إطار جديد لفهم التماسك عبر الدماغ في دراسات المسح الطيفي الوظيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة (fNIRS)

Summary

تماسك تحويل المويجات (WTC) هو منهجية شائعة لتقييم الاقتران بين الإشارات المستخدمة في دراسات المسح الطيفي الوظيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة (fNIRS). يتم تقديم مجموعة أدوات لتقييم اتجاه تفاعل الإشارة في هذا العمل.

Abstract

على الرغم من تزايد دراسات المسح الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة من الأشعة تحت الحمراء (fNIRS) ، يبدو أن تقييم الاقتران بين إشارتين عصبيتين باستخدام تماسك تحويل المويجات (WTC) يتجاهل اتجاه التفاعل. يفتقر المجال حاليا إلى إطار يسمح للباحثين بتحديد ما إذا كانت قيمة التماسك العالية التي تم الحصول عليها باستخدام وظيفة مركز التجارة العالمي تعكس التزامن في الطور (على سبيل المثال ، يظهر التنشيط العصبي في كلا عضوي الثنائي في نفس الوقت) ، والتزامن المتأخر (أي ، يظهر التنشيط العصبي في أحد أعضاء الثنائي قبل العضو الآخر) ، أو التزامن المضاد للطور (أي زيادة التنشيط العصبي في أحد أعضاء الثنائي وانخفاضه في الآخر). لتلبية هذه الحاجة ، يقترح في هذا العمل نهج تكميلي وأكثر حساسية لتحليل تماسك الطور لإشارتين عصبيتين. يسمح صندوق الأدوات للباحثين بتقدير اتجاه الاقتران من خلال تصنيف قيم زاوية الطور التي تم الحصول عليها باستخدام مركز التجارة العالمي التقليدي إلى تزامن في الطور ، وتزامن متأخر ، وتزامن مضاد للطور. يسمح صندوق الأدوات أيضا للباحثين بتقييم كيفية تطور ديناميكيات التفاعلات وتغيرها طوال المهمة. سيؤدي استخدام نهج مركز التجارة العالمي الجديد هذا وصندوق الأدوات إلى تعزيز فهمنا للتفاعلات الاجتماعية المعقدة من خلال استخداماتها في دراسات المسح المفرط fNIRS.

Introduction

في السنوات الأخيرة ، كان هناك تحول في أنواع الدراسات التي أجريت لفهم الأسس العصبية للسلوك الاجتماعي ^1,2. تقليديا ، ركزت الدراسات في علم الأعصاب الاجتماعي على التنشيط العصبي في دماغ واحد معزول أثناء مهمة ذات صلة اجتماعية. ومع ذلك ، فإن التقدم في تكنولوجيا التصوير العصبي يسمح الآن بفحص التنشيط العصبي في أدمغة فرد واحد أو أكثر أثناء التفاعل الاجتماعي كما يحدث في إعدادات "الحياة الواقعية"³. في إعدادات "الحياة الواقعية" ، يكون الأفراد قادرين على التحرك بحرية ، ومن المرجح أن تتغير أنماط تنشيط الدماغ مع تبادل المعلومات وتلقي الشركاء الاجتماعيين ردود الفعل من بعضهم البعض⁴

Protocol

أجريت الدراسة في جامعة فلوريدا أتلانتيك (FAU) وتمت الموافقة عليها من قبل مجلس المراجعة المؤسسية FAU (IRB).

1. استخدام برنامج Homer3 (جدول المواد) لإجراء المعالجة المسبقة لبيانات المسح التشعبي fNIRS

ملاحظة: Homer3 هو تطبيق MATLAB يحلل بيانات fNIRS للحصول على تقديرات وخرائط لتنشيط الدماغ²⁹. يمكن تنزيل Homer3 وتثبيته من الرابط التالي (https://openfnirs.org/software/homer/).

1. افتح MATLAB ، وانتقل إلى المجلد حيث يتم حفظ ملفات .nirs الأولية. حدد المجلد وافتحه.
2. اكتب Homer3 في نافذة أوامر MATLAB لتشغيل واجهة المستخدم الرسومية Homer3 . هوميروس 3.....

النتائج

يوضح هذا القسم أنواع التحليلات التي يمكن إجراؤها باستخدام صندوق الأدوات (والتي يمكن تنزيلها في https://www.ariel.ac.il/wp/sns/download/ أو https://github.com/Minisharmaa/Leader-Follower-By-Phase). لهذه التحليلات ، تم استخدام بيانات fNIRS التي تم جمعها مع عينة صغيرة من ثنائيات الوالدين الرضع. تم اختبار ستة أزواج من ثنائيات الأم والرضيع.......

Discussion

واحدة من أكثر الطرق شيوعا المستخدمة في دراسات fNIRS هي تماسك تحويل المويجات (WTC) ، وهو مقياس للارتباط المتبادل بين سلسلتين زمنيتين كدالة للتردد والوقت¹⁰. يحسب مركز التجارة العالمي الاتساق وتأخر الطور بين سلسلتين زمنيتين باستخدام التحليلات الترابطية (الملف التكميلي 1). ا?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
NIRScout	NIRx Medical Technologies, LLC	n.a.	8 sources, 8 detectors
MATLAB	The Mathworks, Inc.	Matlab 2022a	In this protocol, several toolboxes and buit in MATLAB functions were used: HOMER3 toolbox was used to convert Intensity to OD, to remove motion artifacts through its function hmrMotionCorrectWavelet with default parameters and to convert OD to Conc. Wavelet Toolbox was used to compute WTC.