功能性近紅外光譜術測量經顱紅外光刺激以及延遲匹配樣本任務之吸收變化

Abstract

" 隨著失智人口增加，先導性研究指出，經顱紅外光刺激(transcranial infrared light stimulation, TILS)應用於人體實驗上，能夠增加專注力與短期記憶，因此，經顱紅外光刺激應用於延緩失智症的治療上極有潛力。在經顱紅外光刺激療程中，神經元會牽扯到大量的細胞能量代謝，其中關鍵角色為氧化態細胞色素c氧化酶(oxidized cytochrome c oxidase , oxCCO)。當照射適當的近紅外光，部分光能量進入大腦，此舉造成含氧血紅素(oxygenated hemoglobin, HbO)、缺氧血紅素(deoxygenated hemoglobin, HbR)以及總血紅素(total hemoglobin, HbT)等血液動力學反應，以及氧化態細胞色素c氧化酶吸收變化，尤其是細胞色素c氧化酶的變化，此吸收變化是否能夠成為進行經顱紅外光刺激時個人化生物指標為本研究的重點之一。部分研究團隊指出，認知實驗—延遲匹配樣本任務(Delay Match To Sample, DMS)的血液動力學反應於經顱紅外光刺激前以及刺激後存在差異性，然而是否每個人皆是如此?此現象有待觀察，故本研究另一重點著重於經顱紅外光刺激前以及刺激後，觀察其含氧血紅素濃度相對變化量的差異性。 在實驗方法的部分，本研究利用功能性近紅外漫反射光譜(Functional Near Infrared Spectroscopy, FNIRS)技術，紀錄兩位認知功能正常受測者在接受經顱紅外光刺激及延遲匹配樣本任務光譜隨時間變化的資訊，並且利用這些蒐集得到的光譜，搭配修正比爾-朗伯定律(Modified Beer-Lambert Law, MBLL)分析法，分析大腦吸收物質濃度相對變化方向。去除淺層組織的方式與多數研究團隊不同，本文利用「雙層組織模型修正比爾-朗伯定律」分析假設去除其干擾深層組織的訊號，並以此假設分析經顱紅外光刺激以及延遲匹配樣本任務的濃度相對變化量，然而，此分析假設尚未進行實際活體資料分析，故本文利用此方法分析經顱紅外光刺激及延遲匹配樣本任務的濃度相對變化量，測試其應用於前述兩種類型實驗之可適性。 以實驗結果及結論來說，一號受測者在兩次經顱紅外光刺激實驗吸收物質濃度相對變化結果中，氧化態細胞色素c氧化酶在開始經顱紅外光刺激後皆隨時間遞增，因此一號受測者適合利用氧化態細胞色素c氧化酶，做為經顱紅外光刺激時的生物指標；反觀，二號受測者在兩次實驗結果中，只有其中一次氧化態細胞色素c氧化酶在開始經顱紅外光刺激後逐漸遞增，另外一次則較無明顯變化，因此二號受測者暫時不適合以氧化態細胞色素c氧化酶當作經顱紅外光刺激時之生物指標。在延遲匹配樣本任務的含氧血紅素濃度相對變化量的部分，一號受測者於兩次經顱紅外光刺激後，其含氧血紅素濃度相對變化量皆低於刺激前；二號受測者第一次實驗的含氧血紅素濃度相對變化量，經顱紅外光刺激後小於刺激前，但在第二次實驗時則呈現相反結果。在分析方法可適性的部分，以兩位受測者經顱紅外光刺激時的氧化態細胞色素c氧化酶以及延遲匹配樣本任務的含氧血紅素化方向來看，兩者的實驗結果多數與生物機制假設相符，因此分析方法存在極大的潛力應用於經顱紅外光刺激及延遲匹配樣本任務的分析上，然而現階段分析方法仍需要優化，使其更適用於這兩種類型的活體實驗。 "