Study on Variation in Cortex Oxygen with Task Features Using Functional Near-Infrared Spectroscopy

Emotional State Recognition Based on Functional Near-Infrared Spectroscopy

“…于 fMRI 技术。尽管存在上述不足， 其依然被广泛运用于认知神经学研究， 究其原因主要是 fNIRs 技术的三个 独 特 优 势 ： 1) 相 对 于 其 他 脑 功 能 测 量 技 术 ， fNIRs 技 术 采 集 信 号 较 少 地 受 到 生 理 和 运 动 干 扰 ， 非 常 适 合 探 测 人 在 工 作 状 态 下 的 脑 功 能 神 经 活 动 ； 2) fNIRs 技 术 简 便 快 捷 ， 能 够 方 便 地 采 集 更 多 的 人 员 数 据 ； 3) 根 据 近 红 外光测量人体脑部的神经活动的原理， fNIRs 能够很好地避免外部噪声干扰， 如电磁干扰。因此， fNIRs 是一 种测量人体脑功能活动的有效技术 [1] ，Boas 等 [2] 和 Ferrari 等 [3] 证明了 fNIRs 的应用前景。 目 前 ， 国 内 外 大 量 研 究 人 员 利 用 fNIRs 研 究 人 脑 的 认 知 功 能 和 感 知 功 能 ， 从 而 揭 示 人 脑 认 知 机 制 。 然 而 ， 情 绪 研 究 作 为 认 知 研 究 的 一 部 分 ， fNIRs 在 情 绪 认 知 方 面 的 工 作 并 没 有 全 面 开 展 ， 大 部 分 关 于 脑 功 能 的 fNIRs 研 究 仍 集 中 于 严 格 实 验 条 件 下 的 认 知 活 动 。 人 体 脑 部 的 情 绪 活 动 机 制 依 旧 不 清 晰 ， 尽 管 有 丰 富 的 研 究成果证明前额区域(PFC)是情绪活动的主要区域， 然而精确且清晰的情绪活动机制依旧不清楚 [4] 。目前可 知 的 情 绪 活 动 前 额 参 与 区 域 主 要 集 中 在 眶 额 叶 皮 层 (OFC)、 内 侧 前 额 皮 层 (MPFC)以 及 腹 外 侧 皮 层 (VLPFC)， 此外， 背外侧前额叶皮层(DLPFC)在一些研究中被认为与情绪活动功能相关联 [5] 。生理检测方法也应用于人 的情绪活动研究， 如 EEG、 皮肤电(SC)， 但是 EEG 的空间分辨率较低是研究情绪活动时的一大不足 [6] ； SC 能够 测 量 人 体 的 外 周 神 经 系 统 活 动 ， 并 且 有 效 检 测 人 情 绪 活 动 时 的 唤 醒 度 指 标 ， 却 不 能 有 效 测 量 人 的 中 枢 神 经 活 动 。 fNIRs 可 以 同 时 测 量 人 体 的 中 枢 神 经 系 统 活 动 和 外 周 神 经 系 统 活 动 ， 这 一 独 特 优 势 使 其 有 可 能 更 加 清 晰 地 阐 明 情 绪 活 动 的 机 制 [7] 。 fNIRs 设 备 利 用 人 体 血 液 中 的 氧 合 血 红 蛋 白 (HbO)和 脱 氧 血 红 蛋 白 (Hbb)对 600~800 nm 波长的近红外光有特异吸收性 [8] ， 而脑部其他生物组织却在该波长范围内相对透明的特性， 来测 量射入大脑组织的 650 nm 和 760 nm 近红外光强的变化， 通过 Beer-Lambert 定律转换获得脑部的血液动力学 数 据 ， 进 而 间 接 得 到 脑 部 功 能 活 动 变 化 [9][10] 。 因 此 利 用 fNIRs 研 究 人 体 的 脑 功 能 活 动 状 态 具 有 生 理 基 础 。 Hoshi 等 [11] 采用 fNIRs 设备研究前额区域与情绪相关的脑功能活动， 其中强烈负面图片刺激会诱发 VLPFC 区 [12] 采 用 fNIRs 设 备 测 量 受试者的前额区域， 从而获得工作状态下的脑部脑力负荷变化。Dieler 等 [13] 也发现相较于中性或积极情绪内 容， 负性情绪内容能够显著激活右侧 DLPFC 区域和右侧 VLPFC 区域。 为了更加深入地研究情绪响应， 研究人员应用多种方法区分人的情绪状态。目前投入情绪识别的研究 方 法 有 多 种 ， 例 如 EEG [14] 、 面 部 表 情 [15] [16] 。 fNIRs 技术作为检测人体脑功能的有效工具， 也被引入情绪状态识别研究领域， Hoshi 采用 fNIRs 研究情绪状 态， 发现了积极和负性情绪刺激下的敏感通道 [17] 。Liu 等 [18] 首次将 fNIRs 应用于情绪识别， 并和脑电技术相结…”