近红外脑功能成像与老年痴呆鉴别（二）
Niu等人通过fNIRS探究了工作记忆任务（n-back记忆任务）下健康老人与轻度认知障碍老人脑区氧合血红蛋白浓度差异，并对Hbo浓度与神经心理学评分的相关性进行研究，结果表明轻度认知障碍人群的左侧额叶和颞叶激活下降且额颞叶部分通道的Hbo浓度与行为学评分存在较强相关性，说明这些敏感通道的fnirs信号可以作为AD早期诊断的指标[3]。
图 HC组和MCI组Hbo浓度的空间分布 （a）健康对照组在n-back任务中的空间激活模式，（b）轻度认知障碍组在n-back任务中的空间激活模式
图 任务正确数与部分通道Hbo浓度变化的相关性
脑功能连接分析
Tong Boon Tang等人通过近红外功能成像技术探究了HC\MCI\AD在语意言语流畅（SVFT）性任务中前额叶的功能连接情况，结果表明AD病人普遍表现连接下降，且左右前额叶偏侧指数不再显著，进一步的网络分析表明正常人脑网络聚类系数显著大于AD，该研究说明近红外成像在认知障碍诊断中应用的可行性，而借助语意语言流畅性任务，网络聚类系数和偏侧指数等指标有望成为认知障碍分类中的特征参数[4]。
图 NA\MCI\AD不同阈值下前额叶功能连接
信号复杂度分析
David Perpetuini等人利用近红外功能成像技术的便携性将该技术与临床量表评估结合，对选择性提醒测试（FCSRT）下正常人和早期AD患者前额叶皮质的近红外信号样本熵和多尺度熵参数进行分析，发现在波得曼脑区9和46处发现显著组间差异，早期AD组的复杂度增加[5]。
表 MSE表现显著组间差异的通道
图 FDR校正后的MSE具显著组间差异的通道
Antonio M. Chiarelli等人利用近红外成像技术对视空间及短期记忆任务下正常人和早期AD患者信号复杂度进行分析。基于通道的分析结果表明早期AD患者波得曼脑区9,10和46的信号复杂度发生变化，多元回归分析表明任务相关的信号复杂度对早期认知障碍具有良好的特异性和敏感性[6]。
图 不同实验阶段fNIRS信号复杂度的t值分布图
图 测试结果（a）和基于信号复杂度多元回归分析结果（b）的ROC曲线
小结
近红外脑功能成像技术的高空间定位性、抗运动信号干扰、适宜于自然情景均使得fNIRS发展成为阿尔兹海默症定量评估与筛查的新平台。
参考文献
【1】Patterson C. World Alzheimer Report 2018—The state of the art of dementia research: New frontiers[J]. Alzheimer’s Disease International (ADI): London, UK, 2018.
【2】Doi T, Makizako H, Shimada H, et al. Brain activation during dual-task walking and executive function among older adults with mild cognitive impairment: a fNIRS study[J]. Aging clinical and experimental research, 2013, 25(5): 539-544.
【3】Niu H J, Li X, Chen Y J, et al. Reduced frontal activation during a working memory task in mild cognitive impairment: a non‐invasive near‐infrared spectroscopy study[J]. CNS neuroscience & therapeutics, 2013, 19(2): 125-131.
【4】Tang T B, Chan Y L. Functional Connectivity Analysis on Mild Alzheimer's Disease, Mild Cognitive Impairment and Normal Aging using fNIRS[C]//2018 40th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). IEEE, 2018: 17-20.
【5】Perpetuini D, Bucco R, Zito M, et al. Study of memory deficit in Alzheimer’s disease by means of complexity analysis of fNIRS signal[J]. Neurophotonics, 2017, 5(1): 011010.
【6】Perpetuini D, Chiarelli A, Cardone D, et al. Complexity of frontal cortex fNIRS can support Alzheimer disease diagnosis in memory and visuo-spatial tests[J]. Entropy, 2019, 21(1): 26.
