美国 NIRx 移动式近红外脑功能成像系统 NIRSport2

NIRSport2 是 NIRx 的便携式无线全脑高密度 fNIRS 平台，目前在售，配 NIRScap 测量帽与 Aurora 软件。 采用连续波、锁相放大的近红外光谱，760/850 nm 光源配 SiPD 或 APD 探测器获得血红蛋白变化，短通道用于去除颅外信号。 单台设备 8 或 16 个光源与探测器（多设备模式可达 80 个），最多 256 通道，70-240 Hz，支持 USB、Wi-Fi 或独立记录，提供 LSL 与 TTL 触发。 应用涵盖运动、认知、社交与临床研究、婴幼儿研究与超扫描。 标配：NIRScaps 测量帽、身体背包、便携箱、触发线缆、静态体模与 Aurora；选配：APD 探测器、8 mm 短距离通道、NIRxWINGS2、NIRxBorealis、Satori、Turbo-Satori。 NIRx 声明其产品为研究用器械，不用于临床诊断或治疗。

美国 NIRx 移动式近红外脑功能成像系统 NIRSport2

仪器信息

品牌NIRx
型号NIRSport2
分类近红外脑功能成像系统
仪器编码united-states-nirx-mobile-fnirs-nirsport2
在售状态在售
地区来源美国
更新时间2026-10-10
研究领域认知神经科学、功能神经影像学／光学脑成像、运动与体育科学、生物医学工程与神经信号处理、社会与情感神经科学

技术参数

共 86 条规格记录

光源-探测器配置变体8 光源 × 8 探测器、16 光源 × 16 探测器
光源-探测器配置变体探头容量为 NIRSport1 的两倍，单台支持最多 16 光源 - 16 探测器（与 NIRSport1 比较）
模块化扩展单元规格以 8 光源、8 探测器为一个扩展单元
产品状态在售
测量对象脑皮层的氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白与总血红蛋白浓度变化（神经活动引起的血流动力学响应）
光谱测量技术连续波（Continuous Wave），锁相放大（Lock-in Amplified）（单台设备）
三维深度分辨能力支持（单台设备；取决于实验设置与数据采集软件）
最大数据通道数256（单台设备）
最大数据通道数6400（多设备模式）
最大数据通道数40–60（多设备模式下超过 100）（早期版本规格）
典型可用通道数约 25–50（单台设备，3 cm 源-探间距）
典型可用通道数>50（多设备模式，3 cm 源-探间距）
典型可用通道数约 50（单台设备，多距离布局）
典型可用通道数>250（多设备模式，多距离布局）
光源数量8 或 16（单台设备）
最大光源数量最多 80（多设备模式）
最大光源数量最多 64（多设备模式；早期版本规格）
探测器数量8–16（单台设备）
最大探测器数量最多 80（多设备模式）
光源器件类型LED（单台设备）
光源器件类型LASER（配合 NIRxBorealis（MRI 环境））
光源波长760/850 nm（单台设备）
光源波长785/830 nm（配合 NIRxBorealis（MRI 环境））
光源输出功率每波长 25 mW（最大值，眼安全）（单台设备）
光源输出功率比 NIRSport1 高 30%（与 NIRSport1 比较）
探测器器件类型硅光电二极管（Silicon Photodiode, SiPD）、雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode, APD）（单台设备）
探测灵敏度25.9 fW/√Hz（单台设备，SiPD 探测器）
探测灵敏度7.7 fW/√Hz（单台设备，APD 探测器）
动态范围87 dBopt（单台设备，SiPD 探测器）
动态范围89 dBopt（单台设备，APD 探测器）
采样率最高 240 Hz（单台设备）
短距离探测器数量最多 16（单台设备）
短距离探测器数量最多 80（多设备模式）
短距离通道源-探间距默认 8 mm，可选其他间距
单探测器可拆分短距离通道数8
加速度计轴数9 轴（3 轴线性加速度 + 3 轴陀螺仪 + 3 轴磁力计）（单台设备）
加速度计采样率100 Hz
加速度计低通滤波截止频率40 Hz（3 dB 截止）
加速度计量程±2 g
加速度计分辨率16 bit（即 0.061 milli-g）
加速度计噪声小于 1.3 milli-g
陀螺仪量程±2000 °/sec（单台设备）
陀螺仪零偏±3 °/sec（单台设备）
陀螺仪分辨率16 bit（0.061 °/s）
数据连接与记录模式USB 连接、Wi-Fi、独立直接记录（单台设备）
事件同步方式无线（LSL）、有线（触发输入）
触发输入通道数8 位 TTL 输入
交流输入电压范围100–240 V AC
交流输入频率50/60 Hz
交流输入最大电流1.7 A（最大）
设备直流供电电压18–24 V DC
功耗最大 35 W（单台设备）
电池续航时间约 2–4.5 小时记录（取决于采样率）
电池续航时间5–6 小时（早期版本规格）
光极类型单端光极（Single-tip）、双端光极（Dual-tip，设置更快、放置灵活）（单台设备）
光极类型低矮平头光极（可置入 MRI 线圈内）（配合 NIRxBorealis（MRI 环境））
配套头帽NIRScaps，可自由配置，可测量全头
标准配置清单NIRS Cap kit（含头帽、支架及配件）（单台设备）
外周生理测量扩展模块NIRxWINGS，可采集脉搏血氧（PPG）、心率变异性（HRV）、血氧饱和度（SpO2）、呼吸、温度、皮肤电（GSR）及 EMG、ECG 等双极信号
MRI 与 TMS 环境适配模块NIRxBorealis，最多耦合 2 台 NIRSport2，采用光纤光极
随附静态体模随系统提供，用于检查光极（光源与探测器）功能是否正常
静态体模插孔数64（8×8 排列）
可级联同步设备数量最多 5 台
可级联同步设备数量最多 4 台（菊花链连接）（多设备模式；早期版本规格）
超扫描被试数量最多 2 名被试（USB 或无线）（单台设备）
超扫描被试数量10 名以上被试（有线网络）（多设备模式）
短距离通道模块适配机型范围NIRScout、NIRScoutXP、NIRSport1、NIRSport2
配套数据采集软件Aurora fNIRS
可选分析软件Satori 与 Turbo Satori（离线与在线分析）
数据文件格式.snirf、.nirs，并可提供原始探测器读数
实时数据流接口数据、元数据与触发信号的实时流
实时数据流协议Lab Streaming Layer（LSL）
脑机接口与神经反馈功能支持，需额外软件
多模态兼容性EEG、tDCS/TES、眼动追踪、动作追踪（可能需额外硬件与同步附件）（单台设备）
多模态兼容性fMRI、MEG、TMS（配合 NIRxBorealis（MRI 环境））
外形尺寸125 × 60 × 162 mm（单台设备）
整机重量0.9 kg（单台设备）
工作温度范围0 °C–35 °C
工作温度范围10 °C–40 °C（早期版本规格）
存储与运输温度范围–20 °C–45 °C
存储与运输温度范围–15 °C–70 °C（早期版本规格）
工作相对湿度范围20–80% 相对湿度，非冷凝
工作环境气压范围700–1060 hPa
探头清洁与消毒方法使用稀释异丙醇（70%）擦拭，不可浸泡
FDA 审批状态未经 FDA 批准，不用于支持临床诊断与治疗决策；仅用于经 IRB 批准的科学研究
用途限制研究性设备，不用于临床诊断或治疗

相关实验室

以下机构来自本仪器关联论文的作者署名，不代表已确认采购或持有该仪器。

德国，弗莱堡阿尔伯特-路德维希大学

地区：德国

署名作者：尤利乌斯·德贝茨霍伊泽

研究方向：急性运动、可行性、功能性近红外光谱成像、近红外扫描质量测试

关联论文 1 篇

瑞典卡罗林斯卡医学院

地区：瑞典

署名作者：玛丽亚·M·埃克布洛姆

研究方向：急性运动、可行性、功能性近红外光谱成像、近红外扫描质量测试

关联论文 1 篇

瑞典斯德哥尔摩，瑞典体育与健康科学学院

地区：瑞典

署名作者：玛丽亚·M·埃克布洛姆

研究方向：急性运动、可行性、功能性近红外光谱成像、近红外扫描质量测试

关联论文 1 篇

美国伊利诺伊州芝加哥，芝加哥大学

地区：美国

署名作者：高珊、梁远昌

研究方向：功能近红外光谱、功能磁共振成像、功能对齐、电影观看

关联论文 1 篇

土耳其伊斯坦布尔，博阿济奇大学

地区：土耳其

署名作者：穆罕默德·瑟德克·切姆奇

研究方向：拳击、前额叶皮层、功能性近红外光谱成像、Stroop 测验

关联论文 1 篇

土耳其埃尔祖鲁姆，阿塔图尔克大学

地区：土耳其

署名作者：法提赫·阿迪曼

研究方向：拳击、前额叶皮层、功能性近红外光谱成像、Stroop 测验

关联论文 1 篇

阿塔图尔克大学

地区：土耳其

署名作者：法提赫·阿迪曼

研究方向：拳击、前额叶皮层、功能性近红外光谱成像、Stroop 测验

关联论文 1 篇

实验方法

研究方向：执行功能任务中前额叶皮层血流动力学响应、格斗运动员慢性创伤性脑损伤与神经效率、自然观影神经影像与 fNIRS-fMRI 跨模态预测、急性运动对工作记忆与皮层氧合的影响、fNIRS 信号质量评估与短距离通道回归、生态化场景下的可穿戴与可移动脑成像

Stroop 任务下拳击运动员前额叶皮层血氧激活的 fNIRS 组间对照实验

方法说明：以 6 名现役业余男性拳击运动员与 8 名未从事格斗运动的健康男性为对象，在神经心理学实验室内采用 NIRx NIRSport2 近红外脑功能成像系统，通过 16 个光极（8 发射源、8 探测器）覆盖前额叶皮层，采集被试完成区块化设计 Stroop 色词干扰任务期间的氧合血红蛋白浓度变化，并同步记录行为学反应时与正确率。实验目的在于检验长期头部反复撞击是否导致拳击运动员在执行功能任务中出现更高的皮层激活水平与更低的认知表现，即所谓的神经效率下降现象。采集使用连续波方式，波长范围 760～850 nm，采样率 10.1725 Hz；数据经 MATLAB 脚本中的主成分分析滤波与对比噪声比方法处理，取刺激后 5～25 秒窗口计算激活强度，并施加截止频率 0.25 Hz 的巴特沃斯低通滤波以去除心率、呼吸等生理噪声与基线漂移。统计上对行为数据采用 Mann-Whitney U 检验与秩二列相关效应量，对皮层激活数据采用重复测量方差分析与 Cohen's d 效应量。

实验仪器：无线近红外脑功能成像系统 NIRSport2；近红外光极帽 NIRScap；刺激呈现台式计算机 Intel i7-7500U 2.7 GHz、16 GB 内存、NVIDIA GeForce 950M 显卡、64 位 Windows 10 系统；MATLAB 数值计算与心理物理工具箱 MATLAB 2018a + Psychtoolbox；JASP 统计分析软件 JASP

实验步骤

  1. 被试筛选与实验前告知

    说明：招募现役业余拳击运动员组与无格斗运动经历的健康对照组，进行健康筛查以排除慢性与急性疾病，并在实验前向被试完整讲解测量设备与测试流程。

    关键点：两组在年龄与受教育程度上匹配；要求被试在测试前 24 小时内禁用酒精、烟草与咖啡因，避免血管活性物质干扰血流动力学信号。

  2. 利手评定

    说明：使用爱丁堡利手量表评定被试的优势手使用情况，确保纳入被试均为右利手。

    关键点：利手一致性是保证前额叶偏侧化激活结果可比的前提，避免左右半球激活差异被利手因素污染。

  3. 实验环境控制

    说明：将测试环境温度设定为 21 ℃，噪声水平控制在 15 dB，湿度保持适宜，并与电磁场隔离。

    关键点：近红外光信号易受环境光、温度与电磁干扰影响，严格的环境控制是获得稳定光强信号的基础。

  4. 光极帽佩戴与蒙太奇布置

    说明：被试取坐位，按实验目标将 NIRSport2 的 8 个发射源与 8 个探测器共 16 个光极布置于前额叶皮层对应位置并固定光极帽。

    关键点：光极需紧贴头皮、拨开发丝以保证耦合质量；帽子与光极安放连同整个实验过程约耗时 15 分钟。

  5. 基线记录

    说明：在任务开始前与结束后各记录 60 秒静息基线。

    关键点：前后各一段基线用于校正整段记录的漂移，并为任务态激活提供参照水平。

  6. 区块化 Stroop 任务呈现

    说明：在计算机辅助下呈现 Stroop 任务，任务分为六个部分、由三个区块组成，每个区块包含 16 个一致刺激与 16 个不一致刺激，区块之间插入 30 秒休息。

    关键点：刺激呈现直到被试作出反应或持续 2000 毫秒为止，刺激间隔 1000 毫秒；刺激呈现后 200～2000 毫秒内的反应才计为有效正确反应。

  7. 光强数据到血氧浓度的转换与滤波

    说明：以 10.1725 Hz 采样记录前额叶氧合血红蛋白量，随后施加截止频率 0.25 Hz 的巴特沃斯低通滤波。

    关键点：低通滤波用于消除基线偏移并去除心率、呼吸等因素引起的波动，保留任务相关的低频血流动力学成分。

  8. 主成分分析滤波与对比噪声比分析

    说明：通过自编 MATLAB 脚本对 fNIRS 数据施加主成分分析滤波，并对刺激后 5～25 秒区间的数据采用对比噪声比方法进行分析。

    关键点：主成分分析用于压制全局生理干扰与运动伪迹；5～25 秒窗口对应血流动力学响应的上升与峰值平台期。

  9. 统计检验与效应量估计

    说明：先用 Shapiro-Wilk 检验考察正态性、Levene 检验考察方差齐性；行为数据组间差异用 Mann-Whitney U 检验并计算秩二列相关效应量，皮层激活水平用重复测量方差分析并计算 Cohen's d。

    关键点：显著性水平取 p 小于 0.05；全部统计分析在 JASP 软件中完成。

实验数据

前额叶氧合血红蛋白浓度时间序列

数据来源：NIRSport2 系统 16 光极连续波采集的 760 nm 与 850 nm 双波长光强，经修正比尔-朗伯定律换算得到

实验样本：采样率 10.1725 Hz 的逐通道 HbO 浓度变化序列，一致刺激与不一致刺激区块分别对应刺激后 5～25 秒的浓度上升段

数据呈现：按通道绘制血氧浓度随时间变化的波形曲线，并以前额叶脑区分区（右侧 dlPFC/vlPFC、右侧 dmPFC、左侧 dmPFC/vmPFC/OFC）绘制激活强度柱状图与脑区激活热力图

Stroop 任务行为学成绩

数据来源：MATLAB 2018a 的 Psychtoolbox 程序记录的被试按键反应

实验样本：一致条件与不一致条件下的反应时（毫秒，有效区间 200～2000 毫秒）、正确数与错误数

数据呈现：以组别为分组变量绘制反应时与正确率的箱线图与均值±标准差柱状图

被试人口学与运动史数据

数据来源：实验前问卷与健康筛查记录、爱丁堡利手量表

实验样本：拳击组年龄 19.66±2.94 岁、训练年限 7.5±3.8 年；对照组年龄 19.62±1.18 岁；两组均为右利手男性

数据呈现：以表格形式列出各组样本量、年龄、训练年限与受教育水平

方法关联论文：评估拳击对前额叶皮层激活与认知表现的影响：一项运用 fNIRS 技术与 Stroop 测验的先导研究

自然观影范式下前额叶 fNIRS 信号预测全脑 fMRI 神经动态的跨模态建模实验

方法说明：针对 fNIRS 只能测量靠近头皮的皮层区域、无法触及内侧与深部脑区的固有局限，本实验以自然观影作为共同的视听刺激，把被试观看同一部电视剧集时用 NIRx NIRSport2 采集的前额叶 fNIRS 信号，与公开 fMRI 数据集中观看同一剧集的被试全脑 BOLD 信号在时间维度上对齐，训练一个从前额叶光学信号到全脑体素／脑区活动的预测模型。模型在剧集前半段上训练，在留出被试观看后半段的数据上测试，以同时考察跨个体与跨刺激的泛化能力，并进一步在另一部电视剧的独立数据集上验证。采集使用 760 nm 与 850 nm 双波长，采样率 10.1725 Hz。评价指标包括预测时间序列与真实 fMRI 时间序列的相关、被试间功能连接模式的复现程度，以及预测信号中保留的影片内容语义信息。

实验仪器：无线近红外脑功能成像系统 NIRSport2；近红外光极帽 NIRScap；影片刺激呈现计算机与显示器；功能磁共振成像系统

实验步骤

  1. 刺激材料与公开 fMRI 数据集选定

    说明：选取一部电视剧集作为自然观影刺激，并获取公开可用的、被试观看同一剧集的全脑 fMRI 数据集作为预测目标。

    关键点：fNIRS 与 fMRI 两批被试观看完全相同的视听刺激，是实现跨模态功能对齐的前提条件。

  2. fNIRS 采集与蒙太奇布置

    说明：使用 NIRSport2 系统在被试观看影片期间采集前额叶皮层的近红外信号，双波长 760 nm 与 850 nm，采样率 10.1725 Hz。

    关键点：光极覆盖前额叶皮层，保证光极与头皮耦合良好；采样率与 fMRI 的 TR 差异需在后续预处理中完成时间重采样对齐。

  3. 影片观看与同步标记

    说明：被试在实验室内连续观看剧集，观影期间不间断采集 fNIRS 信号，并记录影片起始的同步触发标记。

    关键点：自然观影为连续刺激，精确的起始同步决定了 fNIRS 与 fMRI 时间序列能否逐帧对齐。

  4. 信号预处理与血氧浓度换算

    说明：对原始光强进行质量检查与伪迹处理，按修正比尔-朗伯定律换算为氧合与脱氧血红蛋白浓度变化，并重采样到与 fMRI 时间分辨率一致的时间网格。

    关键点：跨模态建模要求两种信号处于同一时间坐标系，重采样与滤波参数的一致性直接影响映射质量。

  5. 跨模态预测模型训练

    说明：以剧集前半段的前额叶 fNIRS 时间序列为输入、对应时段的全脑 fMRI 脑区时间序列为输出，训练线性映射模型，利用两种模态对共同刺激的共享响应动态建立对应关系。

    关键点：模型的核心思想是通过对共同视听刺激的神经响应进行功能对齐，把局部光学信号映射到更广泛的神经活动模式。

  6. 跨个体跨刺激泛化测试

    说明：在训练中留出的被试观看剧集后半段的数据上测试模型，检验预测的 fMRI 时间序列与真实时间序列的相关性。

    关键点：留出被试与留出时段双重留出，确保评估同时覆盖跨个体与跨刺激内容两个维度的泛化。

  7. 功能连接与语义信息检验

    说明：用预测得到的全脑时间序列复现被试间功能连接模式，并检验预测信号中是否保留了影片内容的语义信息。

    关键点：除逐脑区相关外，连接模式与语义可解码性是判断预测信号是否具有神经科学可用性的关键补充指标。

  8. 独立数据集外部验证与模型公开

    说明：将模型应用于取自另一部电视剧的独立数据集以验证跨刺激稳健性，并将训练好的模型公开发布。

    关键点：在不同剧集上仍然有效，说明模型捕捉的是稳健的跨模态映射关系而非特定影片的内容绑定。

实验数据

前额叶 fNIRS 血氧浓度时间序列

数据来源：NIRSport2 系统在被试观影期间采集的 760 nm 与 850 nm 双波长连续波信号

实验样本：采样率 10.1725 Hz 的逐通道 HbO／HbR 浓度变化序列，覆盖整部剧集观看时长

数据呈现：以通道为行、时间为列绘制血氧浓度热图（carpet plot），并叠加影片事件时间轴

全脑 fMRI BOLD 时间序列

数据来源：公开可用的观看同一电视剧集的 fMRI 数据集

实验样本：122 个脑区分区下的逐脑区 BOLD 时间序列，按剧集前半段与后半段拆分为训练集与测试集

数据呈现：以脑区为单位绘制时间序列曲线，并将预测显著的脑区投射到皮层表面图上着色显示

模型预测性能指标

数据来源：留出被试观看剧集后半段时的模型预测输出与真实 fMRI 信号对比

实验样本：122 个脑区中有 66 个脑区的预测时间序列与真实时间序列达到显著相关

数据呈现：以脑区为单位绘制预测相关系数的脑图，并以柱状图排序展示各脑区的预测优劣

被试间功能连接矩阵

数据来源：由预测得到的全脑时间序列计算的被试间功能连接

实验样本：脑区×脑区的被试间功能连接矩阵，与真实 fMRI 数据计算的连接矩阵逐元素对照

数据呈现：绘制连接矩阵热图并作真实矩阵与预测矩阵的散点对照图

影片内容语义标注与解码结果

数据来源：对剧集内容的语义标注与基于预测神经信号的语义分析

实验样本：各时间窗对应的语义特征向量及其从预测神经活动中的解码准确度

数据呈现：以时间轴对齐的方式展示语义类别标签与解码置信度曲线

方法关联论文：基于观影期间前额叶功能近红外光谱信号预测全脑神经动态

持续骑行运动后 n-back 任务前额叶氧合的 fNIRS 方案可行性与信号质量评估实验

方法说明：本实验为探索性可行性与方法学验证研究，考察在固定功率自行车持续骑行的不同强度条件下，采用带短距离通道的 NIRx NIRSport2 连续波近红外系统测量 n-back 工作记忆任务诱发的前额叶皮层氧合变化是否可行。实验从两个层面评估可行性：一是流程可行性，即整套运动加认知任务加脑成像的实验流程能否在实际条件下顺利执行；二是科学可行性，包括基于头皮耦合指数与近红外扫描质量测试的双指标数据质量评估，以及 n-back 任务投入的行为学与前额叶血流动力学指标是否可被稳定检出。光学采集使用 760 nm 与 850 nm 双波长、10.17 Hz 采样率，蒙太奇由 8 个发射源与 7 个探测器构成 3 cm 标准通道，并另配 8 个距发射源 0.8 cm 的短距离探测器，装配于覆盖前额叶的 64 通道 NIRScap 上并按国际 10-20 系统定位。

实验仪器：无线近红外脑功能成像系统 NIRSport2；近红外光极帽 NIRScap；固定式功率自行车测功计 LC4；体能测试用自行车测功计 828 E；多运动心率监测手表 Vantage M2；PsychoPy 心理学实验呈现软件 v2023.2.2；MATLAB 数值计算平台 R2023b；NIRS Brain AnalyzIR 分析工具箱 v837；NIRSplot 信号质量评估工具箱 QT-NIRS

实验步骤

  1. 体能测评与强度个体化标定

    说明：先用 Monark 828 E 自行车测功计完成体能评估，据此为每名被试确定后续持续骑行的不同强度档位。

    关键点：运动强度按个体体能水平标定而非统一绝对功率，保证不同被试间的生理负荷相对可比。

  2. 光极蒙太奇设计与佩戴

    说明：在 64 通道 NIRScap 上布置 8 个发射源与 7 个探测器，源—探间距 3 cm，另加装一个分路探测器模块提供 8 个距各发射源 0.8 cm 的短距离通道，整体按 10-20 系统标志点定位于前额叶。

    关键点：短距离通道用于采集以头皮与颅外血流为主的浅层成分，是运动场景下回归生理干扰、提取真实皮层响应的关键设计。

  3. 基线与运动前 n-back 测量

    说明：在骑行前先完成一轮 n-back 任务测量，采集静息基线与任务态 fNIRS 信号作为运动效应的参照。

    关键点：运动前后同一被试内比较可控制个体解剖与光极耦合差异带来的通道间变异。

  4. 不同强度的持续骑行干预

    说明：被试在 Monark LC4 固定功率自行车测功计上按设定强度进行持续骑行，全程用 Polar Vantage M2 多运动手表监测心率。

    关键点：心率监测既用于确认强度达标，也为后续解释血流动力学变化提供生理协变量。

  5. 运动后 n-back 任务施测

    说明：运动结束后立即用 PsychoPy 呈现 1-back、2-back 与 3-back 数字任务，序列长度 17 位，数字呈现 1500 毫秒、刺激间隔 500 毫秒，同步采集前额叶 fNIRS 信号。

    关键点：三种负荷水平构成工作记忆负荷梯度，用于检验前额叶氧合是否随认知负荷单调变化。

  6. 头皮耦合指数数据质量评估

    说明：对原始信号在 0.5～2.5 Hz 频段做带通滤波后计算各通道的头皮耦合指数，量化心搏成分在双波长信号中的一致性。

    关键点：0.5～2.5 Hz 对应心搏频率范围，心搏节律在两波长上高度同步说明光极与头皮耦合良好。

  7. QT-NIRS 通道剔除分析

    说明：使用 NIRSplot 工具箱运行近红外扫描质量测试，按算法判定并剔除质量不合格的通道与时间段。

    关键点：与头皮耦合指数构成双指标质量评估体系，比单一指标更能识别运动导致的间歇性耦合失效。

  8. 血氧浓度换算与广义线性模型分析

    说明：在 MATLAB R2023b 下使用 NIRS Brain AnalyzIR 工具箱按修正比尔-朗伯定律换算浓度，再以典型血流动力学响应函数构建广义线性模型，并采用自回归迭代重加权最小二乘做预白化。

    关键点：自回归预白化用于处理 fNIRS 时间序列的序列相关与运动伪迹造成的重尾噪声，避免统计量被夸大。

实验数据

前额叶氧合与脱氧血红蛋白浓度变化

数据来源：NIRSport2 连续波系统 760 nm 与 850 nm 双波长、10.17 Hz 采样的光强数据

实验样本：运动前后 1-back、2-back、3-back 各条件下逐通道的 HbO 与 HbR 浓度变化序列及其广义线性模型 beta 估计

数据呈现：绘制各负荷条件下的平均血流动力学响应曲线，并以前额叶通道拓扑图显示 beta 值分布

头皮耦合指数（SCI）

数据来源：原始双波长光强在 0.5～2.5 Hz 带通滤波后计算的通道级指标

实验样本：每个通道在每段记录中的 SCI 数值及其是否超过质量阈值的判定

数据呈现：以通道为横轴绘制 SCI 柱状图，并用通道×时间窗的质量矩阵热图展示耦合稳定性

QT-NIRS 扫描质量测试结果

数据来源：NIRSplot 工具箱对采集数据运行的近红外扫描质量测试

实验样本：各通道的质量评分与建议剔除标记、被剔除通道与时间段的占比

数据呈现：以 NIRSplot 生成的通道质量矩阵图与蒙太奇质量示意图呈现

n-back 任务行为学表现

数据来源：PsychoPy v2023.2.2 记录的被试按键反应

实验样本：1-back、2-back、3-back 条件下的正确率、反应时与辨别力指标，数字呈现 1500 毫秒、间隔 500 毫秒

数据呈现：按负荷水平与运动条件绘制正确率与反应时的折线图和箱线图

运动强度与心率监测数据

数据来源：Monark LC4 自行车测功计功率设定与 Polar Vantage M2 多运动手表心率记录

实验样本：骑行期间逐秒心率曲线、平均心率与对应功率档位

数据呈现：绘制心率随时间变化曲线并标注各强度阶段边界

流程可行性记录

数据来源：实验执行过程中的招募、完成率、设备佩戴与切换耗时等过程记录

实验样本：被试招募与保留人数、各环节耗时、设备故障与数据丢失事件计数

数据呈现：以流程图与表格形式汇总各环节的完成情况与问题点

方法关联论文：使用 fNIRS 评估不同强度持续骑行后 n-back 任务相关前额叶皮层氧合的可行性：一项实验方案可行性评价

主要部件

暂未收录主要部件

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评估拳击对前额叶皮层激活与认知表现的影响：一项运用 fNIRS 技术与 Stroop 测验的先导研究

原文题名：Evaluating the impact of boxing on prefrontal cortex activation and cognitive performance: A pilot study using fNIRS technology and the Stroop test

发表年份：2024

作者：穆罕默德·瑟德克·切姆奇；法提赫·阿迪曼

刊源：PLOS ONE

DOI 10.1371/journal.pone.0314979
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摘要 · 中文整理：本研究旨在考察现役业余拳击运动员在接受 Stroop 测验期间前额叶皮层血红蛋白浓度变化的差异，并将所得与慢性创伤性脑损伤相关的数据同健康个体进行比较。研究在阿塔图尔克大学神经心理学实验室开展。被试包括 6 名男性拳击运动员（年龄 19.66±2.94 岁，持续从事拳击 7.5±3.8 年，至少具有高中学历，右利手）以及 8 名未从事任何格斗运动的健康男性（年龄 19.62±1.18 岁）。在以区块设计向被试呈现 Stroop 测验刺激的同时，于前额叶皮层进行 fNIRS 记录。数据使用 JASP 程序分析：以 Mann-Whitney U 检验评估两组在 Stroop 测验数据上的差异，以重复测量方差分析评估测验期间前额叶皮层的激活水平，显著性水平取 p 小于 0.05。结果显示，与对照组相比，拳击运动员在 Stroop 测验的一致任务中右侧背外侧／腹外侧前额叶区域激活显著更高，在不一致任务中右侧背内侧前额叶以及左侧背内侧／腹内侧前额叶与眶额皮层区域激活显著更高。就 Stroop 测验成绩的组间比较而言，尽管统计上不显著，拳击运动员总体表现较差。结论认为，与健康对照相比，拳击运动员在神经生理测验中表现出更高的神经激活反应与更低的认知表现，二者被认为相互关联，源于神经效率低下。

原文摘要：This research sets out to investigate the differences in hemoglobin concentration occurring in the prefrontal cortex (PFC) during the administration of the Stroop test in active amateur boxers and to compare the obtained data regarding chronic traumatic brain injury with those of healthy individuals. The research was conducted at the Atatürk University Neuropsychology Laboratory. Participants consisted of 6 male boxers, aged 19.66 ± 2.94 years, who had been actively boxing for 7.5 ± 3.8 years and had received at least high school level education, with right-hand dominance, and 8 healthy males, aged 19.62 ± 1.18 years, who had not engaged in any combat sports. fNIRS recordings were taken over the Prefrontal Cortex (PFC) while Stroop test stimuli were presented to the participants in a block design. The data were analyzed using the JASP program. Mann-Whitney U test was applied to evaluate the differences between groups in Stroop test data. The activation levels on the prefrontal cortex during the test were evaluated using the Repeated Measures ANOVA test. A significance level of p <0.05 was accepted for the analyses. In conclusion, compared to the control group, boxers demonstrated a significantly higher level of cerebral activation in the right dlPFC/vlPFC regions during the congruent task and in the right dmPFC as well as the left dmPFC/vmPFC/OFC regions during the incongruent task in the Stroop test. When the Stroop test results of the participants were evaluated between groups, it was found that although statistically insignificant compared to healthy subjects, boxers generally exhibited failure. In conclusion, it was found that boxers exhibit higher neural activation responses and lower cognitive performance during neurophysiological testing compared to healthy controls. These two conditions are thought to be interconnected and are considered to result from neural inefficiency.

关键词：拳击、前额叶皮层、功能性近红外光谱成像、Stroop 测验、慢性创伤性脑损伤、神经效率、认知表现

研究目标：解决长期从事拳击导致的头部反复撞击是否会在客观神经影像层面表现为前额叶执行功能加工模式改变的问题，即用便携式 fNIRS 在缺乏明显临床症状的现役运动员身上寻找慢性创伤性脑损伤的早期神经生理标志。

主要结论：拳击运动员在 Stroop 一致条件下右侧背外侧／腹外侧前额叶、在不一致条件下右侧背内侧前额叶及左侧背内侧／腹内侧前额叶与眶额皮层的激活水平显著高于健康对照，而行为成绩总体偏低（组间差异未达统计显著）；作者认为高激活与低表现并存反映了神经效率下降，是长期头部撞击累积效应的可能表现。

创新点：首次将无线连续波 fNIRS 与经典 Stroop 干扰范式结合用于现役业余拳击运动员，在无明显临床症状阶段同时获取前额叶多个亚区的血氧激活与行为表现，并以“高激活—低表现”的神经效率框架解释慢性头部撞击的影响；同时给出了主成分分析滤波加对比噪声比的前额叶激活量化流程。

后续建议：扩大样本量并按训练年限、对抗回合数与既往击倒史分层，以检验剂量—效应关系；增加短距离通道以回归头皮血流成分，提高前额叶皮层信号的特异性；引入纵向追踪设计，在赛季前后重复测量以区分急性效应与慢性累积效应；同步采集脑电或心率变异性等多模态指标，验证神经效率假说的生理基础；补充脑震荡量表、血清标志物与结构影像等外部效标，以确认 fNIRS 指标的临床意义

APA 引文：Çemç, M. S., & Ağduman, F. (2024). Evaluating the impact of boxing on prefrontal cortex activation and cognitive performance: A pilot study using fNIRS technology and the Stroop test. PLOS ONE, 19(12), e0314979. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0314979

仪器引用：fNIRS measurements were obtained by placing a cap/headgear on participants' heads, utilizing the NIRSport2 device (NIRx Medizintechnik GmbH, Germany) equipped with 16 optodes (8 sources and 8 detectors). The optodes were positioned over the prefrontal cortex in accordance with the experimental objectives, and recordings were conducted in the 760–850 nm range using continuous wave (CW) methodology.

使用资料与操作视频

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