fNIRS技术在临床、科研应用中的经典范式：Stroop

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。其原理是利用特定波长的近红外光穿透颅骨，探测大脑皮层血液中的主要成分氧合血红蛋白(HbO)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，操作简易快速，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、Oddball任务、运动任务、静息态等。

本文介绍Stroop经典范式在fNIRS研究中的应用。

Stroop范式介绍

当有一个新的刺激出现时，如果它的特征和原先的刺激相似或符合一致，便会加速人们的认知；反之，若新的刺激特征与原先的刺激不相同，则会干扰人们的认知，使人们的所需的反应时间变长。

例如，将一个颜色的名称（例如“红色”、“绿色”、“蓝色”、“橘色”）以不是这个名称本身意义的颜色显示时（“红色”两字以用绿色呈现，而非红色），相比于颜色和文字意义一致时，颜色和文字不相匹配的情况需要花较长的时间来辨识文字的颜色，辨识结果也更容易出错。

这种任务的典型结果是色词干扰条件下的反应时间比一般条件下的反应时间长，这两种条件的反应时间差异就是Stroop效应。

Stroop范式应用方向和临床研究

1.评估稳定期精神分裂症患者的反应抑制能力；

2.研究情绪障碍，如抑郁症和焦虑症，可以研究患者对于情绪信息的加工和反应，了解情绪障碍对认知功能的影响；

3.评估患者的认知功能（注意力、执行功能和反应抑制能力）下降程度，如神经退行性疾病帕金森病(PD)和阿尔茨海默病(AD)；

4.儿童发展障碍方面，如注意力缺陷多动障碍(ADHD)和自闭症谱系障碍(ASD)。

Stroop范式举例应用

研究目的：使用fNIRS评估不同类型的抑制与ADHD症状的关联[1]。

实验设计：block设计，受试者必须将Stroop单词的含义与横向呈现的彩色条相匹配，并按下相应的按键。Stroop任务中包括3个实验条件（图1B），再加一个反应停止任务。单个trial时间3.5s（图1A)。26个通道覆盖额叶和颞顶叶区域（图2）。

研究结果：在Stroop匹配/停止信号任务期间，评估背外侧前额叶皮层(DLPFC)、额下回(IFG)和颞顶区(TP)的氧合血红蛋白(HbO)浓度（表1）。这项研究揭示了不同类型的抑制涉及独特的额叶和颞顶活动。

表1三个对子平均每个ROI中的beta值

总结

Stroop范式在心理学和神经科学领域具有广泛的应用价值，可以用于评估和研究多种心理疾病和障碍。

依瑞德集团作为一家专注于医疗设备研发和生产的创新型企业，一直致力于为患者提供更优质、更先进的医疗解决方案。
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。
2019年，依瑞德集团研发的fNIRS（BS系列），取得fNIRS产品中国制造的第一张NMPA注册证，打破国外技术垄断，填补了中国临床市场空白，其部分关键性能指标已超过国际先进水平。
2020年，依瑞德集团与华中科技大学合作，成立高等教育物理诊疗联合实验室，致力于fNIRS、TMS、EEG、tDCS等脑检测与神经调控技术的联合开发、联合应用以及人才联合培养。
近红外脑功能成像系统的研发和应用，是依瑞德集团在脑科学领域的一次重要突破。该系统的成功研发和推广，将为精神康复、神经康复、儿童康复等领域提供更加精准、可靠的诊断和治疗手段。
2023年依瑞德fNIRS产品成功入选湖北省创新产品应用示范推荐目录，这是对依瑞德集团在科技创新和产品研发方面的肯定和鼓励。我们将继续秉承“科技创新、服务社会”的宗旨，让先进技术赋予生命更多价值，不断加强科技创新和产品研发能力，为医疗事业的发展和人类的健康做出更大的贡献。