腦成像技術(shù)分析

陳姿羽

摘 要：進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，作為認(rèn)知神經(jīng)類領(lǐng)域急速竄起的新寵兒，腦科學(xué)成像技術(shù)開始進(jìn)入大眾視野。而作為光學(xué)腦成像技術(shù)之一的近紅外光譜技術(shù)，是一種非侵入式腦成像技術(shù)，為腦數(shù)據(jù)分析提供有力的理論基礎(chǔ)。針對(duì)腦科學(xué)成像研究現(xiàn)狀，對(duì)國(guó)內(nèi)外分別進(jìn)行了描述，從而說(shuō)明腦科學(xué)成像技術(shù)的應(yīng)用范圍以及機(jī)遇分析。

關(guān)鍵詞：腦科學(xué)成像；腦疾?。唤t外光譜技術(shù)

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.26.093

1 腦成像技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)實(shí)時(shí)腦科學(xué)成像技術(shù)正處于起步階段，我國(guó)于20世紀(jì)90年代后期開始資助腦科學(xué)成像技術(shù)的研究，力圖在認(rèn)識(shí)腦、治療腦疾病、類腦計(jì)算、精神病和神經(jīng)性疾病的診斷治療方法上有突破進(jìn)展。

現(xiàn)在大多數(shù)國(guó)內(nèi)的研究都是購(gòu)買的國(guó)外的近紅外腦功能成像系統(tǒng)，但是我國(guó)也有自主研發(fā)的系統(tǒng)。現(xiàn)階段腦科學(xué)成像技術(shù)在諸多方面的應(yīng)用還不完善，如提取特征的方法。大多數(shù)研究直接對(duì)血氧濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行分類訓(xùn)練，沒(méi)有進(jìn)行特征提取工作，或進(jìn)行的工作僅適用于某次數(shù)據(jù)，不具有一般性；此外，腦信號(hào)采集設(shè)備較大的體積限制了應(yīng)用的便攜性，導(dǎo)致意識(shí)識(shí)別的場(chǎng)景限制大，難以從實(shí)驗(yàn)室遷移到現(xiàn)實(shí)生活中；繁多的線纜積累的重量會(huì)使光纖探頭無(wú)法緊貼頭皮，對(duì)采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度有較大影響。

1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外市場(chǎng)領(lǐng)先企業(yè)如日立公司、島津公司等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略調(diào)整，開展多設(shè)備結(jié)合使用、多方位測(cè)量的針對(duì)性硬件設(shè)備搭配軟件維護(hù)的全方位市場(chǎng)運(yùn)作。其中，國(guó)外對(duì)近紅外光譜技術(shù)的研究很多，各方面的方法探討與應(yīng)用研究數(shù)不勝數(shù)。目前，國(guó)外現(xiàn)有的近紅外設(shè)備主要有本團(tuán)隊(duì)與OBELAB共同研發(fā)的NIRSIT，日立公司的ETG 4000和島津公司的LabNIRS三種，它們基于近紅外光譜技術(shù)原理，都具有技術(shù)先進(jìn)、操作簡(jiǎn)便、測(cè)試環(huán)境與受試者活動(dòng)限制小等優(yōu)點(diǎn)，展示了使用近紅外光譜技術(shù)對(duì)前額葉功能進(jìn)行深入研究的可行性。

2 應(yīng)用范圍

2.1 健康監(jiān)測(cè)

隨著科技的發(fā)展與普及，諸如智能手環(huán)、計(jì)步器等新型智能健康設(shè)備被提出，可以想象，未來(lái)的便攜檢測(cè)設(shè)備勢(shì)必將趨于智能化和專業(yè)化。功能性近紅外光譜技術(shù)作為一種新興的神經(jīng)影像學(xué)工具在腦功能連接的研究領(lǐng)域中愈加受到重視。腦類疾病檢測(cè)醫(yī)療費(fèi)用逐年增高，腦科學(xué)成像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在家檢查腦類疾病，把對(duì)腦部健康的監(jiān)測(cè)過(guò)程從醫(yī)院搬到了家中，從而避免醫(yī)院檢查的時(shí)間與空間阻礙，降低了醫(yī)療風(fēng)險(xiǎn)。作為醫(yī)療設(shè)備時(shí)，腦科學(xué)成像技術(shù)可用于醫(yī)療體檢，檢查大腦疾病，可以成為健康體檢中的常規(guī)體檢項(xiàng)目。

2.2 遠(yuǎn)程腦醫(yī)療

眾所周知，目前我國(guó)農(nóng)村地區(qū)醫(yī)療水平不高，尤其是在貧困地區(qū)，更為嚴(yán)重。我國(guó)10個(gè)貧困縣的貧困人口率為18.08%（3.86%～55.31%），是全國(guó)平均的3.4倍，由此可推測(cè)出，偏遠(yuǎn)及貧困地區(qū)的醫(yī)療技術(shù)人員稀缺、知識(shí)水平不高，居民難以享受先進(jìn)的醫(yī)療設(shè)施和醫(yī)療專家的會(huì)診。

腦科學(xué)成像技術(shù)，主要研究有卒中后抑郁的早期識(shí)別與輔助診斷、非侵入式大腦活動(dòng)研究等。通過(guò)以上描述，利用腦科學(xué)成像技術(shù)可以設(shè)計(jì)出在線腦功能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。將其設(shè)計(jì)為具有遠(yuǎn)程連接的功能特性，醫(yī)療專家可以進(jìn)行線上瀏覽相應(yīng)受試者的腦血氧濃度變化與腦功能激活情況，從而對(duì)受試者的健康情況進(jìn)行診斷。

2.3 人工智能

近些年來(lái)，人工智能作為現(xiàn)代社會(huì)上的大熱門，掀起了一陣AI狂潮。腦成像技術(shù)可以與人工智能相結(jié)合，如功能性近紅外光譜技術(shù)與AI相結(jié)合，可以通過(guò)腦部活動(dòng)的血氧水平，經(jīng)過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立數(shù)學(xué)模型，可以在線判斷游戲用戶的個(gè)人信息，從而提高用戶體驗(yàn)。傳統(tǒng)的信息錄入方式，如性別錄入，可能存在玩家選擇異性角色的情況，應(yīng)用該技術(shù)采集腦活動(dòng)數(shù)據(jù)，從而判斷性別。在包容以上情況的同時(shí)，根據(jù)實(shí)際性別推送多樣化、針對(duì)性的游戲內(nèi)容。現(xiàn)已有使用fMRI腦成像方法探討了不同年齡人在完成復(fù)雜手動(dòng)模范任務(wù)時(shí)運(yùn)動(dòng)功能區(qū)的不同之處，從腦區(qū)激活的角度說(shuō)明年齡對(duì)運(yùn)動(dòng)功能區(qū)的影響。

3 機(jī)遇分析

腦成像技術(shù)對(duì)應(yīng)的科研、醫(yī)療、游戲市場(chǎng)都在國(guó)家大力發(fā)展的政策扶持范圍之內(nèi)，可以較為輕松的獲得國(guó)家扶持。由于我國(guó)進(jìn)入老齡化社會(huì)，社區(qū)醫(yī)療資源，偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)醫(yī)療資源的不足，促使我國(guó)開始智慧健康養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)發(fā)展計(jì)劃。該技術(shù)可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)的硬件設(shè)備，便于個(gè)人、醫(yī)護(hù)人員和機(jī)構(gòu)在家庭和移動(dòng)場(chǎng)景中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)生理指標(biāo)，同時(shí)借助本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程健康管理等功能。AI已掀起技術(shù)狂潮，將兩者相結(jié)合，必會(huì)碰撞出更大的火花。

4 結(jié)論

腦成像應(yīng)用研究、腦部康復(fù)訓(xùn)練及遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)t外腦成像系統(tǒng)的要求正在向小型化、低成本和高精度方向發(fā)展。目前，近紅外設(shè)備已被應(yīng)用于認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、腦機(jī)接口、人工智能等多個(gè)研究領(lǐng)域，在疾病預(yù)防檢測(cè)、醫(yī)療恢復(fù)等方面發(fā)揮重要作用。腦成像技術(shù)作為一種腦研究手段，國(guó)內(nèi)外對(duì)其開展了廣泛的學(xué)術(shù)、產(chǎn)業(yè)研究，引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

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