Functional near-infrared spectroscopy: Systematic mapping of abnormal brain function features in neurological disorders.

Araştırma özeti

Kaynak özetin Türkçe makine çevirisi. Klinik kullanım öncesinde özgün yayınla karşılaştırılmalı; hekim incelemesi değildir. cc by

Fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi, hemoglobindeki oksijenasyona bağlı değişiklikleri noninvaziv, taşınabilir ve ekolojik olarak geçerli bir şekilde yakalayarak beyin hemodinamik sinyallerini niceliyor ve nörovasküler bağlantıya benzersiz bir bakış sağlıyor. Bununla birlikte, inme, Parkinson hastalığı, demans, amyotrofik lateral skleroz, epilepsi, omurilik hasarı ve travmatik beyin hasarı gibi nörolojik bozukluklar için yüksek ekolojik geçerliliğe sahip fonksiyonel görüntüleme biyobelirteçleri eksiktir, mekanistik anlayış, tedavi değerlendirmeleri ve bireyselleştirilmiş müdahaleleri sınırlar. Bu incelemenin amacı, son on yılda, yukarıda belirtilen koşullar altında fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopinin kullanımına ilişkin kanıtları sistematik olarak özetlemek, sinir mekanizmalarını ortaya çıkarmak ve terapötik yanıtları değerlendirmek için değerini sentezlemek ve mevcut teknik darboğazları ve ilerleme için gelecekteki yönleri belirlemektir. Kolektif olarak, bulgular fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopinin altta yatan sinir mekanizmalarını ortaya çıkarmak ve beyin fonksiyonundaki tedavi kaynaklı değişiklikleri değerlendirmek için önemli ve geniş kapsamlı bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Giyilebilir problarla donatılmış fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi, uzun süre boyunca natüralist ortamlarda beyin aktivitesini sürekli ve invazif olmayan bir şekilde izleyebilir, böylece sadece kısıtlı ayarlar altında veri elde edebilen geleneksel görüntüleme yöntemlerinin sınırlamalarının üstesinden gelebilir. Bu yetenek, nörorejeneratif terapi araştırması için eşi görülmemiş objektif nörogörüntüleme kanıtları sağlayabilir. Dahası, fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopinin taşınabilirliği, nörofeedback eğitim sistemlerine entegre edilmesini sağlar: Hemoglobin sinyalleri, milisaniyeler içinde katılımcılara geri beslenerek, hedeflenmiş, bireyselleştirilmiş, kapalı döngü modülasyonunu sağlar ve hemodinamik tabanlı nörofeedback kapsamını önemli ölçüde genişletir. Diğer beyin fonksiyon tahlilleri (elektroensefalografi gibi) ve müdahale teknikleri (transkraniyal manyetik stimülasyon ve transkraniyal doğru akım stimülasyonu gibi) ile birleştirildiğinde, fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi de yüksek zamansal çözünürlükte hemodinamik bilgi sağlar, yüksek hassasiyetli noninvaziv beyin-bilgisayar arayüzleri, gerçek zamanlı bilişsel durum kod çözme ve adaptif nöromodülasyonun inşası için kritik bir temel oluşturur. Kuşkusuz, mevcut işlevsel yakın kızılötesi spektroskopi çalışmalarının neredeyse tamamı hala gözlemseldir ve küçük örneklem boyutlarına, kısa takiplere ve düşük dereceli kanıtlar üreten yetersiz kontrollere sahiptir. Bu nedenle, klinik çeviriye ulaşılmadan önce hala önemli bir boşluk vardır. Teknik olarak, fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopinin sınırlı penetrasyon derinliği, örneklemeyi yüzeysel kortekse kısıtlar ve derin çekirdeklere büyük ölçüde erişilemez. Ek olarak, optod düzeni, ışık kaynağı seçimi, hareket-yapı düzeltmesi veya analitik boru hatları ile ilgili cihazlar arasında bir fikir birliği yoktur ve bu da tekrarlanabilirliği zayıflatan belirgin heterojenlik yaratır. Yapay zeka ve büyük veri analitiğinin hızla ilerlemesiyle, multimodal füzyon çerçevelerine gömülü fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi, nörolojik bozuklukların anormal beyin fonksiyon imzalarını sistematik olarak haritalamaya, hedeflenen müdahaleye uygun patolojik bölgeleri tanımlamaya ve nörorejeneratif terapiler tarafından üretilen fonksiyonel değişikliklerin gerçek zamanlı değerlendirmelerini sağlamaya hazırlanıyor.

Özgün kaynak özetini okuyun

Functional near-infrared spectroscopy quantifies cerebral hemodynamic signals by capturing oxygenation-dependent changes in hemoglobin in a noninvasive, portable, and ecologically valid manner, providing a unique insight into neurovascular coupling. However, functional imaging biomarkers with high ecological validity for neurological disorders such as stroke, Parkinson's disease, dementia, amyotrophic lateral sclerosis, epilepsy, spinal cord injury, and traumatic brain injury are lacking, limiting the mechanistic understanding, treatment evaluations, and individualized interventions. The aim of this review is to systematically summarize evidence from the past decade on the use of functional near-infrared spectroscopy under the aforementioned conditions, synthesize its value for revealing neural mechanisms and assessing therapeutic responses, and identify current technical bottlenecks and future directions for advancement. Collectively, the findings demonstrate that functional near-infrared spectroscopy possesses substantial and far-reaching potential for uncovering the neural mechanisms underlying disease and for evaluating treatment-induced changes in brain function. Equipped with wearable probes, functional near-infrared spectroscopy can continuously and noninvasively monitor brain activity in naturalistic environments for extended periods, thereby overcoming the limitations of conventional imaging modalities that can only acquire data under restricted settings. This capability can furnish unprecedented objective neuroimaging evidence for neuroregenerative therapy research. Moreover, the portability of functional near-infrared spectroscopy allows it to be integrated into neurofeedback training systems: hemoglobin signals can be fed back to participants within milliseconds, enabling targeted, individualized, closed-loop modulation of brain function and considerably expanding the scope of hemodynamics-based neurofeedback. When combined with other brain function assays (such as electroencephalography) and intervention techniques (such as transcranial magnetic stimulation and transcranial direct current stimulation), functional near-infrared spectroscopy also supplies high-temporal-resolution hemodynamic information, laying a critical foundation for the construction of high-precision noninvasive brain-computer interfaces, real-time cognitive-state decoding, and adaptive neuromodulation. Admittedly, almost all existing functional near-infrared spectroscopy studies are still observational and have small sample sizes, short follow-ups, and insufficient controls-shortcomings that together produce low-grade evidence. Therefore, there is still a significant gap before clinical translation can be achieved. Technically, the limited penetration depth of functional near-infrared spectroscopy restricts sampling to the superficial cortex, leaving deep nuclei largely unreachable. In addition, no consensus exists across devices regarding optode layout, light-source choice, motion-artifact correction, or analytical pipelines, creating pronounced heterogeneity that undermines reproducibility. With artificial intelligence and big data analytics advancing rapidly, functional near-infrared spectroscopy embedded within multimodal fusion frameworks is now poised to systematically map aberrant brain function signatures of neurological disorders, identify pathological regions suitable for targeted intervention, and provide real-time assessments of functional changes produced by neuroregenerative therapies.

Bilimsel değerlendirme

Araştırma sorusu

Sorunun kapsamı orijinal çalışma üzerinden değerlendirilir.

Yöntem ve örneklem

Çalışma tasarımı ve örneklem için kaynak makaleyi kontrol edin.

Temel bulgular

Bu kayıt için editoryal olarak onaylanmış bulgu özeti henüz yayımlanmadı.

Sınırlılıklar

Sonuçların genellenebilirliği, yanlılık ve klinik anlamı ayrıca incelenmelidir.

Bibliyografik veriden yöntem, örneklem veya klinik sonuç çıkarımı yapılmaz.