Ta strona została przetłumaczona automatycznie i dokładność tłumaczenia nie jest gwarantowana. Proszę odnieść się do angielska wersja za tekst źródłowy.

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

6 sierpnia 2026 zaktualizowane przez: 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.

Przegląd badań

Status

Status

Wskazuje aktualny stan rekrutacji lub stan rozszerzonego dostępu.
Zakończony

Warunki

Warunki

Badana choroba, zaburzenie, zespół, choroba lub uraz. Na stronie ClinicalTrials.gov warunki mogą również obejmować inne kwestie związane ze zdrowiem, takie jak długość życia, jakość życia i zagrożenia dla zdrowia.

Interwencja / Leczenie

Interwencja / Leczenie

Proces lub działanie będące przedmiotem badania klinicznego. Interwencje obejmują leki, urządzenia medyczne, procedury, szczepionki i inne produkty, które są w fazie badań lub są już dostępne. Interwencje mogą również obejmować podejścia nieinwazyjne, takie jak edukacja lub modyfikacja diety i ćwiczeń.

Typ studiów

Typ studiów

Opisuje charakter badania klinicznego. Rodzaje badań obejmują badania interwencyjne (zwane także badaniami klinicznymi), badania obserwacyjne (w tym rejestry pacjentów) i rozszerzony dostęp.
Obserwacyjny

Zapisy (Rzeczywisty)

Zapisy

Liczba uczestników badania klinicznego. „Przewidywana” rekrutacja to docelowa liczba uczestników, których naukowcy potrzebują do badania.
47

Kontakty i lokalizacje

Ta sekcja zawiera dane kontaktowe osób prowadzących badanie oraz informacje o tym, gdzie badanie jest przeprowadzane.

Lokalizacje studiów

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

Kryteria uczestnictwa

Badacze szukają osób, które pasują do określonego opisu, zwanego kryteriami kwalifikacyjnymi. Niektóre przykłady tych kryteriów to ogólny stan zdrowia danej osoby lub wcześniejsze leczenie.

Kryteria kwalifikacji

Kryteria kwalifikacji

Kluczowe wymagania, które muszą spełniać osoby chcące wziąć udział w badaniu klinicznym lub cechy, które muszą posiadać. Kryteria kwalifikowalności obejmują zarówno kryteria włączenia (które są wymagane, aby dana osoba mogła uczestniczyć w badaniu), jak i kryteria wykluczenia (które uniemożliwiają osobie udział). Rodzaje kryteriów kwalifikowalności obejmują to, czy badanie akceptuje zdrowych ochotników, ma wymagania dotyczące wieku lub grupy wiekowej lub jest ograniczone ze względu na płeć.

Wiek uprawniający do nauki

  • Dorosły

Akceptuje zdrowych ochotników

Tak

Metoda próbkowania

Próbka bez prawdopodobieństwa

Badana populacja

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.

Opis

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

Plan studiów

Ta sekcja zawiera szczegółowe informacje na temat planu badania, w tym sposób zaprojektowania badania i jego pomiary.

Jak projektuje się badanie?

Szczegóły projektu

Kohorty i interwencje

Grupa / Kohorta

Grupa / Kohorta

Grupa lub podgrupa uczestników badania obserwacyjnego ocenianego pod kątem wyników biomedycznych lub zdrowotnych.
Interwencja / Leczenie

Interwencja / Leczenie

Proces lub działanie będące przedmiotem badania klinicznego. Interwencje obejmują leki, urządzenia medyczne, procedury, szczepionki i inne produkty, które są w fazie badań lub są już dostępne. Interwencje mogą również obejmować podejścia nieinwazyjne, takie jak edukacja lub modyfikacja diety i ćwiczeń.
No category
Urządzenie: 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 mierzy badanie?

Podstawowe miary wyniku

Podstawowe miary wyniku

W protokole badania klinicznego planowana miara wyniku, która jest najważniejsza dla oceny efektu interwencji/leczenia. Większość badań klinicznych ma jedną główną miarę wyniku, ale niektóre mają więcej niż jedną.
Miara wyniku
Opis środka
Ramy czasowe
Peak Amplitude of Low-Frequency Oscillations (LFO) Measured by functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS)
Ramy czasowe: 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
Ramy czasowe: 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
Ramy czasowe: 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.

Miary wyników drugorzędnych

Miary wyników drugorzędnych

W protokole badania klinicznego planowana miara wyniku, która nie jest tak ważna jak główna miara wyniku w ocenie efektu interwencji, ale nadal jest interesująca. Większość badań klinicznych ma więcej niż jedną drugorzędową miarę wyniku.
Miara wyniku
Opis środka
Ramy czasowe
Reaction Time Assessed by N-back Behavioral Task System
Ramy czasowe: 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
Ramy czasowe: 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
Ramy czasowe: 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.

Współpracownicy i badacze

Tutaj znajdziesz osoby i organizacje zaangażowane w to badanie.

Sponsor

Sponsor

Organizacja lub osoba, która inicjuje badanie i która ma władzę i kontrolę nad badaniem.
Peking Union Medical College

Publikacje i pomocne linki

Osoba odpowiedzialna za wprowadzenie informacji o badaniu dobrowolnie udostępnia te publikacje. Mogą one dotyczyć wszystkiego, co jest związane z badaniem.

Publikacje ogólne

  • [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

Daty zapisu na studia

Daty te śledzą postęp w przesyłaniu rekordów badań i podsumowań wyników do ClinicalTrials.gov. Zapisy badań i zgłoszone wyniki są przeglądane przez National Library of Medicine (NLM), aby upewnić się, że spełniają określone standardy kontroli jakości, zanim zostaną opublikowane na publicznej stronie internetowej.

Główne daty studiów

Rozpoczęcie studiów (Rzeczywisty)

Rozpoczęcie studiów

Rzeczywista data włączenia pierwszego uczestnika do badania klinicznego. „Przewidywana” data rozpoczęcia badania to data, którą naukowcy uważają za datę rozpoczęcia badania.
1 czerwca 2025

Zakończenie podstawowe (Rzeczywisty)

Zakończenie podstawowe

Data, w której ostatni uczestnik badania klinicznego został przebadany lub otrzymał interwencję w celu zebrania ostatecznych danych dla głównego pomiaru wyniku. To, czy badanie kliniczne zakończyło się zgodnie z protokołem, czy też zostało zakończone, nie ma wpływu na tę datę. W przypadku badań klinicznych z więcej niż jedną miarą wyniku pierwotnego i różnymi datami zakończenia termin ten odnosi się do daty zakończenia gromadzenia danych dla wszystkich miar wyniku pierwotnego. „Przewidywana” data ukończenia podstawowego badania to data, którą naukowcy uważają za pierwotną datę zakończenia badania.
1 lipca 2025

Ukończenie studiów (Rzeczywisty)

Ukończenie studiów

Data, w której ostatni uczestnik badania klinicznego został przebadany lub otrzymał interwencję/leczenie w celu zebrania ostatecznych danych dotyczących głównych miar wyników, drugorzędowych miar wyników i zdarzeń niepożądanych (tj. ostatnia wizyta ostatniego uczestnika). „Przewidywana” data zakończenia badania to data, którą naukowcy uważają za datę zakończenia badania.
1 października 2025

Daty rejestracji na studia

Pierwszy przesłany

Pierwszy przesłany

Data, w której sponsor badania lub badacz po raz pierwszy przesłał dokumentację badania do ClinicalTrials.gov. Zwykle występuje kilkudniowe opóźnienie między pierwszą przesłaną datą a udostępnieniem rekordu na ClinicalTrials.gov (pierwsza data opublikowania).
24 czerwca 2026

Pierwszy przesłany, który spełnia kryteria kontroli jakości

Pierwszy przesłany, który spełnia kryteria kontroli jakości

Data, w której sponsor badania lub badacz po raz pierwszy przesłał zapis badania zgodny z kryteriami przeglądu kontroli jakości (QC) National Library of Medicine (NLM). Sponsor lub badacz może być zmuszony do zmiany i przedłożenia dokumentacji badania raz lub kilka razy, zanim zostaną spełnione kryteria przeglądu kontroli jakości NLM. Obowiązkiem sponsora lub badacza jest upewnienie się, że zapis badania jest zgodny z kryteriami przeglądu NLM QC.
6 sierpnia 2026

Pierwszy wysłany (Rzeczywisty)

Pierwszy wysłany

Data pierwszego udostępnienia zapisu badania na stronie ClinicalTrials.gov po zakończeniu przeglądu kontroli jakości (QC) National Library of Medicine (NLM). Zwykle występuje kilkudniowe opóźnienie między datą przesłania dokumentacji badania przez sponsora badania lub badacza a datą pierwszego zaksięgowania.
12 sierpnia 2026

Aktualizacje rekordów badań

Ostatnia wysłana aktualizacja (Rzeczywisty)

Ostatnia wysłana aktualizacja

Najnowsza data udostępnienia zmian w rekordzie badania na stronie ClinicalTrials.gov. Może wystąpić opóźnienie między momentem przesłania zmian do ClinicalTrials.gov przez sponsora badania lub badacza (data ostatniego przesłania aktualizacji) a datą ostatniego opublikowania aktualizacji.
12 sierpnia 2026

Ostatnia przesłana aktualizacja, która spełniała kryteria kontroli jakości

Ostatnia przesłana aktualizacja, która spełniała kryteria kontroli jakości

Najnowsza data, w której sponsor badania lub badacz przesłał zmiany w rekordzie badania, które są zgodne z kryteriami przeglądu kontroli jakości (QC) National Library of Medicine (NLM). Obowiązkiem sponsora lub badacza jest upewnienie się, że zapis badania jest zgodny z kryteriami przeglądu NLM QC.
6 sierpnia 2026

Ostatnia weryfikacja

Ostatnia weryfikacja

Najnowsza data, w której sponsor badania lub badacz potwierdził, że informacje o badaniu klinicznym na stronie ClinicalTrials.gov są dokładne i aktualne. Jeśli badanie ze statusem rekrutacji to rekrutacja; jeszcze nie rekrutacja; lub aktywny, brak rekrutacji nie został potwierdzony w ciągu ostatnich 2 lat, status rekrutacji do badania jest pokazany jako nieznany.
1 sierpnia 2026

Więcej informacji

Terminy związane z tym badaniem

Słowa kluczowe

Inne numery identyfikacyjne badania

Inne numery identyfikacyjne badania

Identyfikatory lub numery identyfikacyjne inne niż numer NCT, które są przypisane do badania klinicznego przez sponsora badania, podmioty finansujące lub inne osoby. Numery te mogą zawierać unikalne identyfikatory z innych rejestrów badań i numery grantów National Institutes of Health.
  • 2025(I)-203-01

Plan dla danych uczestnika indywidualnego (IPD)

Planujesz udostępniać dane poszczególnych uczestników (IPD)?

NIE

Opis planu IPD

Protection of personal information and privacy of participants

Informacje o lekach i urządzeniach, dokumenty badawcze

Bada produkt leczniczy regulowany przez amerykańską FDA

Nie

Bada produkt urządzenia regulowany przez amerykańską FDA

Nie

Te informacje zostały pobrane bezpośrednio ze strony internetowej clinicaltrials.gov bez żadnych zmian. Jeśli chcesz zmienić, usunąć lub zaktualizować dane swojego badania, skontaktuj się z register@clinicaltrials.gov. Gdy tylko zmiana zostanie wprowadzona na stronie clinicaltrials.gov, zostanie ona automatycznie zaktualizowana również na naszej stronie internetowej .

Ustawienia plików cookie

Używamy plików cookie, aby zapewnić najlepszą jakość korzystania z naszej witryny. Aby uzyskać więcej informacji, przeczytaj uważnie naszą Politykę prywatności i pliki cookie. ...>>>Możesz zmienić swoje preferencje lub wycofać zgodę w dowolnym momencie, usuwając pliki cookie ze swojej strony internetowej lub komputera, zgodnie z opisem w polityce. Zaakceptuj go i wybierz swoje preferencje, zaznaczając odpowiednie pola w sekcji „Zarządzaj ustawieniami” poniżej. Przeczytaj uważnie nasze Warunki korzystania z usług, zanim zaczniesz korzystać z jakiejkolwiek części tej witryny.
«Zarządzaj ustawieniami