使用功能性近红外光谱技术研究分段式瑜伽体式练习期间前额叶皮层活动的静息态功能连接与神经影像

本研究采用功能性近红外光谱技术（fNIRS）探索在四种常见的瑜伽体式练习过程中是否能够测量大脑活动，旨在理解瑜伽对前额叶皮层的神经影响。该研究通过使用移动式神经成像技术在运动过程中测量脑功能，填补了目前关于瑜伽体式如何影响大脑活动这一研究领域的空白，而此前此类研究受限较多。与功能性磁共振成像（fMRI）和脑电图（EEG）仅能用于静态、受控环境不同，fNIRS 的一个重要优势在于能够在运动中以及自然环境中实现大脑活动的测量。

本实验室将开发功能性近红外光谱成像（fNIRS）方法，用于在多种真实世界场景中测量认知负荷和治疗效果，包括阅读障碍治疗、基于瑜伽的抑郁症干预、医学培训以及制造业装配任务。

[旁白] 首先，使用便携式功能性近红外光谱（fNIRS）设备采集数据。根据制造商提供的双侧前额叶皮层布局，将光源和探测器放置在帽具的相应位置。为实现最佳皮层信号检测，保持光源与探测器间距为3.0厘米。设置两个间距为1.0厘米的短距离通道，通过回归分析去除头皮血流等表层信号，从而分离出皮层血流动力学响应。接下来，选择四种基础的哈他瑜伽体式用于本研究，这些体式构成拜日式（Surya Namaskar）的核心动作，因其被广泛练习，且可评估倒置体位和背部伸展动作。使用PowerPoint设计实验呈现方案，为参与者提供视觉和听觉引导。确保每张幻灯片显示一个体式的照片及其西班牙语名称，并在括号中标注其梵文名称。在演示过程中，以随机顺序每30秒循环切换体式B、C和D，同时口头报出体式名称。在主动体式之间随机穿插基线体式，以平衡序列顺序，减少练习效应或习惯化影响。为便于数据管理与一致性，通过调整图像分辨率和文本样式对所有视觉材料进行标准化处理，并使用西班牙语和梵文标注每个体式名称。在开始前，确保每位参与者均能清晰看到演示屏幕。随后介绍主动体式与基线体式，描述其视觉特征和身体对齐方式。准备实验空间，在参与者前方放置瑜伽垫、墙面固定绳索系统以及清晰可见的演示屏幕。确认屏幕可视且不阻碍动作。接着校准fNIRS系统，检查电池电量、功能状态及软件兼容性。根据国际10-20系统将光极（optodes）定位在参与者头皮上，并根据头型和头发密度进行调整。通过蓝牙将fNIRS帽具连接至采集软件，以在练习前后的静息状态及整个瑜伽体式练习过程中实时监测信号采集情况。使用系统界面验证信噪比和头皮耦合指数等信号质量参数。让参与者保持坐姿，确认其双脚平放地面，双手置于膝上，背部有支撑。开始前询问其是否舒适。然后使用下颌带固定光极帽，并用竹签分开头发以确保光极与头皮直接接触。在帽具固定且参与者保持坐姿后，指导其闭眼放松，开始为期六分钟的体式前静息状态测量。在此期间以25赫兹频率采集fNIRS数据。通过采集软件的DAQ模块评估信号质量。为尽量减少运动干扰，指导参与者不要移动眉毛、触碰面部，并避免在静息期间入睡。测量结束后，询问参与者是否意外入睡，以验证数据准确性。完成第一次静息状态测量后，移开椅子。让参与者站立，并确认信号保持稳定。指导其跟随预设的自动播放演示程序，程序将按设定提示体式变化。在演示运行期间提供口头指导。使用采集软件中的事件标注功能，手动记录标记为A、B、C和D的体式事件，为每次转换添加时间戳，以便后续数据分析。主动练习阶段结束后，检查所有体式标记是否准确对应幻灯片切换，确保数据标注正确。在帽具仍固定且信号质量确认无误后，指导参与者再次坐下。然后开始体式后闭眼静息状态测量，持续六分钟。体式练习结束后等待2至5分钟，确保系统校准完成且信号清晰，再开始体式后静息测量。提醒参与者避免移动并保持清醒，如同之前的静息阶段，随后开始体式后静息测量。对活跃通道的初步分析显示，对照体式A与体式B和C之间存在显著差异。在所有测量通道中，体式B相对于基线体式A引发了显著更高的氧合血红蛋白（HbO）响应。体式C相对于基线体式A也导致HbO响应显著升高。与基线体式相比，三种主动瑜伽体式均观察到前额叶皮层活动显著增强，尤其在右半球更为明显。体式B在右侧下部和内侧前额叶皮层诱导了最大的神经激活。体式C引起双侧前额叶皮层激活。体式D仅在一个通道中表现出氧合血红蛋白浓度的中等程度显著升高，提示其对前额叶皮层活动的影响在三个体式中最小。静息态功能连接性分析显示，瑜伽体式练习后主要在左侧内侧前额叶皮层的连接性下降，该区域与默认模式网络相关。