基于双耳分听范式的听觉选择性注意皮层表征：fNIRS在脑机接口应用中的突破

《Brain Topography》：Cortical Representation of Auditory Selective Attention in a Dichotic Listening Task: A Functional Near-Infrared Spectroscopy Study

本研究针对脑机接口应用中认知任务负荷高、信号稳定性差的问题，创新性地采用音乐与朗读声的双耳分听范式，通过fNIRS技术探究听觉选择性注意的皮层表征。研究发现右侧顶叶区对音乐注意激活更强，而双侧背外侧前额叶皮层对朗读声注意响应更显著，初步分类分析达到73.7%的准确率，为开发低负荷、高稳定性的fNIRS-BCI系统提供了新思路。

　　

当我们想象一位完全闭锁综合征患者试图与外界交流时，传统脑机接口依赖的运动想象或高负荷认知任务往往显得力不从心。这类患者虽然丧失运动能力，但听觉功能和高级认知能力通常得以保留。如何利用这些保留功能开发更实用的脑机接口系统，成为研究者面临的重要挑战。功能性近红外光谱技术因其便携、抗干扰等优势，为这一难题提供了潜在解决方案，但如何设计既符合患者能力又能产生稳定脑信号的任务范式仍需深入探索。

发表于《Brain Topography》的这项研究另辟蹊径，将目光投向人类日常生活中无处不在的听觉选择性注意能力。研究团队创新性地采用音乐与朗读声组合的双耳分听范式，通过精确测量前额叶皮层的血红蛋白浓度变化，揭示了不同听觉注意目标对应的特异性脑激活模式，为开发新一代fNIRS-BCI系统奠定了重要基础。

研究采用的关键技术方法包括：52通道fNIRS系统记录血红蛋白信号，基于双耳分听范式的听觉选择性注意任务设计，血流动力学模态分离法去除生理噪声，置换检验校正多重比较的统计方法，以及支持向量机分类算法评估脑状态识别可行性。研究对象为19名健康右利手男性，通过四组实验会话收集48个试次数据。

行为分析结果

参与者对听觉刺激问题的平均正确率达96%以上，表明注意力成功指向目标刺激。方差分析显示声音属性与空间信息无显著主效应或交互作用，证实任务表现不受注意条件差异影响。

双耳分听任务中的普遍激活通道

置换检验确定任务期间显著激活的通道，第一分析期（0.1-10.0秒）发现18个激活通道，第二分析期（10.1-20.0秒）发现9个激活通道，全部位于背外侧前额叶皮层区域。第一分析期激活范围更广，因此被选为后续分析窗口。

选择性注意依赖的皮层激活模式

重复测量方差分析揭示声音属性主效应显著存在于三个通道：CH 2（布罗德曼6区）在注意音乐时激活更强，CH 25和CH 28（布罗德曼46区）在注意朗读声时激活更高。CH 13显示声音属性与空间信息的显著交互作用，音乐-左耳和朗读-右耳条件激活更强。

探索性分类分析

使用支持向量机对音乐与朗读声注意状态进行分类，全通道模型准确率50.0%，激活通道模型65.8%，有效通道模型（仅3个显著通道）达73.7%，证明基于前额叶激活模式区分听觉注意状态的可行性。

研究结论表明，听觉选择性注意可诱发背外侧前额叶皮层的特异性激活模式，右侧前额顶叶网络在注意控制中起主导作用。布罗德曼6区（运动前区）与音乐结构处理相关，而布罗德曼46区（背外侧前额叶皮层）在言语工作记忆负荷下激活增强。交互作用模式反映了听觉刺激配置与半球偏侧化优势的协同效应。

这项研究的重要意义在于首次系统论证了基于听觉选择性注意的fNIRS-BCI范式可行性，为完全闭锁综合征患者提供了一种低负荷、高可用性的通信替代方案。研究不仅深化了对听觉注意神经机制的理解，更为脑机接口技术从实验室走向临床应用开辟了新路径。未来通过个体化特征优化和临床验证，有望实现真正意义上的"思维解码"交流系统。