心率变异性（Heart Rate Variability,HRV）是指逐次心跳间隔随时间变化的规律。HRV受大脑高级中枢、交感神经系统和副交感神经系统调控,其水平与心脏健康、自主神经系统调节能力、认知负荷和情绪状态等因素相关。在实际应用中,HRV测量被广泛应用于疾病诊断和心理/认知负荷评估（如疲劳驾驶等）。由心电图（Electrocardiography,ECG）得到的RR间隔（RR Intervals,RRI）分析是HRV测量的金标准。光电容积描记（Photoplethysmography,PPG）法测量得到的脉搏变异性（Pulse Rate Variability,PRV）也常被用作HRV的近似或估计值。有研究表明:对处于静息状态下的健康年轻受试者而言,由PPG测得的PRV与HRV具有很高的一致性。功能近红外光谱（Functional Near-Infrared Spectroscopy,fNIRS）测量组织内局域性氧合血红蛋白（Oxyhemoglobin,Oxy-Hb）浓度与去氧血红蛋白（Deoxyhemoglobin,Deoxy-Hb）浓度的动态变化,近年来被广泛应用于大脑功能活动的无损观测与研究。本论文的主要研究目的是验证用常规脑功能成像实验中所采集到的fNIRS信号估算短时HRV（Short-term HRV）的可行性和准确性。考虑到fNIRS脑功能成像中所检测到的血流/血氧变化不仅反应了待研究脑区中的神经功能活动,同时也包含有心跳、呼吸以及其他生理稳态过程的信息。后一部分的信号成分与PPG信号的来源一致。因此,可以考虑参照PPG测量PRV的方法,利用fNIRS脑功能成像信号估算HRV。这样就可以在fNIRS脑功能成像的同时,不借助额外的ECG设备,得到HRV随脑功能状态改变的相关信息。如此,既简化了实验操作,又能确保神经信号与HRV信息在时间序列上的同步性。论文工作首先对从fNIRS数据中估算短时HRV的具体数据处理流程进行了探讨,确定了一整套从数据采集、分析处理到最后HRV估算的方案。其次,通过fNIRS和ECG数据的同步采集,以从ECG数据中分析得到的短时HRV为金标准,分析了静息态和玩网络电子游戏两种状态下fNIRS测量短时HRV的可行性和准确性。结果表明:除由于采样率低所带来的固有局限性以外,基于fNIRS的短时HRV估计与ECG所测的HRV参数之间具有较高的一致性。相关结果验证了利用fNIRS替代ECG测量短时HRV的可行性,为相关领域可穿戴设备的发展方向提供了新的思路。本文最后还对运用fNIRS数据分析任务状态下心-脑之间的相互作用进行了一些展望。