NIRSの信号処理について考えてみる〜①NIRSのおさらい〜
NIRS とは
NIRS: Near-Infrared Spectroscopy とは，近赤外光を使って脳皮質上の血流変動を計測するものであり，日本語では近赤外線分光法などと呼ばれる。特に脳機能イメージング装置として使用される際は，fNIRS: functional Near-Infrared Spectroscopy と呼ばれることもある。
脳機能イメージング装置には fNIRS 以外にも PET: Positron Emission Tomography や fMRI: functional Magnetic Resonance Imaging などがあるが，これらと比較すると NIRS は「非侵襲的」「（比較的）安い」「誰でも扱うことができる」という点で優れている。NIRS の原理や他のイメージング技法との比較，それぞれ装置の特徴などその他の詳細ついては宮内先生の論文 [1] を参照されたい。
oxy-Hb と deoxy-Hb
NIRS を使うと，以下の3つの濃度長変化量（ベースラインからの相対値）を得ることができる。
酸素化ヘモグロビン（oxy-Hb）
脱酸素化ヘモグロビン（還元ヘモグロビン） （deoxy-Hb）
総ヘモグロビン （total Hb）
この内，oxy-Hb が脳活動を最もよく反映していると考えられているため [2, 3]，oxy-Hb が脳活動の指標として扱われることが多い。ただし，NIRS の近赤外光は脳組織以外にも皮膚や頭蓋骨なども経由するため，得られるデータには純粋な脳の反応以外にも被計測者の呼吸や心拍などの生理活動に由来するノイズや計測機器自体のノイズなども含まれていることには注意しなければならない（図1）。
例えば，oxy-Hb と deoxy-Hb が波形変化が類似のものである場合は，脳活動以外による血流変動が疑われる（図2）。
一方で，oxy-Hb が増加した際に deoxy-Hb が減少するような，二者の波形変化が対称的である場合は，脳活動による血流変動を示していると考えられる（図3）。
すなわち，oxy-Hb を脳活動の指標とした場合でも，解析の際には deoxy-Hb の変動にも注意する必要があると考えられる。
ただし，例えば「得られた波形には脳のわずかな反応が含まれるが，ノイズ由来の血流変動も大きい」という場合は oxy-Hb と deoxy-Hb の波形変化が類似のものとなり得るため，oxy-Hb と deoxy-Hb が類似の変化をしたとしても脳活動が反映されていないとは言い切れないということには注意されたい。
引用・参考文献
[1] Miyauchi, S. (2013). Non-invasive study of human brain function and psychophisiology (2nd Edition). Japanese Psychological Review, 56(3), 414–454. https://doi.org/10.24602/sjpr.56.3_414
[2] Hoshi, Y. (2003). Functional near-infrared optical imaging: Utility and limitations in human brain mapping. Psychophysiology, 40(4), 511–520. https://doi.org/10.1111/1469-8986.00053
[3] Strangman, G., Culver, J. P., Thompson, J. H., & Boas, D. A. (2002). A quantitative comparison of simultaneous BOLD fMRI and NIRS recordings during functional brain activation. NeuroImage, 17(2), 719–731. https://doi.org/10.1006/nimg.2002.1227