Page 62 - 《中国医疗器械杂志》2026年第1期

Chinese Journal of Medical Instrumentation 2026年 第50卷 第1期

综 合 评 述

Multi-function DAQ device Source driving circuit Sensors 性、便捷性等优势，但也存在时间分辨率低、测
Carrier 1 690 nm
Analog output Carrier 2 Driver Source 830 nm 量时间较长等缺点。而基于EEG模态的BCI技术时
Driver Source
Digital output Multiplexer Carrier N 间分辨率相对较高，空间分辨率却较fNIRS模态要
Driver Source
差。因此，研究人员结合fNIRS和EEG两种模态的
Detector
Analog input 各自优势，以及二者共同具备的便携性特点，研
PGA Analog Detector
filter
Digital input 发出fNIRS-EEG混合BCI系统。已有研究证明，这
Detector
Signal conditioning circuit
种混合BCI性能要优于单一的fNIRS-BCI或EEG-
LPT/BNC Experiment design
port BCI [33-34] 。与之类似，通过fNIRS和fMRI、MEG等
Optical fiber
多种不同模态技术融合可以研发出实现不同模态
E-Prime
技术优势互补的多模态BCI。表1对比了fNIRS-
LabVIEW graphical BCI与其他常见BCI模态的性能参数。并且由于光
programming
学组件不受电磁场干扰，fNIRS也非常适合进行多
图4 一个典型fNIRS-BCI系统示意 [29]
[35]
Fig.4 Schematic diagram of a typical fNIRS-BCI system [29] 模态成像 。这种混合模态BCI技术可以结合采集
2.3 fNIRS-BCI技术发展趋势 不同特征类型的信号数据以提高分类精度，还可
近年来，fNIRS-BCI技术研究应用展现出了与 以增加BCI控制命令的数量，实现BCI系统的功能
其他类型获取脑内信息技术方式的BCI不同的优 多样化和优势化。由此预见，未来fNIRS-BCI技术
势。fNIRS-BCI技术具有无创性、廉价性、简易 将向着多模态融合的方向发展。

表1 fNIRS-BCI与其他常见BCI模态比较
Tab.1 Comparison of fNIRS-BCI and other common BCI modalities
BCI模态
项目领域
fNIRS fMRI EEG/ MEG PET
信号 HbO、HbR BOLD(HbR) 电/磁 CBF、糖代谢
空间分辨率 2~3 cm 0.3 mm voxels 5~9 cm 4 mm
穿透深度 大脑皮质 全头部 大脑皮质/脑深部 全头部
时间分辨率 ≤10 Hz 1~3 Hz >1 000 Hz <0.1 Hz
可执行任务范围 广泛 有限 有限 有限
运动鲁棒性 极好 有限 有限 有限
受试者人群 所有人 有限（对儿童或部分患者有困难） 所有人 有限
声音 安静 高噪声 安静 安静
便携性 可便携 无 可便携 无
成本 低 高 低于EEG，高于MEG 高

3 基于光遗传学脑机接口技术介绍 技术就是以光刺激为形式的外部脑刺激技术。光遗
传学刺激作为一种相较于传统电磁刺激的新技术，
3.1 基本原理及发展 可借助基因工程技术，在目标神经元中选择性表达
光遗传学技术是OBCI研究中的基础支撑工具 感光离子通道蛋白，从而实现对特定类型神经元的
之一，凭借双向调控能力、高时空分辨率和细胞 精确调控。此外，不同光敏离子通道蛋白可依据特
特异性调控的独特优势，拓展了BCI技术的应用 定调控需求在靶神经元中表达，并通过不同波长的
场景。基于光遗传学的BCI技术是一项结合光学 光刺激实现激活或抑制，这是传统电磁刺激无法实
技术和遗传学技术，横跨分子生物学、神经科学、 现的 [36-37] 。
材料工程和信息处理等多学科领域的前沿技术。 光遗传学技术可利用基因编辑手段或注射改造
它在神经解码、增强脑功能、治疗神经疾病等方面 病毒方式，如将光敏通道蛋白质（ChR2）作为
具有巨大的应用潜力。为了提高大脑控制BCI的能 “ 光控元件”精准定位至特定目标神经元膜表面 ，
[38]
力或者改善治疗特定的神经系统疾病的效果，外部 构建出可由毫秒级脉冲光调控的“光学开关系
刺激作为反馈形式被设计引入BCI系统。光遗传学 统”，即表达光敏离子通道，使神经元细胞具备高

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