Системи функціональної NIR-спектроскопії (fNIRS)

Що таке системи функціональної NIR-спектроскопії (fNIRS)?

Системи функціональної NIR-спектроскопії (fNIRS, Functional Near-Infrared Spectroscopy) — це спеціалізоване дослідницьке обладнання для неінвазивного вивчення функціональної активності головного мозку за допомогою світла ближнього інфрачервоного діапазону. Метод дозволяє реєструвати зміни концентрацій оксигенованого та дезоксигенованого гемоглобіну, пов'язані з гемодинамічними реакціями у поверхневих ділянках кори головного мозку.

Функціональна ближня інфрачервона спектроскопія застосовується у нейронауках, когнітивній психології, нейрофізіологічних і біомедичних дослідженнях. На відміну від методів, що безпосередньо реєструють електричну активність нейронів, fNIRS досліджує зміни кровонаповнення та оксигенації тканин, які опосередковано відображають функціональну реакцію мозку на подразники або виконання завдань.

Принцип роботи та можливості fNIRS-систем

Принцип функціональної NIR-спектроскопії ґрунтується на різному поглинанні ближнього інфрачервоного світла оксигенованим (HbO) та дезоксигенованим (HbR) гемоглобіном. Джерела світла й оптичні детектори розміщуються на поверхні голови. Випромінювання проходить крізь поверхневі тканини, частково поглинається та розсіюється, а зміни зареєстрованої інтенсивності використовуються для оцінювання відносних змін концентрацій гемоглобіну.

Сучасні fNIRS-системи можуть забезпечувати такі можливості:

• Багатоканальні вимірювання — одночасне дослідження гемодинамічних реакцій у декількох ділянках кори головного мозку за допомогою системи оптичних джерел і детекторів.
• Дослідження функціональних реакцій — реєстрація змін оксигенації під час когнітивних, сенсорних і рухових завдань.
• Портативні дослідження — проведення вимірювань у лабораторних або наближених до природних умовах із використанням відповідних мобільних систем.
• Програмна обробка даних — візуалізація часових змін гемодинамічних показників, аналіз окремих каналів і побудова функціональних карт відповідно до конфігурації обладнання.

Метод має обмежену глибину проникнення та використовується переважно для дослідження поверхневих ділянок кори головного мозку. На якість результатів можуть впливати рухи досліджуваної людини, контакт оптичних датчиків зі шкірою, волосяний покрив і зміни кровообігу в поверхневих тканинах. Тому fNIRS-дані необхідно інтерпретувати з урахуванням умов експерименту та особливостей гемодинамічної відповіді.

Застосування та вибір системи функціональної NIR-спектроскопії

Системи fNIRS використовуються в дослідженнях когнітивних функцій, уваги, пам'яті, мовлення, рухової активності та реакцій мозку на зовнішні стимули. Вони застосовуються у нейронаукових лабораторіях, експериментальній психології, дослідженнях розвитку людини, реабілітаційних наукових проєктах, ергономіці та розробленні інтерфейсів взаємодії людини з технічними системами.

Під час вибору обладнання необхідно враховувати кількість вимірювальних каналів, доступні ділянки дослідження, конфігурацію оптичних датчиків, частоту реєстрації сигналів та вимоги до мобільності системи. Для експериментів із вільнішим пересуванням учасників важливою є портативність, тоді як для комплексних лабораторних досліджень — можливість багатоканального охоплення та гнучкого розташування датчиків.

Правильно підібрана система функціональної NIR-спектроскопії дозволяє досліджувати гемодинамічні реакції кори головного мозку та отримувати дані для наукового аналізу його функціональної активності. Таке обладнання призначене для дослідницьких завдань і не повинно розглядатися як самостійний засіб клінічної діагностики без відповідного медичного призначення та підтвердження.