脑成像技术的最新进展有助于对大脑及其功能进行准确、高分辨率的观察。例如，功能性近红外光谱 (fNIRS) 是一种广泛使用的非侵入性成像技术，它利用近红外光（波长 >700 nm）通过血红蛋白的光吸收模式的差异来确定大脑中血红蛋白的相对浓度.

大多数非侵入性脑部扫描系统使用连续波 fNIRS，其中组织被恒定的光子流照射。然而，这些系统无法区分散射光子和吸收光子。该技术的最新进展是时域 (TD)-fNIRS，它使用皮秒光脉冲和快速探测器来估计组织中的光子散射和吸收。然而，这样的系统昂贵且复杂并且具有很大的外形尺寸，限制了它们的广泛采用。

为了克服这些挑战，神经技术公司 Kernel 的研究人员开发了一种基于 TD-fNIRS 技术的可穿戴耳机。这个名为“Kernel Flow”的设备重 2.05 公斤，包含 52 个模块，这些模块排列在四个板中，分别安装在头部的两侧。内核流系统的规格和性能在生物医学光学杂志 (JBO)中有报道。

内核流耳机。图片来源：内核

耳机模块具有两个激光源，可产生宽度小于 150 皮秒的激光脉冲。然后光子从棱镜反射并在将光束引导到头皮的源光管中组合。激光脉冲穿过头皮后，被六个直径为 2 mm 的弹簧加载探测器光管捕获，然后传输到距离激光源 10 mm 的六个六边形排列的探测器。探测器将光子到达时间记录到直方图中，并且能够处理高光子计数率（每秒超过 1 × 10 9计数的那些）。

为了展示其性能，研究人员使用内核流系统记录了执行手指敲击任务的两名参与者的大脑信号。在测试期间，从整个大脑收集了来自 2,000 多个通道的直方图，以测量氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度的变化。

“该系统被发现与传统的 TD-fNIRS 系统相匹配。我们使用我们的小型化设备展示了类似于台式系统的性能，其特点是用于 TD-fNIRS 和人类神经科学结果的标准化组织和光学模型协议，”Kernel 首席技术官兼该研究的通讯作者 Ryan Field 解释说。

虽然结果很有希望，但菲尔德承认需要进行更多测试，因为某些头发和皮肤类型对近红外光的吸收不同。

“我们目前正在使用 Kernel Flow 收集数据，以展示其他人类神经科学应用。我们还在评估系统在不同头发和皮肤类型下的性能，”他说。

Kernel Flow 将大型 TD-fNIRS 系统封装成可穿戴形式，提供下一代无创光学脑成像设备。像 Kernel Flow 这样的系统将使神经成像更容易获得，从而在健康和科学方面带来广泛的好处。例如，FDA 最近批准了一项使用内核流系统测量氯胺酮对大脑的迷幻作用的研究。

德国环境健康研究中心的JBO客座编辑 Dimitris Gorpas 评论说，“这是世界上第一个可穿戴式全头覆盖 TD-fNIRS 系统，它保持或改进了现有台式系统的性能，并有可能实现其使命，就是让神经测量成为主流。我真的很期待大脑尚未揭示的东西。”