Met behulp van fiberless, Wearable fNIRS hersenactiviteit in real-world cognitieve taken Monitor
Summary
Monitoring hersenactiviteit buiten het lab zonder fysieke beperkingen presenteert methodologische uitdagingen. Een fiberless werd wearable functionele Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) systeem gebruikt om de hersenactiviteit tijdens een ecologische prospectief geheugen taak te meten. Er werd aangetoond dat dit systeem kan worden gebruikt om hersenactiviteit tijdens niet-laboratorium gebaseerde experimenten volgen.
Abstract
Functionele Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) is een neuroimaging techniek die nabij-infrarood licht gebruikt om hersenactiviteit te controleren. Op basis van neurovasculaire koppeling, fNIRS is kunnen meten het hemoglobinegehalte verandert secundair aan neuronale activiteit. In vergelijking met andere neuroimaging technieken, fNIRS een goed compromis in termen van ruimtelijke en temporele resolutie. Bovendien is draagbaar, licht van gewicht, minder gevoelig voor bewegingsartefacten en geen significante fysische beperkingen opleggen. Het is daarom aangewezen om een breed scala van cognitieve taken (bijvoorbeeld, auditieve, ganganalyse, sociale interactie) en de verschillende leeftijdsgroepen (bv pasgeborenen, volwassenen, ouderen) te monitoren. De recente ontwikkeling van fiberless fNIRS apparaten heeft de weg geopend voor nieuwe toepassingen in neurowetenschappelijk onderzoek. Dit is een unieke kans om de functionele activiteit te bestuderen tijdens de real-world tests, die gevoeliger en nauwkeurig in de kont kan wordenessing cognitieve functie en disfunctie dan-lab gebaseerde tests. Deze studie onderzocht het gebruik van fiberless fNIRS hersenactiviteit volgen tijdens een real-world prospectief geheugen taak. Dit protocol wordt uitgevoerd buiten het laboratorium en hersenen hemoglobineconcentratie veranderingen worden continu gemeten via prefrontale cortex terwijl het onderwerp rondloopt om verschillende taken te vervullen.
Introduction
Afwijking van de functie binnen de prefrontale cortex, en vooral de meest anterior subpart (rostrale prefrontale cortex, of BA10) is gebruikelijk in een waaier van ontwikkelings-, psychiatrische en neurologische aandoeningen. Het veroorzaakt aanzienlijke verstoringen in het oplossen van problemen, het geheugen en aandachtsproblemen vaardigheden in het dagelijks leven, dat zijn zeer invaliderende 1,2. Echter, dit soort problemen zijn moeilijk te diagnosticeren in het laboratorium of kliniek. Dit komt omdat de mentale processen die BA 10 dragers zijn die zich met nieuwe, onbepaalde situaties waarin gedrag zelf geïnitieerde 3. Dergelijke situaties moeilijk succesvol recreëren in het laboratorium, aangezien de formele synthetisch en stevig beperkte situatie de deelnemer geconfronteerd typisch in het laboratorium hun gedrag en de manier waarop ze de Taakaanpak veranderen. Dit kan de geldigheid van de meting voor zowel klinische of onderzoeksdoeleinden aanzienlijk verminderen, met een groot risico van minder diagnose 4 </ sup>. Een van de cognitieve vermogens ondersteund door de frontale kwabben waar dit het meest duidelijk is prospectief geheugen (dat wil zeggen, het vermogen om te onthouden voor het uitvoeren van een toekomstige actie), waar het is al lang bekend dat er grote onenigheid tussen de metingen in het dagelijks kan worden leven en het lab 5. Deze methodologische problemen kunnen grotendeels worden omzeild als onderzoekers en clinici onderzoeken prefrontale cortex functie, met inbegrip van prospectief geheugen, dus kon doen door het nemen van hun metingen in "real-world" situaties.
Terwijl neuroimagingtechnieken vormen een krachtig hulpmiddel om hersenfunctie te onderzoeken op niet-invasieve en objectiviteit meeste van deze technieken leggen fysieke beperkingen op het onderwerp en zijn dus niet geschikt voor toepassing in het dagelijks leven instellingen (bijv., Functionele magnetische resonantie ( fMRI), magneto (MEG), positron emissie tomografie (PET)). Gezien de noodzaak te brengenfunctionele beeldvorming instrumenten buiten het lab en gezien de recente technologische verbeteringen, draagbare en draagbare elektro-encefalogram (EEG) en functionele nabij-infrarood spectroscopie (fNIRS) systemen ontwikkeld 6-11. Een van de grote voordelen van fNIRS dan EEG is zijn hoger ruimtelijke resolutie. Bovendien is minder gevoelig voor bewegingsartefacten, knipperen en oogbewegingen 12. Wearable fNIRS is dus beter geschikt voor gebruik in het dagelijks leven contexten, zoals het legt minder fysieke beperkingen dan EEG en staat het vrije verkeer in een meer natuurlijke omgeving.
fNIRS non-invasief bestraalt het hoofd met nabij-infrarood licht (650-900 nm). Zoals het biologisch weefsel is relatief transparant in dat golflengtegebied, kan het licht van de hersenen te bereiken en krijgen geabsorbeerd door hemoglobine. fNIRS meet waardoor de concentratie veranderingen van beide oxyhemoglobine (hbo 2) en deoxyhemoglobin (HHB) verstrekken van informatie van de zuurstofvoorziening en hemodynamische chanGES geassocieerd met hersenactiviteit. Meer specifiek wordt hersenen functionele activatie gedefinieerd als een gelijktijdige toename van HbO 2 en een afname Hhb 13. Echter, de penetratie diepte van het licht betekent dat het signaal alleen kan worden verhaald op de corticale oppervlak. Als het licht sterk verspreid in het weefsel, is het niet mogelijk om zeer ruimtelijk structurele informatie te verkrijgen over het brein 14. Conventionele fNIRS systemen maken gebruik van optische vezels gekoppeld met het hoofd naar de lichtgeleider door de hoofdhuid en de back-verstrooid licht te verzamelen. Hoewel deze instrumenten zijn compact, draagbaar en geschikt voor laboratoria instellingen bundels optische vezels en het gewicht te beperken de bewegingen van de deelnemer en, zo niet goed gestabiliseerd, hun verplaatsingen tot bewegingsartefacten verontreiniging 7. De nieuwe generatie van de geminiaturiseerde en fiberless fNIRS systemen biedt de mogelijkheid om hersenactiviteit in realistische situaties te verkennen vrij bewegende deelnemers en zonder noemenswaardige lichamelijke beperkingen. Realistische situaties zijn bijzonder waardevol bij het verkennen van de menselijke uitvoerende functies en fiberless fNIRS systemen kunnen een uniek inzicht in de menselijke hersenen functies. De eerste fiberless systemen waren uitgerust met slechts een klein aantal kanalen (bijv., Enkel kanaal 15 en 2 kanalen 16) het beperken van het onderzoek naar kleine gebieden. Meer recentelijk zijn meerkanaals draadloos draagbare fNIRS inrichtingen ontwikkeld 6,7, 17-20 geven de mogelijkheid om grotere delen van het hoofd monitor aan deelnemers vrij bewegen.
In deze studie werd een nieuwe multichannel draagbaar en fiberless fNIRS systeem dat wordt gebruikt om toezicht te houden en prefrontale cortex activiteit in kaart tijdens een real-world prospectief geheugen (PM) taak. Het fNIRS systeem bestaat voornamelijk uit een flexibele probe-eenheid (headset) dat zowel het dorsolaterale de rostrale prefrontale cortex (figuur 1) omvat,die is verbonden met een verwerkingseenheid (portable box) die wordt gedragen op de deelnemer middel (figuur 1D). De headset bestaat uit 6 oppervlakte-emitterende laserdiodes met twee golflengten (705 nm en 830 nm) en 6 silicium fotodiodes. Aangezien optische vezels vermindert het gewicht en het volume van de sonde, die comfortabeler en bestand tegen bewegingsartefacten. De optoden zijn gerangschikt in een afwisselend geometrie (Figuur 1A) met een inter-optode scheiding van 3 cm, waardoor 16 source-detector-combinaties (bijv., 16 meetkanalen) 6. Om de headset te beschermen tegen het omgevingslicht wordt een schaduw kap voorzien (figuur 1D).
Het doel van deze studie was om prefrontale cortex functie onderzoeken gedurende een prospectief geheugen taak in de echte wereld. Tijdens prospectief geheugen taken, worden de deelnemers gevraagd om te onthouden om te reageren op een zeldzame cue (bv., Een bekendgezicht of een parkeermeter) tijdens het uitvoeren van een andere veeleisende taak bekend als een "voortdurende taak". In twee verschillende blokken van de taak, zijn sociale prospectief geheugen cues (een persoon), in tegenstelling tot niet-sociale prospectief geheugen cues (een parkeermeter). Dit contrast werd gekozen omdat het een belangrijk onderscheid tussen verschillende vormen van cue-in geval prospectieve geheugen taken en zo de experimentele paradigma nabij een "echte" toestand 21 gehouden voorstelt. Terwijl BA 10 bekend is gevoelig voor de behandeling van sociale versus niet-sociale informatie in sommige situaties (bijv., Gilbert et al., 2007 22), suggereert recent bewijs dat hemodynamische veranderingen in BA 10 gerelateerd aan potentiële geheugen taken relatief ongevoelig voor cue verschillen (zie Burgess et al., 2011 23 voor review). Het is dus een open vraag of social versus niet-sociale signalen beïnvloedt BA 10 activiteit in het kader van een prospectief geheugen paradigma.
Het doel van deze studie is om de haalbaarheid van het gebruik van de fNIRS systeem prefrontale cortex hemodynamische en zuurstoftoevoer veranderingen veroorzaakt door een real-world cognitieve taak toezicht te evalueren. Hier beschrijven we een casus (een gezonde volwassen deelnemer 24 jaar oud) over het gebruik van het fNIRS inrichting gedurende een prospectief geheugen taak buiten uitgevoerd in een typische Londen straatlocatie en nabootsen van de eisen van het dagelijkse leven. In het bijzonder of hemodynamische veranderingen in reactie op sociale en niet-sociale PM signalen kan worden opgenomen wordt onderzocht.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het doel van deze studie was om het mogelijke gebruik van draagbare en fiberless fNIRS evalueren hersenen hemodynamische en oxygenatie veranderingen in verband met de hersenen neuronale activiteit tijdens realistische situaties volgen. Een draagbaar en fiberless multichannel fNIRS werd gebruikt om de hersenactiviteit in de prefrontale cortex tijdens een prospectief geheugen taak uitgevoerd buiten het lab te meten. De case study hier gemeld onderzocht of de hersenen veranderingen in het hbo 2 en HHB op een vrij bewegende deelnemer in reactie op sociale en niet-sociale PM signalen in een experiment buiten het lab voortdurend en robuust kan worden gecontroleerd.
Het gebruik van fNIRS op vrij bewegende deelnemers in het leven op basis van experimenten is een uitdagende situatie. In feite kan hoofdbewegingen sonde verplaatsingen met de daaruit voortvloeiende beweging artefacten die corrupt de optische identificatie van hersenactiviteit 36 veroorzaken. Bovendien, optische sensoren zijn gevoelig voor licht dwalen (bv., zonlicht wanneer experimenten buiten worden uitgevoerd), het creëren van extra ruis in fNIRS signalen. De gemelde case studie geeft een eerste demonstratie van de haalbaarheid van de fNIRS systeem zoals het echte leven toepassingen. De afwezigheid van optische vezels in dergelijke inrichtingen voorkomt optische koppeling tussen de hoofdhuid en de optoden resulteert in robuustere metingen tegen bewegingsartefacten. Daarnaast is de schaduw kap zorgt voor een goede afscherming van het strooilicht, die detectoren verzadiging en lage signaal-ruisverhouding (SNR) vermijdt. Bovendien stijgt in het hbo 2 en afname van HHB concentraties werden gevonden in de correspondentie van de sociale en niet-sociale PM klappen (figuur 3D-E) 11, 37 verder de haalbaarheid ondersteunen. Om te beoordelen of de hemodynamische tendensen in figuur 3D-E zijn statistisch significant en geactiveerde gebieden te lokaliseren binnen de prefrontale cortex (figuur 5, Video 1, Video 2, figuur 6, figuur 7), worden de groep-niveau analyses nodig. Om gevolgtrekking maken en functioneel gespecialiseerde prefrontale cortex gebieden 38, 39, zullen toekomstige werken groepsgegevens en statistische analyses gebaseerd op statistische Parametric Mapping (SPM) met een General Linear Model (GLM) benadering presenteren identificeren.
Hoewel voorlopige resultaten worden beschouwd, is aangetoond dat fiberless fNIRS effectief buiten de traditionele lab instellingen kunnen worden gebracht en gebruikt voor real time monitoring van hersenactiviteit. Dit opent nieuwe richtingen voor neurologische en neurowetenschappelijk onderzoek. Er zijn tenminste twee duidelijke gebieden voor toepassing in dit opzicht. De eerste heeft betrekking op ecologische validiteit. Cognitieve neurowetenschappen onderzoekers onderzoeken patronen van hersenactiviteit terwijl de mensen zijn het uitvoeren van cognitieve taken (met bv., Bloed zuurstof niveau afhankelijk tekenal verandering als een proxy in functionele MRI) om te proberen te ontdekken hoe de hersenen ondersteunt onze mentale vermogens. In sommige gevallen is het mogelijk om experimentele situaties de scanner die met de voet de situatie in het dagelijkse leven, waar het proces plaats gebruikt te maken. Denk bijvoorbeeld lezen. Lezingswoorden op een display, terwijl in een MRI-scanner waarschijnlijk maakt een dergelijke soortgelijke eisen het lezen van woorden in een boek als thuis, dat het bijna vanzelfsprekend dat de resultaten opgedaan in de scanner kan helpen verklaren hoe de hersenen implements lezen in het dagelijks leven. Echter, voor vele vormen van menselijk gedrag en cognitie, deze aanname is precair. Bijvoorbeeld kan de cognitieve processen die een deelnemer gebruikt bij een sociale situatie wordt in een MRI-scanner (waarbij de deelnemer onbeweeglijk, als zodanig, en in een onbekende en strak gecontroleerde omgeving) en verschillend in belangrijke betrekking tot de te ingeschakeld wanneer de deelnemer socialising in het echte leven 40. Dit is vooral belangrijk in de sociale neurowetenschappen, waar het onderzoek naar de neurale correlaten van inter-persoonlijke dynamiek (genoemd hyperscanning, zie voor een overzicht Babiloni en Astolfi, 2014 41) vereist een meer naturalistische omgeving. NIRS-gebaseerde hyperscanning 42, 43 kan derhalve een nieuw instrument om gelijktijdig monitoren hersenactiviteit van twee of meer mensen in realistische situaties. Inderdaad zijn er een aantal mentale vermogens die niet goed kunnen worden bestudeerd in de zeer kunstmatige en fysiek ingeperkte omgeving van een MRI, PET of MEG scanner. Die waarbij het lopen of grote hoeveelheden van de lichamelijke beweging, evenals die waarbij sociale interacties zijn voor de hand liggende kandidaten. Daarom kunnen de hersenactiviteit deelnemers aan naturalistische studie situaties zeer wenselijk voor onderzoekers.
Een tweede, verwant, breed toepassingsgebied betrekking op het gebruik van deze technologieklinische situaties. Een voor de hand liggende kandidaat kan neurorevalidatie zijn, waar men zou willen naar de effecten op de hersenen van de opleiding procedures te bestuderen voor de activiteiten van het dagelijks leven (bijv., In een keuken), of van medicijnen op specifieke neuronale populaties in verband met deze activiteiten. Maar de technologie zou misschien ook ontwikkeld worden voor educatieve instellingen als goed, en bv., Voor het gebruik van de "real-time" self-monitoring van hersenactiviteit. De draagbaarheid, een laag risico, en het vermogen om het te gebruiken in situ in real-world omgevingen met minimale beperkingen op het gedrag, maakt deze methode zeer verschillend van anderen die momenteel beschikbaar zijn.
Echter, hoewel draagbare fNIRS systemen tonen potentieel voor real-world waarnemingen, zijn er andere beperkingen die moeten worden aangepakt bij het gebruik fNIRS tijdens natuurlijke lopen. Aangezien de infrarode licht door de hoofdhuid is gevoelig voor processen die zowel gebeuren op het cerebrale eennd extra-cerebrale compartimenten van het hoofd. Eerdere studies toonden aan dat een bepaalde hoeveelheid van de signalen gemeten met fNIRS voortvloeit uit systeemveranderingen 34, 39, 44 die niet direct gerelateerd zijn aan hersenactiviteit (zie Scholkmann et al. 9 voor een overzicht). Als intra- en extra-cerebrale hemodynamische worden beïnvloed door systematische veranderingen zowel taak opgeroepen en spontane (bijv., Hartfrequentie, bloeddruk, ademhaling, doorbloeding van de huid), fysiologische veranderingen in verband met de lopende activiteit moet worden beschouwd. Ze zijn afkomstig van het autonome zenuwstelsel (AZS) activiteit die hartslag, ademhaling, bloeddruk en vaten diameter regelt via de efferente vezels. Nauwkeuriger, het sympathische van de ANS is hyper-geactiveerd tijdens de training die leidt tot de hartslag, bloeddruk en ademhaling stappen 45. Bijvoorbeeld hebben eerdere onderzoeken aangetoond dat ademhaling induceert veranderingen in partiële carbon dioxide in het arteriële bloed (PaCO 2) die op hun beurt invloed cerebrale doorbloeding en cerebrale bloedvolume 46, 47. Bovendien Figuur 3A toont een voorbeeld van periodiek HHB verhogingen en HbO 2 afneemt die binnen lopen periodes die kunnen worden verward met brain deactivering. Om een consistente vergelijking tussen condities te maken (bv., Te beoordelen of belangrijke veranderingen in de concentratie optreden ten opzichte van een baseline periode), moeten alle experimentele fasen worden gemeten onder dezelfde fysieke activiteit staat. Om deze reden, een gelopen rustfase (Rest 2) werd opgenomen in ons leven gebaseerd protocol. Een juiste interpretatie van fNIRS gegevens vereist ook een goede SNR. Dit wordt meestal bereikt met conventionele blok en event-gerelateerde ontwerpen, waar stimuleringen meerdere keren worden herhaald. Trial herhalingen en gestructureerde ontwerpen zijn niet altijd mogelijk in het leven op basis van experimenten. Daarom bijkomende sensoren en passende analyse techniques om rekening te houden systeemveranderingen 48 en bewegingsartefacten zijn nodig om de SNR te verbeteren en de hersenen signalen correct te interpreteren. We zijn van plan om de gevolgen van dergelijke wandeling gerelateerde systematische veranderingen door het gebruik van draagbare apparaten te onderzoeken om ademhaling, hartslag en stapvoets te monitoren. Bovendien is het probleem van gebeurtenissen recovery moet worden aangepakt, ook. In cognitieve neurowetenschap experimenten wordt hersenactiviteit bestudeerd in relatie tot stimuli of omgevingen waarmee deelnemers en hun gedrag in reactie op of wel daarvan. Onderzoekers moeten daarom (a) wat is momenteel beschikbaar voor de deelnemers in hun omgeving, en (b) een moment tot moment record van het gedrag van de deelnemer. In een typische lab situatie kunnen deze factoren gemakkelijk worden gecontroleerd, omdat de experimentator kan beperken wat deelnemers tegenkomen, en de vorm en het aantal gedragingen die de deelnemer kan bewijzen. Dit is echter niethet geval in "real-world" omgevingen buiten het laboratorium, waar veel evenementen en ervaringen die het onderzoek deelnemer zal hebben buiten de strikte controle van de experimentator 49. Dienovereenkomstig, in "real-world" type taken van de soort hier gestudeerd, video-opnamen worden gebruikt voor de analyse (bv., Shallice en Burgess, 1991 3). Dit maakt het mogelijk om zowel de aanhoudende (bijv., Block-level) en van voorbijgaande aard te herstellen (bv., Event-related) processen die de verschillende aspecten van de prestaties te ondersteunen (zie voor een overzicht Gonen-Yaacovi en Burgess, 2012 21). De gebeurtenissen worden verhaald op de beeldopnames hangt af van de theoretische vraag in het experiment aangepakt. In de gerapporteerde casus, werden gebeurtenis aanzetten hersteld van de video's gefilmd door de 3 camera's. Deze procedure voor het bepalen van het begin en de beëindiging van bepaalde signalen en gedragsreacties is bewerkelijk en vereist vaardigheid als op-leven basis DAT uitgevoerdeen. Een centraal probleem is dat met "real life" type experimenten er meestal niet dezelfde mate van a priori kennis van zaken als het laboratorium gebaseerde degenen en deelnemers meestal meer ruimte in de weg te kunnen reageren. Zoals deelnemers zich vrij bewegen in een natuurlijke en ongecontroleerde omgeving, worden zij geconfronteerd met verschillende snel veranderende stimuli en het is moeilijk om de hemodynamische reactie op de echte gebeurtenis plaats vorderen. Bijvoorbeeld, in het geval studie, de hemodynamische trends waargenomen voor HbO 2 en HHB (figuur 3D-E) zijn niet in fase vergrendeld met de video-onset gewonnen als de typische evenementscontactpunt hemodynamische respons 38. HbO 2 en HHB beginnen respectievelijk te stijgen en 20 sec verlagen voordat de stimulus onset en bereiken een piek na het. Verdere analyses zijn dus nodig om vast te stellen of PM keuen gebeurtenissen daadwerkelijk gebeurt wanneer de deelnemer ziet het doel, toen hij benadert richting het oftoen hij bereikt het. Gezien het potentieel van fiberless fNIRS technologieën voor het echte leven klinische toepassingen, toekomstige werkzaamheden zullen de video-codering probleem aan te pakken door het ontwikkelen van nieuwe algoritmen om evenement aanzetten op een meer objectieve manier te identificeren, evenals het verkennen van de mogelijkheid van het direct doen vanuit fNIRS data.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge funding from the Wellcome Trust (088429/Z/09/Z, 104580/Z/14/Z support to IT).
Materials
| Wearable Optical Topography | Hitachi Medical Corporation | fNIRS system | |
| Patriot | Polhemus | 3D magnetic digitizer | |
| ActionCam | Mobius | Subject's Camera | |
| Hero3 | GoPro | Experimenter's Camera | |
| Panasonic HC-V720 | Panasonic | Experimenter's Camera | |
| Platform for Optical Topography Analysis Tools (POTATo) software | Hitachi Medical Corporation | http://www.hitachi.co.jp/products/ot/analyze/kaiseki_en.html |
References
- Alvarez, J. A., Emory, E. Executive function and the frontal lobes: a meta-analytic review. Neuropsychol. Rev. 16 (1), 17-42 (2006).
- Jurado, M. B., Rosselli, M. The elusive nature of executive functions: a review of our current understanding. Neuropsychol. Rev. 17 (3), 213-233 (2007).
- Shallice, T. I. M., Burgess, P. W. Deficits in strategy application following frontal lobe damage in man. Brain. 114 (2), 727-741 (1991).
- Burgess, P. W., Alderman, N., Volle, E., Benoit, R. G., Gilbert, S. J. Mesulam’s frontal lobe mystery re-examined. Restor. Neurol. Neurosci. 27 (5), 493-506 (2009).
- Kvavilashvili, L., Ellis, J. A. Ecological validity and the real-life/laboratory controversy in memory research: a critical and historical review. History and Philosophy of Psychology. 6 (1), 59-80 (2004).
- Atsumori, H., et al. Development of wearable optical topography system for mapping the prefrontal cortex activation. Rev. Sci. Instrum. 80 (4), 043704 (2009).
- Piper, S. K., et al. A wearable multi-channel fNIRS system for brain imaging in freely moving subjects. Neuroimage. 85, 64-71 (2014).
- Casson, A. J., Smith, S., Duncan, J. S., Rodriguez-Villegas, E. Wearable EEG: what is it, why is it needed and what does it entail?. IEEE Eng. Med. Biol. Mag. , 5867-5870 (2008).
- Scholkmann, F., et al. A review on continuous wave functional near-infrared spectroscopy and imaging instrumentation and methodology. Neuroimage. 85, 6-27 (2014).
- Hoshi, Y. Functional near‐infrared optical imaging: Utility and limitations in human brain mapping. Psychophysiology. 40 (4), 511-520 (2003).
- McKendrick, R., Parasuraman, R., Ayaz, H. Wearable functional near infrared spectroscopy (fNIRS) and transcranial direct current stimulation (tDCS): expanding vistas for neurocognitive augmentation. Front. Syst. Neurosci. 9, (2015).
- Lloyd-Fox, S., Blasi, A., Elwell, C. E. Illuminating the developing brain: the past, present and future of functional near infrared spectroscopy. Neurosci. Biobehav. Rev. 34 (3), 269-284 (2010).
- Obrig, H., et al. Near-infrared spectroscopy: does it function in functional activation studies of the adult brain?. Int. J. Psychophysiol. 35 (2), 125-142 (2000).
- Ferrari, M., Quaresima, V. A brief review on the history of human functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) development and fields of application. Neuroimage. 63 (2), 921-935 (2012).
- Sagara, K., Kido, K., Ozawa, K. Portable single-channel NIRS-based BMI system for motor disabilities’ communication tools. Conf. Proc. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. , 602-605 (2009).
- Shiga, T., Yamamoto, K., Tanabe, K., Nakase, Y., Chance, B. Study of an algorithm based on model experiments and diffusion theory for a portable tissue oximeter. J. Biomed. Opt. 2 (2), 154-161 (1997).
- Muehlemann, T., Haensse, D., Wolf, M. Wireless miniaturized in-vivo near infrared imaging. Opt. Express. 16 (14), 10323-10330 (2008).
- Kim, C. K., Lee, S., Koh, D., Kim, B. M. Development of wireless NIRS system with dynamic removal of motion artifacts. Biomed. Eng. Lett. 1 (4), 254-259 (2011).
- Ayaz, H., Onaral, B., Izzetoglu, K., Shewokis, P. A., McKendrick, R., Parasuraman, R. Continuous monitoring of brain dynamics with functional near infrared spectroscopy as a tool for neuroergonomic research: empirical examples and a technological development. Front. Hum. Neurosci. 7, 871 (2013).
- Safaie, J., Grebe, R., Moghaddam, H. A., Wallois, F. Toward a fully integrated wireless wearable EEG-NIRS bimodal acquisition system. J. Neural. Eng. 10 (5), 056001 (2013).
- Gonen-Yaacovi, G., Burgess, P. W. Prospective memory: the future for future intentions. Psychol. Belg. 52 (2-3), 173-204 (2012).
- Gilbert, S. J., Williamson, I. D. M., Dumontheil, I., Simons, J. S., Frith, C. D., Burgess, P. W. Distinct regions of medial rostral prefrontal cortex supporting social and nonsocial functions. Soc. Cogn. Affect. Neurosci. 2, 217-226 (2007).
- Burgess, P. W., Gonen-Yaacovi, G., Volle, E. Functional neuroimaging studies of prospective memory: What have we learnt so far?. Neuropsychologia. 49 (8), 2246-2257 (2011).
- Okamoto, M., et al. Three-dimensional probabilistic anatomical cranio-cerebral correlation via the international 10–20 system oriented for transcranial functional brain mapping. Neuroimage. 21 (1), 99-111 (2004).
- Jasper, H. H. The ten twenty electrode system of the international federation. Electroencephalogr. Clin. Neurophysiol. 10, 371-375 (1958).
- Okamoto, M., Ippeita, D. Automated cortical projection of head-surface locations for transcranial functional brain mapping. Neuroimage. 26 (1), 18-28 (2005).
- Singh, A. K., et al. Spatial registration of multichannel multi-subject fNIRS data to MNI space without MRI. Neuroimage. 27 (4), 842-851 (2005).
- Koessler, L., et al. Automated cortical projection of EEG sensors: anatomical correlation via the international 10–10 system. Neuroimage. 46 (1), 64-72 (2009).
- Burgess, P. W., Quayle, A., Frith, C. D. Brain regions involved in prospective memory as determined by positron emission tomography. Neuropsychologia. 39, 545-555 (2001).
- Burgess, P. W., Scott, S. K., Frith, C. D. The role of the rostral frontal cortex (area 10) in prospective memory: a lateral versus medial dissociation. Neuropsychologia. 41, 906-918 (2003).
- Molavi, B., Dumont, G. A. Wavelet-based motion artifact removal for functional near-infrared spectroscopy. Physiol. Meas. 33 (2), 259-270 (2012).
- Cui, X., Bray, S., Reiss, A. L. Functional near infrared spectroscopy (NIRS) signal improvement based on negative correlation between oxygenated and deoxygenated hemoglobin dynamics. Neuroimage. 49 (4), 3039-3046 (2010).
- Grinsted, A., Moore, J. C., Jevrejeva, S. Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series. Nonlin. Processes Geophys. 11 (5/6), 561-566 (2004).
- Kirilina, E., et al. Identifying and quantifying main components of physiological noise in functional near infrared spectroscopy on the prefrontal cortex. Front. Hum. Neurosci. 7, (2013).
- Hoshi, Y., Tamura, M. Dynamic multichannel near-infrared optical imaging of human brain activity. J. Appl. Physiol. 75 (4), 1842-1846 (1993).
- Brigadoi, S., et al. Motion artifacts in functional near-infrared spectroscopy: a comparison of motion correction techniques applied to real cognitive data. Neuroimage. 85, 181-191 (2014).
- Huppert, T. J., Hoge, R. D., Diamond, S. G., Franceschini, M. A., Boas, D. A. A temporal comparison of BOLD, ASL, and NIRS hemodynamic responses to motor stimuli in adult humans. Neuroimage. 29 (2), 368-382 (2006).
- Friston, K. J., Holmes, A. P., Worsley, K. J., Poline, J. P., Frith, C. D., Frackowiak, R. S. Statistical parametric maps in functional imaging: a general linear approach. Hum. Brain Mapp. 2 (4), 189-210 (1994).
- Tachtsidis, I., Koh, P. H., Stubbs, C., Elwell, C. E. Functional optical topography analysis using statistical parametric mapping (SPM) methodology with and without physiological confounds. Adv. Exp. Med. Biol. 662, 237-243 (2010).
- Burgess, P. W., Alderman, N., Evans, J., Emslie, H., Wilson, B. A. The ecological validity of tests of executive function. J. Int. Neuropsychol. Soc. 4, 547-558 (1998).
- Babiloni, F., Astolfi, L. Social neuroscience and hyperscanning techniques: past, present and future. Neurosci. Biobehav. Rev. 44, 76-93 (2014).
- Scholkmann, F., Holper, L., Wolf, U., Wolf, M. A new methodical approach in neuroscience: assessing inter-personal brain coupling using functional near-infrared imaging (fNIRI) hyperscanning. Front. Hum. Neurosci. 7, (2013).
- Cui, X., Bryant, D. M., Reiss, A. L. NIRS-based hyperscanning reveals increased interpersonal coherence in superior frontal cortex during cooperation. Neuroimage. 59 (3), 2430-2437 (2012).
- Tachtsidis, I., Leung, T. S., Devoto, L., Delpy, D. T., Elwell, C. E. Measurement of frontal lobe functional activation and related systemic effects: a near-infrared spectroscopy investigation. Adv. Exp. Med. Biol. 614, 397-403 (2008).
- Freeman, J. V., Dewey, F. E., Hadley, D. M., Myers, J., Froelicher, V. F. Autonomic nervous system interaction with the cardiovascular system during exercise. Prog. Cardiovasc Dis. 48 (5), 342-362 (2006).
- Scholkmann, F., Gerber, U., Wolf, M., Wolf, U. End-tidal CO2: an important parameter for a correct interpretation in functional brain studies using speech tasks. Neuroimage. 66, 71-79 (2013).
- Tisdall, M. M., et al. The effect on cerebral tissue oxygenation index of changes in the concentrations of inspired oxygen and end-tidal carbon dioxide in healthy adult volunteers. Anesth. Analg. 109 (3), 906-913 (2009).
- Tachtsidis, I., Leung, T. S., Chopra, A., Koh, P. H., Reid, C. B., Elwell, C. E. False positives in functional nearinfrared topography. Adv. Exp. Med. Biol. 645, 307-314 (2009).
- Gilbert, S. J., Zamenopoulos, T., Alexiou, K., Johnson, J. H. Involvement of right dorsolateral prefrontal cortex in ill-structured design cognition: An fMRI study. Brain Res. 1312, 79-88 (2010).
