慧创脑科学第八期直播精彩回顾丨fNIRS与神经退行性疾病

发表时间: 2023-01-03 12:07:29

作者: 丹阳慧创医疗设备有限公司

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「慧创脑科学」第8期直播活动圆满结束,此次直播主题聚焦在神经退行性疾病领域,探索fNIRS在神经退行性疾病领域的临床应用。通过对fNIRS在神经领域的临床实践及研究的相关分析,深入了解该联用技术的应用现状及前景。

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「慧创脑科学」第8期直播活动圆满结束,此次直播主题聚焦在神经退行性疾病领域,探索fNIRS在神经退行性疾病领域的临床应用。通过对fNIRS在神经领域的临床实践及研究的相关分析,深入了解该联用技术的应用现状及前景。

本期,我们邀请了重庆医科大学附属第一医院老年病科(国家临床重点专科)副主任吕洋教授。

吕教授是神经病学博士(德国/中国)、博士研究生导师;国家卫健委高级认知障碍诊疗中心(建设)主任,研究兴趣为痴呆和阿尔茨海默病的炎症机制和全程管理、神经系统衰老、人工智能。

此次很荣幸邀请到了吕教授担任直播主讲者,为我们带来“近红外脑功能成像在神经退行性疾病领域的临床应用”专题直播分享,以下为直播核心内容:

fNIRS介绍

吕教授首先介绍了近红外脑成像技术的原理机制,包括神经-血管耦合效应、近红外光的发射、接收、转换以及和fMRI、PET\EEG等技术的比较等。近红外脑功能成像是一种血流动力学响应的技术,检测血液里的血氧,包括含氧血红蛋白、脱氧血红蛋白和总血红蛋白响应的变化。

近红外脑功能成像技术具有时空分辨率高、抗运动、电磁干扰性强、人群适用广泛、应用场景广泛、可移动性好等特点,适合在自然状态下进行高分辨脑功能成像。

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fNIRS技术原理

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fNIRS技术优势

fNIRS在神经退行性疾病的临床应用

01、近红外脑功能成像临床应用专家共识

在第二部分,吕教授介绍了中国首份近红外脑功能成像临床应用专家共识,共识提到:fNIRS与fMRI都是基于血流动力学的功能性脑成像技术,具备高一致性。

fNIRS可检测大脑中与认知障碍疾病相关的脑功能特异性改变、用于AD的诊断与评价;基于fNIRS检测的大脑激活及脑网络指标可用于认知功能损伤程度评估及干预措施疗效评价;fNIRS因具有良好的运动抗干扰性,可直观地反映特异性运动任务下AD患者大脑皮质激活情况,为临床提供了一种辅助诊断手段。

fNIRS技术获取脑血氧信号后结合信号分析方法,提取脑激活、脑网络连接等有效的度量参数,可作为MCI、AD及PD诊断和评价的生物学指标;可提供与治疗相关的大脑皮质激活、脑网络连接变化信息。

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02、轻度认知障碍、阿尔茨海默病

吕教授列举了fNIRS在轻度认知障碍及阿尔茨海默病的典型临床应用:


1、轻度阿尔茨海默病和轻度认知障碍:

  • 任务:竞技叠杯,每次持续30分钟,每周5天,持续12周
  • 结论:竞技叠杯对MCI和轻度AD患者有效,可能通过增加神经保护性生长因子的表达和增强神经可塑性来改善神经认知表现

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2、认知障碍:

  • 任务:单任务行走、简单双任务行走和困难双任务行走
  • 结论:为认知障碍患者的诊断提供了新的辅助手段,为认知障碍的识别提供了新的研究途径。

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3、认知功能衰退:

任务:虚拟现实(VR)和手机游戏

结果:手机游戏对减少认知功能衰退有积极的训练作用,VR是老年人认知功能训练的一个合适手段。

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4、轻度认知障碍:

  • 任务:行走任务,倒数行走任务,命名-行走任务,计算-行走任务
  • 结果:fNIRS对老年MCI患者脑功能障碍的早期监测和干预有关键作用

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5、轻度认知障碍:

  • 任务:双任务范式下手部运动功能评估检测轻度认知障碍
  • 结果:fNIRS能有效检测轻度认知障碍,激活相关大脑皮层

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6、老年人体位变化时的有效连接-认知功能受损:

  • 任务:在坐位和站立状态下的左前额叶、右前额叶、左运动皮层、右运动皮层、左枕叶和右枕叶连续记录fNIRS信号
  • 结果:揭示了不同姿势下区间相互作用重组的年龄相关变化,这些发现可能为老年人认知功能受损提供证据,并可加深对神经血管耦合与年龄相关变化的认识

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7、轻度认知障碍-脑功能连接研究:

  • 任务:静息态
  • 结果:脑区间有效连接水平的下降可能是轻度认知障碍组认知功能受损的标志。基于近红外脑功能成像技术构建的有效连接网络为轻度认知障碍的评估提供了一种非侵入性的方法

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03、帕金森

在帕金森方面,吕教授同样列举了fNIRS在帕金森的典型临床应用:


1、脑状态转换特征表征帕金森病后功能退化:

  • 任务:双任务行走
  • 结果:与健康对照组相比,PD患者的转换加速度和转换角明显减小。所提出的脑状态转换特征很好地表明了PD患者的功能退化,并可能作为PD诊断的有前途的功能生物标志物

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2、帕金森——多模态(步态检测):

  • 任务:DBS脑刺激的频率对脑功能的影响评估:PD患者在不同脑刺激频率下进行10米步行任务,采集前额叶、顶叶和枕叶的fNIRS信号
  • 结果:术后帕金森患者的脑功能连接情况,会随着DBS刺激频率的变化而改变。利用近红外采集步行过程中的脑活动,以全局效率等指标量化评估,可以指导每个被试的最优设置参数(实践中发现该参数是个性化的)

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3、针刺/康复/治疗效果/康复预测评估:

  • 任务:进针,捻转和出针。第一个任务是5s准备后的5s进针。第二个任务是休息30秒后30秒的捻转,然后再次休息30秒,再重复两次。第三个任务是5s的出针
  • 结果:与所有对照组相比,接受了针灸得气操作后,患者的脑功能连接强度总体上都有所增强。(PFC与运动相关脑区)

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fNIRS在神经退行性疾病的科研应用

在第二部分,吕教授通过一系列学术研究,展示了fNIRS在神经退行性疾病领域的广泛潜在用途:

01、认知

1、情绪&认知:

  • 任务:实验一要求参与者对两种基本界面布局框架进行情感反应;实验二要求参与者对9种布局元素方案进行情感反应
  • 结果:可以推广到界面个性化设计和评价过程的应用中,为实际项目中数字界面产品的风格变化提供参考

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2、认知训练:

  • 任务:连接性神经反馈训练
  • 结果:基于fNIRS的CNF训练是一种有前景的方法,该方法仅在15min的3次训练中就能有效上调额顶叶脑网络,提高记忆认知能力

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02、超扫描

1、多人同步采集:

  • 清华大学通过演讲者与倾听者的脑间分析,研究噪声下的双人言语交际
  • 深圳大学通过fNIRS超扫描,研究人际协调在社会合作中的作用

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03、脑功能连接

1、脑功能连接:

  • 任务:静息态
  • 结果:海员组耦合强度显著低于对照组

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2、手指对拇指对立运动:

  • 任务:手指对拇指对立运动
  • 结果:老年组认知区域和运动区域之间的功能连接(FC)显著增强

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感谢吕教授的精彩分享,相信通过吕教授的分享,各位观众对近红外脑功能成像再神经退行性疾病的临床科研应用有了更深层次的理解。

最后,希望大家共同努力,让我们的国产技术更好得服务于大众。期望慧创近红外脑功能成像技术在更多领域放光发亮,更好得服务于大众健康!



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