综述：6-12岁儿童阅读发育的功能性近红外光谱成像研究范围综述

《Brain and Cognition》：A scoping review of functional near-infrared spectroscopy studies of reading development in children aged 6–12

本综述系统回顾了功能性近红外光谱（fNIRS）技术在6-12岁儿童阅读发育神经机制研究中的应用现状。文章指出fNIRS因其耐受运动、舒适度高（相较于fMRI）等优势，特别适用于儿童群体，但该领域研究仍处于起步阶段，存在文献数量有限（仅7篇符合纳入标准）、研究方法报告不规范、缺乏纵向发育研究等问题。综述明确了阅读相关的主要激活脑区（如IFG、STG、MFG），并为未来研究在遵循报告指南、优化探头阵列设计以覆盖关键脑区、以及优先开展发育性研究等方面提出了重要方向。

　　

引言

阅读能力获取是一个复杂的过程，主要在小学阶段（6-12岁）通过正规教育发展，并持续至青少年晚期。未能成功获得阅读技能会导致未来生活中的诸多缺陷，因此深入了解此关键期的阅读发育神经机制，对于研究人员和教育工作者制定针对阅读困难儿童的干预策略至关重要。神经影像学技术为了解阅读及其发展的神经基础和机制提供了宝贵视角。在众多神经影像技术中，功能性近红外光谱（fNIRS）作为一种新兴技术，在研究阅读和儿科人群方面显示出独特优势。fNIRS通过测量大脑皮层局部区域氧合血红蛋白（HbO）和脱氧血红蛋白（HbR）的浓度变化来推断神经活动变化。尽管其空间分辨率不如功能性磁共振成像（fMRI），但fNIRS具有安静、舒适、允许自然姿势和运动、对言语任务友好等特点，提高了参与者的舒适度和生态效度。随着fNIRS在研究中使用的急剧增加，其系统类型、使用方法和关键方法学因素的报告存在较大差异，限制了研究质量评估、结果再现、研究间比较和方法学标准化。为此，Yücel等人制定了fNIRS研究应执行和报告的最佳实践清单。鉴于fNIRS在阅读发育研究中仍是一个新兴领域，文献数量相对有限，本文旨在通过范围综述，对当前使用fNIRS研究儿童阅读发育的文献进行广泛概述，总结研究发现，并识别当前研究格局中的空白。

材料与方法

本综述遵循了Arksey和O'Malley提出的范围综述五阶段框架，包括确定研究问题、识别相关研究、研究筛选、数据图表化和整理、总结及报告结果。研究问题基于Population, Concept, Context (PCC)框架构建，旨在回答关于fNIRS研究儿童阅读的范式（任务和刺激物）、激活脑区、发育变化、技术方法以及最佳实践报告情况等五个核心问题。文献检索于2024年1月2日进行，覆盖了PubMed、Embase、PsycINFO、Scopus等数据库，以及灰色文献库和参考文献列表。研究筛选由两名独立评审员完成，并遵循PRISMA-ScR指南。纳入标准包括：样本为6-12岁儿童、使用fNIRS神经成像技术、包含阅读任务、是初级研究、英文发表、发表时间在1992-2023年间。最终共有7篇文章被纳入本综述。数据通过预先设计的图表形式提取，并进行描述性统计分析。

结果

范式：任务与刺激物

纳入的7项研究使用了四种不同类型的阅读任务，涵盖了不同的阅读技能维度：

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  句子判断任务：用于测量句子处理、语法知识和语义知识。
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  单词朗读任务：涉及单词识别、语音和正字法技能以及语义通达，常使用规则词、不规则词和假词等刺激物以洞察儿童的阅读策略。
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  词汇决策任务：同样敏感于单词识别、语音解码等技能。
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  语音检测/交换任务：更具体地测量参与者的语音处理能力。
  值得注意的是，一项研究使用了汉语字符（表意文字），而其他研究则使用字母文字（如英语、西班牙语、法语、希伯来语），这限制了跨语言研究结果的直接可比性。

识别的脑区

fNIRS研究一致发现，在儿童执行阅读任务时，主要在额叶和颞叶有三个脑区被激活：

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  下额叶回（IFG）：在所有单词朗读任务中均被激活，与言语产生相关；在句子判断任务中激活，与句法处理相关；在语音任务中也显示激活。其激活模式因任务、刺激物类型（如规则词、不规则词、假词）和参与者群体（如单语者、双语者）而异。
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  颞上回（STG）：在单词朗读和句子判断任务中激活，尤其与语音处理相关。研究发现 younger children 和双语者在阅读假词时在左STG表现出更强的激活，表明该区域在阅读难度较大或需要更多语音解码努力时更活跃。
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  额中回（MFG）：在词汇决策任务和语音任务中观察到激活。有研究发现假词比真词在MFG引发更强的激活，这可能与工作记忆需求或语音处理难度增加有关。该区域有时也被称为背外侧前额叶皮层（DLPFC）。

仅有一项研究直接考察了发育变化，报告了年龄相关的激活转移： younger children 更依赖STG，而 older children 则更多地依赖左IFG。

技术方法

所使用的fNIRS技术参数在研究团队间存在差异，主要体现在：

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  通道数量：从16个到152个不等。
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  探头阵列覆盖范围：部分研究（4项）使用了覆盖额叶、颞叶、顶叶甚至枕叶的相对全面的阵列；而另一些研究（3项）仅覆盖了前额叶区域。这种覆盖范围的差异直接影响了对特定脑区（如STG）活动探测的可能性。
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  设备型号和具体参数：如光源波长、采样率等，在不同研究间报告完整度不一。

最佳实践清单

对照Yücel等人提出的fNIRS研究最佳实践清单，纳入研究的报告情况并不理想：

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  报告最差的项：样本量功效分析和提供补充数据（包括研究预注册、数据和代码共享）在所有研究中均未报告。
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  报告最好的项：生理噪声信号的去除有67%的研究完全报告，但仍有提升空间。
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  其他项：如运动伪影去除、信号质量检查、相关测量值（HbO和HbR）报告、探头阵列描述准确性和探头放置评估等项目的报告也普遍存在不完整或缺失的情况。这种报告上的不足限制了研究的透明度、可重复性和研究间的可比性。

讨论

本范围综述总结了当前利用fNIRS研究儿童阅读发育的知识、方法学及报告现状，并指出了文献中的空白。结果表明，fNIRS能够检测到与阅读相关的脑激活，其发现（如IFG、STG、MFG的激活）与其他神经影像技术（如fMRI）的研究结果基本一致，增强了fNIRS在此研究领域的效用信心。然而，该领域仍面临严峻挑战：

1. 1.
   文献数量极其有限：仅7篇符合条件的研究，且多来自少数几个研究团队，缺乏独立实验室的重复验证。
2. 2.
   研究方法学报告不规范：尤其在统计功效、数据共享、预注册等体现研究严谨性和透明度的关键环节报告严重不足。
3. 3.
   缺乏真正的发育视角研究：仅有一项研究考察了年龄相关的激活变化，严重缺乏纵向研究来揭示阅读能力发展过程中大脑功能的变化轨迹。
4. 4.
   fNIRS探头覆盖范围局限：部分研究因设备限制，未能覆盖已知对阅读至关重要的脑区（如颞叶、顶叶区域），这可能遗漏重要信息，并影响跨研究比较。

结论与未来方向

为推动fNIRS在儿童阅读发育研究领域的发展，未来研究应重点关注以下方面：

1. 1.
   严格遵守报告指南：未来研究应积极遵循并详细报告Yücel等人提出的fNIRS最佳实践，包括进行功效分析、预注册研究、共享数据和代码等，以提高研究的透明度、可重复性和可比性。
2. 2.
   优化探头阵列设计：在设计fNIRS实验时，应充分考虑任务所涉及的认知过程和已知的关键脑区，尽可能确保探头阵列能够覆盖这些区域（如IFG、STG、IPL等），避免因覆盖不足导致结论局限。
3. 3.
   优先开展纵向和发育性研究：迫切需要更多包含不同年龄组比较，尤其是纵向追踪的研究，以揭示阅读技能发展过程中大脑功能重组和精细化的动态轨迹，从而为理解典型发育和阅读障碍的神经机制提供更深入的见解。
4. 4.
   增加研究多样性和可重复性：鼓励不同实验室使用相似范式进行独立验证，并拓展研究任务和刺激物的类型，以全面探索阅读的不同维度。同时，需要考虑不同书写系统（如字母文字与表意文字）可能带来的差异。

总之，fNIRS在儿童阅读发育研究中具有巨大潜力，但当前仍处于早期发展阶段。通过解决上述方法学和研究设计上的挑战，fNIRS有望为揭示阅读发展的神经基础做出独特而重要的贡献。