Nouveau cadre pour la compréhension de la cohérence intercérébrale dans les études d’hyperbalayage par spectroscopie fonctionnelle dans le proche infrarouge (fNIRS)

Résumé

La cohérence de la transformée en ondelettes (WTC) est une méthodologie courante d’évaluation du couplage entre les signaux utilisée dans les études d’hyperbalayage par spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge (fNIRS). Une boîte à outils permettant d’évaluer la directionnalité de l’interaction du signal est présentée dans ce travail.

Résumé

Malgré le nombre croissant d’études d’hyperbalayage par spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge (fNIRS), l’évaluation du couplage entre deux signaux neuronaux à l’aide de la cohérence de la transformée en ondelettes (WTC) semble ignorer la directionnalité de l’interaction. Le domaine manque actuellement d’un cadre permettant aux chercheurs de déterminer si une valeur de cohérence élevée obtenue à l’aide d’une fonction WTC reflète la synchronisation en phase (c’est-à-dire que l’activation neuronale est observée dans les deux membres de la dyade en même temps), la synchronisation décalée (c’est-à-dire que l’activation neuronale est vue dans un membre de la dyade avant l’autre membre). ou la synchronisation anti-phase (c’est-à-dire que l’activation neuronale est augmentée dans un membre de la dyade et diminuée dans l’autre). Pour répondre à ce besoin, une approche complémentaire et plus sensible d’analyse de la cohérence de phase de deux signaux neuronaux est proposée dans ce travail. La boîte à outils permet aux chercheurs d’estimer la directionnalité du couplage en classant les valeurs d’angle de phase obtenues à l’aide du WTC traditionnel en synchronisation en phase, synchronisation décalée et synchronisation anti-phase. La boîte à outils permet également aux chercheurs d’évaluer comment la dynamique des interactions se développe et change tout au long de la tâche. L’utilisation de cette nouvelle approche du WTC et de la boîte à outils fera progresser notre compréhension des interactions sociales complexes grâce à leur utilisation dans les études d’hyperbalayage fNIRS.

Introduction

Ces dernières années, il y a eu un changement dans les types d’études menées pour comprendre les bases neuronales du comportement social ^1,2. Traditionnellement, les études en neurosciences sociales se sont concentrées sur l’activation neuronale dans un cerveau isolé au cours d’une tâche socialement pertinente. Cependant, les progrès de la technologie de neuroimagerie permettent maintenant d’examiner l’activation neuronale dans le cerveau d’un ou de plusieurs individus lors d’interactions sociales telles qu’elles se produisent dans des contextes « réels »³. Dans des contextes « réels »,....

Protocole

L’étude a été menée à la Florida Atlantic University (FAU) et a été approuvée par le FAU Institutional Review Board (IRB).

1. Utilisation du logiciel Homer3 (Table of Materials) pour effectuer le prétraitement des données d’hyperbalayage fNIRS

NOTE : Homer3 est une application MATLAB qui analyse les données fNIRS pour obtenir des estimations et des cartes de l’activation cérébrale²⁹. Homer3 peut être téléchargé et installé à partir du lien suivant (https://openfnirs.org/software/homer/).

1. Ouvrez MATLAB et accédez au dossier dans lequel les fichiers .nirs bruts son....

Discussion

L’une des méthodes les plus couramment utilisées dans les études fNIRS est la cohérence par transformée en ondelettes (WTC), qui est une mesure de la corrélation croisée de deux séries chronologiques en fonction de la fréquence et du temps¹⁰. Le WTC calcule la cohérence et le décalage de phase entre deux séries temporelles à l’aide d’analyses corrélationnelles (Fichier supplémentaire 1). Les études d’hyperbalayage FNIRS ont utilisé le WTC pour estimer le S.......

matériels

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.