新型便携无线可穿戴功能性近红外光谱成像(fNIRS)设备的发展为脑功能成像开辟新路，这将带来认知研究的革命性变化。在过去的几十年里，诸多研究采用了传统的功能近红外光谱成像（fNIRS）方法，证明了这项技术在不同人和不同应用领域的适用性，其中涉及健康大脑研究及脑损伤研究。然而，可穿戴fNIRS更具吸引力的特征在于，它能够在日常生活场景中施测，这是其他金标准的神经成像方法(如功能性磁共振成像)所不能实现的。这将极大影响我们探究人脑功能的神经基础及机制的方式。本文的目的是回顾认知神经科学领域中采用可穿戴fNIRS在自然环境下进行的研究。此外，我们提出了使用可穿戴fNIRS在无约束环境下可能面临的挑战，讨论了更准确推断大脑功能性激活状态的方法。最后，我们总体展望了认知神经科学领域的未来前景，我们认为，在可穿戴fNIRS研究中的获益将极为可观。 思影曾做过多篇近红外脑功能文章解读，可点击以下链接阅读，加深理解，感谢帮转支持： fNIRS研究行文指南
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咖啡玉米引言
理解和识别人类行为与认知过程之间的关系代表了认知神经科学家在过去一个世纪的主要目标。历史上，神经心理学评估通过建立基于认知测试结果的认知模型，来考察任务操纵对被试的任务表现及行为变量的影响（例如，反应时、正确率）。神经心理测试不论在过去还是现在，都广泛用于支持诊断，例如，阿兹海默症等认知障碍的早期甄别。然而，某些刺激与行为之间并不总是有明确的对应关系，行为变量可能不足以描述某些认知功能。现在，认知神经科学领域关注的是将大脑的信息处理模式映射到大脑的结构和运作(如电生理、代谢过程、血流动力学)特征上。这是基于目前可用的神经成像技术来实现的，其中包括基于神经血管的技术(例如，功能性磁共振成像[fMRI]、功能性近红外光谱[fNIRS]、正电子发射断层扫描[PET])和电磁技术(例如，脑电图[EEG]和脑磁图[MEG])等。在传统的神经成像研究中，参与者被要求完成时间控制和架构严谨的实验任务，涉及一种或多种不同类型的刺激，旨在诱发与特定大脑区域相关的行为。首先，用于诱发心理过程的实验范式(例如，一次显示一长串单个单词)通常并非日常生活中常见的任务类型。事实上，由于神经成像是在神经成像实验室和仪器的严格限制下完成的，一些日常生活中的行为，例如与他人的互动(包括身体上的)，以及复杂的综合任务，比如涉及连续多个任务的处理和切换（例
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如，烹饪、购物等）无法完全复制。而且，这些情况很难在功能性核磁共振扫描仪等设备中模拟出来，事实上，fMRI以及PET和MEG都有很大的物理限制，因为这些测量都是在扫描仪中进行的。此外，这些技术都非常容易受到运动伪迹的影响，并且/或者无法带出实验室。因此，这些手段不适用于参与者自由活动的情况及日常生活场景。这些问题限制了可研究内容的广度，并提出了研究结果的生态效度问题(即，任务表现在多大程度上预测了现实世界的行为)。由于这些原因，一种可以在几乎任何日常活动（尤其是长时间活动）场景中使用的神经成像方法，为提出不同的科学问题，尤其是探索性问题提供了可能性。此外，如果使用得当，这种方法可以减少思维映射到大脑的科学推理错误的可能性。 可穿戴fNIRS设备可以实现日常生活活动中的神经关联监测。最新的神经成像技术之一，fNIRS，在过去的几十年里迅速发展，成为神经科学家和临床医生监测脑组织氧合和血流动力学变化的有效工具。fNIRS利用近红外(NIR)光((650–1,000nm)，利用两种近红外波长，测量含氧(HbO2)和脱氧(HbR)血红蛋白的浓度变化。当一个大脑区域的代谢变得活跃时，就会出现供过于求的脑血流量(CBF)，以满足氧气需求的增加；这反映在ΔHbO2的增加和ΔHbR的减少(即血流动力学反应)，是功能性脑激活的一个指标。fNIRS是在参与者头部放置一定数量的近红外光源，将近红外光照射进大脑，再用同样分布在参与者头部的光
学探测器收集背向散射的光。传输光和背向散射光通常通过光纤进行引导，光纤连接到近红外光谱系统的主记录单元。大多数传统的近红外光谱仪器规格较大，需要手推车运输。随着技术进步，更便携和小型化的近红外光谱设备已经开发出来。新一代的可穿戴设备允许参与者自由、自然地在环境中活动，没有严格的物理限制。这些系统由电池供电，可穿戴，数据既可以存储在可穿戴的记录设备上，也可以无线传输到笔记本电脑上。无线脑电图也被提出用于户外环境中自由活动的个体。脑电图在神经活动测量中可提供比fNIRS更高的时间分辨率(EEG~ms相对于fNIRS~数十ms)，因此，它可能更适用于监测日常场景中对快速过程和刺激的神经反应。然而，EEG比fNIRS更容易受到运动伪迹的影响，因此即使自然场景下参与者的活动也必须受到限制。因此，倒挂器当需要更广的活动范围和更高的脑激活空间定位时(fNIRS空间分辨率~2–3cm 相对于 EEG ~5–9cm)， fNIRS可能是一个更好的选择。这种新型fNIRS技术的可用性为新的神经科学研究开拓新路，使研究可以在更自然和生态有效的环境中进行，受试者可以像现实生活中一样自由行走并与环境互动。这篇综述的目的是概述迄今为止认知神经科学领域中使用可穿戴fNIRS设备在更自然的情境下在进行的研究。在这一框架下，我们的目标还包括:(a) 讨论在自由活动人中使用fNIRS所带来的挑战，重点关注分析方法和局限性;(b) 为在自然环境下成功使用该技术提供建议;(c) 探讨未来可能的研究方向。
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