近紅外腦功能成像技術應用于超掃描技術（一）

1 超掃描簡介 

超掃描是一種新興的神經科學研究技術，對于考察“社會腦”相關的科學問題十分必要，一是對社會互動中所有被試的大腦活動進行同步測量，這使得社會互動中大腦神經加工的相關信息得以重視，使研究者可以收集與正在進行的社會互動有關的皮層加工動態信息。二是超掃描的應用，使得構造有效的社會互動情境成為可能，提高了研究的真實性。三是通過超掃描技術的應用，我們能更深入的了解一些病人受損的社會互動機制（Chiu et al.2008）。 

由前人研究可知，最早進行的核磁雙人掃描是在 2002 年，使用兩種不同的核磁設備在兩名被試進行簡單的互動游戲時的掃描測量，之后 80%的社會認知行為都通過核磁掃描來獲取數據，后來發展為可使用同一核磁室進行雙人核磁掃描，即增加核磁內的掃描線圈即可。02 年的文章表明了核磁掃描雙人互動的可能性，也為核磁下的超掃描技術發展帶來一定的引導作用。 

但實際上，在 1965 年，就有進行的腦電雙人掃描測量，但因其缺乏可信成 熟的統計指標，該文獻遭受了大量的懷疑和批評，但隨著腦電記錄的精確性和分 析的技術的成熟，EEG 也普遍應用于雙人掃描的研究中。 

2 超掃描技術文獻 

根據以往文獻研究，使用腦電、核磁、近紅外等進行超掃描研究的文章如下所示： 

值得注意的是以上雙人測量都是一臺設備測量一個被試，雙人及多人掃描重要問題在于時間序列上的同步性，雖然在EEG 中采用了使用不同 trigger 連接到局域網的措施進行，但仍不如近紅外測量的巧妙。 

不同于腦電和核磁測量，近紅外的雙人掃描不僅可以一臺設備測量一個被試，也可以一臺設備同時測量兩個被試。不過相比較不同的是，使用一臺近紅外設備測量兩個及以上被試需要考慮到光源和探測器的數量，因此推薦使用高配置（多探測器和光源）近紅外設備。 

3 超掃描的近紅外測量 

盡管以往研究使用過 fMRI 和 EEG 技術來進行超掃描，由于它們本身對環境的要求非常嚴格，被試有很強的受束縛感，且互動個體間不能直接交流，所以研究結果并不一定能反應真實情景，隨著 fNIRS 技術的成熟，很多研究者開始使用該技術研究真實情境下社會互動中個體間的大腦活動情況。Cui, Bryant & Reiss (2012)使用 NIRS 對同時完成合作和競爭任務的兩名被試的大腦活動進行掃描，并用小波相關分析，結果發現在合作過程中用 NIRS 進行超掃描顯示在額上回人際相干增加。 

使用近紅外進行超掃描測量，如下圖所示，不僅可以使用同一臺電腦進行雙人的測量，還可以將設備串聯后，形成四人甚至多人在同一計算機上的測量，測 量方式的多樣化，為自然情境下不同被試的研究提供了便利。

在對以往的研究發現，與普通的人--機互動相比，人—人之間的互動具有更高的生態效度，此外，與單一被試相比，多被試互動能夠更好的理解個體在人際互動中的認知能力。所以超掃描為我們在較為真實的社會環境中考察了多個被時間的大腦互動神經機制提供了途徑，使我們可以對多個大腦活動的活動信息進行同時的采集和分析。 

如研究者利用 NIRS 通過手指點擊模仿任務，考察了被試雙方的對側初級運動皮層，證實了與非模仿行為相比，模仿行為會使被試間產生更強的大腦聯結及 腦間同步。 

此外，研究面對面交流互動游戲的近紅外文章越來越多，2016 年 5 月份發表的近紅外文章，使用一臺臺式近紅外同時測量兩名被試玩疊疊樂的游戲并證實在進行兩種不同性質的交流活動中兩名被試的不同和相同激活差異研究，這也證 實使用近紅外設備可以比較方便的進行雙人之間的互動研究。 

圖 2-1 A 描述了被試一起做腦電任務，并同時戴測量帽接受超掃描 B 圖表示兩名被試在做合作任務時第 17 通道（額上回）上的腦波相關狀況圖