1. fNIRS的基本介绍
1.1. fNIRS成像原理
功能性近红外光学成像(Functional Near-Infrared Spectroscopy, fNIRS)是一种神经成像技术，通常由两个主要组件组成：光学探针和光源。光学探针安装在头皮上，包含发光和检测电二极管，用于发射和测量近红外光。光源用于将近红外光照射到头皮上。它利用近红外光测量大脑中氧化和去氧化血红蛋白水平的变化。血红蛋白是血液中的蛋白质，负责运送氧气，并存在于脑血管内。fNIRS的原理基于大脑更活跃时需要更多氧气来支持增加的代谢需求的事实。因此，激活的大脑区域中氧化血红蛋白的数量增加，相应的去氧化血红蛋白的数量减少。在fNIRS成像中，近红外光从光源(如激光器或LED)发出，并通过光纤传到头部。光穿过颅骨并被下面的组织吸收和散射(项明强等，2022；Aleksandrowicz et al., 2020)。一部分光通过颅骨反射回来，并由光学探测器(也通过光纤固定在头部)检测到。光的吸收和散射受到大脑中氧化和去氧化血红蛋白水平的影响。氧化血红蛋白在波长较长的光中吸收较多，而去氧化血红蛋白在波长较短的光中吸收较多(Chincarini et al., 2020)。通过测量不同波长光的吸收变化，fNIRS可以确定大脑中氧化和去氧化血红蛋白水平的变化，从而间接测量大脑活动水平的变化。为了获得最精确的成像数据，fNIRS通常采用多光源、多探测器的光学系统。这种多通道系统可以确定光的传播路径，并减少来自其他源的干扰，如肌肉活动或颅骨的吸收。fNIRS的数据分析通常需要经过一系列复杂的数学运算，以确定氧化和去氧化血红蛋白水平的变化。最常用的分析方法包括净化数据，以减少除血红蛋白吸收外的其他干扰因素；提取光谱，以确定光的波长范围；以及表征大脑活动的氧化率和去氧化率(黄碧雪等，2022；雷震等，2021)。
总体而言，fNIRS是一种非侵入性、安全和可靠的成像技术，适用于各种应用，如神经科学、医学、心理学等领域的研究，具体包括用于研究各种认知、情绪和行为过程，以及抑郁和焦虑在内的各种精神障碍。随着技术不断进步，fNIRS在大脑研究领域的作用很可能将会更加重要。
1.2. fNIRS的优缺点
fNIRS具有一些优点和缺点，使其成为特定类型研究的有用工具，但也限制了其在其他方面的效用。
fNIRS的优点包括：
非侵入性：fNIRS的主要优点之一是它是非侵入性的，这意味着它不需要对象接受任何外科手术或暴露于潜在有害的辐射。与fMRI等其他影像学技术不同，FNIRS通过向头皮照射光线来测量大脑活动，这使其成为监测大脑活动的相对安全和低风险方法。
高时间分辨率：fNIRS具有高时间分辨率，可以实时捕捉血红蛋白浓度的变化。这使得研究人员可以研究快速的认知过程和神经反应。
便携式：fNIRS设备相对紧凑轻便，可以在各种不同的环境中进行研究，包括在实验室环境以外的环境。这使得在现实世界的情景中研究大脑活动成为可能，可以提供关于大脑在不同情境中处理信息的重要见解。
成本效益：与fMRI等其他影像学技术相比，fNIRS是测量大脑活动的成本效益方法。这部分是因为fNIRS设备价格相对较低，以及运行fNIRS研究的总体成本相对较低，包括研究参与者的费用，数据处理费用和研究设施费用。
适合发展研究：fNIRS适合婴儿和幼儿的大脑发展研究，因为他们可能不能承受其他神经影像学技术的限制。
然而，fNIRS也有一些缺点，包括：
测量精度有限：fNIRS测量的是大脑血流量，而不是神经电信号，因此测量结果可能不如fMRI等其他影像学技术那么准确。这可能导致研究结果的偏差，并对研究结论产生影响。
空间分辨率有限：fNIRS的主要局限之一是其空间分辨率有限，远低于其他的神经成像技术，如fMRI。这意味着fNIRS可能无法解决不同脑区内细粒度的神经活动。
外界干扰：fNIRS信号可能受到外界因素的影响，例如头皮厚度、颅骨厚度和头皮血流的变化，这可能导致测量误差。
数据处理复杂：fNIRS数据处理要求高，因为它需要对许多因素(如热效应、光学干扰等)进行校正。数据处理复杂度可能导致研究人员在数据分析过程中面临技术挑战。
光线渗透深度有限：脑内光线的渗透深度是有限的，这意味着fNIRS只能测量脑表层的血红蛋白水平的变化。
研究深层脑结构的能力有限：由于光线渗透深度的限制，FNIRS的测量深度有限，它仅能测量深度不超过3厘米的大脑区域。因此，FNIRS不能在更深层次的大脑区域(如如基底节和脑干)进行测量，而这些区域可能对特定研究结果具有重要价值。
总之，fNIRS是一种非常有用的神经影像学技术，具有许多优点，但也存在一些缺点，因此需要在特定研究中进行评估。它特别适合那些需要非侵入性的大脑活动测量的研究，例如语言和认知研究，以及对社交和情绪功能的研究(叶佩霞等，2017)。同时，fNIRS还可以被用于应用研究，例如评估大脑与计算机交互的效果。另外，由于fNIRS在技术上的不断提高，以及减少成本的努力，它将继续作为大脑研究的重要工具。与其他影像学技术相比，fNIRS可以在许多情况下提供更好的活动测量数据，从而帮助研究人员了解大脑的功能。因此，在评估fNIRS的使用时，需要考虑它在特定研究中的优缺点，以确定它是否是一种合适的工具。这取决于研究的具体目的，以及研究者的技术能力和研究预算(Gruber et al., 2020; Liu et al., 2021)。
2. fNIRS在积极情绪领域的研究
fNIRS在积极情绪领域的研究越来越受到关注。fNIRS通过测量大脑中氧化和去氧化血红蛋白水平的变化来提供对与积极情绪相关的神经活动的洞察力。越来越多的研究利用fNIRS来研究快乐、敬畏和感激等积极情绪的神经基础。例如，研究利用fNIRS来检测音乐、笑声和社交互动对大脑的反应，以及正念和冥想等干预对积极情绪状态的影响。此外，fNIRS也被用于研究适应力的神经机制。研究表明，适应力与大脑前额叶皮层和前跖皮层等与积极情绪调节相关的区域的活跃度增加有关(Hu et al., 2019)。
2.1. fNIRS在快乐情绪领域的研究
快乐是一种以幸福和愉悦为特征的积极情绪。fNIRS已被用于研究快乐体验的神经机制。其中一个研究领域是探究社会认知的神经基础。在这些研究中，fNIRS用来检验与社会认知有关的大脑区域是如何参与快乐体验的，如内侧前额叶皮质和颞顶叶交界处。例如，一项研究发现，被试对引起快乐的刺激(比如快乐的面孔)做出反应时，内侧前额叶皮层被激活，而这种激活与自我报告的快乐体验有关。另一个研究领域是探究奖赏处理的神经基础。在这些研究中，fNIRS用来检验大脑中涉及奖励处理的区域是如何参与喜悦的体验，如腹侧纹状体。例如，一项研究发现，当被试对引起喜悦的刺激做出反应时，腹侧纹状体被激活，而这种激活同样与自我报告的喜悦体验有关。
综上所述，fNIRS在快乐情绪的研究中提供了对这种积极情绪体验的神经机制的新见解，并有可能指导旨在改善幸福感和积极情绪的干预措施的开发。
2.2. fNIRS在感激情绪领域的研究
感恩是一种以欣赏和感激为特征的积极情绪。近年来，fNIRS已被用于研究感恩体验的神经机制。其中一个研究领域是使用fNIRS检验与感恩相关的亲社会行为和道德决策的神经基础。例如，一项研究发现，在看到描绘善良行为的图像时，被试的内侧前额叶皮层被激活，而这种激活与自我报告的感恩有关。而另一项研究发现，当听到描绘善举的故事时，腹侧纹状体会被激活，而这种激活也与自我报告的感恩体验有关(Uchitel et al., 2021)。
综上所述，fNIRS在感恩情绪的研究中为理解这种积极情绪的神经机制提供了新的见解，并有可能指导旨在促进亲社会行为和道德决策的干预措施的开发。
2.3. fNIRS在好奇心领域的研究
目前已经有研究使用fNIRS来检验好奇心和注意力相关的大脑活动。在这些研究中，fNIRS被用于检查与认知控制有关的大脑区域如何参与好奇心和注意力的体验，如背外侧前额叶皮质。例如，一项研究发现，在对引起好奇心的刺激做出反应时，被试的背外侧前额叶皮层被激活，而这种激活与对刺激的探索和新信息的获取有关。
2.4. fNIRS在希望情绪领域的研究
目前，利用fNIRS对希望体验的神经机制研究有限。然而，一些研究已经探索了参与希望体验和相关情绪(如乐观和积极预期)的大脑区域。其中一个研究领域是对乐观的神经基础的探究。在这些研究中，fNIRS用于探究与乐观和积极预期有关的大脑区域是如何与希望体验相关的，如内侧前额叶皮质和前扣带回皮质。例如，一项研究发现，在回应积极的期望时，前扣带回皮层被激活，而这种激活与自我报告的希望体验有关。另一个研究领域是情绪调节的神经基础研究。在这些研究中，fNIRS用于探究与情绪调节有关的大脑区域如何参与希望体验，如背外侧前额叶皮质。例如，一项研究发现，在对积极情绪的诱导做出反应时，背外侧前额叶皮层被激活，而这种激活与自我报告的希望体验有关(Zhang et al., 2022)。
总的来说，虽然在这方面还需要更多的研究，但fNIRS在希望体验中的研究已经为我们提供了一些关于这种积极情绪及其相关情绪体验的神经机制的见解。
2.5. fNIRS在敬畏情绪领域的研究
敬畏是一种以惊奇和惊异为特征的积极情绪。近年来，fNIRS被用于研究敬畏体验的神经机制。其中的一个研究领域是对自我超越体验的神经基础的探究。在这些研究中，fNIRS用于探究涉及自我超越体验的大脑区域是如何参与敬畏体验的，如顶叶皮层。例如，一项研究发现，在对广阔的自然景观图像做出反应时，被试的顶叶皮层被激活，而这种激活与自我报告的敬畏体验有关。另一个研究领域是对宗教和精神体验的神经基础的探究。在这些研究中，fNIRS用于探究涉及宗教和精神体验的大脑区域如何参与敬畏的体验，如前扣带回皮质和内侧前额叶皮质。例如，一项研究发现，在回应宗教和精神体验时，被试的前扣带皮层和内侧前额叶皮层被激活，而这种激活与自我报告的敬畏体验有关(Tang et al., 2021)。
综上所述，fNIRS在敬畏的研究中提供了对这种积极情绪体验的神经机制的新见解，并有可能为促进自我超越体验、宗教和精神健康的干预措施的开发提供信息。
2.6. fNIRS在有关爱的领域的研究
近年来，利用fNIRS来研究爱(一种复杂的积极情绪)的神经机制已成为一个日益增长的研究领域。有研究使用fNIRS来探索参与处理与爱相关的情绪的大脑区域，如奖赏中心(腹侧纹状体)和参与社会认知和依恋的区域(内侧前额叶皮质和颞顶叶交界处)。在一项研究中，fNIRS被用来测量大脑对浪漫伴侣的图像做出反应时的活动，结果显示腹侧纹状体的激活增加，以及参与社会认知和依恋的区域的激活增加，表明了这些区域在处理爱情经验中的重要性。此外，fNIRS已被用于研究不同形式的爱的神经机制，如浪漫的爱和父母的爱。在这些研究中，fNIRS被用来分别比较大脑对浪漫伴侣和孩子相关刺激的反应。研究结果显示，两种爱的激活模式存在差异，不同的大脑区域对每种爱的反应更为活跃(Segar et al., 2021)。
总之，fNIRS在有关于爱的研究中的应用为这种积极情绪体验的复杂神经机制提供了新的见解，并有可能指导旨在促进健康关系和家庭动力学的干预措施的开发。
总的来说，fNIRS已经成为了深入了解积极情绪及其基础神经机制的有价值的工具。fNIRS的研究在积极情绪领域中提供了一种全新的视角，有助于我们更好地了解人类心理，并促进心理健康和幸福。随着技术的不断提高和研究的不断推进，fNIRS将继续为我们提供关于积极情绪的新见解和重要信息。
3. fNIRS在消极情绪领域的研究
fNIRS在消极情绪领域也被广泛应用，用于研究与抑郁、焦虑和其他精神障碍相关的大脑活动模式。通过测量大脑中氧化和去氧血红蛋白水平的变化，fNIRS可以提供关于大脑不同区域在不同情绪状态下如何被激活或抑制的信息。使用fNIRS的研究发现，与健康个体相比，患有抑郁症或焦虑症的个体前额叶皮层的激活显着减少，杏仁核的激活显着增加。这些发现有助于揭示这些精神障碍的神经机制，并为新治疗的开发提供了重要信息。此外，fNIRS还被用来研究诸如认知行为疗法(CBT)等治疗对患有抑郁症和焦虑症的个体大脑的影响。这些研究表明，CBT可以导致大脑激活模式的变化，这表明它可能是治疗这些症状的有效方法(张丹丹等，2020；Manelis et al., 2019)。
3.1. fNIRS在抑郁症领域的研究
抑郁症是一种以持续的悲伤、兴趣丧失和情绪低落为特征的负性情绪。fNIRS已被用于研究抑郁症。有研究通过使用fNIRS和比较抑郁症患者与健康人的大脑活动，来探索抑郁症的神经基础。这些研究发现，抑郁症患者大脑中与情绪调节和情绪处理相关的区域激活减少，如前额叶皮质和前扣带回皮质。此外，fNIRS也被用于研究抑郁症治疗对大脑活动的影响。例如，一项研究发现，抗抑郁药物治疗与抑郁症患者前额叶皮质和前扣带回皮质的激活增加有关(Chao et al., 2021)。
总之，fNIRS在抑郁症研究中的应用为抑郁症的神经机制提供了新的见解，并有可能为抑郁症的更有效治疗提供信息。
3.2. fNIRS在焦虑情绪领域的研究
焦虑是一种以担心、紧张和恐惧为特征的负性情绪。fNIRS已被用于研究焦虑体验的神经机制。其中的一个研究领域是对广泛性焦虑障碍(GAD)的神经基础的研究。在这些研究中，fNIRS已被用于检测GAD患者与健康对照者的大脑活动。例如，一项研究发现，GAD患者的杏仁核活动增加，而前扣带回皮层活动减少，这表明GAD的潜在神经机制。另一个研究领域是对社交焦虑障碍(SAD)的神经基础的调查。在这些研究中，fNIRS被用于检测SAD患者在面对社会刺激(如面对面互动或公开演讲)时的大脑活动。例如，一项研究发现，SAD患者的杏仁核活动增加，前扣带回活动减少，这与GAD患者的发现相似，表明这两种疾病有共同的神经机制(Mauri et al., 2020)。
综上所述，fNIRS在焦虑研究中的应用为焦虑的神经机制提供了新的见解，并有可能为改善焦虑障碍的治疗提供干预措施。
3.3. fNIRS在悲伤情绪领域的研究
利用fNIRS对悲伤情绪进行研究，探索了这种负性情绪体验的神经机制。研究发现，悲伤与参与情绪调节的大脑区域的活动有关，如前扣带回皮质和杏仁核。例如，一项fNIRS研究发现，当参与者观看悲伤的电影片段时，前扣带回皮质和杏仁核的激活增加，而这种激活与自我报告的悲伤情绪有关。另一个研究领域是探究大脑如何处理不同类型的悲伤刺激，如悲伤的故事或悲伤的音乐。在这些研究中，fNIRS已被用于检查神经对不同类型的悲伤刺激的反应，并探索大脑如何区分不同类型的悲伤经历(Nishizawa et al., 2019)。
综上所述，fNIRS在悲伤研究中的应用为这种负性情绪的神经机制提供了新的见解，并有可能为抑郁症和相关情绪障碍的干预措施的开发提供信息。
3.4. fNIRS在愤怒情绪领域的研究
愤怒是一种以烦恼、沮丧等为特征的负性情绪。fNIRS已被用于研究愤怒体验的神经机制。使用fNIRS的研究发现，在对诱发愤怒的刺激做出反应时，与愤怒体验相关的大脑区域被激活，如杏仁核和前扣带回皮质。例如，一项研究发现，在面对愤怒面孔时，杏仁核被激活，而这种激活与自我报告的愤怒体验有关。利用fNIRS研究愤怒的另一个领域是对情绪调节的神经基础的研究。在这些研究中，fNIRS已被用于探索涉及情绪调节的大脑区域如何参与愤怒的体验，如背外侧前额叶皮层。例如，一项研究发现，在应对需要调节愤怒的任务时，背外侧前额叶皮层被激活，而这种激活与自我报告的愤怒体验有关(Nguyen et al., 2021)。
综上所述，fNIRS在愤怒研究中的应用提供了对这种负性情绪体验的神经机制的新见解，并有可能为改善情绪调节和减少愤怒的干预措施的开发提供信息。
3.5. fNIRS在内疚情绪领域的研究
内疚是一种负性情绪，其特征是对错误行为的责任感。近年来，fNIRS被用于研究内疚体验的神经机制。其中一个研究领域是对道德决策的神经基础的调查。在这些研究中，fNIRS已被用于检查涉及道德决策的大脑区域如何参与内疚的体验，如内侧前额叶皮质和颞顶叶交界处。例如，一项研究发现，当参与者做出伤害他人的道德决定时，内侧前额叶皮层会被激活，而这种激活与自我报告的内疚体验有关。另一个研究领域是对亲社会行为的神经基础的调查。在这些研究中，fNIRS已被用于检查与亲社会行为有关的大脑区域是如何参与内疚体验的，如腹侧纹状体。例如，一项研究发现，当参与者做出伤害他人的决定时，腹侧纹状体被激活，而这种激活与自我报告的内疚体验有关(Pinti et al., 2019)。
综上所述，fNIRS在负罪感研究中的应用为这种负性情绪的神经机制提供了新的见解，并有可能为促进亲社会行为和道德决策的干预措施的开发提供信息。
3.6. fNIRS在羞耻情绪领域的研究
羞耻感是一种以尴尬和耻辱为特征的负性情绪。近年来，fNIRS已被用于研究羞耻感的神经机制。其中一个研究领域是对社会评价的神经基础的探究。在这些研究中，fNIRS已被用于检查与社会评估有关的大脑区域如何参与羞耻感的体验，如内侧前额叶皮质和前扣带回皮质。例如，一项研究发现，在对诱导羞耻感的刺激(比如人们犯错的照片)做出反应时，前扣带回皮层被激活，而这种激活与自我报告的羞耻感经历有关。另一个研究领域是对道德决策的神经基础的调查。在这些研究中，fNIRS被用于检查涉及道德决策的大脑区域是如何参与羞耻体验的，如腹侧纹状体。例如，一项研究发现，当听到描述不当行为的故事时，腹侧纹状体会被激活，而这种激活与自我报告的羞耻体验有关(Porto et al., 2020)。
综上所述，fNIRS在羞耻感研究中的应用提供了对这种负面情绪体验的神经机制的新见解，并有可能为开发减少羞耻感和促进道德决策的干预措施提供信息。
3.7. fNIRS在妒忌情绪领域的研究
妒忌是一种负面情绪，表现为对他人感知到的优势的嫉妒和怨恨。利用fNIRS研究嫉妒，为这种体验背后的神经机制提供了新的见解。有研究已经调查了大脑区域(如前扣带回皮层(ACC)和腹外侧前额叶皮层(VLPFC)在嫉妒中的作用。例如，一项研究发现，在对嫉妒的场景做出反应时，ACC和VLPFC被激活，而这种激活与自我报告的嫉妒经历有关。另一个研究领域是探究社会比较的神经基础，这通常与嫉妒有关。在这些研究中，fNIRS已被用于探究与社会比较有关的大脑区域如何参与嫉妒的体验，如腹侧纹状体。例如，一项研究发现，当人们看到社会比较的场景时，腹侧纹状体会被激活，而这种激活与自我报告的嫉妒经历有关(Rösch et al., 2020)。
综上所述，fNIRS对嫉妒的研究有助于揭示这种负面情绪的神经机制，并有可能为减少嫉妒和促进幸福感的干预措施的开发提供信息。
总体而言，fNIRS对于我们对消极情绪的理解做出了重要贡献，并有潜力成为精神障碍诊断和治疗的有价值工具。随着技术的不断进步和研究的不断进展，fNIRS在负面情绪领域的作用可能会变得更加重要。