使用全头光电阵列和短距离通道同时收集 fMRI 和 fNIRS 测量数据

同时收集来自同一受试者的fMRI和fNIRS信号非常重要，因为它使我们能够将fNIRS信号与fMRI的信号对齐，fMRI是神经成像的金标准。fNIRS是一种仍在发展中的方法，它无法触及更深的大脑结构。因此，fMRI记录使我们能够更好地了解fNIRS信号。

以前尝试记录来自同一参与者大脑的fNIRS和fMRI信号需要两次记录。不幸的是，这两个会话意味着参与者反复看到和听到相同的刺激，这可能会改变大脑的反应方式。尽管在协议中，fMRI和fNIRS信号仅在典型成年人中对齐，但我们希望当前的协议也可以扩展到测试临床和发育人群。

例如，当从可能有神经心理缺陷的个体收集数据时，这一点尤为重要，因为我们将能够以最高的置信度解释fNIRS信号。我们相信，这些同时记录的fNIRS和fMRI对于理解特殊人群和儿童大脑中的神经网络尤为重要。毫无疑问，同时收集fMRI和fNIRS信号是具有挑战性的，但我们完成了所有步骤，我们相信我们的协议将使其他实验室能够收集相同类型的数据。

主要挑战之一可能是确保参与者在扫描仪中感到舒适，尤其是在戴着整个头部 fNIRS 帽时。演示该程序的将是我们实验室的实验室经理弗吉尼亚·钱伯斯（Virginia Chambers）。一旦参与者签署了必要的同意书并收到任务说明，请指导他们坐在控制室的椅子上。

将柔软的卷尺缠绕在额头上。移动到后面最宽的部分，然后返回起点。选择最接近测量周长的 fNIRS 倾覆。

牢牢抓住短距离探测器探头的底座，并沿着穿过fNIRS帽网的索环部分滑动。确保短距离检测器电缆朝向盖子背面，以获得清晰的面部区域。接下来，要求参与者以戴上冬帽的方式从头顶向下滑动帽子，并将下巴带收紧到舒适的程度。

系好背带。验证盖子是否牢固连接，并且光电插座牢固地靠在头部上。然后根据 10/20 系统位置放置绿色贴纸以标记关键基准点位置。

使用卷尺将头皮点与帽子上的点对称对齐。确保从 CZ 点到耳前点、耳前点和鼻点的距离相等。指导参与者保持静止以创建头部的 3D 模型。

然后在平板电脑或iPad上启动结构应用程序。确保关闭高分辨率颜色、红外自动曝光和改进的跟踪器功能。现在将参与者置于中央位置，确保他们的整个头部都适合屏幕上的 3D 正方形，并且他们的肩膀在画面中几乎不可见。

在被摄体周围走动，用3D扫描仪扫描头部形状和光点。整个扫描完成后，按屏幕右侧的按钮启动 3D 渲染。验证渲染的清晰度和细节水平，以确保光极和绿色基准贴纸的准确放置。

为了安全和隐私，请将 3D 扫描保存到受 HIPAA 保护的服务器上。3D 模型完成后，取下绿色贴纸并提示参与者将耳塞插入耳朵。在扫描室中，确保将 20 通道磁头线圈放置在扫描仪中。

在 MRI 头部线圈的底部放置一个泡沫枕头，以支撑参与者头部的上部。指导参与者舒适地坐在扫描仪桌上。在用一只手稳稳握住光罩索环的同时，使用 MRI 安全涂抹器清除索环中间的毛发。

然后用力施加压力，将光电管固定到索环中。指导参与者缓慢而小心地躺下。调整光纤束，确保参与者的头部舒适地放在头线圈内。

根据电缆与波导的位置，抬起扫描仪工作台。在参与者的腿下放置一个柔软的垫子，以保证舒适。将呼吸带缠绕在参与者的腰部。

指导参与者佩戴降噪耳机，确保它不会干扰 fNIRS 探头的放置。将脉搏血氧仪放在受试者的左手食指上。如果按钮盒被用于实验任务，请指示受试者用惯用手握住它。

提供有关如何使用按钮框的明确说明。将挤压球或按钮警报放在受试者的非惯用手上，并指导参与者如何使用它。通过要求参与者按下警报来测试警报。

将参与者滑入扫描仪孔中几英寸以对齐头部。定位头部线圈的顶部。接下来，将麦克风和镜子插入相应的线圈插件中。

握住光纤，将参与者缓慢滑入扫描仪孔中。在扫描仪的计算机上，选择研究所需的相关结构和功能序列。验证定位器是否正确定位头部在扫描仪孔内，确保其提供从头顶到小脑的完全覆盖。

与参与者确认计算机屏幕通过头圈镜可见，并运行初始结构扫描。受试者水平的fNIRS数据显示，与试验期间相比，在闪烁的棋盘格块期间，双侧视觉皮层区域的激活增加。大脑活动的时间轨迹显示，在闪烁的棋盘出现期间，HBO信号增加，而在试验期间减少。

在闪烁棋盘期间，HBO数据的可视化显示，在个体受试者水平的视觉皮层区域有双侧激活。受试者水平的 fMRI 数据显示，在闪烁的棋盘格期间，初级和次级视觉皮层相对于试验间期的更大胆的信号反应 在皮质下水平，观察到丘脑外侧膝状核的激活增加。我们协议的主要挑战之一是确保参与者可以在扫描仪中舒适地休息，这将主要取决于fNIRS系统附带的光电极类型。

该协议可以适应从感兴趣的特定区域和各种实验范式中收集数据。我们还就如何在临床和发育人群中使用该协议提供了具体建议。