探究婴儿fNIRS数据预处理流程差异及影响
功能近红外光谱(fNIRS)技术,作为一种无创神经成像技术,在认知神经科学领域具有重要作用。然而,针对最佳预处理流程,目前尚无统一标准。特别是在婴儿血流动力学反应(HRF)的发展与变化尚未完全明确的情况下,系统地比较分析方法显得尤为必要。本研究选取了五种不同的预处理流程,并利用两个实验进行了性能评估。实验1采用合成数据,比较了恢复的HRF与真实HRF,并评估了每种方法对噪声水平的鲁棒性。实验2则分析了一项已发表研究的实验数据,以评估新生儿人工语法加工的神经关联。研究发现,运动伪影校正(而非拒绝)能够保留大量试次,但HRF振幅往往大幅降低。相比之下,伪影拒绝导致高排除率,但充分保留了HRF的特征。此外,所有预处理流程的性能都随着噪声的增加而下降,但明显小于未应用预处理的情况。最后,对光密度或浓度变化数据进行预处理没有区别。这些结果表明,近红外数据预处理应作为明确质量问题的函数进行优化。
fNIRS技术作为一种基于测量脑血液光散射的无创神经成像技术,在认知神经科学领域得到广泛应用。该技术具有非侵入性、易于使用、无噪音等优点,特别适用于婴幼儿研究。然而,由于婴儿头骨和大脑周围组织的特殊性,光线穿透能力较强,因此在数据处理和分析过程中需要考虑数据质量问题。与成人研究相比,婴儿研究的数据质量往往较差,这就需要有专门针对婴儿数据的处理和分析方法。
本研究回顾了2016-2020年发表的婴儿fNIRS文献,并总结了常用的预处理步骤。研究者创建了五种典型的预处理流程,并分析了这些流程对数据质量的影响。实验结果表明,不同的预处理流程对恢复HRF的形状和幅值具有显著影响。此外,本研究还提供了一些指导建议,以帮助研究人员选择合适的预处理策略。
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