利用功能性近红外光谱（fNIRS）神经影像技术研究全球儿童发育：以撒哈拉以南非洲农村地区为例

本野外神经影像学方案的总体目标是利用便携式功能性近红外光谱技术（简称FNIRS），在撒哈拉以南非洲等资源匮乏、研究不足的偏远地区（如贫困的农村社区），研究儿童的大脑发育及其认知与学习结果。该方法有助于我们回答关于高风险环境中大脑发育的关键问题，例如，在文盲风险较高的社区中，大脑的阅读相关神经网络是如何发展的。

该方法还涉及全球儿童发育领域的重要理论问题，即生物发育以及多样化且常为负面的经历如何影响大脑发育，并可揭示有关发育敏感期的新信息。首先，应投入资源建立合作，并在研究框架内为当地研究人员提供参与机会。

与当地的科研机构建立合作关系，以促进包容性，因为获得本地同行的认可对于在该地区传播研究成果至关重要。在野外工作时需做好应对雨季气候的准备，因为野外的温度和湿度条件可能与实验室环境存在显著差异，这可能影响设备的功能与使用寿命，以及参与者的舒适度。本次操作演示将由来自圣保罗联邦大学、在我实验室访问的学者Lais Freitas，以及我们的实验室主管Violet Kozloff进行。

首先，以参与者当地或偏好的语言进行符合文化背景的知情同意程序，确保参与者及其家庭和社区了解研究内容以及他们参与研究的决定。然后，引导参与者进入测试室，让他们坐在椅子上。向参与者说明将进行头部测量。

使用标准卷尺，测量鼻根点至枕外隆突沿头部环绕的距离、鼻根点至枕外隆突经头顶中线中央点（CC）的距离，以及左右耳屏经头顶中线中央点（CC）的距离。接下来，将功能性近红外光谱（fNIRS）探头固定帽戴在受试者头部，并根据国际10-20系统对头皮位置进行对齐，用绑带固定帽子。帽子定位完成后，指导受试者保持静止，使用三维数字化仪测量10-20系统中的关键头皮位置及每个探头位置。

然后，安放3D数字化仪设备，将一个传感器放置在受试者头部的CC位置，并牢固固定，将第二个传感器放置在受试者头部正后方的桌面上。移动3D数字化仪的探针至每个电极位置，以及10-20系统的关键位置。采集完3D数字化仪数据后，指导受试者舒适地坐在刺激呈现计算机前方。

使用 fNIRS 内置软件，选择与实验设计相对应的探头排列方式。确保探头位置能够最大程度地覆盖左侧半球语言区及其右侧半球同源区域，以及额叶。确保发射探头和检测探头均根据探头排列图进行编号。

根据光极图和fNIRS内置软件的指引，将每个光极放置到对应的开口位置。移动遮挡的头发，确保光极尖端与头皮充分接触。最后，当所有光极就位后，使用fNIRS系统的内置软件检查信号质量。

根据需要调整各个探头，直至获得足够的信号质量。首先将主动降噪耳机佩戴在受试者头部，注意避免干扰 fNIRS 探头的放置。确保耳机能够向受试者传递听觉言语刺激（如适用），同时屏蔽任何环境噪声。

指导受试者注视屏幕中央的十字。在实验任务显示期间，要求他们保持静止。调暗灯光，并使用内置摄像头开始录制受试者视频。

在fNIRS控制计算机上开始fNIRS数据记录，并在刺激呈现计算机上启动任务。在整个实验过程中监控受试者的表现，并在任务和扫描序列之间提供休息时间。确保实验刺激呈现计算机发出的触发信号被fNIRS控制计算机正确接收。

最后，在所有任务结束后，停止采集视频和功能性近红外光谱（fNIRS）数据。实验完成后，将每个光学探头从探头帽的 holder 中取下。在不扰动探头帽在受试者头部位置的前提下，指导受试者保持坐姿，以获取第二次三维数字化仪测量数据。

重复进行3D数字化仪测量，以便通过比较两次位置文件检测实验过程中头皮探头位置是否发生偏移。最后，在重复测量完成后，从受试者头部取下光纤探头固定帽。将3D位置数据与实验设计数据结合近红外光谱（fNIRS）时间序列数据进行分析，以在标准脑模板上绘制与实验相关的显著神经激活模式。

该受试者在押韵任务期间，与静息状态相比，左侧半球颞上回表现出更强的激活。此外，左侧半球在非押韵诗句与押韵任务的对比中也显示出更强的激活。例如，受试者1在左侧额下回表现出更强的激活，而受试者2在左侧颞上回表现出更强的激活。

完成此操作后，还可以进行其他方法，如认知和语言技能的评估，以进一步探究大脑活动与儿童能力之间的关联。观看本视频后，您应对实地神经影像学研究中的重要考虑因素有充分了解，例如与当地社区和研究人员建立合作关系，以及掌握如何定位fNIRS帽、放置光极并使用该系统采集数据的技术细节。请务必注意，在偏远地区工作可能存在危险，包括患病、犯罪和政治不稳定等风险。

进行此操作时，应始终采取药物预防、疫苗接种和监测旅行建议等预防措施。