01 研究背景
虛擬現實(VR)神經心理測試已經成為一種探索藥物對注意缺陷多動障礙(ADHD)兒童在現實生活中有效性的一種方法。功能近紅外光譜(fNIRS)可以有效的測量多動癥兒童在虛擬現實任務中的運動型不安的大腦活動性。本研究旨在探討哌醋甲酯(MPH)在模擬現實生活的工作記憶任務中對行為表現和大腦活動的影響。

02 研究方法
2.1 被試
共有23名患有ADHD的兒童（年齡范圍7-16歲；平均年齡9.96±2.82）和12名健康對照(HC)兒童（年齡范圍7-14歲；平均年齡11.33±2.93）參與本研究。

2.2 實驗流程
被試主要為兩組，一組是ADHD兒童，一組是正常兒童。所有被試的實驗流程如圖1A所示，首先被試先進行練習，接著做N-back任務，之后服用藥物，在兩個小時后再進行N-back任務。

圖1.實驗設計與虛擬現實環境。(A)MPH前后任務流程示意圖。
(B)介紹n-back任務時虛擬教室的截圖。(C)具有曲面屏幕的虛擬現實影院

2.3 實驗材料
VR環境：VR任務的背景是一個虛擬教室，參與者一開始發現自己在教室里，參與者面對著老師，其他的化身同學坐在附近(圖1B)。首先出現“請在上課前四處看看”的信息，接著一個教師角色進入并告知參與者N-back任務的規則。參與者首先執行一項叫做“游戲教程”的練習任務，每種情況包含10個刺激。如果參與者犯的錯誤比設定的標準更多，則重復練習。在實際任務之前，老師簡要地解釋了fNIRS設備，并鼓勵參與者盡可能保持靜止。在收到指示后，參與者被引導佩戴fNIRS裝備，然后進行主要任務。

n-back任務：每次n-back任務包括3組。每組包含交替的1-back（低空間記憶負載）和2-back（高空間記憶負載），以及介于0-back（控制）之間的條件（每組任務持續40秒；20次刺激，隨機顯示大寫字母A-G）。每個刺激呈現500ms，刺激間隔為1.5s。

 2.4 FNIRS 測量及分析
本實驗使用了多通道高密度fNIRS儀器(NIRSIT；OBELAB，首爾，韓國)，它包括24個激光二極管發射兩個波長(780/850nm)和32個距離1.5厘米的光電探測器。采樣率為8.138Hz。48個通道的對齊情況如圖2所示。根據國際10-20系統對腦電圖電極位置的相關標準位置，將fNIRS裝置放置在頭部。信噪比的閾值為30dB，通過檢測到的光信號的帶通濾波器(0.005-0.1Hz)進行濾波，消除了生理噪聲和環境噪聲的緩慢漂移。

利用改進的modified Beer Lambert Law定律(MBLL)將原始光強度轉化為含氧血紅蛋白∆HbO2)的濃度變化。在多次試驗平均后，計算每個通道的平均oxy-Hb濃度變化(avg∆HbO2)。最后，選定特定的區域(ROI)對分類通道進行平均，提取avg∆HbO2的區域代表值。48個通道分別分為左右背外側前額葉皮層(DLPFC)、腹外側前額葉皮層(VLPFC)、內側前額葉皮層(mPFC)和眶額葉皮層(OFC)。本實驗使用了多通道高密度fNIRS儀器(NIRSIT；OBELAB，首爾，韓國)，它包括24個激光二極管發射兩個波長(780/850nm)和32個距離1.5厘米的光電探測器。采樣率為8.138Hz。48個通道的對齊情況如圖2所示。根據國際10-20系統對腦電圖電極位置的相關標準位置，將fNIRS裝置放置在頭部。信噪比的閾值為30dB，通過檢測到的光信號的帶通濾波器(0.005-0.1Hz)進行濾波，消除了生理噪聲和環境噪聲的緩慢漂移。

利用改進的modified Beer Lambert Law定律(MBLL)將原始光強度轉化為含氧血紅蛋白∆HbO2)的濃度變化。在多次試驗平均后，計算每個通道的平均oxy-Hb濃度變化(avg∆HbO2)。最后，選定特定的區域(ROI)對分類通道進行平均，提取avg∆HbO2的區域代表值。48個通道分別分為左右背外側前額葉皮層(DLPFC)、腹外側前額葉皮層(VLPFC)、內側前額葉皮層(mPFC)和眶額葉皮層(OFC)。

03 實驗結果
3.1 行為結果
表1顯示了HC和ADHD參與者在每個n-back任務中的平均準確率和RTs。對ADHD被試的數據進行分析發現1-back中與使用MPH前相比，使用后被試的RT和 RT variability降低，準確性提高。ADHD組和HC組之間的行為表現沒有顯著差異。沒有發現ADHD兒童與健康被試行為表現無顯著差異。
 

3.2 FNIRS 結果
（1）如 圖3B和C所示，對被試使用MPH前和后進行1-back測試，在任何區域都沒有觀察到顯著的差異性。

（2）如圖3B所示，比較ADHD和HC組發現，MPH前和MpH后ADHD受試者在右側DLPFC中avg∆HbO2信號顯著減少(pre-MPH vs HC，t=−2.443，p<0.05；post- MPH vs HC，t=−2.233，p<0.05；

（3）如圖3所示，在2-back條件，受試者的Avg1HbO2 pre-MPH顯著高于post-MPH在左側DLPFC和雙側(左側DLPFC, t = 2.838, p < 0.05, uncorrected; 左側mPFC, t =2.334, p < 0.05, uncorrected; 右側 mPFC, t = 2.496, p <0.05）。

（4）HC組與mph前和后ADHD受試者比較沒有觀察到顯著差異。在2-back任務中，ADHD受試者使用MPH后幾個大腦區域的激活下降。

3.3 行為表現與FNIRS結果之間的相關性
04 結論
在高負荷WM任務中，MPH治療后，雙側mPFC的激活降低。此外，在MPH前條件下，雙側mPFC激活與任務準確性呈負相關；給藥后，這種相關性消失。這些發現表明，在ADHD兒童中，在高負荷WM任務中介導的不適當的過度神游可能在使用MPH后消失。綜上所述，這些結果表明，VR任務和fNIRS檢查的結合是一種技術，能夠在現實生活中檢查ADHD兒童和青少年的干預效果。

05 參考文獻及DOI號
Jang, S., Choi, J., Oh, J., Yeom, J., Hong, N., Lee, N., . . . Kim, E. (2020). Use of Virtual Reality Working Memory Task and Functional Near-Infrared Spectroscopy to Assess Brain Hemodynamic Responses to Methylphenidate in ADHD Children. Front Psychiatry, 11, 564618.
doi：10.3389/fpsyt.2020.564618