Tato stránka byla automaticky přeložena a přesnost překladu není zaručena. Podívejte se prosím na anglická verze pro zdrojový text.

Non-invasive Optical Low-frequency Oscillation Study of the Prefrontal Cortex Based on fNIRS

6. srpna 2026 aktualizováno: Ting Li, Peking Union Medical College
The investigators aimed to investigate the effects of different cognitive load tasks (1-back, 2-back, 3-back) on low-frequency oscillations (LFOs) in the prefrontal cortex of healthy young individuals, analyze the relationship between LFO parameters (power, peak amplitude, peak frequency) and behavioral performance (reaction time, accuracy), and validate the feasibility of using LFOs as a quantitative measure of brain resting-state activity and a sensitive indicator of cognitive load.Low-frequency oscillations (LFO, 0.05-0.15 Hz) are a core feature of cerebral hemodynamics and are closely related to neural activity, blood pressure regulation, and metabolic function. Existing studies suggest that LFO may be influenced by cognitive load during mental tasks, but the underlying mechanisms remain unclear. Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), with its advantages of non-invasiveness, portability, and high temporal resolution, enables precise monitoring of hemodynamic parameters in the prefrontal cortex, including changes in oxygenated and deoxygenated hemoglobin concentrations (Δ[oxy-Hb], Δ[deoxy-Hb]). This study combines the N-back working memory task to investigate how cognitive load modulates LFO, offering a novel approach for assessing brain function.In this study, the investigators used a portable 16-channel continuous-wave functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) system to measure dynamic changes in prefrontal cortex (PFC) hemodynamic parameters-Δ[oxy-Hb], Δ[deoxy-Hb], and Δ[tot-Hb]-in 48 healthy participants under varying task loads. The investigators then analyzed low-frequency oscillations (LFOs) based on the detected hemodynamic parameter fluctuations, following established methodologies from prior research. Using Welch's method, LFOs were extracted from power spectral density (PSD) of different hemodynamic parameters across three task conditions (1-back, 2-back, and 3-back). The principle of fNIRS relies on near-infrared light penetrating the skull and brain, being absorbed by chromophores [HbO₂] and [Hb] with distinct absorption spectra. Assuming constant scattering and applying the modified Beer-Lambert law during calculations, sensitive light intensity detectors can detect concentration changes of these chromophores within the subject's brain tissue. The experimental setup consisted of a 4.4 cm × 15 cm sensor array distributed across the forehead, a dedicated data acquisition control box with a sampling rate of 3.3 Hz, and a computer for data storage and analysis software. The current flexible sensor comprises four light sources and ten detectors. The light sources include three built-in LEDs with peak wavelengths at 735 nm, 805 nm, and 850 nm, while the detectors are designed to image the sub-frontal cortical regions (dorsolateral and ventromedial prefrontal cortices). The distance between each source and its surrounding detectors is 2.89 cm, enabling hemodynamic measurements at depths of 2-3 cm beneath the scalp, focusing primarily on the cerebral cortex. Each light source is arranged in an X-shape with four adjacent detectors, where the source is centered and detectors positioned at the corners, forming channels connecting each source to individual detectors. The prefrontal cortex is a region strongly associated with cognitive processing and plays a critical role in working memory tasks. Task load was implemented through working memory tasks-a mechanism by which the brain temporarily processes and stores information crucial for handling complex cognitive demands. Understanding how the amplitude of hemodynamic oscillations is modulated by different cognitive loads is significant, as microvascular blood flow is regulated by myogenic mechanisms. These foundational insights will help improve the analysis and interpretation of hemodynamic neuroimaging data. This study employs fNIRS, a non-invasive neuroimaging technique highly sensitive to microvascular activity, to investigate the interactive effects of cognitive load on brain hemodynamic LFOs.

Přehled studie

Postavení

Postavení

Označuje aktuální stav náboru nebo stav rozšířeného přístupu.
Dokončeno

Podmínky

Podmínky

Nemoc, porucha, syndrom, nemoc nebo zranění, které je studováno. Na webu ClinicalTrials.gov mohou podmínky zahrnovat i další problémy související se zdravím, jako je délka života, kvalita života a zdravotní rizika.

Intervence / Léčba

Intervence / Léčba

Proces nebo akce, na které se klinická studie zaměřuje. Intervence zahrnují léky, zdravotnická zařízení, postupy, vakcíny a další produkty, které jsou buď zkoušené nebo již dostupné. Intervence mohou také zahrnovat neinvazivní přístupy, jako je edukace nebo úprava stravy a cvičení.

Typ studie

Typ studie

Popisuje povahu klinické studie. Typy studií zahrnují intervenční studie (také nazývané klinické studie), observační studie (včetně registrů pacientů) a rozšířený přístup.
Pozorovací

Zápis (Aktuální)

Zápis

Počet účastníků klinické studie. „Očekávaný“ zápis je cílový počet účastníků, které výzkumníci pro studii potřebují.
47

Kontakty a umístění

Tato část poskytuje kontaktní údaje pro ty, kteří studii provádějí, a informace o tom, kde se tato studie provádí.

Studijní místa

  • Čína
    • Tianjin Municipality
      • Tianjin, Tianjin Municipality, Čína, 300192
        • 16 channel fNIRS

Kritéria účasti

Výzkumníci hledají lidi, kteří odpovídají určitému popisu, kterému se říká kritéria způsobilosti. Některé příklady těchto kritérií jsou celkový zdravotní stav osoby nebo předchozí léčba.

Kritéria způsobilosti

Kritéria způsobilosti

Klíčové požadavky, které musí lidé, kteří se chtějí zúčastnit klinické studie, splňovat nebo vlastnosti, které musí mít. Kritéria způsobilosti se skládají jak z kritérií pro zařazení (která jsou vyžadována pro účast osoby ve studii), tak z kritérií vyloučení (která brání osobě v účasti). Typy kritérií způsobilosti zahrnují, zda studie přijímá zdravé dobrovolníky, má požadavky na věk nebo věkovou skupinu nebo je omezena pohlavím.

Věk způsobilý ke studiu

  • Dospělý

Přijímá zdravé dobrovolníky

Ano

Metoda odběru vzorků

Vzorek nepravděpodobnosti

Studijní populace

47 right-handed volunteers (23 males and 24 females) were recruited. Their ages ranged from 18 to 23 years, with an average age of 22.1 years for males and 21.5 years for females. The participants were young adults, as the study aimed to investigate the effects of LFO on cognitive activation, which involved a relatively challenging 3-back working memory task. All participants had normal or corrected-to-normal vision. Female participants were excluded if they were within their menstrual cycle, as hormonal fluctuations during this period may affect certain prefrontal cortical functions. None of the participants had a history of neurological or psychiatric disorders, nor were they taking any psychotropic medications. Participants abstained from alcohol, caffeine, and nicotine for at least 24 hours prior to the experiment.

Popis

Inclusion Criteria:

  • Aged 18 to 23 years
  • Right-hand
  • Normal or corrected-to-normal vision
  • Willing to abstain from alcohol, caffeine, and nicotine for at least 24 hours prior to the experiment
  • Able to understand the study procedures and provide written informed consent

Exclusion Criteria:

  • History of neurological or psychiatric disorders (e.g., epilepsy, severe insomnia, or anxiety)
  • History of arrhythmia or other severe cardiovascular conditions
  • Current or long-term use of psychotropic medications or other medications affecting the nervous system
  • Contraindications for wearing skin-mounted optical devices
  • Female participants currently in their menstrual cycle (due to potential hormonal effects on prefrontal cortical functions)
  • Inability to follow experimental instructions or complete the testing tasks

Studijní plán

Tato část poskytuje podrobnosti o studijním plánu, včetně toho, jak je studie navržena a co studie měří.

Jak je studie koncipována?

Detaily designu

Kohorty a intervence

Skupina / kohorta

Skupina / kohorta

Skupina nebo podskupina účastníků pozorovací studie, která je hodnocena z hlediska biomedicínských nebo zdravotních výsledků.
Intervence / Léčba

Intervence / Léčba

Proces nebo akce, na které se klinická studie zaměřuje. Intervence zahrnují léky, zdravotnická zařízení, postupy, vakcíny a další produkty, které jsou buď zkoušené nebo již dostupné. Intervence mohou také zahrnovat neinvazivní přístupy, jako je edukace nebo úprava stravy a cvičení.
No category
Přístroj: N-back Visual working memory task
The investigators employed the N-back visual working memory task, a continuous letter task with varying working memory load demands. The task consisted of four fixation blocks and three task blocks, lasting a total of 377 seconds. Each fixation block lasted 20 seconds, during which participants were instructed to fixate their gaze on a central point. The working memory load gradually increased from 1-back to 3-back across the task blocks. Participants were required to determine whether the current letter matched the previous letter (1-back), the letter two positions back (2-back), or the letter three positions back (3-back) in terms of features, responding with one button for "yes" and another for "no."

Co je měření studie?

Primární výstupní opatření

Primární výstupní opatření

V protokolu klinické studie je plánovaná výsledná míra, která je nejdůležitější pro hodnocení účinku intervence/léčby. Většina klinických studií má jedno primární měřítko výsledku, ale některé mají více než jedno.
Měření výsledku
Popis opatření
Časové okno
Peak Amplitude of Low-Frequency Oscillations (LFO) Measured by functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS)
Časové okno: Day1, The assessment time point was after the n-back task, with spectral analysis performed on low-frequency oscillation data collected during the 377-second n-back experiment.
  1. The peak amplitude of LFO (0.05-0.15 Hz) will be extracted from the power spectral density (PSD) of the relative changes in oxygenated and deoxygenated hemoglobin concentrations in the prefrontal cortex. This is measured using a 16-channel portable continuous-wave fNIRS system during different cognitive load tasks (1-back, 2-back, and 3-back).
  2. Measurement Tool: 16-channel continuous-wave fNIRS system.
  3. Unit of Measure: Perived from relative hemoglobin concentration changes and after log-transformed-power spectral density (PSD) in certain frequency :lg(μM^2/Hz).
Day1, The assessment time point was after the n-back task, with spectral analysis performed on low-frequency oscillation data collected during the 377-second n-back experiment.
Peak frequency of Low-Frequency Oscillations (LFO) Measured by fNIRS
Časové okno: Day1, The assessment time point was after the n-back task, with spectral analysis performed on low-frequency oscillation data collected during the 377-second n-back experiment.
  1. The frequency at which the maximum power occurs within the low-frequency band (0.05-0.15 Hz) derived from the PSD of prefrontal cortex hemoglobin concentration changes. This assesses the shift in vascular oscillation frequency under varying cognitive loads (1-back, 2-back, 3-back).
  2. Measurement Tool: 16-channel continuous-wave fNIRS system.
  3. Unit of Measure: Hertz (Hz).
Day1, The assessment time point was after the n-back task, with spectral analysis performed on low-frequency oscillation data collected during the 377-second n-back experiment.
Power of Low-Frequency Oscillations (LFO) Measured by fNIRS
Časové okno: Day1, The assessment time point was after the n-back task, with spectral analysis performed on low-frequency oscillation data collected during the 377-second n-back experiment.
  1. The total signal power within the low-frequency band (0.05-0.15 Hz) calculated from the PSD of hemoglobin concentration changes during the working memory tasks. The power spectral data undergoes a logarithmic transformation prior to statistical analysis to ensure normal distribution.
  2. Measurement Tool: 16-channel continuous-wave fNIRS system.
  3. Unit of Measure: derived from relative hemoglobin concentration changes after log-transformed: lg(μM^2)
Day1, The assessment time point was after the n-back task, with spectral analysis performed on low-frequency oscillation data collected during the 377-second n-back experiment.

Sekundární výstupní opatření

Sekundární výstupní opatření

V protokolu klinické studie jde o plánované měřítko výsledku, které není tak důležité jako primární měřítko výsledku pro hodnocení účinku intervence, ale je stále zajímavé. Většina klinických studií má více než jedno sekundární měřítko výsledku.
Měření výsledku
Popis opatření
Časové okno
Reaction Time Assessed by N-back Behavioral Task System
Časové okno: Day1, The assessment time point was after the n-back task, analyzing behavioral reaction times during the 377-second n-back experiment.
  1. The average time participants take to make a judgment (via button press) on whether the currently displayed letter matches the target letter during the 1-back, 2-back, and 3-back working memory task blocks.
  2. Measurement Tool: Computerized N-back visual working memory task software.
Day1, The assessment time point was after the n-back task, analyzing behavioral reaction times during the 377-second n-back experiment.
Accuracy Rate Assessed by N-back Behavioral Task System
Časové okno: Day 1, the assessment time point was after the n-back task, analyzing behavioral accuracy rate during the 377-second n-back experiment.
  1. The percentage of correct button press responses made by the participant across the 30 randomly presented letters within each N-back task block (1-back, 2-back, 3-back).
  2. Measurement Tool: Computerized N-back visual working memory task software.
  3. Unit of Measure: Percentage (%).
Day 1, the assessment time point was after the n-back task, analyzing behavioral accuracy rate during the 377-second n-back experiment.
Correlation Between LFO Parameters and Task Behavioral Performance
Časové okno: Day 1, the assessment time point was after the n-back task, analyzing behavioral correlation between low frequency oscillation parameters and task behavioral performance during the 377-second n-back experiment.
  1. The statistical correlation evaluating the relationship between the fNIRS-derived LFO parameters (peak amplitude, peak frequency, log-transformed power) and the behavioral performance metrics (reaction time and accuracy) across different cognitive loads. This directly evaluates the feasibility of using LFO as a quantitative indicator of cognitive load.
  2. Measurement Tool: Statistical correlation analysis (e.g., Pearson or Spearman correlation coefficient).
  3. Unit of Measure: Correlation coefficient (r-value)
Day 1, the assessment time point was after the n-back task, analyzing behavioral correlation between low frequency oscillation parameters and task behavioral performance during the 377-second n-back experiment.

Spolupracovníci a vyšetřovatelé

Zde najdete lidi a organizace zapojené do této studie.

Sponzor

Sponzor

Organizace nebo osoba, která iniciuje studii a která má autoritu a kontrolu nad studií.
Peking Union Medical College

Publikace a užitečné odkazy

Osoba odpovědná za zadávání informací o studiu tyto publikace poskytuje dobrovolně. Mohou se týkat čehokoli, co souvisí se studiem.

Obecné publikace

  • [1] Biswal B, Zerrin Yetkin F, Haughton V M, et al. Functional connectivity in the motor cortex of resting human brain using echo-planar MRI[J]. Magnetic resonance in medicine, 1995, 34(4): 537-541. [2] Tong Y, Hocke L M, Licata S C, et al. Low-frequency oscillations measured in the periphery with near-infrared spectroscopy are strongly correlated with blood oxygen level-dependent functional magnetic resonance imaging signals[J]. Journal of biomedical optics, 2012, 17(10): 106004-106004. [3] Auer D P. Spontaneous low-frequency blood oxygenation level-dependent fluctuations and functional connectivity analysis of the 'resting'brain[J]. Magnetic resonance imaging, 2008, 26(7): 1055-1064. [4] Morita Y, Hardebo J E, Bouskela E. Influence of cerebrovascular sympathetic, parasympathetic, and sensory nerves on autoregulation and spontaneous vasomotion[J]. Acta physiologica scandinavica, 1995, 154(2): 121-130 [5] Vern B A, Schuette W H, Leheta B, et al. Low-frequency oscillations of cortical oxidative metabolism in waking and sleep[J]. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism, 1988, 8(2): 215-226. [6] Lin PY, Roche-Labarbe N, Dehaes M, Carp S, Fenoglio A, Barbieri B, Hagan K, Grant PE, Franceschini MA. Non-invasive optical measurement of cerebral metabolism and hemodynamics in infants. J Vis Exp. 2013 Mar 14;(73):e4379. [7] Diehl R R, Linden D, Lücke D, et al. Spontaneous blood pressure oscillations and cerebral autoregulation[J]. Clinical Autonomic Research, 1998, 8(1): 7-12. [8] Katura T, Tanaka N, Obata A, et al. Quantitative evaluation of interrelations between spontaneous low-frequency oscillations in cerebral hemodynamics and systemic cardiovascular dynamics[J]. Neuroimage, 2006, 31(4): 1592-1600. [9] Cui X, Bray S, Bryant DM, Glover GH, Reiss AL. A quantitative comparison of NIRS and fMRI across multiple cognitive tasks. Neuroimage. 2011 Feb 14;54(4):2808-21. [10] Biswal B B, Kylen J V, Hyde J S. Simultaneous assessment of flow and BOLD signals in resting-state fu

Termíny studijních záznamů

Tato data sledují průběh záznamů studie a předkládání souhrnných výsledků na ClinicalTrials.gov. Záznamy ze studií a hlášené výsledky jsou před zveřejněním na veřejné webové stránce přezkoumány Národní lékařskou knihovnou (NLM), aby se ujistily, že splňují specifické standardy kontroly kvality.

Hlavní termíny studia

Začátek studia (Aktuální)

Začátek studia

Skutečné datum, kdy byl první účastník zařazen do klinické studie. „Očekávané“ datum zahájení studie je datum, o kterém si vědci myslí, že bude datem zahájení studie.
1. června 2025

Primární dokončení (Aktuální)

Primární dokončení

Datum, kdy byl poslední účastník klinické studie vyšetřen nebo obdržel intervenci ke sběru konečných dat pro primární měření výsledku. Zda byla klinická studie ukončena podle protokolu nebo byla ukončena, toto datum neovlivňuje. U klinických studií s více než jedním primárním výstupním měřením s různými daty dokončení se tento termín vztahuje k datu, kdy je dokončen sběr dat pro všechna primární výsledná měření. „Očekávané“ datum primárního dokončení je datum, o kterém si vědci myslí, že bude primárním datem dokončení studie.
1. července 2025

Dokončení studie (Aktuální)

Dokončení studie

Datum, kdy byl poslední účastník klinické studie vyšetřen nebo dostal intervenci/léčbu za účelem shromáždění konečných dat pro měření primárního výsledku, sekundárního měření výsledku a nežádoucí příhody (tj. poslední návštěva posledního účastníka). „Očekávané“ datum dokončení studie je datum, o kterém si vědci myslí, že bude datem dokončení studie.
1. října 2025

Termíny zápisu do studia

První předloženo

První předloženo

Datum, kdy zadavatel studie nebo zkoušející poprvé předložil záznam studie na ClinicalTrials.gov. Mezi prvním odeslaným datem a dostupností záznamu na ClinicalTrials.gov (první zveřejněné datum) je obvykle několik dní.
24. června 2026

První předloženo, které splnilo kritéria kontroly kvality

První předloženo, které splnilo kritéria kontroly kvality

Datum, kdy zadavatel studie nebo zkoušející poprvé předloží záznam studie, který je v souladu s kritérii kontroly kvality (QC) Národní lékařské knihovny (NLM). Sponzor nebo zkoušející může potřebovat revidovat a předložit záznam studie jednou nebo vícekrát, než budou splněna kritéria kontroly kontroly kvality NLM. Je odpovědností sponzora nebo zkoušejícího zajistit, aby byl záznam studie v souladu s kritérii kontroly kontroly kvality NLM.
6. srpna 2026

První zveřejněno (Aktuální)

První zveřejněno

Datum, kdy byl záznam studie poprvé k dispozici na webu ClinicalTrials.gov poté, co byla dokončena kontrola kontroly kvality (QC) National Library of Medicine (NLM). Mezi datem, kdy zadavatel studie nebo zkoušející předložil záznam studie, a prvním zveřejněným datem je typicky několik dní zpoždění.
12. srpna 2026

Aktualizace studijních záznamů

Poslední zveřejněná aktualizace (Aktuální)

Poslední zveřejněná aktualizace

Nejnovější datum, kdy byly změny záznamu studie zpřístupněny na ClinicalTrials.gov. Mezi okamžikem, kdy byly změny odeslány na ClinicalTrials.gov sponzorem nebo zkoušejícím studie (datum poslední předložení aktualizace), a datem zveřejnění poslední aktualizace může nastat zpoždění.
12. srpna 2026

Odeslaná poslední aktualizace, která splnila kritéria kontroly kvality

Odeslaná poslední aktualizace, která splnila kritéria kontroly kvality

Nejnovější datum, kdy zadavatel studie nebo zkoušející předložil změny záznamu studie, které jsou v souladu s kritérii kontroly kvality (QC) National Library of Medicine (NLM). Je odpovědností sponzora nebo zkoušejícího zajistit, aby byl záznam studie v souladu s kritérii kontroly kontroly kvality NLM.
6. srpna 2026

Naposledy ověřeno

Naposledy ověřeno

Nejnovější datum, kdy zadavatel studie nebo zkoušející potvrdil informace o klinické studii na webu ClinicalTrials.gov jako přesné a aktuální. Pokud jde o studii s náborovým statusem náboru; ještě nenabírá nábor; nebo aktivní, nebyl nábor potvrzen během posledních 2 let, status náboru studie je uveden jako neznámý.
1. srpna 2026

Více informací

Termíny související s touto studií

Klíčová slova

Další identifikační čísla studie

Další identifikační čísla studie

Identifikátory nebo ID čísla jiná než číslo NCT, které klinické studii přiděluje zadavatel studie, financující subjekty nebo jiní. Tato čísla mohou zahrnovat jedinečné identifikátory z jiných registrů studií a čísla grantů National Institutes of Health.
  • 2025(I)-203-01

Plán pro data jednotlivých účastníků (IPD)

Plánujete sdílet data jednotlivých účastníků (IPD)?

NE

Popis plánu IPD

Protection of personal information and privacy of participants

Informace o lécích a zařízeních, studijní dokumenty

Studuje lékový produkt regulovaný americkým FDA

Ne

Studuje produkt zařízení regulovaný americkým úřadem FDA

Ne

Tyto informace byly beze změn načteny přímo z webu clinicaltrials.gov. Máte-li jakékoli požadavky na změnu, odstranění nebo aktualizaci podrobností studie, kontaktujte prosím register@clinicaltrials.gov. Jakmile bude změna implementována na clinicaltrials.gov, bude automaticky aktualizována i na našem webu .

Nastavení souborů cookie

Používáme cookies, abychom zajistili, že vám poskytneme nejlepší zážitek z našich webových stránek. Pro více informací si pečlivě přečtěte naše Zásady ochrany osobních údajů a cookies. ...>>>Svou preference můžete kdykoli změnit nebo svůj souhlas odvolat odstraněním cookies z vašeho webu nebo počítače, jak je popsáno v zásadách. Přijměte to a vyberte své předvolby zaškrtnutím příslušných polí v části „Správa nastavení“ níže. Než budete pokračovat v používání jakékoli části tohoto webu, pozorně si prosím přečtěte naše Podmínky služby.
«Spravovat nastavení