目前基于腦電圖（EEG）數據或功能磁共振成像（fMRI）的神經反饋（NF）技術對大腦調節的影響已展開了廣泛研究與應用，相較而言，功能近紅外光譜成像（fNIRS）成為近年來在NF研究中新興的技術手段。fNIRS是一種基于血液動力學的神經成像技術，具有成本低、便攜性好、空間分辨率高等優勢，更適合在自然環境下使用。當前國內缺少關于fNIRS結合NF技術（fNIRS-NF）的綜合述評，為給fNIRS-NF技術相關領域研究提供參考，本文首先闡述了fNIRS-NF的原理、關鍵技術及應用，重點對fNIRS-NF的應用進行了較為全面的論述，最后展望并總結了fNIRS-NF未來的發展趨勢。綜上，本文對fNIRS-NF技術及應用進行總結，認為fNIRS-NF技術在神經性疾病及其相關領域具有潛在的實用價值，fNIRS可以作為NF訓練的一種良好方法，期望本文可為fNIRS-NF技術的發展提供參考信息。
引用本文： 李夢琪, 龔安民, 南文雅, 許博俊, 丁鵬, 伏云發. 基于功能近紅外光譜成像的神經反饋技術及應用. 生物醫學工程學雜志, 2022, 39(5): 1041-1049. doi: 10.7507/1001-5515.202204031 復制
引言
神經反饋（neurofeedback，NF）是生物反饋的一種形式，它采用腦信號作為控制反饋的信號，可通過腦信號傳感器采集受試者大腦神經活動的信號，并利用計算機和軟件由腦-機接口（brain-computer interface，BCI）將腦信號轉換為反饋信號，采用視覺、聽覺或觸覺反饋在大腦中產生學習過程[1]。NF是一種雙向閉環的BCI，是BCI最早的應用形式[2]。NF的主要作用是通過增加或降低特定腦區神經電磁節律或腦組織血氧濃度來改善大腦神經元活動，也可以通過改善中樞神經系統調節任務（專注）和靜息（放松）周期以及大腦連通性的能力，影響大腦的信息傳遞功能，對大腦具有一定的可塑性[3]。
NF作為神經調控的一種方法，可用于神經和精神疾病的防治與康復，尤其是認知和心理障礙的干預；也可用于健康個體認知與行為表現的優化、情緒調節能力的提升、腦機協同訓練和學習等實踐[4-5]。目前，NF方法已廣泛應用于臨床，使一些患有精神/神經疾病的患者病情得到了改善[6]。研究表明，NF訓練會使受試者產生持續性的行為改善[7]，很多受試者會在訓練之后，將學習到的自我調控方法應用到生活中。
迄今為止，NF采用的腦信號有腦電圖（electroencephalography，EEG）、功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）和功能近紅外光譜成像（functional near-infrared spectroscopy，fNIRS）等。目前，NF的技術手段主要以EEG和fMRI為主[8]，而fNIRS結合NF技術（fNIRS-NF）是一種較為新穎的反饋方式。與fMRI相比，fNIRS具有成本低、便攜性好、生態效應好以及較高的時間分辨率[9]；與測量神經元電活動的EEG相比，fNIRS能夠測量腦組織的代謝活動，容忍受試者頭部一定程度的移動以及具有較高的空間分辨率[10]。由于fNIRS具有以上優勢，故其在NF領域具有較大的應用潛力，尤其是適用于肢體運動期間的大腦狀態監測[11]。
Ehlis等[12]對fNIRS-NF進行了評述，重點討論了注意缺陷/多動障礙（attention deficit hyperactivity disorder，ADHD）、聽覺言語幻覺（auditory verbal hallucinations，AVH）和社交焦慮癥（social anxiety disorder，SAD）等方面的臨床應用。結果表明，fNIRS-NF訓練在臨床上治療效果還需要更多的證據支撐，依據今后更深入的研究效果，或可作為治療精神分裂癥、SAD和ADHD等精神疾病的非藥物替代選擇。Kohl等[13]全面評述了fNIRS-NF訓練系統中的關鍵技術，討論了信號處理和特征選擇方法，探討了fNIRS-NF在調節大腦激活方面的有效性以及在改變受試者行為方面的有效性；他們認為，由于fNIRS-NF的獨特優勢，可能為EEG數據結合NF技術（EEG-NF）和fMRI圖像結合NF技術（fMRI-NF）提供合適的替代方案，在NF的臨床轉化方面具有巨大潛力。然而，Ehlis等[12]和Kohl等[13]關于fNIRS-NF的評述并不全面，兩者只關注了fNIRS-NF的應用，而忽略了引起疾病的腦部機制和NF訓練依據。
目前國內針對fNIRS-NF的評述還相對較少。為此，本文結合當前最新研究對fNIRS-NF的關鍵技術及應用進行歸納與總結，重點闡述fNIRS-NF在腦功能發育、精神、情感、神經康復和認知等方面的腦部機制、NF訓練依據及應用情況。最后，展望fNIRS-NF的發展趨勢。本文可望為fNIRS-NF技術的相關研究人員提供有價值的信息，提高人們對fNIRS-NF技術的認知，促進fNIRS-NF的應用和技術的發展。
1 fNIRS-NF調節原理及關鍵技術
1.1 fNIRS-NF調節原理
NF調節旨在通過操作性條件反射促進病理性大腦活動模式的“重新訓練”[11]。NF將大腦內部狀態與獎勵事件相關聯，這為調節大腦內部狀態提供了獨有的機會，因為大腦對這種調節有完整的響應機制，使得NF能夠改變大腦的功能，并能夠根據學習范式調節其活動[1]。如前所述，fNIRS-NF是一種NF方法，可通過調節目標腦區的血液動力學活動間接地調節神經元活動，使目標腦區發生可塑性變化從而調節功能和行為。fNIRS-NF比較典型的應用是神經康復，如運動相關神經系統的損傷會導致運動功能障礙，可通過fNIRS-NF調節運動相關皮層區域，誘發神經網絡的可塑性變化，從而促進運動功能恢復[14]。在一些其他的fNIRS-NF應用中，可以調節與注意、情感、認知等障礙相關的皮層區域以改善癥狀。
1.2 fNIRS-NF系統組成
fNIRS系統是利用神經血管耦合原理間接測量神經元的活動，如圖1所示，典型的fNIRS-NF系統主要由四個部分組成：① fNIRS信號采集；② fNIRS信號在線預處理；③ 腦組織血氧濃度變化特征提取；④ 反饋信息的呈現。同時，在設計fNIRS-NF系統時，需要考慮運行中的任務周期及時間安排、訓練任務、目標區域；在NF訓練時，通過操作性條件反射調節大腦活動，獲得有利于癥狀或表現改善的可塑性。
圖1
fNIRS-NF示意圖
Figure1.
Schematic diagram of fNIRS-NF
1.2.1 fNIRS信號采集
信號采集是將fNIRS發射探頭和接收探頭覆蓋特定的目標區域，以一定的采樣頻率來采集光強信號，然后由修正的比爾朗-伯特定律將光強信號轉化為血氧濃度信號。發射探頭和接受探頭通常放置在相距3～4 cm的位置[15]。本文所評述的fNIRS-NF系統采用了不同的fNIRS設備，如近紅外腦功能定量成像系統（ETG-4000，日立，日本）、近紅外光學腦成像系統（FOIRE-3000，島津，日本）、近紅外光譜腦功能成像系統（NirScan，慧創，中國）、功能近紅外光學腦成像系統（FNIR400，BIOPAC，美國）和近紅外腦成像分析系統（NIRsport，NIRX，德國）等，設備的主要區別在于波的數量和波長的不同，其中ETG-4000、FNIR400和NIRsport使用2個波長，FOIRE-3000和NirScan支持3個波長。這5種設備的波長都在650～950 nm范圍內，且具有不同的波長范圍和靈敏度[13]，進行測量時無創傷、束縛較少。當前，fNIRS設備使用更多波長可以提高信號質量，更有利于fNIRS-NF的應用。對于相同的覆蓋范圍，通道數越多，測量密度越大，研究者大多使用多通道在頭皮的多個位置進行測量[16]。
1.2.2 fNIRS信號在線預處理
fNIRS信號含有不同的噪聲，其中最主要的是生理噪聲。由于生理噪聲的頻率范圍已知，因此通過一些傳統濾波器就可以去除一定的噪聲[7, 17-24]，然而傳統的濾波方法無法消除與任務頻率重疊的生理噪聲。為了消除這種噪聲，Klein等[25]將帶通濾波器和小波濾波器與基于奇異值分解和高斯核平滑濾波器相結合，產生了比單一濾波方法質量更高的信號。除此之外，淺層生理噪聲會引起毛細血管中血紅蛋白濃度的變化[26]，目前短距離通道法是去除淺層生理噪聲的最好方法[27]。Fujimoto等[14]使用來自短距離通道的數據進行主成分分析以消除偽跡。另外，fNIRS信號中還存在因為運動而產生的大幅跳變的尖峰狀噪聲，可以使用小波分析或主成分分析[18]的濾波方法或者利用氧合血紅蛋白（oxy-hemoglobin，HbO2）與脫氧血紅蛋白（deoxy-hemoglobin，HbR）反向變化的相關性改進算法去除運動偽跡[28]。
1.2.3 腦組織血氧濃度變化特征提取
對于在線特征，HbO2、HbR、總血紅蛋白（total hemoglobin，HbT）等數據為合適的特征提供了更多選擇。振幅、均值或導數等特征都可以表征目標腦區的激活或抑制。本文統計到的大多數研究使用HbO2信號的振幅作為直接反饋來源，并且大部分fNIRS-NF研究都將HbO2信號特征激活作為調節目標。除此之外，也有研究同時使用兩個發色團，比如Lapborisuth等[29]使用HbO2信號變化的振幅作為受試者的反饋信號，同時使用HbR信號進行NF。Kober等[30]研究表明，人們可以通過fNIRS-NF調節兩個發色團，這種調節取決于調節策略。在不同任務中，最適合fNIRS-NF的發色團仍是一個有爭議的問題。然而，根據Naseer等[16]研究表明HbO2濃度變化比HbR濃度變化更明顯，且HbO2的重測可靠性高于HbR。雖然HbR和HbT的使用頻率比較低，但并不意味著HbR和HbT不適用fNIRS-NF，需要根據NF的調節策略來確定更適合的fNIRS-NF特征。
1.2.4 反饋信息的呈現
反饋信息大多以感覺形式（視覺、聽覺、觸覺等）呈現，但在時間（即時或延遲）、反饋呈現的復雜性以及獎勵方面有所差異[13]。本文所統計到的大多數研究使用一種簡單的視覺反饋，如Fujimoto等[14]以反饋條形式呈現視覺反饋。Tang等[7]使用屏幕上顯示（上調或下調）石頭的視覺反饋，其高度變化為HbO2的幅度變化。而Hudak等[18]除了提供獎勵（笑臉或金錢）形式的即時反饋，還在任務期間提供延遲反饋減少受試者分心。為了增加受試者主動性，可以將NF嵌入到虛擬現實（virtual reality，VR）中，這種方法的可行性已經在亞臨床成年人群中得到了證明[18]。
1.3 fNIRS-NF周期/時間
fNIRS-NF周期至少包括調節與休息兩種階段，在調節階段，受試者接受反饋并調節大腦活動；在休息階段，受試者不接受反饋，血液動力學信號恢復到基線水平[13]。fNIRS的血液動力學信號在刺激開始后約5 s達到峰值，并在刺激開始后約16 s回到基線水平，整個過程時間效率較為低下[11]。因此，fNIRS-NF的試驗需要設計較長的調節和休息時間。Kimmig等[31]使用了30 s的調節階段、30 s的休息階段，休息階段包含基線、強化和休息時間的提示。不同研究的fNIRS-NF訓練課程有很大的差異，特別是臨床治療的fNIRS-NF研究需要更多的訓練課程，例如Kimmig等[31]用了6～8周內的15次訓練課程，Marx等[32]用了4～6周內的12次訓練課程。但是，通過fNIRS-NF調節目標區域血液動力學信號的最佳訓練課程次數還未確定。
1.4 fNIRS-NF訓練任務
fNIRS-NF訓練任務是自我調節大腦目標區域活動的重要方式。目前，自我調節方式包括外顯策略（特定的任務）和內隱策略（無特定任務）[19]。在涉及神經康復的NF訓練中通常含有特定運動想象任務，例如Mihara等[20]要求受試者想象“從椅子上站起來踩踏兩次和沿著走廊走”。Ota等[33]要求受試者想象“從杯子中拿起釘子，用右手放入孔中”。但也有例外，Fujimoto等[14]要求受試者提高反饋條的高度，而沒有提供如何完成此操作的運動想象任務。在一些其他的研究中也沒有要求特定的想象任務 [7, 21-22]。比較特殊的是，Trambaiolli等[17]要求受試者在“積極試驗”期間自行探索想象具有積極情感的個人回憶。總的來說，外顯策略對于患有腦部疾病的人是有困難的，并且會難以理解所提供的特定策略。從趨勢上來看，利用內隱策略的NF調節目標區域活動，在某些情況下可能更有效。
1.5 fNIRS-NF目標區域
在fNIRS-NF研究中，大部分研究選擇前額葉皮層（prefrontal cortex，PFC）作為目標區域[17-19, 31-33]，即背外側PFC（dorsolateral PFC，dlPFC）、額下回（inferior frontal gyrus，IFG）、額極、眶額皮層（orbitofrontal cortex，OFC）等。除此之外還有其他目標區域，如表1所示。目標區域需要根據NF應用需求進行選擇，例如Trambaiolli等[17]在fNIRS-NF的研究中選擇PFC、額極或OFC和枕葉皮層作為目標區域，因為這些區域與引發情感狀態相關。
表1
fNIRS-NF的行為效應
Table1.
Behavioral effects of fNIRS-NF
2 fNIRS-NF的應用
fNIRS-NF應用的最終目標是對大腦目標區域皮層進行自我調節并產生行為效應，這是開發fNIRS-NF臨床應用和治療程序的先決條件。在此，本文評述了fNIRS-NF在腦功能發育、精神障礙、情感、神經康復、認知等方面改善健康人群和患者的執行功能和運動康復的有效性。
2.1 fNIRS-NF在腦功能發育領域的應用
2.1.1 ADHD
ADHD的主要癥狀是注意力不集中、多動等，這些癥狀會導致社交和學習功能缺陷[34]。Marx等[32]研究表明，fNIRS-NF訓練可以提高ADHD兒童的抑制控制能力并減輕ADHD癥狀，并且其效果優于接受EEG-NF訓練的對照組。Blume等[35]在治療ADHD兒童閱讀能力的fNIRS-NF中嵌入了VR技術，訓練后閱讀能力提高更為明顯，這表明增強fNIRS-NF生態性對于ADHD兒童閱讀能力有更好的改善。ADHD大部分病例會持續到成年期，成年期ADHD特征是存在與年齡不相稱的注意力不集中、沖動等行為[36]。Barth等[36]研究表明，fNIRS-NF可以減輕成年期ADHD的相關癥狀，而且與慢皮層電位反饋和半主動肌電生物反饋相比，fNIRS-NF在改善成年期ADHD沖動性方面效果更好。但是，fNIRS-NF是否比經典的EEG-NF或者其他治療ADHD的方法具有更大優勢，需要大規模的臨床試驗才可能進一步闡明這個問題。
2.1.2 自閉癥譜系障礙
自閉癥譜系障礙（autism spectrum disorder，ASD）的個體特征是社交、溝通等行為缺陷，這些特征通常出現在兒童早期[19]。對ASD來說，fNIRS-NF干預可以使受試者學會自我調節局部的大腦活動，從而改善ASD癥狀。Liu等[19]使用fNIRS-NF調節受試者涉及面部識別能力的目標區域活動，研究發現真實NF提升受試者面部識別能力比虛假NF效果更好，特別是對于患有ASD的受試者改善更為明顯。一些研究發現，利用內隱策略的NF促進皮層網絡的自發連接[37]來調節大腦活動可能更有效[38]，特別對于ASD患者來說，內隱策略相對容易調節情緒或大腦皮層的血液動力學活動。
2.2 fNIRS-NF在精神障礙領域的應用
2.2.1 精神分裂癥
精神分裂癥的特征是廣泛的認知障礙，包括記憶、注意力和執行功能異常等[39]。AVH是精神分裂癥的核心癥狀，與語言相關區域的高度激活有關。因為fNIRS-NF可以調節大腦興奮水平和活動，從而可以改善AVH [23]。Storchak等[23]通過自適應fNIRS-NF調節AVH受試者雙側后部顳上回（superior temporal gyrus，STG）的血液動力學活動，為了抵消幻聽的神經相關性（STG在AVH出現前失活，在AVH過程中激活），要求受試者AVH即將開始時激活、在經歷幻覺時去激活STG血液動力學信號，fNIRS-NF訓練后受試者AVH癥狀減輕。需要注意的是，AVH受試者在進行NF時，并非單獨上調或下調某一腦區的活性，而是需要充分考慮受試者當前AVH狀態。總的來說，實時fNIRS-NF是一項很有前途的技術，使得患者通過NF調節自己的STG和前扣帶回皮層等語音相關大腦網絡來改善AVH癥狀[39]。
2.2.2 SAD
SAD是常見的精神疾病之一，其特點是害怕負面的社會評價，并且SAD會損害社會關系、工作和日常活動能力。據推測，dlPFC可能在注意力偏差和焦慮癥狀的大腦網絡中起核心作用[31]。Kimmig等[31]研究表明SAD癥狀的減輕與注意力威脅處理的減少有關，在fNIRS-NF訓練后，受試者對威脅刺激的敏感度降低、注意力偏差減輕，其行為效應是一般特質焦慮的減少。在未來研究中，建議將fNIRS-NF與SAD相關的背景圖像及VR結合起來，從而增加生態有效性。雖然在這種情況下會增加受試者自我調節相關皮層的困難，但與單一背景的fNIRS-NF相比訓練效果可能會更好。
2.3 fNIRS-NF在情感領域的應用
2.3.1 情感NF
情感NF是調節與精神障礙相關的異常神經活動的有效方法[17]。Trambaiolli等[17]通過fNIRS-NF（真實反饋、固定反饋和隨機反饋）對受試者額葉和枕葉網絡進行自我調節，受試者想象具有中性和積極情感的個人回憶調節目標區域活動，大多數受試者能夠以超過70%的閾值進行自我調節。但是，這三種反饋對目標區域調節產生的效果差異并沒有統計學意義，其可能的原因在于這三種反饋方法的試驗次數并不相同。這項研究發現靜息狀態下多元功能連接越強，情感NF的性能可能就越好。此外，研究還成功分類了中性和積極的情感狀態并調節了左側dlPFC的不對稱激活。
2.3.2 情緒調節
負面情緒會對人的認知功能或心理健康產生不利影響，甚至導致情感障礙的發生[40]。有研究表明，dlPFC在處理情緒方面是側向化的，右側dlPFC可以更多地參與負面情緒調節[41]。以前的大多數研究都使用與情緒相關的區域（杏仁核和前島葉）進行NF調節[42]，而Yu等[22]選擇非情緒處理區域dlPFC作為目標區域，受試者不需要調節自己的情緒，只需要根據實時NF信號上調或下調右側dlPFC的血液動力學活動，結果表明NF訓練顯著減少了受試者的負面情緒，還增加了情緒調節網絡和杏仁核之間的靜息態功能連接。但是在fNIRS-NF訓練后，統計分析顯示受試者改善負面情緒的自我調節能力并不突出。此研究表明，自我調節大腦活動能力的“大腦天花板”效應是一個應該注意的問題，在未來的fNIRS-NF訓練中可以探索目標區域的最佳活動邊界來提高受試者的自我調節能力[22]。
2.3.3 沖動性
沖動性是指無法抑制外部刺激和內部欲望產生的沖動行為，在健康個體和發育障礙個體中均存在該行為特征[18]。從神經科學的角度看，沖動性與功能失調的額葉活動密切相關，沖動控制的發展是認知控制網絡成熟的結果[41]。Hudak等[18]研究表明通過fNIRS-NF（嵌入沉浸式VR教室）調節額葉功能，使受試者能夠在任務中吸收dlPFC認知資源來改善沖動行為。fNIRS-NF與VR技術相結合可以更好地將大腦調節策略轉化到現實生活中。在未來研究中，需要通過增加樣本量，并采用不同場景的VR結合NF（VR-NF）提高fNIRS-NF的生態有效性。
2.4 fNIRS-NF在神經康復領域的應用
2.4.1 腦卒中
步態和平衡功能障礙以及上肢偏癱是腦卒中后常見的運動障礙。在康復訓練中，重復執行任務能夠有效提高上肢的運動技能，從而刺激大腦學習運動技能[43]，引起大腦神經回路變化。NF訓練可以促使大腦學習運動技能的神經回路發生變化，因此可用于神經康復訓練。Ota等[33]使用fNIRS-NF（真實NF為試驗組和虛假NF為對照組）對受試者PFC前部（anterior PFC，aPFC）進行調節，結果顯示，對照組輔助運動區（supplementary motor area，SMA）的血流動力學活動增加。試驗組在訓練期間aPFC顯著激活，訓練后康復任務表現的改善率增加。Mihara等[20]研究表明，使用6次fNIRS-NF調節SMA及其相關網絡可以增強步態功能和恢復平衡，并且在真實反饋中與步態想象相關的SMA顯著激活，靜息狀態下SMA與腹側前運動區之間的連通性增強。但是與EEG-NF和fMRI-NF對大腦進行了持續一年的調節相比，fNIRS-NF臨床效果可能需要更長時間NF訓練才能證實。Huo等[44]研究表明腦卒中患者的皮質激活模式不對稱，并且腦卒中患者在靜息態和任務態下的有效連接顯著降低，該發現為開發腦卒中后功能恢復治療技術提供了理論基礎。
2.4.2 姿勢穩定性
研究表明，SMA廣泛分布的神經元網絡參與了與運動功能恢復相關的神經可塑性重組，對SMA的調節有助于改善姿勢控制、軀干運動和上肢運動等[45]。Fujimoto等[14]使用fNIRS-NF（真實NF為試驗組和虛假NF為對照組）調節健康受試者的SMA區域活動，結果發現，即使沒有執行任何特定運動想象任務，真實NF也會促進目標皮層區域的激活，這表明fNIRS-NF本身具有神經調節作用。但是，NF訓練并未改善受試者的姿勢穩定性，這表明SMA的激活對姿勢穩定性沒有直接的影響，因此可能需要進一步開展涉及運動神經障礙患者的fNIRS-NF研究。然而關于受試者使用何種策略自我調節大腦活動是未知的，在運動神經康復的fNIRS-NF中外顯策略或內隱策略哪個更具有優勢還需要進一步的試驗研究。
2.5 fNIRS-NF在認知領域的應用
2.5.1 認知靈活性/能力
認知靈活性包括注意力轉移以及在與認知相關和不相關的信息背景下的行為適應[21]。認知靈活性嚴重依賴OFC，Li等[21]使用fNIRS-NF調節側眶額葉皮層（lateral orbitofrontal cortex，lOFC）的血液動力學活動。訓練后，真實NF組的認知靈活性增強并且lOFC活性更高，這反映在注意力轉移（集合轉換）任務中正確反應時間減少，而虛假NF組的IOFC活性沒有明顯增加。Xu等[46]使用fNIRS-NF對受試者的額-頂葉功能連接進行訓練；結果表明，該方法只需3次15 min的訓練，就可以有效增加額-頂葉的功能連接，提高記憶認知能力，Xia等[24]也證明了該方法的有效性。Hou等[47]通過fNIRS-NF對受試者海馬連接的皮層區域（左側頂葉）進行調節，成功地增加了與任務相關的海馬激活并改善了聯想記憶。這些研究表明，可以通過fNIRS-NF調節皮層之間的功能連接并且間接影響深層區域以改善相關認知功能。
2.5.2 沖突適應
沖突適應是指在患者經歷沖突后沖突控制能力的提高，它是適應性認知控制的一個突出指標。沖突適應的逆轉可以使患者適應某些不良癥狀，并可預測一些精神疾病[7]。Tang等[7]鼓勵受試者使用內隱策略自我調節大腦目標區域。其結果表明，fNIRS-NF使受試者在斯特魯普（Stroop）任務中的反向沖突適應恢復正常，并且試驗組的改善程度明顯大于對照組。這項研究為dlPFC在產生正常沖突適應中的作用提供了因果證據。
3 fNIRS-NF展望
fNIRS-NF技術是目前腦神經科學領域中具有潛力的新興技術。它的主要潛力在于治療腦神經疾病以及作為現有的NF方式的補充甚至替代。雖然實現fNIRS-NF真正的臨床應用還很遠，但是隨著技術手段不斷進步以及研究的逐步深入，fNIRS-NF必將獲得廣泛的臨床應用。因此，鑒于fNIRS的優勢以及fNIRS-NF的發展趨勢，本文對fNIRS-NF技術給出如下建議和展望。
（1）針對不同的神經精神疾病，需要研究并制定fNIRS-NF干預效果的評估方法和指標。
（2）鑒于fNIRS有良好的抗干擾能力和電磁兼容性，fNIRS可以與EEG、fMRI等研究手段結合，實現單一NF研究向多模態NF研究的轉變。
（3）任何大腦活動都不是單一腦區實現的，fNIRS-NF對不同腦皮層之間以及皮層與皮下深層區域的有效連接和功能連接的調節產生了積極效果[24, 46-47]，這也反映了fNIRS-NF的發展趨勢在于從局部腦區域NF到腦網絡NF。
（4）VR-NF可以模擬出沉浸式、不同背景的環境，可以給受試者帶來更為直觀的感受，反饋信息更加強烈。未來fNIRS-NF的反饋呈現可以更多地與VR結合，同時也要考慮復雜的反饋信息對受試者的干擾問題及副作用。
（5）同樣的fNIRS-NF訓練方案并不適用所有的受試者，需要針對特定個體設計個性化NF訓練方案，以取得有效的神經調控效果。
（6）fNIRS-NF可以使用高效的算法，對神經元網絡活動變化進行實時評估、預處理和反饋，特別是提高信號質量，為患者提供更全面的反饋方法。
（7）當前fNIRS-NF新的發展趨勢——內隱式NF，它允許在沒有特定的NF任務情況下，對單個目標區域和有效功能連接進行隱式調節，從而減小反饋刺激對受試者的干擾。
4 總結
本文聚焦fNIRS在NF中應用這一研究，首先介紹了fNIRS-NF的調節原理及系統構成、目標區域、訓練任務等關鍵技術，其次詳細評述了fNIRS-NF在腦功能發育、精神障礙、情感、神經康復、認知等領域的應用現狀。結果表明，fNIRS-NF是一種無創且有效的大腦神經調控手段，目前處于快速發展階段，有望對一些腦神經疾病/缺陷的治療提出新的治療方案，能夠成為現有的NF方式的補充甚至替代。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者均聲明不存在利益沖突。
作者貢獻聲明：李夢琪為主要撰寫人，完成相關文獻資料的收集及論文初稿的寫作；龔安民負責寫作指導和審核；南文雅負責寫作指導和建議；許博俊負責文獻調研；丁鵬負責寫作指導和意見；伏云發為論文的負責人及主要審核人。
引言
神經反饋（neurofeedback，NF）是生物反饋的一種形式，它采用腦信號作為控制反饋的信號，可通過腦信號傳感器采集受試者大腦神經活動的信號，并利用計算機和軟件由腦-機接口（brain-computer interface，BCI）將腦信號轉換為反饋信號，采用視覺、聽覺或觸覺反饋在大腦中產生學習過程[1]。NF是一種雙向閉環的BCI，是BCI最早的應用形式[2]。NF的主要作用是通過增加或降低特定腦區神經電磁節律或腦組織血氧濃度來改善大腦神經元活動，也可以通過改善中樞神經系統調節任務（專注）和靜息（放松）周期以及大腦連通性的能力，影響大腦的信息傳遞功能，對大腦具有一定的可塑性[3]。
NF作為神經調控的一種方法，可用于神經和精神疾病的防治與康復，尤其是認知和心理障礙的干預；也可用于健康個體認知與行為表現的優化、情緒調節能力的提升、腦機協同訓練和學習等實踐[4-5]。目前，NF方法已廣泛應用于臨床，使一些患有精神/神經疾病的患者病情得到了改善[6]。研究表明，NF訓練會使受試者產生持續性的行為改善[7]，很多受試者會在訓練之后，將學習到的自我調控方法應用到生活中。
迄今為止，NF采用的腦信號有腦電圖（electroencephalography，EEG）、功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）和功能近紅外光譜成像（functional near-infrared spectroscopy，fNIRS）等。目前，NF的技術手段主要以EEG和fMRI為主[8]，而fNIRS結合NF技術（fNIRS-NF）是一種較為新穎的反饋方式。與fMRI相比，fNIRS具有成本低、便攜性好、生態效應好以及較高的時間分辨率[9]；與測量神經元電活動的EEG相比，fNIRS能夠測量腦組織的代謝活動，容忍受試者頭部一定程度的移動以及具有較高的空間分辨率[10]。由于fNIRS具有以上優勢，故其在NF領域具有較大的應用潛力，尤其是適用于肢體運動期間的大腦狀態監測[11]。
Ehlis等[12]對fNIRS-NF進行了評述，重點討論了注意缺陷/多動障礙（attention deficit hyperactivity disorder，ADHD）、聽覺言語幻覺（auditory verbal hallucinations，AVH）和社交焦慮癥（social anxiety disorder，SAD）等方面的臨床應用。結果表明，fNIRS-NF訓練在臨床上治療效果還需要更多的證據支撐，依據今后更深入的研究效果，或可作為治療精神分裂癥、SAD和ADHD等精神疾病的非藥物替代選擇。Kohl等[13]全面評述了fNIRS-NF訓練系統中的關鍵技術，討論了信號處理和特征選擇方法，探討了fNIRS-NF在調節大腦激活方面的有效性以及在改變受試者行為方面的有效性；他們認為，由于fNIRS-NF的獨特優勢，可能為EEG數據結合NF技術（EEG-NF）和fMRI圖像結合NF技術（fMRI-NF）提供合適的替代方案，在NF的臨床轉化方面具有巨大潛力。然而，Ehlis等[12]和Kohl等[13]關于fNIRS-NF的評述并不全面，兩者只關注了fNIRS-NF的應用，而忽略了引起疾病的腦部機制和NF訓練依據。
目前國內針對fNIRS-NF的評述還相對較少。為此，本文結合當前最新研究對fNIRS-NF的關鍵技術及應用進行歸納與總結，重點闡述fNIRS-NF在腦功能發育、精神、情感、神經康復和認知等方面的腦部機制、NF訓練依據及應用情況。最后，展望fNIRS-NF的發展趨勢。本文可望為fNIRS-NF技術的相關研究人員提供有價值的信息，提高人們對fNIRS-NF技術的認知，促進fNIRS-NF的應用和技術的發展。
1 fNIRS-NF調節原理及關鍵技術
1.1 fNIRS-NF調節原理
NF調節旨在通過操作性條件反射促進病理性大腦活動模式的“重新訓練”[11]。NF將大腦內部狀態與獎勵事件相關聯，這為調節大腦內部狀態提供了獨有的機會，因為大腦對這種調節有完整的響應機制，使得NF能夠改變大腦的功能，并能夠根據學習范式調節其活動[1]。如前所述，fNIRS-NF是一種NF方法，可通過調節目標腦區的血液動力學活動間接地調節神經元活動，使目標腦區發生可塑性變化從而調節功能和行為。fNIRS-NF比較典型的應用是神經康復，如運動相關神經系統的損傷會導致運動功能障礙，可通過fNIRS-NF調節運動相關皮層區域，誘發神經網絡的可塑性變化，從而促進運動功能恢復[14]。在一些其他的fNIRS-NF應用中，可以調節與注意、情感、認知等障礙相關的皮層區域以改善癥狀。
1.2 fNIRS-NF系統組成
fNIRS系統是利用神經血管耦合原理間接測量神經元的活動，如圖1所示，典型的fNIRS-NF系統主要由四個部分組成：① fNIRS信號采集；② fNIRS信號在線預處理；③ 腦組織血氧濃度變化特征提取；④ 反饋信息的呈現。同時，在設計fNIRS-NF系統時，需要考慮運行中的任務周期及時間安排、訓練任務、目標區域；在NF訓練時，通過操作性條件反射調節大腦活動，獲得有利于癥狀或表現改善的可塑性。
圖1
fNIRS-NF示意圖
Figure1.
Schematic diagram of fNIRS-NF
1.2.1 fNIRS信號采集
信號采集是將fNIRS發射探頭和接收探頭覆蓋特定的目標區域，以一定的采樣頻率來采集光強信號，然后由修正的比爾朗-伯特定律將光強信號轉化為血氧濃度信號。發射探頭和接受探頭通常放置在相距3～4 cm的位置[15]。本文所評述的fNIRS-NF系統采用了不同的fNIRS設備，如近紅外腦功能定量成像系統（ETG-4000，日立，日本）、近紅外光學腦成像系統（FOIRE-3000，島津，日本）、近紅外光譜腦功能成像系統（NirScan，慧創，中國）、功能近紅外光學腦成像系統（FNIR400，BIOPAC，美國）和近紅外腦成像分析系統（NIRsport，NIRX，德國）等，設備的主要區別在于波的數量和波長的不同，其中ETG-4000、FNIR400和NIRsport使用2個波長，FOIRE-3000和NirScan支持3個波長。這5種設備的波長都在650～950 nm范圍內，且具有不同的波長范圍和靈敏度[13]，進行測量時無創傷、束縛較少。當前，fNIRS設備使用更多波長可以提高信號質量，更有利于fNIRS-NF的應用。對于相同的覆蓋范圍，通道數越多，測量密度越大，研究者大多使用多通道在頭皮的多個位置進行測量[16]。
1.2.2 fNIRS信號在線預處理
fNIRS信號含有不同的噪聲，其中最主要的是生理噪聲。由于生理噪聲的頻率范圍已知，因此通過一些傳統濾波器就可以去除一定的噪聲[7, 17-24]，然而傳統的濾波方法無法消除與任務頻率重疊的生理噪聲。為了消除這種噪聲，Klein等[25]將帶通濾波器和小波濾波器與基于奇異值分解和高斯核平滑濾波器相結合，產生了比單一濾波方法質量更高的信號。除此之外，淺層生理噪聲會引起毛細血管中血紅蛋白濃度的變化[26]，目前短距離通道法是去除淺層生理噪聲的最好方法[27]。Fujimoto等[14]使用來自短距離通道的數據進行主成分分析以消除偽跡。另外，fNIRS信號中還存在因為運動而產生的大幅跳變的尖峰狀噪聲，可以使用小波分析或主成分分析[18]的濾波方法或者利用氧合血紅蛋白（oxy-hemoglobin，HbO2）與脫氧血紅蛋白（deoxy-hemoglobin，HbR）反向變化的相關性改進算法去除運動偽跡[28]。
1.2.3 腦組織血氧濃度變化特征提取
對于在線特征，HbO2、HbR、總血紅蛋白（total hemoglobin，HbT）等數據為合適的特征提供了更多選擇。振幅、均值或導數等特征都可以表征目標腦區的激活或抑制。本文統計到的大多數研究使用HbO2信號的振幅作為直接反饋來源，并且大部分fNIRS-NF研究都將HbO2信號特征激活作為調節目標。除此之外，也有研究同時使用兩個發色團，比如Lapborisuth等[29]使用HbO2信號變化的振幅作為受試者的反饋信號，同時使用HbR信號進行NF。Kober等[30]研究表明，人們可以通過fNIRS-NF調節兩個發色團，這種調節取決于調節策略。在不同任務中，最適合fNIRS-NF的發色團仍是一個有爭議的問題。然而，根據Naseer等[16]研究表明HbO2濃度變化比HbR濃度變化更明顯，且HbO2的重測可靠性高于HbR。雖然HbR和HbT的使用頻率比較低，但并不意味著HbR和HbT不適用fNIRS-NF，需要根據NF的調節策略來確定更適合的fNIRS-NF特征。
1.2.4 反饋信息的呈現
反饋信息大多以感覺形式（視覺、聽覺、觸覺等）呈現，但在時間（即時或延遲）、反饋呈現的復雜性以及獎勵方面有所差異[13]。本文所統計到的大多數研究使用一種簡單的視覺反饋，如Fujimoto等[14]以反饋條形式呈現視覺反饋。Tang等[7]使用屏幕上顯示（上調或下調）石頭的視覺反饋，其高度變化為HbO2的幅度變化。而Hudak等[18]除了提供獎勵（笑臉或金錢）形式的即時反饋，還在任務期間提供延遲反饋減少受試者分心。為了增加受試者主動性，可以將NF嵌入到虛擬現實（virtual reality，VR）中，這種方法的可行性已經在亞臨床成年人群中得到了證明[18]。
1.3 fNIRS-NF周期/時間
fNIRS-NF周期至少包括調節與休息兩種階段，在調節階段，受試者接受反饋并調節大腦活動；在休息階段，受試者不接受反饋，血液動力學信號恢復到基線水平[13]。fNIRS的血液動力學信號在刺激開始后約5 s達到峰值，并在刺激開始后約16 s回到基線水平，整個過程時間效率較為低下[11]。因此，fNIRS-NF的試驗需要設計較長的調節和休息時間。Kimmig等[31]使用了30 s的調節階段、30 s的休息階段，休息階段包含基線、強化和休息時間的提示。不同研究的fNIRS-NF訓練課程有很大的差異，特別是臨床治療的fNIRS-NF研究需要更多的訓練課程，例如Kimmig等[31]用了6～8周內的15次訓練課程，Marx等[32]用了4～6周內的12次訓練課程。但是，通過fNIRS-NF調節目標區域血液動力學信號的最佳訓練課程次數還未確定。
1.4 fNIRS-NF訓練任務
fNIRS-NF訓練任務是自我調節大腦目標區域活動的重要方式。目前，自我調節方式包括外顯策略（特定的任務）和內隱策略（無特定任務）[19]。在涉及神經康復的NF訓練中通常含有特定運動想象任務，例如Mihara等[20]要求受試者想象“從椅子上站起來踩踏兩次和沿著走廊走”。Ota等[33]要求受試者想象“從杯子中拿起釘子，用右手放入孔中”。但也有例外，Fujimoto等[14]要求受試者提高反饋條的高度，而沒有提供如何完成此操作的運動想象任務。在一些其他的研究中也沒有要求特定的想象任務 [7, 21-22]。比較特殊的是，Trambaiolli等[17]要求受試者在“積極試驗”期間自行探索想象具有積極情感的個人回憶。總的來說，外顯策略對于患有腦部疾病的人是有困難的，并且會難以理解所提供的特定策略。從趨勢上來看，利用內隱策略的NF調節目標區域活動，在某些情況下可能更有效。
1.5 fNIRS-NF目標區域
在fNIRS-NF研究中，大部分研究選擇前額葉皮層（prefrontal cortex，PFC）作為目標區域[17-19, 31-33]，即背外側PFC（dorsolateral PFC，dlPFC）、額下回（inferior frontal gyrus，IFG）、額極、眶額皮層（orbitofrontal cortex，OFC）等。除此之外還有其他目標區域，如表1所示。目標區域需要根據NF應用需求進行選擇，例如Trambaiolli等[17]在fNIRS-NF的研究中選擇PFC、額極或OFC和枕葉皮層作為目標區域，因為這些區域與引發情感狀態相關。
表1
fNIRS-NF的行為效應
Table1.
Behavioral effects of fNIRS-NF
2 fNIRS-NF的應用
fNIRS-NF應用的最終目標是對大腦目標區域皮層進行自我調節并產生行為效應，這是開發fNIRS-NF臨床應用和治療程序的先決條件。在此，本文評述了fNIRS-NF在腦功能發育、精神障礙、情感、神經康復、認知等方面改善健康人群和患者的執行功能和運動康復的有效性。
2.1 fNIRS-NF在腦功能發育領域的應用
2.1.1 ADHD
ADHD的主要癥狀是注意力不集中、多動等，這些癥狀會導致社交和學習功能缺陷[34]。Marx等[32]研究表明，fNIRS-NF訓練可以提高ADHD兒童的抑制控制能力并減輕ADHD癥狀，并且其效果優于接受EEG-NF訓練的對照組。Blume等[35]在治療ADHD兒童閱讀能力的fNIRS-NF中嵌入了VR技術，訓練后閱讀能力提高更為明顯，這表明增強fNIRS-NF生態性對于ADHD兒童閱讀能力有更好的改善。ADHD大部分病例會持續到成年期，成年期ADHD特征是存在與年齡不相稱的注意力不集中、沖動等行為[36]。Barth等[36]研究表明，fNIRS-NF可以減輕成年期ADHD的相關癥狀，而且與慢皮層電位反饋和半主動肌電生物反饋相比，fNIRS-NF在改善成年期ADHD沖動性方面效果更好。但是，fNIRS-NF是否比經典的EEG-NF或者其他治療ADHD的方法具有更大優勢，需要大規模的臨床試驗才可能進一步闡明這個問題。
2.1.2 自閉癥譜系障礙
自閉癥譜系障礙（autism spectrum disorder，ASD）的個體特征是社交、溝通等行為缺陷，這些特征通常出現在兒童早期[19]。對ASD來說，fNIRS-NF干預可以使受試者學會自我調節局部的大腦活動，從而改善ASD癥狀。Liu等[19]使用fNIRS-NF調節受試者涉及面部識別能力的目標區域活動，研究發現真實NF提升受試者面部識別能力比虛假NF效果更好，特別是對于患有ASD的受試者改善更為明顯。一些研究發現，利用內隱策略的NF促進皮層網絡的自發連接[37]來調節大腦活動可能更有效[38]，特別對于ASD患者來說，內隱策略相對容易調節情緒或大腦皮層的血液動力學活動。
2.2 fNIRS-NF在精神障礙領域的應用
2.2.1 精神分裂癥
精神分裂癥的特征是廣泛的認知障礙，包括記憶、注意力和執行功能異常等[39]。AVH是精神分裂癥的核心癥狀，與語言相關區域的高度激活有關。因為fNIRS-NF可以調節大腦興奮水平和活動，從而可以改善AVH [23]。Storchak等[23]通過自適應fNIRS-NF調節AVH受試者雙側后部顳上回（superior temporal gyrus，STG）的血液動力學活動，為了抵消幻聽的神經相關性（STG在AVH出現前失活，在AVH過程中激活），要求受試者AVH即將開始時激活、在經歷幻覺時去激活STG血液動力學信號，fNIRS-NF訓練后受試者AVH癥狀減輕。需要注意的是，AVH受試者在進行NF時，并非單獨上調或下調某一腦區的活性，而是需要充分考慮受試者當前AVH狀態。總的來說，實時fNIRS-NF是一項很有前途的技術，使得患者通過NF調節自己的STG和前扣帶回皮層等語音相關大腦網絡來改善AVH癥狀[39]。
2.2.2 SAD
SAD是常見的精神疾病之一，其特點是害怕負面的社會評價，并且SAD會損害社會關系、工作和日常活動能力。據推測，dlPFC可能在注意力偏差和焦慮癥狀的大腦網絡中起核心作用[31]。Kimmig等[31]研究表明SAD癥狀的減輕與注意力威脅處理的減少有關，在fNIRS-NF訓練后，受試者對威脅刺激的敏感度降低、注意力偏差減輕，其行為效應是一般特質焦慮的減少。在未來研究中，建議將fNIRS-NF與SAD相關的背景圖像及VR結合起來，從而增加生態有效性。雖然在這種情況下會增加受試者自我調節相關皮層的困難，但與單一背景的fNIRS-NF相比訓練效果可能會更好。
2.3 fNIRS-NF在情感領域的應用
2.3.1 情感NF
情感NF是調節與精神障礙相關的異常神經活動的有效方法[17]。Trambaiolli等[17]通過fNIRS-NF（真實反饋、固定反饋和隨機反饋）對受試者額葉和枕葉網絡進行自我調節，受試者想象具有中性和積極情感的個人回憶調節目標區域活動，大多數受試者能夠以超過70%的閾值進行自我調節。但是，這三種反饋對目標區域調節產生的效果差異并沒有統計學意義，其可能的原因在于這三種反饋方法的試驗次數并不相同。這項研究發現靜息狀態下多元功能連接越強，情感NF的性能可能就越好。此外，研究還成功分類了中性和積極的情感狀態并調節了左側dlPFC的不對稱激活。
2.3.2 情緒調節
負面情緒會對人的認知功能或心理健康產生不利影響，甚至導致情感障礙的發生[40]。有研究表明，dlPFC在處理情緒方面是側向化的，右側dlPFC可以更多地參與負面情緒調節[41]。以前的大多數研究都使用與情緒相關的區域（杏仁核和前島葉）進行NF調節[42]，而Yu等[22]選擇非情緒處理區域dlPFC作為目標區域，受試者不需要調節自己的情緒，只需要根據實時NF信號上調或下調右側dlPFC的血液動力學活動，結果表明NF訓練顯著減少了受試者的負面情緒，還增加了情緒調節網絡和杏仁核之間的靜息態功能連接。但是在fNIRS-NF訓練后，統計分析顯示受試者改善負面情緒的自我調節能力并不突出。此研究表明，自我調節大腦活動能力的“大腦天花板”效應是一個應該注意的問題，在未來的fNIRS-NF訓練中可以探索目標區域的最佳活動邊界來提高受試者的自我調節能力[22]。
2.3.3 沖動性
沖動性是指無法抑制外部刺激和內部欲望產生的沖動行為，在健康個體和發育障礙個體中均存在該行為特征[18]。從神經科學的角度看，沖動性與功能失調的額葉活動密切相關，沖動控制的發展是認知控制網絡成熟的結果[41]。Hudak等[18]研究表明通過fNIRS-NF（嵌入沉浸式VR教室）調節額葉功能，使受試者能夠在任務中吸收dlPFC認知資源來改善沖動行為。fNIRS-NF與VR技術相結合可以更好地將大腦調節策略轉化到現實生活中。在未來研究中，需要通過增加樣本量，并采用不同場景的VR結合NF（VR-NF）提高fNIRS-NF的生態有效性。
2.4 fNIRS-NF在神經康復領域的應用
2.4.1 腦卒中
步態和平衡功能障礙以及上肢偏癱是腦卒中后常見的運動障礙。在康復訓練中，重復執行任務能夠有效提高上肢的運動技能，從而刺激大腦學習運動技能[43]，引起大腦神經回路變化。NF訓練可以促使大腦學習運動技能的神經回路發生變化，因此可用于神經康復訓練。Ota等[33]使用fNIRS-NF（真實NF為試驗組和虛假NF為對照組）對受試者PFC前部（anterior PFC，aPFC）進行調節，結果顯示，對照組輔助運動區（supplementary motor area，SMA）的血流動力學活動增加。試驗組在訓練期間aPFC顯著激活，訓練后康復任務表現的改善率增加。Mihara等[20]研究表明，使用6次fNIRS-NF調節SMA及其相關網絡可以增強步態功能和恢復平衡，并且在真實反饋中與步態想象相關的SMA顯著激活，靜息狀態下SMA與腹側前運動區之間的連通性增強。但是與EEG-NF和fMRI-NF對大腦進行了持續一年的調節相比，fNIRS-NF臨床效果可能需要更長時間NF訓練才能證實。Huo等[44]研究表明腦卒中患者的皮質激活模式不對稱，并且腦卒中患者在靜息態和任務態下的有效連接顯著降低，該發現為開發腦卒中后功能恢復治療技術提供了理論基礎。
2.4.2 姿勢穩定性
研究表明，SMA廣泛分布的神經元網絡參與了與運動功能恢復相關的神經可塑性重組，對SMA的調節有助于改善姿勢控制、軀干運動和上肢運動等[45]。Fujimoto等[14]使用fNIRS-NF（真實NF為試驗組和虛假NF為對照組）調節健康受試者的SMA區域活動，結果發現，即使沒有執行任何特定運動想象任務，真實NF也會促進目標皮層區域的激活，這表明fNIRS-NF本身具有神經調節作用。但是，NF訓練并未改善受試者的姿勢穩定性，這表明SMA的激活對姿勢穩定性沒有直接的影響，因此可能需要進一步開展涉及運動神經障礙患者的fNIRS-NF研究。然而關于受試者使用何種策略自我調節大腦活動是未知的，在運動神經康復的fNIRS-NF中外顯策略或內隱策略哪個更具有優勢還需要進一步的試驗研究。
2.5 fNIRS-NF在認知領域的應用
2.5.1 認知靈活性/能力
認知靈活性包括注意力轉移以及在與認知相關和不相關的信息背景下的行為適應[21]。認知靈活性嚴重依賴OFC，Li等[21]使用fNIRS-NF調節側眶額葉皮層（lateral orbitofrontal cortex，lOFC）的血液動力學活動。訓練后，真實NF組的認知靈活性增強并且lOFC活性更高，這反映在注意力轉移（集合轉換）任務中正確反應時間減少，而虛假NF組的IOFC活性沒有明顯增加。Xu等[46]使用fNIRS-NF對受試者的額-頂葉功能連接進行訓練；結果表明，該方法只需3次15 min的訓練，就可以有效增加額-頂葉的功能連接，提高記憶認知能力，Xia等[24]也證明了該方法的有效性。Hou等[47]通過fNIRS-NF對受試者海馬連接的皮層區域（左側頂葉）進行調節，成功地增加了與任務相關的海馬激活并改善了聯想記憶。這些研究表明，可以通過fNIRS-NF調節皮層之間的功能連接并且間接影響深層區域以改善相關認知功能。
2.5.2 沖突適應
沖突適應是指在患者經歷沖突后沖突控制能力的提高，它是適應性認知控制的一個突出指標。沖突適應的逆轉可以使患者適應某些不良癥狀，并可預測一些精神疾病[7]。Tang等[7]鼓勵受試者使用內隱策略自我調節大腦目標區域。其結果表明，fNIRS-NF使受試者在斯特魯普（Stroop）任務中的反向沖突適應恢復正常，并且試驗組的改善程度明顯大于對照組。這項研究為dlPFC在產生正常沖突適應中的作用提供了因果證據。
3 fNIRS-NF展望
fNIRS-NF技術是目前腦神經科學領域中具有潛力的新興技術。它的主要潛力在于治療腦神經疾病以及作為現有的NF方式的補充甚至替代。雖然實現fNIRS-NF真正的臨床應用還很遠，但是隨著技術手段不斷進步以及研究的逐步深入，fNIRS-NF必將獲得廣泛的臨床應用。因此，鑒于fNIRS的優勢以及fNIRS-NF的發展趨勢，本文對fNIRS-NF技術給出如下建議和展望。
（1）針對不同的神經精神疾病，需要研究并制定fNIRS-NF干預效果的評估方法和指標。
（2）鑒于fNIRS有良好的抗干擾能力和電磁兼容性，fNIRS可以與EEG、fMRI等研究手段結合，實現單一NF研究向多模態NF研究的轉變。
（3）任何大腦活動都不是單一腦區實現的，fNIRS-NF對不同腦皮層之間以及皮層與皮下深層區域的有效連接和功能連接的調節產生了積極效果[24, 46-47]，這也反映了fNIRS-NF的發展趨勢在于從局部腦區域NF到腦網絡NF。
（4）VR-NF可以模擬出沉浸式、不同背景的環境，可以給受試者帶來更為直觀的感受，反饋信息更加強烈。未來fNIRS-NF的反饋呈現可以更多地與VR結合，同時也要考慮復雜的反饋信息對受試者的干擾問題及副作用。
（5）同樣的fNIRS-NF訓練方案并不適用所有的受試者，需要針對特定個體設計個性化NF訓練方案，以取得有效的神經調控效果。
（6）fNIRS-NF可以使用高效的算法，對神經元網絡活動變化進行實時評估、預處理和反饋，特別是提高信號質量，為患者提供更全面的反饋方法。
（7）當前fNIRS-NF新的發展趨勢——內隱式NF，它允許在沒有特定的NF任務情況下，對單個目標區域和有效功能連接進行隱式調節，從而減小反饋刺激對受試者的干擾。
4 總結
本文聚焦fNIRS在NF中應用這一研究，首先介紹了fNIRS-NF的調節原理及系統構成、目標區域、訓練任務等關鍵技術，其次詳細評述了fNIRS-NF在腦功能發育、精神障礙、情感、神經康復、認知等領域的應用現狀。結果表明，fNIRS-NF是一種無創且有效的大腦神經調控手段，目前處于快速發展階段，有望對一些腦神經疾病/缺陷的治療提出新的治療方案，能夠成為現有的NF方式的補充甚至替代。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者均聲明不存在利益沖突。
作者貢獻聲明：李夢琪為主要撰寫人，完成相關文獻資料的收集及論文初稿的寫作；龔安民負責寫作指導和審核；南文雅負責寫作指導和建議；許博俊負責文獻調研；丁鵬負責寫作指導和意見；伏云發為論文的負責人及主要審核人。
