神經科學研究長期受限于實驗室環(huán)境——傳統(tǒng)腦成像設備（如fMRI）龐大的體積嚴苛的運動限制，難以捕捉人類在自然行為中的真實腦活動。無線便攜式近紅外光譜技術（fNIRS）的突破性發(fā)展，正以輕量化硬件與高運動容忍度的優(yōu)勢，推動神經科學研究從實驗室走向日常生活場景，為探索社會互動情緒反應及復雜認知過程提供了前所未有的工具 。
一、輕量化設計革新：從實驗室到真實世界的硬件突圍
傳統(tǒng)近紅外設備依賴笨重主機和光纖傳輸，極大限制了受試者活動范圍。新一代無線便攜式近紅外設備通過以下產品特點實現輕量化突破：
- 輕薄觸摸屏放大器，數據采集、分析、顯示及查看一觸即達，無需電腦和復雜線纜連接，大大提高檢查和實驗效率。
- 四波長，采用分頻與分時結合的技術，極大提升采樣率與精確度。
- 全腦高密度，最大支持80*80系統(tǒng)，支持不同腦區(qū)分別測量或直接全腦系統(tǒng)測量，可滿足不同規(guī)模和精度要求的實驗需求。
- 高采樣率，最高可達240Hz，具有良好的時間分辨率特征，采樣精確。
- 無線便攜，可穿戴近紅外設備，支持WiFi 數據采集模式或USB連接采集模式，應用場景更靈活、更多元。
- 自由多模態(tài)研究，具有適合fNIRS&fMRI/EEG/TMS同步的多種專用探頭；支持TTL觸發(fā)，可兼容國內外主流的EMG、EEG、fMRI等設備，實現自由的多模態(tài)研究。
- 超掃描測量，局域網連接多臺設備，無線傳輸數據和mark, 支持多場景超掃描研究，探索不同個體之間的情感與認知連接的神經機制。
- 支持LSL，可通過LSL方式進行多模態(tài)數據整合，或對實時數據進行開放性二次開發(fā)。與其他研究工具和平臺的協(xié)同工作能力強，為開展綜合性的神經科學研究提供了便利。
- 開放數據端口，支持實時數據處理、BCI 和神經反饋等功能。
這些設計使便攜式近紅外設備可在奔跑對話甚至舞蹈過程中持續(xù)采集腦血流信號，為真實場景研究鋪平道路 。
二、高運動容忍度的技術內核：抗干擾與動態(tài)校準
運動偽影是野外研究的核心挑戰(zhàn)。新一代便攜式近紅外系統(tǒng)通過多重技術提升抗運動干擾能力：
? 優(yōu)化偽跡信號處理算法：能夠有效識別和去除各種干擾信號，如運動偽跡、生理噪聲等，進一步提高數據質量，使研究結果更具可信度。
? 自適應光源調節(jié)：根據探頭接觸狀態(tài)自動調整入射光強度，補償因頭發(fā)移位或汗水導致的光耦合損失 。
? 多通道參考網絡：利用相鄰通道信號的空間相關性，構建噪聲估計模型，有效分離運動偽跡與目標腦區(qū)活動 。
例如在親子互動研究中，即使兒童頻繁轉頭或肢體活動，便攜式近紅外系統(tǒng)仍可穩(wěn)定捕捉前額葉與社會認知腦區(qū)的同步激活 。
三、真實場景應用的突破性案例
無線便攜式近紅外的特性使其在三類研究中展現出不可替代性：
1. 自然社交交互
超掃描（hyperscanning）模式下，多設備同步記錄對話雙方腦活動。研究發(fā)現面對面交流時，右側顳頂聯合區(qū)（rTPJ）的腦間同步顯著高于屏幕對話，揭示真實社交的神經耦合機制 。
2. 動態(tài)環(huán)境認知
在模擬駕駛或戶外導航任務中，便攜式近紅外設備實時監(jiān)測前額葉皮層（PFC）與后頂葉皮層（PPC）的激活模式，揭示空間決策與注意力分配的動態(tài)過程，遠超實驗室靜態(tài)任務的生態(tài)效度 。
3. 發(fā)育與疾病研究
嬰幼兒腦發(fā)育追蹤：無需鎮(zhèn)靜，在自由玩耍中采集腦網絡發(fā)育數據 。
精神疾病評估：捕捉社交焦慮患者在真實社交場景中的前額葉調控異常，為干預提供精準靶點 。
四、未來趨勢：多模態(tài)融合與智能化升級
便攜式近紅外的潛力正通過技術融合進一步釋放：
? 與眼動/生理記錄同步：結合眼動儀心率監(jiān)測，構建多維度行為-生理-腦活動數據集，深化情緒與認知機制解讀 。
? AI驅動實時分析：嵌入式邊緣計算芯片實現信號預處理與特征提取，即時反饋腦狀態(tài)（如注意力波動疲勞預警） 。
? 云端模型迭代：設備采集的野外數據反哺算法優(yōu)化，提升復雜噪聲環(huán)境下的解碼準確性，形成“數據-模型”閉環(huán) 。
結語
無線便攜式近紅外技術憑借輕量化形態(tài)破除物理束縛，以高運動容忍度攻克信號采集難關，推動神經科學研究從受控實驗室步入動態(tài)真實世界。隨著柔性電子邊緣計算與人工智能的深度集成，其有望成為破譯人類復雜認知與社會行為的核心工具，為腦疾病機制探索神經調控療效評估乃至腦機接口開發(fā)提供全新范式。神經科學的“自然主義革命”，已在路上 。
