近红外光对脑血流动力学和代谢状态的无创调节
人脑是体内能量代谢的主要场所。血管壁的内在收缩和松弛，也称为“血管舒缩”，负责人脑中的代谢和血液动力学活动。血管舒缩障碍与神经系统疾病有关，例如动脉粥样硬化、阿尔茨海默病、帕金森病和中风。更好地了解人类大脑代谢中血液动力学和代谢活动的潜在机制，有助于推进神经调节在改善患有或未患有神经系统疾病的人的认知功能方面的应用。
经颅光生物调节 (tPBM) 是一种新兴的光疗形式，它使用低强度激光或 LED 发射近红外光来刺激大脑并增强其活动。作为一种有前途的方法，tPBM 目前正在探索作为各种神经系统疾病的潜在疗法。然而，它仍处于早期发展阶段，研究人员正在努力优化光强度、波长和治疗持续时间等因素，以实现最佳结果。
德克萨斯大学阿灵顿分校的 Hanli Liu 教授及其同事一直在研究 tPBM 对血液动力学(与血流有关)和前额叶皮层代谢活动的具体影响，前额叶皮层是大脑中与认知功能有关的区域. 在他们最近发表在 Neurophotonics上的研究中 ，他们通过表明静息前额叶皮层的血液动力学和代谢活动确实受到 tPBM 的显着调节来推动事情的发展。
在这项研究中，研究人员招募了 26 名健康的年轻人进行 tPBM 训练，在此期间他们接受了五种不同的刺激条件。每个参与者接受 8 分钟的治疗，右前额(R800、R850)使用 800 纳米和 850 纳米光，左前额(L800)使用 800 纳米光。他们还在左右额头上接受了两次假(安慰剂)干预以进行对照分析。提供激光防护眼镜以在治疗期间保护参与者的眼睛。
在 8 分钟的 tPBM 治疗前后，将 2 通道宽带近红外光谱 (2-bbNIRS) 检测探针放置在参与者前额的每一侧。这种设置帮助研究人员根据脑组织的吸收和散射特性捕捉和测量治疗效果以及刺激前后大脑活动的变化。然后将测量数据转换为信号，以表示不同大脑区域的血液动力学和代谢活动。
研究人员观察到 tPBM 治疗后大脑对亚慢速振荡 (ISO) 波段的反应存在显着差异 - 血管中独立于心跳发生的节律振荡的频率范围。ISO 波段的不同振荡，分为内源性 (E)、肌源性 (M) 和神经源性 (N) 成分，代表血管的内皮层和外平滑肌层，以及组织内的神经相关元素， 分别。
通常，由于统一的心跳或心脏运动，大脑不同区域(例如双侧前额)的血管舒缩是同步的。研究人员发现，所有三种 tPBM 条件都会导致 N 波段的双侧代谢与 ISO M 带的双侧血流动力学活动之间的同步性降低。然而，R800 显着增加了 E 波段的双侧血流动力学和代谢连接或同步。
在检查前额叶皮层每一侧的血流动力学和代谢活动之间的耦合时，他们进一步发现，所有三种刺激条件仅在 tPBM 侧增加了 E 波段的血流动力学-代谢耦合，而不是在另一侧。此外，R800 和 L800 均导致刺激侧 M 带中的血液动力学-代谢耦合增强。
总体而言，这些发现强调，前额叶皮层的血液动力学和代谢活动对 tPBM 的反应取决于光波长以及刺激应用的部位。此外，血管中的内皮细胞和平滑肌细胞根据其血管舒缩节律对 tPBM 的反应不同。
虽然需要进一步研究来支持 tPBM 在治疗神经系统疾病中的应用，但这些发现提供了关键的科学证据，证明 tPBM 具有调节前额大脑连接以及刺激侧代谢-血液动力学耦合的治疗潜力
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