這次要介紹的非侵入式腦機介面我個人覺得非常有潛力，我後面會說明原因。
fNIRS 的全名是 Functional near-infrared spectroscopy，中文翻譯叫做功能性近紅外光譜。
這樣講好像還是不知道他是做什麼的，我們今天就來看看這是一個什麼樣的科技吧
fNIRS的運作原理
就像fMRI那篇裡面提到的，大腦在運作的時候，運作部位的血液流量會增加，藉著偵測血液的流量我們就可以間接的知道腦運作的部位。
fMRI是利用含氧血跟缺氧血對磁場反應的差別來辨別出血液流量的差異，而fNIRS則是利用紅血球對近紅外光的高吸收度來辨別流量差異。
首先近紅外光是什麼呢，我們都知道人眼對色彩的辨識度只有在一定的光譜（或說光的波長）範圍，其他在那些波長以外的光人眼都是看不到的。
比紫色光波長（380~450nm）還短的就叫紫外光，比紅色光波長（620~700nm）還長的我們就叫紅外光，這些都是人眼看不到的，需要特殊儀器輔助才能辨識出。
近紅外光就是比紅色光的波長再長一點點的光波，光的波長大約在700~900nm。
這個波長很恰巧的，其他身體組織對他的吸收度很差，但紅血球的對他的吸收度很高，這項科技就是利用這個原理來達到偵測腦血液流量的目的。
當然含氧紅血球跟缺氧紅血球對近紅外光的吸收度也有不一樣，實際實驗操作我其實不是很熟悉，但這篇只是要介紹一下，如果很多人有興趣的話我之後再深入研究好了。
運作的時候會有一條光纖發出近紅外光，在他的旁邊會有偵測器偵測紅外光的強度，為什麼在旁邊而不是在對側呢？
很好的問題，雖然是我自問自答哈哈哈
因為雖說身體組織對紅外光的吸收很差，但是組織還是會散射光的，簡單來說就是光子在組織中會撞擊到其他分子然後往一個隨機的方向去，所以如果距離太遠基本上是沒有光會被偵測到的，因為都四散到其他方向去了。
因此就把偵測器放在最近的地方，不能放在腦裡面因為這就違反了我們的初衷：非侵入式。所以就把偵測器放在旁邊，藉由散射回來的光，我們依然可以看出降低了多少，藉此來判斷哪個部分的腦在運作。
概念圖大概長這樣：
實際戴起來大概長這樣
紅色跟藍色的區別就是一個是發光的光纖，一個是偵測的接收器。
作法
跟其他的腦機介面一樣，就是戴著他，然後想事情或是專注在一件事上，等儀器偵測到血流增加，就可以用那個訊號操作儀器或知道那個人的大腦狀態。
fNIRS的優點
沒有危險性
其他非侵入式的腦機介面都會涉及到電啊、磁啊等我們不太確定長期使用會帶來什麼副作用的方法。但是光波基本上沒有什麼傷害，所以從嬰兒到老人都能夠使用這項儀器
超高機動性
其他非侵入式的腦機介面都會有一定程度上的限制行動，前一篇介紹的fMRI就是一個很好的例子，甚至接下來要介紹的EEG、MEG等，都因為肌肉也會釋放電訊號，所以在使用時不能大幅度移動，要不然無法偵測到腦內的訊號，會被肌肉訊號蓋過。但fNIRS是偵測血流量，所以不太會受到身體移動的影響，也沒有接觸不良的問題，可以說是隨時隨地都能使用。
輕便
雖然可以合併在機動性裡說，但因為這真的是很好的優點，所以特別拿出來說。其他的方法都會有需要用到很大的儀器，就連EEG這種機動性很高的都沒辦法輕鬆地放在書包裡用。但fNIRS是可以超級輕便的，除了頭上的光纖以外，可能只需要一個可以解碼的小儀器就可以了。
價格不高
因為沒有昂貴的儀器、金屬等，他如果上市的話，價格應該是可以讓一般家庭都負擔得起的
fNIRS的缺點
雖然優點吹捧了這麼多，還是得來說一下缺點。
不靈敏
夠多的血液要流到指定地方才能造成偵測出來的差異，因為是要偵測反射回來的光，假設實際差距是1，反射10%回來，那偵測到的就只有0.1，如果最低靈敏度要是1的話，就必須要差距到10，所以隨便用腦是沒辦法被偵測到的，必須要很認真地用那一部分的腦才能被偵測到。
只能偵測到腦的表面活動
就像前面說的一樣，光會被散射掉很難達到比較深層的腦部。即使很幸運的比較深層的腦內狀況有很微弱的被反射回來，還是會被表層反射回來的訊號蓋掉，所以沒辦法很完整的解析大腦。
不夠及時
血液的流動不像神經的動態一樣是瞬時的，就像上一篇說的，要花1~5秒才會產生變化，但是人腦的想法啊、狀況啊是變化很快的，沒有辦法跟上那個速度的話，就大大了限制了他的應用。比如說我要控制機械手臂，永遠都會有1~5秒的延遲，我們的腦就很難除理這樣的時間差，想想看如果你用手機，每次滑完要等1秒才會有反應，你根本就不會想用。
我的觀點
說了這麼多，其實現在fNIRS的應用還是偏少，原因就是因爲上述缺點，導致他沒有辦法做很即時、精準的機械控制。他現在的應用比較偏向偵測一個人的狀態，比如說這個人是不是有專心啊、一個人在演奏樂器的時候用到腦的哪個部分啊，或是手術後的腦神經恢復，之類比較長時間的狀態回報。但他很輕便可以隨身攜帶，訊號也不會被肌肉訊號干擾，這些特點就是腦機介面一直在追求的，是不是只要有一天我們可以偵測到更精準的血液流量變化的時候，這項科技就可以進入人的生活中呢。我在目前在做的研究就是跟用非侵入是的方式增加光在生物組織裡的距離有關的，所以或許有機會可以改變整個生態。雖然最近實驗是有點卡關啦嘿嘿。總之呢，fNIRS的粗淺介紹就到這裡囉，要更深入我好像也是要做更多研究啦。有什麼問題或資料補充都可以留言告訴我喔！
Comments