浅谈近红外脑成像(fNIRS)任务态实验设计(二)

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本文作者是斯坦福大学刘宁

传统的组块设计(block design)通常包括两种组块: 任务组块和控制组块,又被称为“AB block”设计(如图1A)。这种设计基于一个假设: 两种组块条件下的意识态是线性叠加的,它们之间没有相互作用。因此可以用两种条件下的意识态相减。 尽管这种假设往往是不成立的,但是这种实验设计通常可以得到比较强的信号,易于寻找被任务激活的脑区,并得到比较稳健的实验结果,所以这种设计还是一直得到广泛使用。常用的组块设计,每种条件包括六个以上的实验组块(epoch), 一个实验组块持续10到30秒时间。例如,我们用过下面这种组块设计的面部表情实验: R-F-S-F-S-F-S-F-S-F-S-F-S-R。其中, R 代表安静状态组块,F代表恐惧的面部表情组块,S代表模糊化的面部表情组块。每个刺激组块(both F and S)持续20秒,安静组块(R) 持续30秒(Liu, et al. 2015)。

事件设计(event-related design, 如图1B)能够呈现单个的刺激而不是以组块的形式呈现,单个的刺激之间有长短变化的时间间隔,设计更加灵活,可以提供比组块设计更多的信息,例如血流动力学响应函数(HRF)的信息,因此也经常被使用。但为了得到较稳定的结果需要刺激重复次数较多,因此事件设计总的实验时间通常较长。

另一种比较常见的设计是混合设计(mixed design,如图1C),就是把组块设计和事件设计结合起来,既有任务组块和控制组块的区分,单个刺激之间的时间间隔又是长短变化的。这种设计的优点是既易于得到被任务激活的脑区,又能得到HRF的信息。缺点是需要基于更多的假设,对HRF的估算也较事件设计差一些。

experiment design
Fig. 1. 任务设计示意图。(A) 组块设计; (B)事件设计; (C)混合设计。(此图转自Edson et al. 2006)


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