑科学发展进程。


参考文献:

[1]Roelke A, Vorstius C, Radach R, Hofmann MJ. Fixation-related NIRS indexes retinotopic occipital processing of parafoveal preview during natural reading. Neuroimage. 2020 Jul 15;215:116823. 


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