Ֆունկցիոնալ մոտ-ինֆրակարմիր սպեկտրոսկոպիա (fNIRS)

Մոտ ինֆրակարմիր սպեկտրի լույսը կարող է ներթափանցել գլխամաշկի և գանգի հյուսվածքներով, իսկ թթվածնավորված և դեօքսիգենացված հեմոգլոբինը տարբեր կերպ են կլանում այդ լույսը։ Գլխի վրա տեղադրված աղբյուր–դետեկտոր զույգերը հնարավորություն են տալիս գնահատելու մակերեսային կեղևային շրջանների հեմոդինամիկ փոփոխությունները։ [1,2]

fNIRS ազդակը կապված է նեյրոանոթային կապի (neurovascular coupling)՝ այն գործընթացի, որով տեղային նեյրոնային ակտիվությանը հաջորդում են արյան հոսքի և թթվածնավորման փոփոխություններ, հետ և հետևաբար արտացոլում է նեյրոնային ակտիվությանը հաջորդող անոթային պատասխանը, ոչ թե ուղիղ էլեկտրաֆիզիոլոգիական ակտիվությունը։ Հեմոդինամիկ պատասխանը զարգանում է վայրկյանների ընթացքում, ինչի պատճառով մեթոդի ժամանակային լուծաչափը էականորեն ցածր է EEG-ի համեմատ։

Ֆունկցիոնալ մագնիսառեզոնանսային տոմոգրաֆիայի (Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI) համեմատ fNIRS-ը հնարավոր է կիրառել ավելի շարժական և բնական միջավայրերում։ Այն օգտագործվում է սոցիալական փոխազդեցության, քայլքի, վերականգնողական առաջադրանքների, մանկական զարգացման և այլ բնական վարքային պայմանների հետազոտություններում։ [2,3]

Հիպերսքանավորումը (hyperscanning; միաժամանակյա բազմամարդ ուղեղային գրանցում) նույն առաջադրանքի ընթացքում միաժամանակ չափում է երկու կամ ավելի մարդկանց ուղեղային ակտիվությունը։ Այս մոտեցումը հնարավորություն է տալիս քանակականորեն ուսումնասիրելու միջուղեղային կապակցվածության ցուցանիշները, սակայն դրանց մեկնաբանությունը պահանջում է փորձարարական խիստ վերահսկում և պատահական կամ ընդհանուր ֆիզիոլոգիական ազդեցությունների բացառման մեթոդներ։ [6]

fNIRS-ը հատկապես հարմար է այն դեպքերում, երբ կեղևային հեմոդինամիկան պետք է չափել MRI-ի սահմանափակումներից դուրս՝ շարժման, բնական փոխազդեցության կամ զարգացման հետազոտություններում։

Արյան ճնշման, սրտի հաճախության, շնչառության և գլխամաշկի մակերեսային արյան հոսքի փոփոխությունները կարող են նպաստել fNIRS ազդակին։ Շարժումը, մազերը և օպտոդների անբավարար շփումը նույնպես կարող են առաջացնել ազդակի աղավաղումներ։ [3–5]

Այդ պատճառով ժամանակակից լավագույն պրակտիկան ընդգծում է օպտոդների երկրաչափության փաստաթղթավորումը, ազդակի որակի գնահատումը, աղավաղումների մշակումը, համակարգային ֆիզիոլոգիայի վերահսկումը և հնարավորության դեպքում կարճ աղբյուր–դետեկտոր հեռավորությամբ ալիքների կիրառումը։

Էլեկտրոէնցեֆալոգրաֆիան (Electroencephalography, EEG) և fNIRS-ը տալիս են տարբեր, բայց փոխլրացնող տեղեկատվություն՝ համապատասխանաբար արագ էլեկտրական և ավելի դանդաղ հեմոդինամիկ դինամիկայի մասին։ Միաժամանակյա EEG–fNIRS գրանցումը կիրառվում է բազմամոդալ նեյրոգիտական հետազոտություններում, իսկ հիբրիդային ուղեղ–համակարգիչ ինտերֆեյսները (Brain–Computer Interface, BCI) փորձում են օգտագործել երկու ազդակների լրացնող հատկությունները։ [7]

Այսպիսի համակարգերի նախագծումը պահանջում է գլխային սարքավորումների համատեղելիություն, ընդհանուր ժամանակային նշիչներ, շարժման աղավաղումների վերահսկում և երկու տվյալահոսքերի համակցված վերլուծություն։

fNIRS համակարգերը տարբերվում են լուսային ճարտարապետությամբ, աղբյուրների և դետեկտորների քանակով ու դասավորությամբ, շարժունակությամբ և մակերեսային ֆիզիոլոգիան վերահսկող կարճ հեռավորության ալիքներ (short-separation channels)՝ իրար մոտ տեղադրված լույսի աղբյուր–դետեկտոր զույգեր, որոնք հիմնականում չափում են գլխամաշկի մակերեսային ֆիզիոլոգիական փոփոխություններըի առկայությամբ։