不同任务下基于脑电和近红外技术的脑区神经血管耦合研究

目前在神经科学研究中采用血氧变化推测神经元活动的基础尚不明确，这一定程度上影响了对神经元活动的判断。针对这一现状，本项目拟通过脑电和功能近红外光谱技术，对不同任务下（视觉、运动和伦敦塔认知任务）相应皮层的神经血管耦合进行研究。主要工作是在不同的任务中，利用脑电和近红外光系统，检测相应的视觉皮层、运动皮层和前额叶的脑电和血氧信号。通过分析这两种与神经血管耦合密切相关的信号，拟归纳出这三个功能区各自的神经血管耦合函数，确定神经元活动与血氧响应的对应关系，并分析出耦合差异性，明确脑区不同时耦合过程的不同。项目预期揭示人类大脑典型功能区域的神经血管耦合函数及其脑区差异。项目的研究成果可作为分析耦合过程和判断神经元活动的基础，为通过血氧信息分析神经元活动提供可靠依据。

本人在2011年至2014年承担了本项目的研究工作。通过本项目的开展，我们深入研究了两种的刺激任务，包括运动刺激、视觉刺激。在这两种刺激任务下我们采集了被试的脑电信号和脑血氧信号。在获得这些信号后，我们一方面开展了针对这两种信号的处理方法和应用研究，另外一方面还重点开展了针对神经血管耦合的研究，深入分析了在特定任务下激活脑区的脑电信号和血氧信号之间的关系。在运动刺激任务下，我们发现脑区不同频段对血氧相应的贡献是不同的。通过研究事件相关同步性和事件相关非同步性指标，我们进一步得出对侧脑区Theta频段的事件相关同步性与含氧血红蛋白的浓度变化密切相关（r=0.8，p<0.01），这一结果表明在运动任务刺激下对侧脑区中脑电的Theta频段对脑区含氧血红蛋白的调控发挥主要作用。下面我详细介绍下通过本项目的开展我们获得得重要研究进展和成果。