慧创近红外脑功能助力山东体育大学发表运动戒毒脑网络研究SCI论文两篇

       喜报频传，山东体育大学董贵俊教授课题组在《Neuroscience Letters》分别发表了题为“Effects of physical training on brain functional connectivity of methamphetamine dependencies as assessed using functional near-infrared spectroscopy”和“Acute kick-boxing exercise alters effective connectivity in the brain of females with methamphetamine dependencies”的研究论文。基于近红外脑功能成像（functional near-infrared spectroscopy, fNIRS）探究了不同的运动类型对Methamphetamine，METH成瘾戒断者脑功能网络的影响。

该系列研究需要在自由运动下对大脑的额叶、运动区实现同步检测，对于近红外脑成像系统的信号灵敏度、可穿戴性提出了*要求。

慧创近红外脑功能成像系统NirSmart融合了北京航空航天大学高精尖的超微光检测技术，并采用了通常台式系统才能装备的雪崩二极管APD探测器，相对上一代的采用光电二极管PD探测器技术的灵敏度提升了数十倍，因而在有头发覆盖的运动区能高质量地检测到脑功能信号，有效地支撑了本研究地顺利开展。

慧创近红外脑功能成像系统NirSmart

下面向大家分享文章内容：

药物成瘾是指一种重复性的强迫行为，是脑中奖励系统在基因转录及表观遗传机制上出现的失调，是一种机制复杂的神经精神疾病。METH成瘾会对大脑的功能和结构造成损伤。METH成瘾已经成为危及公共健康的挑战，急需建立脑机制评估方法和康复干预策略。运动可以使大脑产生多巴胺。2020年4月，麻省理工学院的神经科学家Alan Jasanoff发现分泌多巴胺有助于神经元间进行短距离交流。但是，不同运动类型对METH成瘾戒断者的脑功能网络的影响机制并不明晰。

利用fNIRS信号采集系统，在山东省鲁中强制隔离戒毒所采集了23名男性METH成瘾戒断者（平均年龄为31.39 ± 3.17岁，平均MA依赖时间为5.13?±?1.96年）左右前额叶（LPFC/RPFC）和左右感觉运动区（LMC/RMC）的共24个通道脑血氧信号（图1）。实验分为3个阶段：10分钟的静息态、10分钟的单车训练态和10分钟的力量训练态。用polar表分别记录受试者在单车任务态和力量训练态的心率数值。用运动强度与运动自觉量表记录受试者在运动时的主观上感觉的吃力程度。采用小波变换的方法提取4个频段的脑组织血氧信号（I，0.6-2 Hz；II，0.15-0.6 Hz；III，0.05-0.15 Hz；和IV，0.02-0.05 Hz）。研究结果发现，经过运动干预，METH成瘾戒断者的氧合血红蛋白的浓度在部分脑区发生了显著性的上升。同时，相对于静息态，METH成瘾戒断者的小波相位同步性的数值也出现了显著性的改变（图2）。该研究为评估运动干预在效果提供了一种可行性的量化评估方法，为METH戒断依赖者的运动干预策略的制定提出了理论指导。

利用fNIRS信号采集系统，在山东省女子强制隔离戒毒所采集了30名女性METH成瘾戒断组受试者（平均年龄为26.27± 3.77岁，平均METH依赖时间为5.59?±?2.82年）左右前额叶（LPFC/RPFC）和左右感觉运动区（LMC/RMC）的共24个通道的脑血氧信号（图1）。并采集了30名健康对照组样本（平均年龄为26.17±1.74岁）相应脑区的脑血氧信号。采用小波变换的方法提取0.01-0.08 Hz频率段的fNIRS信号成分，基于动态贝叶斯推理的方法计算耦合强度，进行脑效应连接评估。分析发现，与健康对照组相比，女性METH成瘾戒断组在多个脑区的耦合强度数值出现了显著降低。同时，经过搏击操运动干预， 女性MA成瘾戒断组受试者的LPFC 到 LMC和RPFC 到 LMC 的耦合强度数值出现了显著降低，而在RMC 到 RPFC，耦合强度数值则出现了显著升高（图3）。

综上所述，这两项研究采用新兴的fNIRS技术从大脑的功能连接和效应连接的视角揭示了不同的运动类型对脑功能网络连接特性的影响。该结果与以往基于事件相关电位的研究结论基本一致，表明了有氧运动训练可以降低METH成瘾戒断者对药物的渴求水平。

图1. fNIRS通道分布图。

图2.  6种脑区连接类型的小波相位同步性数值比较。 其中，^#p < 0.05 和 ^##p < 0.001表示静息态和单车训练态的小波相位同步性数值之间的显著性差异。^&p < 0.05 和 ^&&p < 0.001表示静息态和力量训练态的小波相位同步性数值之间的显著性差异。^$p < 0.05 和 ^$$p < 0.001表示单车训练态和力量训练态的小波相位同步性数值之间的显著性差异。^*p < 0.05 和 ^**p < 0.001表示三种状态之间的显著性差异（静息态，单车训练态，力量训练态）。

图3.  12种脑区连接类型之间的耦合强度数值的对比。（A）METH组和健康对照组样本静息态耦合强度数值比较。（B）METH组和健康对照组样本训练态耦合强度数值比较。（C）METH组样本的静息态和训练态耦合强度数值比较。（D）健康对照组样本的静息态和训练态耦合强度数值比较。其中，*p < 0.05和 **p < 0.01代表耦合强度数值的显著性差异。

参考文献

1. Lingguo Bu, Liping Qi, Yan Wu, Qian Yan, Zekun Tang, Furong Li, Xin Liu, Chunfeng Diao , Kefeng Li , Guijun Dong. Acute kick-boxing exercise alters effffective connectivity in the brain of females with methamphetamine dependencies. Neuroscience letters, 2020, 720: 134780.
2. Lingguo Bu, Yan Wu, Qian Yan, Lei Tang, Xin Liu, Chunfeng Diao, Kefeng Lia, Guijun Dong. Effects of physical training on brain functional connectivity of methamphetamine dependencies as assessed using functional near-infrared spectroscopy. Neuroscience letters, 2019, 715:134605.