岛津近红外光脑功能成像系统科普系列丨fNIRS与飞行驾驶篇

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在人类的悠久历史中，人类大脑如何运作至今仍然是最大的谜团之一。可视化脑功能成像作为重要的脑功能研究技术近年来迅速发展，其中“近红外光脑功能成像技术(fNIRS)”作为新一代脑科学研究技术而备受关注。

由于近红外光脑功能成像技术(fNIRS)可以在接近自然的环境中进行测量，具有非侵入性和对被试者约束性低等特点，被广泛用于心理学、教育、医学研究、康复研究、运动医学研究、工程研究、汽车和化妆品等多个领域。

岛津作为先进分析仪器生产商，从上个世纪八十年代开始着手进行近红外光脑功能成像技术(fNIRS)产品的研发，并于1991年上市第一款商业化产品OM-100A。随着近红外光脑成像技术的不断发展，岛津产品也随之进行更新，在2012年和2016年分别推出了多通道近红外光脑成像系统LABNIRS和便携式近红外光脑成像系统LIGHTNIRS。

应用案例

岛津LIGHTNIRS通过fNIRS进行能力评价的可能性研究飞机驾驶的脑功能测量

本案例介绍了有经验飞行员与无经验飞行员在实际飞行训练中使用飞行模拟器进行两次不同难度的着陆模拟实验，通过fNIRS评估他们前额叶背外侧皮层 (DLPFC) 的大脑活动差异。

被试验者人数：ANA所属的男性飞行员12名，其中有经验飞行员6名：累计飞行时间10,490±1260小时；无经验飞行员6名：累计飞行时间120±72小时。

在飞行模拟器中保持放松静止状态2分钟后，受试者在4分钟内完成从2000英尺的高度着陆任务，重复操纵模拟5次(2次简单任务，3次困难任务)。为了去除噪音，对fNIRS数据实施了0.1Hz低通滤波器和血流动力学分离法，将各数据的任务起点设为0进行了基线校正。经过这些处理后，计算了在1500英尺到500英尺的飞行中Oxy-Hb的平均值。

为了评估性能，我们使用飞行模拟器仪器从1500英尺到500英尺进行评分。利用飞行模拟器(空速、节距、方位、倾斜、滑道及N1 (发动机推力设定值))的能力，我们计算每个参数理想值的偏差，并计算平均值和标准偏差值。这些值表示得分越低，性能越好。

fNIRS通道布局

测量部位：前额叶皮层22通道（根据Fastrak位置测量和NIRS-SPM计算的布罗德曼区分布，设置左右DLPFC如右图）。

结果结论

无论任务的难度如何，飞行模拟器的得分都是有经验飞行员比无经验飞行员表现更好。在两个受试者组中，DLPFC活动 (Oxy-Hb平均值) 在困难任务中往往高于简单任务。此外，无论任务的难度如何，有经验飞行员DLPFC活动均高于无经验飞行员。有经验飞行员在考虑到意外状况的情况下飞行表现良好，这可能导致DLPFC活动很高。

有经验飞行员和无经验飞行员 DLPFC活动的左右差异比较

此外，在简单任务和困难任务相结合的总体结果 (每个受试者平均着陆5次) 中，有经验飞行员在左侧DLPFC中显示出比右侧DLPFC显著更高的大脑活动 (p<0.001) )，无经验飞行员的左右脑活动无显著差异。分析结果表明，无经验飞行员通过左右脑合作来执行任务，而有经验飞行员是让左DLPFC发挥优势来执行任务。

结语

这项研究结果表明，岛津LIGHTNIRS设备的检测结果可用于证明“认知年龄模型的脑活动的左右不对称性，是基于技能能力和熟练度的差异而不是年龄”。

注：仅供研究参考，不作为临床诊断依据。

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