Nuovo quadro per la comprensione della coerenza cross-brain negli studi di iperscansione della spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS)

Riepilogo

La coerenza della trasformata wavelet (WTC) è una metodologia comune per valutare l'accoppiamento tra i segnali utilizzata negli studi di iperscansione della spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS). In questo lavoro viene presentata una serie di strumenti per valutare la direzionalità dell'interazione del segnale.

Abstract

Nonostante il crescente numero di studi di iperscansione della spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS), la valutazione dell'accoppiamento tra due segnali neurali utilizzando la coerenza della trasformata wavelet (WTC) sembra ignorare la direzionalità dell'interazione. Il campo è attualmente privo di un quadro che consenta ai ricercatori di determinare se un alto valore di coerenza ottenuto utilizzando una funzione WTC rifletta la sincronizzazione in fase (cioè, l'attivazione neurale è vista in entrambi i membri della diade allo stesso tempo), la sincronizzazione ritardata (cioè, l'attivazione neurale è vista in un membro della diade prima dell'altro membro), o sincronizzazione anti-fase (cioè, l'attivazione neurale è aumentata in un membro della diade e diminuita nell'altro). Per rispondere a questa esigenza, in questo lavoro viene proposto un approccio complementare e più sensibile per l'analisi della coerenza di fase di due segnali neurali. Il toolbox consente ai ricercatori di stimare la direzionalità dell'accoppiamento classificando i valori dell'angolo di fase ottenuti utilizzando il WTC tradizionale in sincronizzazione in fase, sincronizzazione ritardata e sincronizzazione antifase. La cassetta degli attrezzi consente inoltre ai ricercatori di valutare come le dinamiche delle interazioni si sviluppano e cambiano nel corso dell'attività. L'utilizzo di questo nuovo approccio WTC e della cassetta degli attrezzi farà progredire la nostra comprensione delle interazioni sociali complesse attraverso il loro utilizzo negli studi di iperscansione fNIRS.

Introduzione

Negli ultimi anni, c'è stato un cambiamento nei tipi di studi condotti per comprendere le basi neurali del comportamento sociale ^1,2. Tradizionalmente, gli studi di neuroscienze sociali si sono concentrati sull'attivazione neurale in un cervello isolato durante un compito socialmente rilevante. Tuttavia, i progressi nella tecnologia di neuroimaging consentono ora di esaminare l'attivazione neurale nel cervello di uno o più individui durante l'interazione sociale come avviene in contesti di "vita reale"³. In contesti di "vita reale", gli individui sono in grado di muoversi liberamente ed....

Protocollo

Lo studio è stato condotto presso la Florida Atlantic University (FAU) ed è stato approvato dal FAU Institutional Review Board (IRB).

1. Utilizzo del software Homer3 (Table of Materials) per eseguire la pre-elaborazione dei dati di iperscansione fNIRS

NOTA: Homer3 è un'applicazione MATLAB che analizza i dati fNIRS per ottenere stime e mappe dell'attivazione cerebrale²⁹. Homer3 può essere scaricato e installato dal seguente link (https://openfnirs.org/software/homer/).

1. Apri MATLAB e vai alla cartella in cui sono salvati i file .nirs non elaborati. Seleziona e apri....

Discussione

Uno dei metodi più comuni utilizzati negli studi fNIRS è la coerenza della trasformata wavelet (WTC), che è una misura della correlazione incrociata di due serie temporali in funzione della frequenza e del tempo¹⁰. Il WTC calcola la coerenza e il ritardo di fase tra due serie temporali utilizzando analisi correlazionali (Supplementary File 1). Gli studi di iperscansione FNIRS hanno utilizzato il WTC per stimare l'IBS in molti domini di funzionamento, tra cui il monitoraggio del.......

Materiali

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.