朱朝喆课题组在《Neuroscience Bulletin》发表文章介绍近红外神经技术间接调节深部脑区海马激活及相关认知功能
2021年06月24日，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室朱朝喆教授课题组在中国本土神经科学领域最具国际影响力的专业期刊《Neuroscience Bulletin》上发表了名为“Functional Near-Infrared Spectroscopy Neurofeedback of Cortical TargetEnhances Hippocampal Activation and Memory Performance”的文章，介绍近红外神经技术间接调节深部脑区海马活动及相关认知功能的研究。
实时神经反馈 (neurofeedback) 被认为是一种无创的内源性的神经调控技术，通过将目标脑区的实时神经活动以视觉、听觉等刺激形式反馈给个体，要求个体使用某些心理策略来自主地调控目标脑区的神经活动状态，通过这种反馈训练可以改变相关脑区或网络的神经可塑性进而改善个体的行为和认知功能。在现有的神经反馈技术中，近红外神经反馈 (fNIRS-NF) 因其所采用的获取实时神经活动的技术——近红外光谱脑功能成像技术——本身的一些独特的优势，使得近红外神经反馈具有重大的应用潜力。但是，作为一种经颅的脑调控技术，近红外成像技术只能实现对浅层脑区的直接观测和反馈，因此使得近红外神经反馈无法实现对深部脑区的直接调控。然而，许多重要的认知功能的核心脑区和临床疾病的病灶位于大脑的深部核团。无法实现对这些深部脑区进行调控这一局限严重限制了近红外神经反馈技术的应用范围。因此，如何突破这一局限具有重要的理论意义和实践价值。
以往一些外源性神经调控技术的相关研究表明，神经调控的效应不仅局限于直接的刺激靶点，还可以传递到远端与之存在结构或功能连接的脑区。并且，有研究表明静息脑连接组学可以帮助经颅脑调控技术确定有效的皮层靶点来实现对深部脑区的间接调控。基于这些理论基础和研究证据，我们提出了基于静息脑连接组学的方法框架来指导近红外神经反馈训练以实现对深部脑区的间接调控。具体来讲，首先通过静息脑功能连接寻找一个与深部目标脑区存在强连接的皮层脑区作为直接的反馈靶点，并通过对该脑区进行长时的实时近红外神经反馈训练来间接影响深部目标脑区的神经可塑性，进而改善与其相关认知功能、行为表现或临床症状。
图1. 实验概览。(A) 神经反馈靶点定义; (B) 神经反馈训练实验流程; (C) 神经反馈视觉呈现界面; (D) 联合记忆测试。
本研究选择了一个代表性的脑区——海马——作为深部目标脑区，利用功能磁共振静息功能连接分析，选择与海马存在强功能连接的浅层脑区——外侧顶叶——作为最终的反馈靶点。并通过一个随机安慰剂控制的被试间近红外神经反馈训练实验 (详情见图1) 来验证该方法的有效性。
对实验数据进行分析，分析结果如下 (如图2)：1) 对训练前后的磁共振影像数据分析，表明实验组被试在执行联合记忆提取任务时目标脑区——海马——的激活水平显著增强；2) 实验组被试在此阶段执行联合记忆的再认测试的行为表现相较于训练前后显著增加；3) 海马激活的增强可以预测该阶段行为表现的改善。
图2. 实验结果。(A) 近红外神经反馈训练所引起的训练前后海马脑区的任务激活差异; (B) 联合记忆测试行为表现的改变; (C) 神经反馈训练所引起的海马脑区的任务激活改变与行为改变的关联。
总体来讲，该研究就近红外神经反馈技术存在的无法对深部脑区进行直接调控的局限问题，首次提出了基于静息脑连接组学的近红外神经反馈深部脑区间接调节的基本思路和方法框架。并且通过具体的实验初步验证了该方法具有一定的可行性，迈出了近红外神经反馈训练间接调控深部靶脑区探索的第一步，将对未来的相关研究和临床应用具有重要的参考意义。
该论文第一作者为博士研究生侯鑫，通讯作者为朱朝喆教授。论文合作者包括来自北京师范大学的李征副研究员、姚力教授和赵小杰教授，来自西南大学的陈安涛教授，以及中科院心理所的李娟研究员。该研究得到国家自然科学基金和国家973项目等基金项目的支持。
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https://doi.org/10.1007/s12264-021-00736-2
Hou, X., Xiao, X., Gong, Y., Jiang, Y., Sun，P., Li J., Li, Z., Zhao, X., Yao, L.,Chen, A., & Zhu, C. (2021). Functional Near-Infrared SpectroscopyNeurofeedback of Cortical Target Enhances Hippocampal Activation and MemoryPerformance. Neuroscience Bulletin.