Nuevo marco para comprender la coherencia entre cerebros en estudios de hiperexploración de espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS)

Resumen

La coherencia de la transformada wavelet (WTC) es una metodología común para evaluar el acoplamiento entre señales que se utiliza en los estudios de hiperbarrido de espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS). En este trabajo se presenta una caja de herramientas para evaluar la direccionalidad de la interacción de la señal.

Resumen

A pesar del creciente número de estudios de hiperbarrido de espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS), la evaluación del acoplamiento entre dos señales neuronales mediante la coherencia de la transformada wavelet (WTC) parece ignorar la direccionalidad de la interacción. En la actualidad, el campo carece de un marco que permita a los investigadores determinar si un valor de coherencia alto obtenido mediante una función WTC refleja la sincronización en fase (es decir, la activación neuronal se observa en ambos miembros de la díada al mismo tiempo), la sincronización retrasada (es decir, la activación neuronal se observa en un miembro de la díada antes que en el otro miembro), o sincronización antifase (es decir, la activación neuronal aumenta en un miembro de la díada y disminuye en el otro). Para abordar esta necesidad, en este trabajo se propone un enfoque complementario y más sensible para analizar la coherencia de fase de dos señales neuronales. La caja de herramientas permite a los investigadores estimar la direccionalidad del acoplamiento clasificando los valores de ángulo de fase obtenidos utilizando el WTC tradicional en sincronización en fase, sincronización retardada y sincronización antifase. La caja de herramientas también permite a los investigadores evaluar cómo se desarrolla y cambia la dinámica de las interacciones a lo largo de la tarea. El uso de este novedoso enfoque del WTC y la caja de herramientas avanzará en nuestra comprensión de las interacciones sociales complejas a través de sus usos en los estudios de hiperescaneo fNIRS.

Introducción

En los últimos años, se ha producido un cambio en los tipos de estudios realizados para comprender las bases neuronales del comportamiento social ^1,2. Tradicionalmente, los estudios en neurociencia social se han centrado en la activación neuronal en un cerebro aislado durante una tarea socialmente relevante. Sin embargo, los avances en la tecnología de neuroimagen ahora permiten examinar la activación neuronal en los cerebros de uno o más individuos durante la interacción social, tal como ocurre^{en entornos de} la "vida real". En entornos de la "vida real", los individuos pueden moverse l....

Protocolo

El estudio se llevó a cabo en la Universidad Atlántica de Florida (FAU) y fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional (IRB) de la FAU.

1. Uso del software Homer3 (Tabla de materiales) para realizar el preprocesamiento de los datos de hiperescaneo fNIRS

NOTA: Homer3 es una aplicación de MATLAB que analiza datos de fNIRS para obtener estimaciones y mapas de activación cerebral²⁹. Homer3 se puede descargar e instalar desde el siguiente enlace (https://openfnirs.org/software/homer/).

1. Abra MATLAB y vaya a la carpeta donde se guardan los archivos .nirs sin proc....

Discusión

Uno de los métodos más comunes utilizados en los estudios fNIRS es la coherencia de la transformada wavelet (WTC), que es una medida de la correlación cruzada de dos series temporales en función de la frecuencia y el tiempo¹⁰. WTC calcula la coherencia y el desfase entre dos series temporales mediante análisis correlacionales (Archivo Suplementario 1). Los estudios de hiperexploración de FNIRS han utilizado el WTC para estimar el SII en muchos dominios del funcionamiento, in.......

Materiales

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.