在人口老龄化趋势加快的背景下,轻度认知障碍(Mild Cognitive Impairment,MCI)患者逐年增多,这给患者及其家属的生活质量造成了严重影响。现阶段,如何准确、科学、有效的评估MCI依旧是一个挑战。研究发现,高血压、睡眠、疲劳等因素是导致认知功能障碍的风险因素,但是这些因素导致认知功能障碍的机制并不明晰。近红外光谱技术(Near-infrared spectroscopy,NIRS)可以检测大脑皮层组织的血氧含量变化,同时具有非侵入性、便携性、成本低、操作方便等特点。本文采用NIRS的方法构建脑功能连接和效应连接网络评价模型,应用该模型研究了 MCI人群脑功能网络特点,并分析了风险因素(高血压、睡眠和疲劳)对脑功能连接的影响。基于研究结果,进行了认知康复训练系统初步开发。本文首先通过量表测试的方法得到MCI人群的血压指数、睡眠指数、疲劳指数和认知水平指数。利用回归分析的方法确定血压指数、睡眠指数、疲劳指数与认知水平指数的关系。基于NIRS技术建立脑功能连接和效应连接网络评估模型,对MCI人群脑功能网络连接特性进行评估。通过小波相位相干性的方法计算不同脑区之间的相位同步性,描述大脑的功能连接。通过贝叶斯推论的方法计算通道间的耦合强度和耦合方向以此来描述大脑的效应连接。将功能连接和效应连接的指标与认知水平进行相关性分析后发现与健康对照组相比,MCI组的小波相位相干性数值和耦合强度在第Ⅲ和第Ⅳ频率段显著降低。通过皮尔逊相关性分析发现功能连接和效应连接的指标与认知能力有较强的相关性。综上结果所述,基于NIRS技术的脑功能网络连接特性模型可以定量的评估受试者的认知水平。其次,为了分析高血压、睡眠障碍、疲劳与认知水平的关系,本文采用NIRS实验的方法对MCI的3个风险因素进行脑功能网络连接特性分析。(1)高血压风险人群的脑功能特性评价方法。采用14通道的NIRS设备采集高血压组样本和健康对照组样本的左右前额叶、左右感觉运动区和左右枕叶的氧合血红蛋白相对浓度(△[Hb02])信号,经过数据预处理后进行功能连接和效应连接分析。结果发现,相对于健康对照组,高血压组的小波相位同步性在第Ⅲ和第Ⅳ频率段存在显著降低,耦合强度在第Ⅲ和第Ⅳ频率段也显著降低。通过皮尔逊相关性分析发现,高血压组样本的小波相位同步性和耦合强度与认知水平均具有较强的正相关。(2)睡眠障碍风险人群的脑功能特性评价方法。通过NIRS设备分别记录睡眠剥夺和睡眠障碍状态下受试者的脑血氧信号,经过滑动平均、运动漂移去除以及巴特沃斯等方法对NIRS信号进行数据预处理,进而对信号进行功能连接和效应连接分析。结果发现,无论是静息态还是任务态,经过睡眠剥夺,小波相位相干性和耦合强度都出现下降的趋势。NIRS信号在0.01-0.08Hz频率段的生理含义与自发性的神经活动有关系。通过NIRS设备记录睡眠障碍组和健康对照组的脑血氧信号,并对0.01-0.08Hz频率范围内的脑血氧信号进行功能连接和效应连接分析。睡眠障碍实验的研究结果发现,与健康对照组相比,睡眠障碍组样本的小波相位相干性和耦合强度出现下降的趋势。(3)疲劳风险人群的脑功能特性评价方法。在评估慢性疲劳样本(以海员为研究对象)的脑功能网络连接特性时,发现与健康对照组相比,长期的海上作业导致海员组在第Ⅲ,Ⅳ和Ⅴ频率段的小波相位同步性显著减低。在第Ⅲ和第Ⅳ频率段,海员组的耦合强度数值显著低于健康对照组。最后,本文分析MCI人群及其风险状态下的内在脑功能连接特性,将理论研究和设计实践相结合,设计和完善了 2个认知任务,分别为基于数字的记忆判断任务和基于虚拟现实技术的模拟驾驶任务。最终目的是通过执行不同的认知任务保持或提高训练者的认知功能。综上所述,本文通过采用功能连接和效应连接相结合的评估模型来反映脑功能网络连接特性,同时把该模型运用到MCI及其风险因素的评估中。通过评估结果制定科学的认知训练任务,进行计算机辅助认知训练系统人机交互界面设计。