一种利用近红外脑功能成像的认知能力评价装置及方法

本发明涉及认知能力评估，尤其涉及的认知能力评价装置及方法。

背景技术：

1、近红外脑功能成像fnirs(functional near-infrared spectroscopy，fnirs)是一种光学成像技术，通过使用近红外光(650～950nm)向特定脑区发射近红外光线，采用接收光极能够接收到被大脑皮层的肌肉组织漫射回来的近红外光。近红外光能够穿透颅内20～30nm的大脑皮层组织。大脑皮层内的吸收近红外光的蛋白细胞包括氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白。氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的光吸收特性是不相同的，氧合血红蛋白的吸收系数在波长大于805nm时更高；脱氧血红蛋白的吸收系数在波长小于805nm时更高。因此，当氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白吸收的近红外光的特征不同时，能够将接收到的近红外光的光谱进行估算并构建为不同的光谱图像。当氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的量出现变化时，大脑皮层不同部位被吸收的近红外光的量也会变化，被反射的近红外光也会变化，使得大脑皮层的近红外光谱图像能够形成动态变化的图像。

2、由于大脑皮层的近红外光谱图像与大脑皮层的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度相关，因此能够通过近红外光谱图像的变化能够理解大脑皮层的活动区域、活动区域的变化时间以及推算出大脑皮层的耗氧值。

3、传统的认知障碍分析无法对测试对象的脑部真实反映进行监测，因此即使测试对象反馈了正确的认知答案，也无法对测试对象的真实认知还是通过猜测获得真实结果进行区分。因此，基于传统认知障碍评估的缺陷，近现代近红外脑功能光谱图像被利用来进行人的认知能力、运动能力的评估。

4、例如，中国专利cn105078481b公开了一种纳秒级反馈数据采集与统计分析方法，其特征在于，包括：向测试人员产生刺激信息；收集测试人员响应于所述刺激信息而发出的包括反馈动作和时间的反馈信息，所述反馈动作至少包括作为第一反馈动作的鼠标动作和作为第二反馈动作的眼球动作；利用cpu底层计数器对第一反馈时间和第二反馈时间进行精确到纳秒位的记录，并且根据第二反馈时间对第一反馈时间进行校准；其中，所述第一反馈时间为测试人员点击鼠标的时间数据；所述第二反馈时间为测试人员眼球动作的反应时间；将反馈信息按照反馈动作的类型进行统计和分类存储，并且将所述反馈信息与预先存储的标准数据进行映射匹配以分析测试人员的反应速度。虽然该专利能够实现纳秒级的反馈采集，但是依然是测试对象反馈的结果，无法得知测试对象的结果是自己的真实认知反馈，还是猜测反馈。按照这样的测试结果，必然还是会导致认知的分析偏差，形成了对测试对象的错误评估。因此，如何排除测试对象的猜测反馈的干扰数据，是当前现有技术还没有解决的技术问题。

5、尤其是，对于一些用于天赋认知筛选的认知测试中，如何准确筛选出具有天赋的测试对象受到较多的干扰因素，尤其无法排除通过猜测获取正确认知的干扰因素。因此，如何通过近红外脑功能图像的辅助来排除猜测的干扰因素，是当前的认知障碍分析还没有解决的技术问题。

6、例如，公开号为cn114767114a的中国专利公开了一种基于stroop色词测试及近红外脑功能成像的认知功能评估方法，其技术特点是：通过功能近红外成像系统获得受试者在完成stroop色词测试过程中双侧前额叶脑组织的光强数据及stroop色词测试结果；将受试者光强数据转换为脑生理信息数据，计算双额区域强度；按上述方法对有认知功能下降或认知状态不佳且不能较好配合完成传统神经心理量表测评的受试者进行测试；比较以上受试者与正常人的stroop色词测试结果以及双额区域强度有无显著差异，并分析其与moca评分的相关性。该测试虽然采用近红外脑功能图像来辅助进行认知测试和评估，但是仅关注近红外的光强数据，没有关注被测试对象的对每一种指令的真实反映，因此对测试对象的真实认知的评估存在一定的偏差。

7、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、在传统的认知测试中，仅仅根据测试对象的反馈信息来对测试对象的认知能力进行分析，从而忽略了测试对象真实的大脑皮层的反应信息。反馈时间是测试对象的大脑活动反应与动作反应的综合结果，对于测试对象是大脑反应快还是动作反应快无法进行有效区分。对于通过测试来筛选认知能力高或者运动能力高的测试来说，筛选目的存在巨大差异，但是筛选结果却无法与筛选目的相匹配。基于此种缺陷，现有技术往往对测试对象进行多伦测试，反复调整测试使用的刺激信息以及刺激信息编制顺序，才能够筛选得到所需要的人才。

2、因此，如何能够对人类的大脑的真实反应进行监测，同时减少测试次数就能够得到准确的认知能力判断，是当前没有解决的技术问题。

3、针对现有技术之不足，本发明提供了一种利用近红外脑功能成像的认知能力评价装置，至少包括：近红外脑功能成像监测组件，用于采集测试对象在测试过程中的与第一时间相关的大脑皮层近红外光谱图像；测试组件，用于接收测试对象在测试过程中的与第二时间相关的反馈信息；处理器，用于将所述与第一时间相关的大脑皮层近红外图像信息和与第二时间相关的反馈信息进行时间轴对齐，并且基于同一时间段内的所述大脑皮层近红外光谱图像判断第一认知能力，基于所述反馈信息判断第二认知能力，基于所述第一认知能力和第二认知能力综合判断测试对象的总认知能力。

4、本发明的处理器为能够执行本发明的利用近红外脑功能成像的认知能力评价方法的专用集成芯片或cpu。处理器包括至少一个用于传输数据的传输端口。

5、本发明通过传统的测试手段，通过采集测试对象的近红外脑功能光谱图像来获取测试对象的真实反应时间、大脑皮层活动区域，从而准确判断测试对象的脑部的第一认知能力以及与肢体相关的第二认知能力，将测试对象的脑部思考能力与运动能力进行有效区分，在减少测试次数的同时也能够得到测试对象的准确的认知能力情况。

6、优选地，所述测试组件包括动作测试组件、眼动测试组件和/或鼠标测试组件，在测试对象被施加刺激信息刺激的过程中，所述动作测试组件采集测试对象的动作反馈及其反馈时间；所述眼动测试组件采集测试对象的眼球动作及其反馈时间；所述鼠标测试组件采集测试对象的鼠标动作及其反馈时间。

7、优选地，所述处理器还被配置为：将所述第一时间、所述第二时间与刺激信息测试的第三时间对齐，并且以刺激信息的刺激时间点为切割点来划分刺激时间。

8、优选地，所述处理器还被配置为：真实反应时间越短，所述大脑皮层活跃区域重合度越高，所述第一认知的能力越强；所述真实反应时间越长，所述大脑皮层活跃区域重合度越低，所述第一认知的能力越差。

9、在大脑皮层活跃区域重合度近似的情况下，光吸收参数值与第一认知能力呈反向关系。

10、本发明还涉及一种利用近红外脑功能成像的认知能力评价方法，所述方法至少包括：采集测试对象在测试过程中的与第一时间相关的大脑皮层近红外光谱图像，接收测试对象在测试过程中的与第二时间相关的反馈信息；将所述与第一时间相关的大脑皮层近红外图像信息和与第二时间相关的反馈信息进行时间轴对齐，并且基于同一时间段内的所述大脑皮层近红外光谱图像判断第一认知能力，基于所述反馈信息判断第二认知能力，基于所述第一认知能力和第二认知能力综合判断测试对象的总认知能力。

11、优选地，所述方法还包括：将所述第一时间、所述第二时间与刺激信息测试的第三时间对齐，并且以刺激信息的刺激时间点为切割点来划分刺激时间。

12、优选地，所述方法还包括：基于所述真实反应时间、所述大脑皮层活跃区域的重合度和/或光吸收参数确定测试对象的第一认知能力的认知等级。

13、本发明的利用近红外脑功能成像的认知能力评价方法，处理器处理的数据比较少，仅需要将时间数据对齐并基于刺激信息进行划分，就能够得到与刺激信息对应的大脑皮层近红外光谱图像以及动作反馈信息，能够基于近红外光谱图像确定测试对象真实的大脑活动区域、消耗氧气强度以及真实反应时间，从而将测试对象的脑部认知能力与肢体的运动反应认知能力进行有效区分并得到真实测试结果，能够准确评估测试对象的脑部认知和运动认知。