综述：功能性近红外光谱技术的进展：物理学原理与神经科学中的扩展应用

这篇综述系统阐述了功能性近红外光谱（fNIRS）技术的物理原理与神经科学应用进展，涵盖连续波（CW-fNIRS）、频域（FD-fNIRS）、时域（TD-fNIRS）及高密度漫射光学断层扫描（HD-DOT）等成像模式，突出其在精神病学、神经病学及多模态成像中的高时空分辨率优势。

　　

ABSTRACT

功能性近红外光谱（fNIRS）作为一种非侵入性脑功能成像技术，通过近红外光监测大脑皮层血流氧合变化，其高时空分辨率特性在神经科学研究中展现出独特优势。综述系统检索了PubMed、Web of Science等数据库，揭示fNIRS在精神病学（如精神分裂症、抑郁症）、神经病学（如卒中、阿尔茨海默病）及教育领域的应用潜力，同时对比分析了连续波（CW-fNIRS）、频域（FD-fNIRS）、时域（TD-fNIRS）和漫射光学断层扫描（HD-DOT）四种技术模式的物理原理与适用场景。

物理原理与技术进展

fNIRS基于近红外光（650-900 nm）在生物组织中的散射与吸收特性，通过比尔-朗伯定律量化氧合血红蛋白（HbO₂）和脱氧血红蛋白（HHb）浓度变化。CW-fNIRS成本低但无法区分吸收与散射效应；FD-fNIRS通过调制频率解析光路径长度；TD-fNIRS利用超短脉冲光实现毫米级空间分辨率；而HD-DOT通过密集探头阵列实现皮层三维重构，空间分辨率可达5-10 mm。

跨学科应用拓展

在临床神经科学中，fNIRS成功捕捉到前额叶皮层在认知任务中的氧合动态，为注意力缺陷多动症（ADHD）提供生物标志物。精神病学领域研究发现抑郁症患者前额叶HbO₂信号减弱，与抗抑郁治疗反应相关。教育研究则通过fNIRS揭示儿童语言习得时颞叶激活模式。多模态成像中，fNIRS与EEG/fMRI联用可互补时间（毫秒级）与空间（厘米级）分辨率，精准解析癫痫发作的神经血管耦合机制。

挑战与前景

尽管fNIRS存在深层组织穿透有限（<3 cm）、运动伪影敏感等局限，但其便携性、低成本及静默检测特性使其在床旁监测、婴幼儿研究中不可替代。未来发展方向包括开发人工智能驱动的噪声抑制算法、微型化可穿戴探头，以及标准化数据处理流程（如Homer2工具箱）。

Conflicts of Interest

作者声明无利益冲突。