功能性近紅外光譜技術(shù)是近年來新興的一種非侵入式腦功能成像技術(shù)。fNIRS進行腦功能成像的原理與fMRI相似，即大腦神經(jīng)活動會導致局部的血液動力學變化。其主要利用腦組織中的氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白對600-900nm不同波長的近紅外光吸收率的差異特性，來實時、直接檢測大腦皮層的血液動力學活動。
想知道當你在和外部世界進行交流時，你的大腦是怎樣活動的嗎？有很多種技術(shù)可以監(jiān)測大腦的活動變化，如fMRI。今天我要給大家介紹一種新興的腦功能成像技術(shù)：功能性近紅外光譜技術(shù) 。
功能性近紅外光譜技術(shù)是近年來新興的一種非侵入式腦功能成像技術(shù)。fNIRS進行腦功能成像的原理與fMRI相似，即大腦神經(jīng)活動會導致局部的血液動力學變化。其主要利用腦組織中的氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白對600-900nm不同波長的近紅外光吸收率的差異特性，來實時、直接檢測大腦皮層的血液動力學活動。通過觀測這種血液動力學變化，即通過神經(jīng)血管耦合規(guī)律可以反推大腦的神經(jīng)活動情況2011）。例如，當讓受試者做右手手指運動任務(wù)時，其大腦皮層左側(cè)運動放電，消耗氧和能量。此時，腦部血供系統(tǒng)的過補償機制會向該局部大量輸入含有豐富氧合血紅蛋白的血液，從而導致該局部的氧合血紅蛋白濃度增加，脫氧血紅蛋白下降。fNIRS實驗中，實驗者讓被試按照一定實驗范式執(zhí)行任務(wù)，同時使用fNIRS觀測大腦不同位置的血紅蛋白度的濃度變化，如果找到了某一腦區(qū)，其血液動力學活動與該任務(wù)設(shè)計相關(guān)程度很高，即可推斷該腦區(qū)被實驗任務(wù)激活。
近20年來，隨著功能性近紅外光譜技術(shù)的硬件設(shè)備的制造和改進以及數(shù)據(jù)處理方法的完善，利用近紅外進行各類認知活動的研究層次不窮。現(xiàn)在，fNIRS已經(jīng)與腦電圖（EEG、ERP）、功能磁共振成像（fMRI）等腦成像技術(shù)一樣，成為人類探索大腦奧秘的利器。
近紅外光電檢測對光譜、夜間監(jiān)控、紅外導引、光通信等應(yīng)用領(lǐng)域具有重要意義。近年來，CMOS技術(shù)的發(fā)展使Si基光電子器件得到廣泛應(yīng)用，由于Si自身帶隙較大，普通的Si基光電探測器通常無法在超過1200nm的近紅外光譜區(qū)域有效工作。
為了解決這個問題，科學家們在Si材料表面沉積一層金屬薄膜，形成金屬-半導體之間的肖特基結(jié)，金屬中自由電子吸收光子能量后可穿過肖特基勢壘，并進入Si材料中形成光電流。這種響應(yīng)的截止波長由勢壘高度決定，從而打破了半導體帶隙的限制。在這個依賴熱電子發(fā)射的光電響應(yīng)機制下，金屬結(jié)構(gòu)對器件的近紅外探測性能有較大影響。目前，基于如傳輸表面等離激元共振（PSPR），局部表面等離激元共振（LSPR）和諧振腔共振等，納米棒、納米線、光柵等各種金屬納米結(jié)構(gòu)已被證明可增強熱電子光電響應(yīng)。然而，這類結(jié)構(gòu)的量子效率仍較低，這些精細規(guī)則的納米結(jié)構(gòu)增加了生產(chǎn)工藝的復雜性和生產(chǎn)成本，使其無法實現(xiàn)大規(guī)模、低成本制造。
