神經(jīng)科學(xué)研究長期受限于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境——傳統(tǒng)腦成像設(shè)備（如fMRI）龐大的體積嚴(yán)苛的運(yùn)動限制，難以捕捉人類在自然行為中的真實(shí)腦活動。無線近紅外腦功能成像儀（fNIRS）的突破性發(fā)展，正以輕量化硬件與高運(yùn)動容忍度的優(yōu)勢，推動神經(jīng)科學(xué)研究從實(shí)驗(yàn)室走向日常生活場景，為探索社會互動情緒反應(yīng)及復(fù)雜認(rèn)知過程提供了前所未有的工具。
一、輕量化設(shè)計(jì)革新：從實(shí)驗(yàn)室到真實(shí)世界的硬件突圍
傳統(tǒng)近紅外腦功能成像儀依賴笨重主機(jī)和光纖傳輸，極大限制了受試者活動范圍。新一代無線便攜式近紅外腦功能成像儀通過以下產(chǎn)品特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)輕量化突破：
- 輕薄觸摸屏放大器，數(shù)據(jù)采集、分析、顯示及查看一觸即達(dá)，無需電腦和復(fù)雜線纜連接，大大提高檢查和實(shí)驗(yàn)效率。
- 四波長，采用分頻與分時結(jié)合的技術(shù)，極大提升采樣率與精確度。
- 全腦高密度，最大支持80*80系統(tǒng)，支持不同腦區(qū)分別測量或直接全腦系統(tǒng)測量，可滿足不同規(guī)模和精度要求的實(shí)驗(yàn)需求。
- 高采樣率，最高可達(dá)240Hz，具有良好的時間分辨率特征，采樣精確。
- 無線便攜，可穿戴近紅外設(shè)備，支持WiFi 數(shù)據(jù)采集模式或USB連接采集模式，應(yīng)用場景更靈活、更多元。
- 自由多模態(tài)研究，具有適合fNIRS&fMRI/EEG/TMS同步的多種專用探頭；支持TTL觸發(fā)，可兼容國內(nèi)外主流的EMG、EEG、fMRI等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自由的多模態(tài)研究。
- 超掃描測量，局域網(wǎng)連接多臺設(shè)備，無線傳輸數(shù)據(jù)和mark, 支持多場景超掃描研究，探索不同個體之間的情感與認(rèn)知連接的神經(jīng)機(jī)制。
- 支持LSL，可通過LSL方式進(jìn)行多模態(tài)數(shù)據(jù)整合，或?qū)?shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行開放性二次開發(fā)。與其他研究工具和平臺的協(xié)同工作能力強(qiáng)，為開展綜合性的神經(jīng)科學(xué)研究提供了便利。
- 開放數(shù)據(jù)端口，支持實(shí)時數(shù)據(jù)處理、BCI 和神經(jīng)反饋等功能。
- 優(yōu)化偽跡信號處理算法，能夠有效識別和去除各種干擾信號，如運(yùn)動偽跡、生理噪聲等，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，使研究結(jié)果更具可信度。
這些設(shè)計(jì)使近紅外腦功能成像儀可在奔跑對話甚至舞蹈過程中持續(xù)采集腦血流信號，為真實(shí)場景研究鋪平道路。
二、高運(yùn)動容忍度的技術(shù)內(nèi)核：抗干擾與動態(tài)校準(zhǔn)
運(yùn)動偽影是野外研究的核心挑戰(zhàn)。新一代近紅外腦功能成像儀系統(tǒng)通過多重技術(shù)提升抗運(yùn)動干擾能力：
? 優(yōu)化偽跡信號處理算法：能夠有效識別和去除各種干擾信號，如運(yùn)動偽跡、生理噪聲等，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)質(zhì)量，使研究結(jié)果更具可信度。
? 自適應(yīng)光源調(diào)節(jié)：根據(jù)探頭接觸狀態(tài)自動調(diào)整入射光強(qiáng)度，補(bǔ)償因頭發(fā)移位或汗水導(dǎo)致的光耦合損失。
? 多通道參考網(wǎng)絡(luò)：利用相鄰?fù)ǖ佬盘柕目臻g相關(guān)性，構(gòu)建噪聲估計(jì)模型，有效分離運(yùn)動偽跡與目標(biāo)腦區(qū)活動。
例如在親子互動研究中，即使兒童頻繁轉(zhuǎn)頭或肢體活動，近紅外腦功能成像儀系統(tǒng)仍可穩(wěn)定捕捉前額葉與社會認(rèn)知腦區(qū)的同步激活。
三、真實(shí)場景應(yīng)用的突破性案例
無線便攜式近紅外腦功能成像儀的特性使其在三類研究中展現(xiàn)出不可替代性：
1. 自然社交交互
超掃描（hyperscanning）模式下，多設(shè)備同步記錄對話雙方腦活動。研究發(fā)現(xiàn)面對面交流時，右側(cè)顳頂聯(lián)合區(qū)（rTPJ）的腦間同步顯著高于屏幕對話，揭示真實(shí)社交的神經(jīng)耦合機(jī)制。
2. 動態(tài)環(huán)境認(rèn)知
在模擬駕駛或戶外導(dǎo)航任務(wù)中，設(shè)備實(shí)時監(jiān)測前額葉皮層（PFC）與后頂葉皮層（PPC）的激活模式，揭示空間決策與注意力分配的動態(tài)過程，遠(yuǎn)超實(shí)驗(yàn)室靜態(tài)任務(wù)的生態(tài)效度。
3. 發(fā)育與疾病研究
嬰幼兒腦發(fā)育追蹤：無需鎮(zhèn)靜，在自由玩耍中采集腦網(wǎng)絡(luò)發(fā)育數(shù)據(jù)。
精神疾病評估：捕捉社交焦慮患者在真實(shí)社交場景中的前額葉調(diào)控異常，為干預(yù)提供精準(zhǔn)靶點(diǎn)。
四、未來趨勢：多模態(tài)融合與智能化升級
便攜式近紅外腦功能成像儀的潛力正通過技術(shù)融合進(jìn)一步釋放：
? 與眼動/生理記錄同步：結(jié)合眼動儀心率監(jiān)測，構(gòu)建多維度行為-生理-腦活動數(shù)據(jù)集，深化情緒與認(rèn)知機(jī)制解讀。
? AI驅(qū)動實(shí)時分析：嵌入式邊緣計(jì)算芯片實(shí)現(xiàn)信號預(yù)處理與特征提取，即時反饋腦狀態(tài)（如注意力波動疲勞預(yù)警）。
? 云端模型迭代：設(shè)備采集的野外數(shù)據(jù)反哺算法優(yōu)化，提升復(fù)雜噪聲環(huán)境下的解碼準(zhǔn)確性，形成“數(shù)據(jù)-模型”閉環(huán)。
結(jié)語
無線便攜式近紅外腦功能成像儀憑借輕量化形態(tài)破除物理束縛，以高運(yùn)動容忍度攻克信號采集難關(guān)，推動神經(jīng)科學(xué)研究從受控實(shí)驗(yàn)室步入動態(tài)真實(shí)世界。隨著柔性電子邊緣計(jì)算與人工智能的深度集成，其有望成為破譯人類復(fù)雜認(rèn)知與社會行為的核心工具，為腦疾病機(jī)制探索神經(jīng)調(diào)控療效評估乃至腦機(jī)接口開發(fā)提供全新范式。神經(jīng)科學(xué)的“自然主義革命”，已在路上。
