來自頭部表面的 NIRS 訊號,可用於推估受試者在未發聲時,進行內在語言的時間,並猜測受試者在腦海中的回聲反射次數 (1 至 5 次之間)。
如圖 1 所示,使用發射器和接收器光纖探頭之間的兩個間隔 (間距 7 和 18 mm),量測整個左右兩側前額的 NIRS 訊號。同步量測頭皮血流和肌電圖,以評估皮膚血流和肌肉血流對 NIRS 訊號的影響。

Fig. 1  Multiresolution Analysis

圖 1.  多重解析度分析

將探頭通道位置投影至 MRI 腦部表面影像,探頭依 18 mm 間距、3×5 的排列,放置於整個左右兩側前額 (44 個通道),並依 7 mm 間距放置於左前額 (1 個通道)。
圖 2 顯示受試者唸出指定數字後,在心裡默背繞口令而未發聲的典型 NIRS 訊號。唸出數字 3 時,包括布洛卡區 (代表性通道 11) 的多個通道,皆可看到 Oxy-Hb 和 Total-Hb 濃度瞬間增加。

Fig. 2  Typical NIRS Waveforms Blood Flow Fluctuations in Broca's Area (representative channel 11).

圖 2. 布洛卡區 (代表性通道 11) 典型的 NIRS 波形血流波動。

四名受試者的 NIRS 波形結果,由五名研究人員完成目視評估,結果顯示能夠確定受試者選擇的數字,準確度達到 73%。

圖 3. NIRS 波形、皮膚血流波動、內在語言及外在語言期間的肌電圖

出聲唸出繞口令時,亦即表達外在語言的情境,左右兩側頸闊肌和顳肌的肌電圖發生巨大變化,表示這些肌肉處於活躍狀態。使用都卜勒皮膚血流計,在整個外在語言期間皆可測得皮膚血流量增加。探頭間距較小 (7 mm) 的 NIRS 量測結果,也顯示 Oxy-Hb 和 Total-Hb 濃度在外在語言期間持續增加 (圖 3)。反之,進行內在語言時,頸闊肌和顳肌肌電圖並無顯著變化,這是未發聲的客觀證據。雖然程度不如外在語言,且血流量並未明顯持續增加,不過都卜勒皮膚血流計仍然測得短暫的瞬間增加 (間隔約 5 秒,上升延遲調諧約 3 秒) (圖 3)。

圖 4. 內在語言、外在語言、休息期間的 NIRS 及皮膚血流平均波形

陰影寬度 ±1S.E.,休息期間顯示唸出非預選數字時的平均波形。

布洛卡區附近代表性通道中的 NIRS 訊號,與平均都卜勒皮膚血流訊號的結果相似 (圖 4)。從這些結果可以看出,判讀發聲相關 NIRS 量測任務期間的 NIRS 訊號時,至少需要考量皮膚血流和肌肉活動的影響。即使在無關發聲的內在語言期間,仍可能存在影響,因為自主神經系統活動引起的皮膚血流波動,也可能影響 NIRS 訊號。因此,進行腦功能量測時,非常需要能夠去除皮膚血流和肌肉活動對 NIRS 訊號之干擾的方法。

NIRS 量測可推估受試者未發聲時,在心裡默背繞口令的時間,並以一定的準確度進一步推斷受試者預選的數字。研究證實,探頭間距為 7 mm 時,NIRS 量測取得的數據可反映皮膚血流波動,而探頭間距為 18 mm 時,NIRS 的量測數據可能反映與皮膚血流波動無關的腦部血流波動。在內在語言期間,若能夠區分腦部活動衍生的 NIRS 訊號和皮膚血流訊號,將有助於使用 NIRS 量測應用於 BMI。

(數據提供:日本順天堂大學醫學院 Shigeru Kitazawa 醫學博士)

參考文獻:Iwano, T., Takahashi, T., Takigawa, J., Kawagoe, R., Shibuya, S., Kitazawa, S. (2010) "Detection of inner speech using near infrared spectroscopy", Shimadzu Review, Vol. 66, No. 3, 4

註:顯示的數據是以 FOIRE/OMM 系列型號取得。

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