这篇文档属于类型a，是一篇关于使用功能性近红外光谱（fNIRS）探索交响乐团音乐家演奏时大脑激活的原创研究。以下是详细的学术报告：

作者及机构
本研究由Steffen Maude Fagerland（奥斯陆大学医院干预中心）、Andreas Løve（奥斯陆大学心理学系RITMO节奏研究中心）等六位作者合作完成，发表于期刊《Sensors》2025年第25卷第6期，文章标题为《Method for Using Functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) to Explore Music-Induced Brain Activation in Orchestral Musicians in Concert》。

学术背景
研究领域为神经科学与音乐认知的交叉学科。音乐表演可能诱导一种特定的心理状态，即音乐家沉浸于演奏并与外界分离。然而，这种状态是否可量化、是否会因重复演奏而变化，尚缺乏生态效度高的研究。传统脑成像技术（如fMRI）受限于运动限制，而fNIRS因其高移动性和生态效度成为理想工具。本研究旨在开发一种基于fNIRS的协议，实时监测交响乐团小提琴手在连续七场公开演出中的大脑血流动力学变化，并探索其与音乐表演体验的关系。

研究目标包括：
1. 建立实时fNIRS 3D模型，展示小提琴手在交响乐团演奏时的大脑活动变化；
2. 分析每首曲目期间血流动力学变化的系统性模式；
3. 通过源定位估计大脑最活跃区域随演奏场次的变化；
4. 验证预测性音乐编码模型（PCM）是否与大脑活动变化一致。

研究流程与方法
1. 研究对象与协作
- 与斯塔万格交响乐团（SSO）合作，招募一名第一小提琴手和一名第二小提琴手，共进行7场连续演出记录。
- 使用Artinis Brite MKII无线fNIRS系统，测量右侧半球特定脑区（前中央回prg、后中央回pog、颞上回stg、额下回ifg）的血流动力学变化。

1. 实时数据采集与可视化

   • 通过OxySoft 3.5.15.2软件实时投影大脑激活至观众，并同步记录数据。
     
   • 采用Lab Streaming Layer（LSL）技术同步两台fNIRS设备的数据。
     

2. 实验范式

   • 演出曲目包括威尔第《茶花女》序曲、威廉姆斯《海德薇主题》等12首作品，每场演出时长约90分钟。
     
   • 研究人员在演出中手动标记曲目起始时间，用于后续分段分析。
     

3. 数据分析流程

   • 预处理：使用Homer2/Homer3工具箱进行标准处理（光强信号转换、带通滤波、血红蛋白浓度计算）。
     
   • 整体平均分析：计算每首曲目期间各通道的平均血流动力学响应，并利用短通道（SSC）校正运动伪影。
     
   • 初始段分析：通过Brainstorm工具箱分析每首曲目前20秒的脑区激活，基线校正为前5秒静息状态。
     
   • 中段分析：选取5首长曲目（>3分钟），分析60-120秒期间的脑区活动变化。
     
   • 源定位建模：基于Colin27脑模板和Destrieux图谱，使用逆向模型估计血流动力学变化的脑区来源。
     

4. 创新方法

   • 开发了实时fNIRS hyperscanning协议，首次实现交响乐团演出场景下的多大脑同步记录。
     
   • 结合OBS Studio软件解决OxySoft单脑显示限制，实现双人脑活动同步投影。
     

主要结果
1. 实时可视化可行性
- 成功建立实时3D脑激活模型（图1b），观众可直观观察小提琴手演奏时的大脑活动变化。

1. 血流动力学模式

   • 第一小提琴手的短通道信号（SSC）显著高于其他通道，提示其信号可能受头发或运动伪影干扰较大（图6b-d）。
     
   • 第二小提琴手的信号强度更高，可能与头发较少有关（图7）。
     

2. 脑区特异性变化

   • 前中央回（prg）与后中央回（pog）：活动强度相近，可能与运动控制和体感反馈相关（图8a-f）。
     
   • 额下回（ifg）：随演出场次增加，其激活强度趋于降低，可能反映注意力需求减少（图9b-g），符合PCM模型的预测。
     

3. 技术局限性

   • fNIRS空间分辨率（1-2 cm）限制了对相邻脑区（如prg与pog）的精确区分。
     
   • 信号丢失问题：第一小提琴手第4场、第二小提琴手第4、6场数据因设备故障不可用。
     

结论与价值
1. 科学意义
- 首次证明fNIRS可在自然演出场景下量化音乐家的大脑活动变化，为艺术表演的神经机制研究提供新范式。
- 额下回（ifg）活动的动态变化支持预测性音乐编码理论，表明重复演奏可降低认知负荷。

1. 应用价值
   
   • 协议可推广至其他乐器或艺术形式，如研究即兴创作（如吉他）或“空气乐器”的神经基础。
     
   • 潜在临床用途：结合音乐疗法，辅助阿尔茨海默病或ADHD患者的神经康复。
     

研究亮点
1. 方法学创新
- 开发了首个交响乐团场景下的fNIRS hyperscanning协议，突破传统脑成像的运动限制。
- 整合Brainstorm源定位分析，实现从传感器空间到脑区空间的映射。

1. 跨学科贡献

   • 将神经科学技术（fNIRS）与音乐表演研究结合，推动“神经美学”领域发展。
     

2. 局限性改进建议

   • 未来研究需优化optode定位以覆盖颞上回（stg），并增加实验控制（如同步采集主观体验数据）。
     

其他有价值内容
- 研究提及fNIRS与fMRI的高相关性（参考文献35-37），为多模态神经影像研究提供参考。
- 附录中详细公开了数据分析代码（如OxySoft2Matlab转换脚本），促进方法复用。