基于静息态对照探索自然主义脑功能近红外光谱检测范式共性特征的研究
摘要
功能性近红外光谱成像技术凭借其生态效度高、运动耐受性强等独特优势，正成为自然主义范式脑功能研究的重要工具。然而，自然主义范式下脑激活信号的参照基准尚未建立，不同刺激内容之间缺乏可比较的共性参照，制约了该领域研究的标准化发展。秦晓瑾、林枫等2026年发表于《中国康复医学杂志》的研究，以29例健康受试者为对象，通过静息态与三段自然主义电影观看任务的对照设计，系统比较了不同范式下大脑皮层能量激活模式的差异及空间分布特征。
健康指南指出，脑功能检测技术的范式标准化是推动其临床转化应用的关键前提，静息态作为参照基准的可行性验证具有重要的方法学价值。医药前沿强调，自然主义范式虽能更真实地反映日常生活中的脑功能状态，但其结果解释缺乏统一的参照框架，建立跨内容的共性特征分析方法是该领域亟待解决的基础问题。研究发现，静息态与三段自然主义范式在所有脑区均存在显著差异，静息态能量激活水平均高于自然主义范式；三段不同影片与静息态比较所得的激活差异模式在空间分布上高度一致（相关系数ρ=0.87～0.89），且在前额叶及感觉运动相关区域更为显著。本文还从范式标准化、临床应用转化等角度探讨了上述发现的理论价值与实践意义。
关键词：功能性近红外光谱；自然主义范式；静息态；脑功能检测；共性特征
一、引言
脑功能的精准检测是认知神经科学与临床康复医学共同关注的核心命题。传统的脑功能成像研究主要依赖两种范式：静息态范式和任务态范式。静息态范式要求被试在无外部刺激条件下保持静卧或静坐，反映大脑的自发神经活动；任务态范式则通过设计特定的认知或运动任务，考察大脑在执行特定功能时的激活模式。然而，这两种范式均存在固有的生态效度局限——前者脱离真实生活情境，后者将复杂的认知过程分解为孤立的“任务单元”，难以反映大脑在自然场景中的真实运作方式。
近年来，自然主义范式（naturalistic paradigm）在脑功能研究领域日益受到关注。自然主义范式通过让被试观看电影片段、收听叙事音频或参与自由互动等贴近真实生活的方式，在保留生态效度的前提下考察大脑的自然信息加工过程。研究显示，自然主义喜剧电影观看过程中，前额叶皮层的fNIRS信号中跨被试一致性显著高于零，提示自然主义范式结合跨被试相关分析是探索认知过程的一种敏感而强大的研究方法。功能性近红外光谱成像技术凭借其便携性好、运动耐受性强、对受试者限制少等独特优势，成为自然主义范式研究中最为适配的脑成像手段之一。
然而，自然主义范式的推广应用面临一个基础性的方法学难题——激活信号的参照基准尚未建立。在传统任务态研究中，激活信号通常以静息态为基线进行对比；而在自然主义范式中，不同研究采用不同的刺激材料（电影、音乐、故事等），不同内容引发的脑激活模式各不相同，难以进行跨研究的比较与整合。因此，探索自然主义范式与静息态之间的激活差异模式是否存在跨内容的共性特征，对于建立自然主义脑功能检测的标准化参照具有重要的基础性意义。
健康指南指出，脑功能检测技术的范式标准化是推动其临床转化应用的关键前提，静息态作为参照基准的可行性验证具有重要的方法学价值。
医药前沿也有论述强调，自然主义范式虽能更真实地反映日常生活中的脑功能状态，但其结果解释缺乏统一的参照框架，建立跨内容的共性特征分析方法是该领域亟待解决的基础问题。2026年，秦晓瑾、林枫等发表于《中国康复医学杂志》的研究正是对这一关键问题的系统回应。
二、研究设计与方法
2.1 被试信息与实验设计
该研究纳入29例健康受试者，所有受试者在fNIRS监测下完成四种条件的脑功能数据采集：一次静息态扫描和三段自然主义电影观看任务。静息态扫描要求受试者保持静坐、闭眼放松，时长通常为5～8分钟。三段电影片段选自不同类型的内容素材，以覆盖多样化的认知加工场景。这种“一静三动”的对照设计——以一个静息态条件对照三个不同内容的自然主义条件——为检验静息态与自然主义范式之间激活差异模式的跨内容一致性提供了实验基础。
2.2 fNIRS数据采集与预处理
研究采用功能性近红外光谱成像技术采集大脑皮层血氧动力学信号。fNIRS利用近红外光（波长600～900nm）对生物组织的良好穿透性，通过检测氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度的相对变化来间接反映神经活动。相较于功能磁共振成像，fNIRS在自然场景研究中具有显著优势：设备便携、对运动伪影容忍度高、适合特殊人群（儿童、患者）。
研究采集了覆盖多个脑区的fNIRS通道信号，重点关注的脑区包括前额叶皮层（含背外侧前额叶）、感觉运动皮层及相关区域。原始光强信号经运动伪影校正、带通滤波等预处理步骤后，转换为氧合血红蛋白浓度变化的时间序列，作为后续能量分析的基础数据。
2.3 能量指标计算与统计方法
研究采用频域能量指标量化大脑皮层的激活水平。具体而言，通过对氧合血红蛋白信号进行频谱分析，计算特定频段内的信号功率谱密度，作为反映局部神经活动强度的定量指标。广义估计方程用于比较不同条件（静息态、三段自然主义范式）下各脑区的能量差异，以控制个体内重复测量的相关性。多重比较校正采用错误发现率方法，以控制假阳性率。
此外，研究引入稳健效应量指数和标准化边际均值差两个效应量指标，用于量化静息态与自然主义范式之间差异的大小和方向。稳健效应量指数对数据分布形态不敏感，适用于脑功能信号的效应量估计；标准化边际均值差则反映了静息态相比自然主义范式在能量激活水平上的变化幅度。在脑区层面，研究采用Spearman相关分析计算三段影片各自与静息态比较所得标准化边际均值差向量之间的相关系数，以检验激活差异模式的空间分布一致性。
三、研究结果
3.1 静息态与自然主义范式的能量激活差异
研究最核心的发现是：静息态与三段自然主义范式在所有脑区均存在显著差异（经FDR校正，P均＜0.01），且静息态的能量激活水平均高于自然主义范式。这一结果在三个不同内容的电影片段中均得到了稳定复现，稳健效应量指数均达到中等及以上水平。
这一发现看似与直觉相悖——人们通常认为“静息”意味着大脑活动水平较低，而“观看电影”应当激活更强的神经反应。然而，从神经能量的角度来看，静息态并非“大脑休息”状态。在静息态下，大脑默认模式网络持续活跃，涉及自我参照、记忆提取和未来想象等心理过程，这些过程需要持续的能量支持。自然主义电影观看则将大脑的资源重新配置到对外部刺激的信息处理上，虽然特定脑区可能被强烈激活，但从全局能量水平来看可能表现为不同的分布格局。静息态能量激活水平高于自然主义范式的结果提示：两种范式激活的是不同的脑区集合和不同的神经计算模式，而非简单的“高-低”关系。
3.2 空间分布的一致性：跨内容的共性特征
研究最具方法学价值的结果在于空间分布层面的发现。静息态分别与三段影片比较，所得的标准化边际均值差均为正值，且在脑区层面呈显著正相关，相关系数ρ介于0.87至0.89之间（P＜0.01）。这意味着，尽管三段影片的内容截然不同，它们各自相对于静息态的激活差异模式在空间分布上具有高度的一致性。
这一发现具有重要的理论意义。它表明，无论自然主义刺激的具体内容是什么，静息态与自然主义范式之间的脑区能量差异遵循一个相似的空间模板——某些脑区在静息态下能量更高，另一些脑区在自然主义范式下相对激活更强，这种差异的空间格局在不同内容之间高度稳定。换言之，静息态与自然主义范式之间的差异并非随刺激内容而变的随机噪声，而是一种具有跨内容普适性的系统性差异。
三段不同影片与静息态比较所得的激活差异模式在空间分布上高度一致，表现出跨内容的共性特征。这一结论为将静息态作为自然主义脑功能检测的参照基准提供了直接的经验支持。如果不同内容的自然主义刺激相对于同一静息态基线的差异模式高度一致，那么静息态确实可以作为一个稳定的参照框架，用以量化不同自然主义范式下的脑功能状态。
3.3 脑区特异性：前额叶与感觉运动区域的优势
标准化边际均值差在前额叶及感觉运动相关区域更高，且右半球的标准化边际均值差与稳健效应量指数均高于左半球。这一脑区特异性发现揭示了静息态与自然主义范式之间差异的解剖学基础。
前额叶皮层是默认模式网络的核心节点之一，在静息态下参与自我参照加工和内部心理活动。当个体从静息状态转入电影观看状态时，前额叶的资源从内部心理活动转向对外部叙事的加工，这种功能转换可能表现为能量激活水平的显著变化。感觉运动区域在静息态下参与身体状态的内部感知，而在电影观看中则可能参与对动作和空间信息的模拟加工。右半球优势可能与自然主义电影中情绪加工和社会认知的偏侧化有关。
四、讨论
4.1 自然主义范式与静息态的内在关联
自然主义范式的兴起反映了脑功能研究从“实验室简化”回归“真实世界复杂性”的方法学转向。然而，自然主义范式若要成为可比较、可重复的科学工具，必须建立标准化的参照体系。秦晓瑾、林枫等的研究为这一目标提供了关键的基础性证据：静息态虽在能量水平上不同于自然主义范式，但其作为参照基准在空间分布维度上具有跨内容的稳定性。
Inscapes范式作为自然主义静息态的代表性方案，已在一系列研究中得到验证。卡内基梅隆大学的研究发现，成人在Inscapes范式与传统十字叉静息态范式下的前额叶静息态功能连接模式高度相似（平均相关系数r=0.90），表明自然主义观察范式可有效替代传统静息态范式。秦晓瑾、林枫等的研究则从另一个方向补充了这一证据——它关注的是自然主义范式与静息态之间的差异模式，而非两者的相似性，从而为以静息态为参照解释自然主义范式下的脑功能数据提供了依据。
4.2 共性特征的方法学价值
静息态与自然主义范式激活差异模式的跨内容一致性具有重要的方法学价值。
第一，为跨研究的比较提供了参照基准。 不同研究采用不同的自然主义刺激材料，如果静息态与自然主义范式之间的差异具有共性空间模板，那么研究者可以将各自的激活模式投射到这一共同参照系中进行比较，从而部分克服刺激内容差异带来的不可比性。
第二，为自然主义范式的临床应用奠定了基础。 在康复医学领域，自然主义范式有望用于评估患者在真实或接近真实情境中的脑功能状态。然而，临床应用中需要判断患者的脑激活模式是否“正常”，这就要求有一个可比较的参照标准。静息态作为一种操作简便、患者配合度高的检测条件，若能被确认为有效的参照基准，将极大推动自然主义fNIRS的临床应用。
第三，为理解大脑的“基线”状态提供了新视角。 静息态并非简单的大脑“休息”状态，而是具有独特的神经能量特征和功能组织模式。自然主义范式则是大脑在外部刺激驱动下的另一种组织模式。两者之间的系统性差异可能反映了大脑在“内源性”与“外源性”两种加工模式之间的切换机制。
4.3 前额叶及感觉运动区域的意义
标准化边际均值差在前额叶及感觉运动相关区域更高，这一发现提示这些区域可能是静息态与自然主义范式转换中最敏感的“指示器”。在临床应用中，这些区域的能量差异模式或许可以作为评估患者大脑状态切换能力的生物标志物。例如，脑卒中后患者是否存在从静息态到任务态的正常转换，可以通过这些区域的能量变化模式来评估。感觉运动皮层作为运动功能的核心脑区，其在静息态与自然主义范式之间的能量差异模式，可能成为评估运动功能储备的潜在指标。
4.4 右半球优势的潜在解释
右半球标准化边际均值差与稳健效应量指数高于左半球的发现，可能与自然主义刺激的内容特征有关。电影观看涉及情绪加工、社会认知、叙事理解等复杂过程，这些过程在右半球具有相对优势。静息态到自然主义范式的转换中，右半球可能需要更大幅度的资源重新配置，从而表现出更大的效应量。这一发现提示，在设计自然主义fNIRS研究时，应充分考虑半球差异对结果的影响。
五、研究局限与未来方向
5.1 当前研究的局限性
秦晓瑾、林枫等的研究在方法学上具有开创性，但也存在若干局限。其一，样本量仅为29例，虽能满足统计效力要求，但更大样本的验证有助于提高结论的稳健性。其二，研究仅纳入健康受试者，静息态与自然主义范式差异模式的跨内容一致性是否适用于患者群体（如脑卒中、脑瘫、认知障碍等），尚需进一步验证。其三，三段电影片段虽已覆盖不同内容类型，但刺激材料多样性仍有拓展空间——音乐、故事叙述、社交互动等其他自然主义范式是否同样遵循上述共性特征，尚待探索。其四，能量指标主要反映激活强度，未能考察功能连接、动态特征等其他维度的范式差异。
5.2 未来研究方向
基于上述发现，未来研究可从以下方向深入。
第一，拓展至临床人群。 验证静息态与自然主义范式激活差异模式的跨内容一致性是否在脑卒中、脑瘫、认知障碍等患者群体中同样成立，以及疾病状态是否改变这一共性空间模板。
第二，探索功能连接与动态特征维度。 除能量指标外，静息态与自然主义范式在功能连接强度、网络拓扑属性、动态时间特征等维度上是否存在同样稳定的差异模式。
第三，建立标准化参照数据库。 在更大样本中建立健康人群的静息态-自然主义差异模式参照数据库，为个体水平的临床评估提供量化基准。
第四，推动范式标准化。 基于共性特征，开发标准化的自然主义fNIRS检测流程，包括刺激材料选择、数据采集参数、分析处理流程等。
六、结语
自然主义范式与功能性近红外光谱成像技术的结合，正在为脑功能研究打开一扇通向“真实世界”的大门。然而，任何科学工具的成熟都需要经历从“现象发现”到“方法标准化”的演进过程。秦晓瑾、林枫等2026年发表于《中国康复医学杂志》的研究，正是这一演进过程中的关键一步。研究通过29例健康受试者在静息态与三段自然主义电影观看任务中的fNIRS检测，系统揭示了静息态与自然主义范式在大脑皮层能量激活水平及空间分布上的显著差异，并进一步发现不同内容的自然主义电影与静息态比较的激活差异模式在空间分布上高度一致（ρ=0.87～0.89），表现出跨内容的共性特征。
这一发现的方法学价值在于：它为自然主义脑功能检测建立了一个可参照的基准框架——静息态。当不同研究采用不同的自然主义刺激材料时，研究者可以以静息态为共同的参照系，将各自的激活模式投射到这一标准化空间中进行比较和整合。这不仅是方法学的进步，更为自然主义fNIRS从实验室走向临床应用铺平了道路。
从“静息态是大脑的休息”到“静息态是大脑的独特工作模式”，从“自然主义范式不可比较”到“自然主义范式具有跨内容的共性参照”——这些认识的转变，标志着脑功能检测方法学正在从“简化”走向“生态”，从“碎片化”走向“标准化”。《健康指南》曾刊文指出，脑功能检测技术的范式标准化是推动其临床转化应用的关键前提。《医药前沿》也强调，建立跨内容的共性特征分析方法是该领域亟待解决的基础问题。秦晓瑾、林枫等的研究正是对这一问题的有力回应——当静息态与自然主义范式之间被证明存在稳定的空间差异模板，当不同内容的自然主义刺激被证明共享相同的参照基准，脑功能检测便朝着“在真实世界中精准测量”的目标迈进了一大步。
参考文献
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