이 연구는 난양기술대학교(Nanyang Technological University)의 대통령 박사후 연구원 장학금(Presidential Postdoctoral Fellowship Grant)으로 자금을 지원받았으며, VR에 수여되었습니다.

영아-양육자 상호 작용에서의 실제 EEG 및 ECG 동기화

<ol>
	<li>Hari, R., Henriksson, L., Malinen, S., Parkkonen, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Centrality+of+social+interaction+in+human+brain+function.">Centrality of social interaction in human brain function.</a> Neuron. 88 (1), 181-193 (2015).</li><li>Endevelt-Shapira, Y., Djalovski, A., Dumas, G., Feldman, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maternal+chemosignals+enhance+infant-adult+brain-to-brain+synchrony.">Maternal chemosignals enhance infant-adult brain-to-brain synchrony.</a> Sci Adv. 7 (50), (2021).</li><li>Santamaria, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emotional+valence+modulates+the+topology+of+the+parent-infant+inter-brain+network.">Emotional valence modulates the topology of the parent-infant inter-brain network.</a> NeuroImage. 207, 116341 (2020).</li><li>Nguyen, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+interaction+quality+on+neural+synchrony+during+mother-child+problem+solving.">The effects of interaction quality on neural synchrony during mother-child problem solving.</a> Cortex. 124, 235-249 (2020).</li><li>Reindl, V., Gerloff, C., Scharke, W., Konrad, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain-to-brain+synchrony+in+parent-child+dyads+and+the+relationship+with+emotion+regulation+revealed+by+fNIRS-based+hyperscanning.">Brain-to-brain synchrony in parent-child dyads and the relationship with emotion regulation revealed by fNIRS-based hyperscanning.</a> NeuroImage. 178, 493-502 (2018).</li><li>Reindl, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conducting+hyperscanning+experiments+with+functional+near-infrared+spectroscopy.">Conducting hyperscanning experiments with functional near-infrared spectroscopy.</a> J Vis Exp. (143), e58807 (2019).</li><li>Gardner, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methodological+issues+in+the+direct+observation+of+parent-child+interaction:+Do+observational+findings+reflect+the+natural+behavior+of+participants.">Methodological issues in the direct observation of parent-child interaction: Do observational findings reflect the natural behavior of participants.</a> Clin Child Fam Psychol Rev. 3, 185-198 (2000).</li><li>Xu, J., Zhong, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+on+portable+EEG+technology+in+educational+research.">Review on portable EEG technology in educational research.</a> Comput Hum Behav. 81, 340-349 (2018).</li><li>Troller-Renfree, S. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Feasibility+of+assessing+brain+activity+using+mobile,+in-home+collection+of+electroencephalography:+methods+and+analysis.">Feasibility of assessing brain activity using mobile, in-home collection of electroencephalography: methods and analysis.</a> Dev Psychobiol. 63 (6), e22128 (2021).</li><li>B&#246;gels, S., Levinson, S. 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S., Bryan, R. S., Hairston, W. D., Peter, K., Daniel, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proposing+metrics+for+benchmarking+novel+EEG+technologies+towards+real-world+measurements.">Proposing metrics for benchmarking novel EEG technologies towards real-world measurements.</a> Front Hum Neurosci. 10, 188 (2016).</li><li>Turk, E., Endevelt-Shapira, Y., Feldman, R., vanden Heuvel, M. I., Levy, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brains+in+sync:+Practical+guideline+for+parent-infant+EEG+during+natural+interaction.">Brains in sync: Practical guideline for parent-infant EEG during natural interaction.</a> Front Psychol. 13, 833112 (2022).</li><li>Kayhan, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+dual+EEG+pipeline+for+developmental+hyperscanning+studies.">A dual EEG pipeline for developmental hyperscanning studies.</a> Dev Cogn Neurosci. 54, 101104 (2022).</li><li>Ayrolles, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HyPyP:+a+Hyperscanning+Python+pipeline+for+inter-brain+connectivity+analysis.">HyPyP: a Hyperscanning Python pipeline for inter-brain connectivity analysis.</a> Soc Cogn Affect Neurosci. 16 (1-2), 72-83 (2021).</li><li>Delorme, S., Makeig, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EEGLAB:+an+open-source+toolbox+for+analysis+of+single-trial+EEG+dynamics.">EEGLAB: an open-source toolbox for analysis of single-trial EEG dynamics.</a> J Neurosci Meth. 134, 9-21 (2004).</li><li>Nathan, K., Contreras-Vidal, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Negligible+motion+artifacts+in+scalp+electroencephalography+(EEG)+during+treadmill+walking.">Negligible motion artifacts in scalp electroencephalography (EEG) during treadmill walking.</a> Front Hum Neurosci. 9, 708 (2016).</li><li>Stone, D. B., Tamburro, G., Fiedler, P., Haueisen, J., Comani, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automatic+removal+of+physiological+artifacts+in+EEG:+The+optimized+fingerprint+method+for+sports+science+applications.">Automatic removal of physiological artifacts in EEG: The optimized fingerprint method for sports science applications.</a> Front Hum Neurosci. 12, 96 (2018).</li><li>Noreika, V., Georgieva, S., Wass, S., Leong, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=14+challenges+and+their+solutions+for+conducting+social+neuroscience+and+longitudinal+EEG+research+with+infants.">14 challenges and their solutions for conducting social neuroscience and longitudinal EEG research with infants.</a> Infant Behav Dev. 58, 101393 (2020).</li><li>Ng, B., Reh, R. K., Mostafavi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+practical+guide+to+applying+machine+learning+to+infant+EEG+data.">A practical guide to applying machine learning to infant EEG data.</a> Dev Cogn Neurosci. 54, 101096 (2022).</li><li>vander Velde, B., Junge, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limiting+data+loss+in+infant+EEG:+putting+hunches+to+the+test.">Limiting data loss in infant EEG: putting hunches to the test.</a> Dev Cogn Neurosci. 45, 100809 (2020).</li><li>Bell, M. A., Cuevas, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+EEG+to+study+cognitive+development:+Issues+and+practices.">Using EEG to study cognitive development: Issues and practices.</a> J Cogn Dev. 13 (3), 281-294 (2012).</li><li>Lopez, K. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HAPPILEE:+HAPPE+in+low+electrode+electroencephalography,+a+standardized+pre-processing+software+for+lower+density+recordings.">HAPPILEE: HAPPE in low electrode electroencephalography, a standardized pre-processing software for lower density recordings.</a> NeuroImage. 260, 119390 (2022).</li></ol>

이해 상충은 선언되지 않습니다.

이 프로토콜에서 우리는 유아와 양육자가 더 편안하게 느낄 수 있고 그들의 행동이 실험실 환경과 달리 실제 상호 작용을 더 잘 나타낼 수 있는 참가자의 집에서 측정을 수행하여 생태학적 타당성을 높입니다7. 더욱이, 가정 환경에서의 녹화는 예를 들어, 이동 시간과 관련하여 참가자의 부담을 완화할 수 있으며, 따라서 특정 참가자 그룹을 보다 접근하기 쉽게 만들 수 있다. 그?...

하이퍼스캐닝(hyperscanning)이라고도 하는 두 개 이상의 상호 작용하는 피험자의 뇌 활동을 동시에 기록함으로써 복잡하고 양방향적이며 빠르게 진행되는 역학에서 사회적 상호 작용의 신경 기초를 설명할 수 있게 되었습니다1. 이 기법은 고립되고 엄격하게 통제된 환경에서 개인을 연구하는 것에서 자유 놀이 2,3, 퍼즐 풀기4 및 협동 컴퓨터 게임 5,6 중 부모-자식 상호 작용과 같은 보다 자연스러운 상호 작용을 조사하는 것으로 초점을 옮겼습니다. 이 연구는 사회적 상호 작용 중에 뇌 활동이 동기화됨, 즉 시간적 유사성을 보인다는 것을 보여주며, 이러한 현상을 대인 신경 동기화(INS)라고 합니다. 그러나 대부분의 하이퍼스캐닝 연구는 실험실 환경에 국한되어 있습니다. 이것은 더 나은 실험 통제를 허용하지만 일부 생태학적 타당성을 잃는 대가를 치를 수 있습니다. 실험실에서 관찰된 행동은 낯설고 인공적인 환경과 부과된 과제의 특성으로 인해 참가자의 전형적인 일상 상호작용 행동을 대표하지 않을 수 있다7.
최근 뇌파검사(EEG) 또는 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)과 같은 모바일 신경영상 장치의 발전으로 참가자가 기록 컴퓨터에 물리적으로 연결되어 있어야 하는 요구 사항을 제거함으로써 이러한 문제를 완화했습니다. 따라서 참가자가 교실이나 가정에서 자유롭게 상호 작용하는 동안 참가자의 뇌 활동을 측정할 수 있습니다 8,9. fNIRS와 같은 다른 신경영상 기법과 비교했을 때 EEG의 장점은 시간적 해상도가 뛰어나 빠르게 진행되는 사회적 역동성을 조사하는 데 특히 적합하다는 점이다10. 그러나 EEG 신호는 움직임 및 기타 생리적 및 비생리학적 인공물에 매우 취약하다는 주의가 수반된다11.
그럼에도 불구하고 첫 번째 연구는 실제 환경과 조건에서 EEG 하이퍼스캐닝 설정을 성공적으로 구현했습니다. 예를 들어, Dikker et al.12은 강의 참석, 비디오 시청, 그룹 토론 참여를 포함한 다양한 교실 활동에 참여하는 학생 그룹의 EEG 신호를 측정했습니다. 이 연구는 다른 연구 8,9와 함께 비실험실 환경에서 측정을 수행하는 과정을 용이하게 하기 위해 주로 건조 EEG 전극을 사용했습니다. 전도성 겔 또는 페이스트의 도포가 필요한 습식 전극과 비교할 때 건식 전극은 유용성 측면에서 주목할 만한 이점을 제공합니다. 그들은 성인 인구 및 정지 상태에서 습식 전극과 유사한 성능을 나타내는 것으로 나타났습니다. 그러나, 이들의 성능은 임피던스 레벨(impedance levels)13의 증가로 인해 모션 관련 시나리오에서 감소할 수 있다.
여기에서는 가정 환경에서 유아 양육자 dyad의 동일한 무선 증폭기(샘플링 속도: 500Hz)에 연결된 단일 리드 심전도(ECG)를 사용하여 저밀도 7채널 액체 젤 EEG 시스템에서 동기화된 녹음을 캡처하기 위한 작업 프로토콜을 제시합니다. 능동 전극은 성인에게 사용되었지만, 수동형 전극은 일반적으로 고리 전극 형태로 제공되어 겔 적용 과정을 용이하게 하기 때문에 유아에게 대신 사용되었습니다. 또한 EEG-ECG 녹화를 3대의 카메라 및 마이크와 동기화하여 다양한 각도에서 참가자의 행동을 캡처했습니다. 이 연구에서 8-12개월 된 영아와 보호자는 EEG, ECG 및 행동을 기록하는 동안 읽기 및 놀이 작업에 참여했습니다. 과도한 움직임이 EEG 신호 품질에 미치는 영향을 최소화하기 위해 과제는 탁자 위 환경(예: 부엌 탁자 및 유아용 유아용 의자 활용)에서 수행되었으며 참가자는 상호 작용 과제 내내 앉아 있어야 했습니다. 간병인에게는 연령에 맞는 책 3권과 탁상용 장난감(떨어지는 것을 방지하기 위해 흡입 컵이 장착되어 있음)이 제공되었습니다. 그들은 약 5분 동안 아이에게 책을 읽어 준 다음 장난감을 가지고 10분 동안 놀아주도록 지시받았습니다.
이 프로토콜은 읽기 및 재생 작업 중에 동기화된 EEG-ECG, 비디오 및 오디오 데이터를 수집하는 방법을 자세히 설명합니다. 그러나 전체 절차는 이 연구 설계에만 국한되지 않고 다양한 모집단(예: 부모-자식 다이아드, 친구 다이아드) 및 실험 작업에 적합합니다. 서로 다른 데이터 스트림의 동기화 방법이 제시됩니다. 또한 Dikker et al.12를 기반으로 한 기본 EEG 전처리 파이프라인을 간략하게 설명하고 EEG 데이터 보존률 및 품질 관리 지표를 보고합니다. 특정 분석 선택은 다양한 요인(예: 작업 설계, 연구 질문, EEG 몽타주)에 따라 달라지기 때문에 하이퍼스캐닝-EEG 분석은 더 이상 자세히 설명되지 않고 대신 독자는 기존 지침 및 도구 상자(예: 지침의 경우 14;15,16 하이퍼스캐닝 분석 도구 상자의 경우). 마지막으로, 이 프로토콜은 가정 및 기타 실제 환경에서 EEG-ECG 하이퍼스캐닝에 대한 과제와 잠재적 솔루션에 대해 논의합니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>10 cc Luer Lock Tip syringe without Needle</td>
			<td>Terumo Corporation</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>actiCAP slim 8-channel electrode set (LiveAMP8)</td>
			<td>Brain Products GmbH</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino Software (IDE)</td>
			<td>Arduino</td>
			<td>Arduino IDE 1.8.19</td>
			<td>The software used to write the code for the Arduino microcontroller. Alternate programming software may be used to accompany the chosen microcontroller unit.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino Uno board</td>
			<td>Arduino</td>
			<td></td>
			<td>Used for building the circuit of the trigger box. Alternate microcontroller boards may be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BNC connectors</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>BNC connectors to connect the various parts of the trigger box setup.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BNC Push button&#160;</td>
			<td>Brain Products GmbH</td>
			<td>BP-345-9000</td>
			<td>BNC trigger push button to send triggers.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BNC to 2.5 mm jack trigger cable (80 cm)&#160;</td>
			<td>Brain Products GmbH</td>
			<td>BP-245-1200</td>
			<td>BNC cables connecting the 2 LiveAmps to the trigger box.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BrainVision Analyzer Version 2.2.0.7383</td>
			<td>Brain Products GmbH</td>
			<td></td>
			<td>EEG analysis software.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BrainVision Recorder License with dongle</td>
			<td>Brain Products GmbH</td>
			<td>S-BP-170-3000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BrainVision Recorder Version 1.23.0003</td>
			<td>Brain Products GmbH</td>
			<td></td>
			<td>EEG recording software.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Custom 8Ch LiveAmp Cap passive (infant EEG caps)</td>
			<td>Brain Products GmbH</td>
			<td>LC-X6-SAHS-44, LC-X6-SAHS-46, LC-X6-SAHS-48&#160;</td>
			<td>For infant head sizes 44, 46, 48 . Alternate EEG caps may be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dell Latitude 3520 Laptops</td>
			<td>Dell</td>
			<td></td>
			<td>Two laptops, one for adult EEG recording and one for infant EEG recording. Alternate computers may be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dental Irrigation Syringes</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LiveAmp 8-CH wireless amplifier</td>
			<td>BrainProducts GmbH</td>
			<td>BP-200-3020</td>
			<td>Two LiveAmps, one for adult EEG and one for infant EEG. Alternate amplifier may be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Manfrotto MT190X3 Tripod with 128RC Micro Fluid Video Head</td>
			<td>Manfrotto</td>
			<td>MT190X3</td>
			<td>Alternate tripods may be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matlab Software</td>
			<td>The MathWorks, Inc.</td>
			<td>R2023a</td>
			<td>Alternate analysis and presentation software may be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power bank (10000 mAh)</td>
			<td>Philips</td>
			<td>DLP6715NB/69</td>
			<td>Alternate power banks may be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raw EEG caps</td>
			<td>EASYCAP GmbH</td>
			<td></td>
			<td>For Adult head sizes 52, 54, 56, 58. Alternate EEG caps may be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rode Wireless Go II Single Set</td>
			<td>R&#248;de Microphones</td>
			<td></td>
			<td>Alternate microphones may be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sony FDR-AX700 Camcorder</td>
			<td>Sony</td>
			<td>FDR-AX700</td>
			<td>Alternate camcorders or webcams may be used.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SuperVisc High-Viscosity Gel&#160;</td>
			<td>EASYCAP GmbH</td>
			<td>NS-7907</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

home-based eeg hyperscanning for infant-caregiver social interactions

간병인과 어린이의 뇌 활동을 동시에 기록하는 이전의 하이퍼스캐닝 연구는 주로 실험실 내에서 수행되었기 때문에 결과의 일반화 가능성이 실제 환경에 대한 일반화 가능성에 제한이 있었습니다. 여기에서는 가정에서 다양한 대화형 작업을 수행하는 동안 유아-양육자 다이아드의 동기화된 뇌파(EEG), 심전도(ECG) 및 행동 기록을 캡처하기 위한 포괄적인 프로토콜이 제안됩니다. 이 프로토콜은 서로 다른 데이터 스트림을 동기화하고 EEG 데이터 보존률 및 품질 검사를 보고하는 방법을 보여줍니다. 또한 가정 환경에서의 실험 설정, 작업 및 데이터 수집과 관련된 중요한 문제와 가능한 솔루션에 대해 논의합니다. 이 프로토콜은 유아 양육자 다이아드에 국한되지 않고 다양한 다이아드 별자리에 적용될 수 있습니다. 전반적으로, 우리는 보다 생태학적으로 유효한 환경 환경에서 참가자의 뇌 활동을 포착하기 위해 실험실 외부에서 실험을 수행할 수 있는 EEG 하이퍼스캐닝 설정의 유연성을 보여줍니다. 그러나 움직임 및 기타 유형의 인공물은 여전히 가정 환경에서 수행할 수 있는 실험적 작업을 제한합니다.

With the simultaneous recording of brain activities from two or more interacting subjects, also known as hyperscanning, it has become possible to elucidate the neural basis of social interactions in their complex, bidirectional, and fast-paced dynamics1. This technique has shifted the focus from studying individuals in isolated, tightly controlled settings to examining more naturalistic interactions, such as parent-child interactions during free play2,3, puzzle-solving4, and cooperative computer games5,6. These studies demonstrate that brain activities synchronize during social interactions, i.e., show temporal similarities, a phenomenon termed interpersonal neural synchrony (INS). However, the great majority of hyperscanning studies have been confined to laboratory settings. While this allows for better experimental control, it may come at the expense of losing some ecological validity. Behaviors observed in the laboratory may not be representative of the participants&#39; typical everyday interactive behaviors due to the unfamiliar and artificial setting and the nature of the tasks imposed7.
Recent advances in mobile neuroimaging devices, such as electroencephalography (EEG) or functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), alleviate these issues by removing the requirement for participants to remain physically connected to the recording computer. Thus, they allow us to measure participants&#39; brain activities while they interact freely in the classroom or in their homes8,9. The advantage of EEG compared to other neuroimaging techniques, such as fNIRS, is that it has an excellent temporal resolution, which makes it particularly suitable for investigating fast-paced social dynamics10. Yet, it comes with the caveat that the EEG signal is highly vulnerable to motion and other physiological and non-physiological artifacts11.
Despite this, the first studies have successfully implemented EEG hyperscanning set-ups in realistic environments and conditions. For instance, Dikker et al.12 measured the EEG signal of a group of students while they engaged in various classroom activities, including attending lectures, watching videos, and participating in group discussions. This study, along with other studies8,9, has predominantly utilized dry EEG electrodes to ease the process of conducting measurements in non-laboratory settings. Compared to wet electrodes, which require the application of conductive gel or paste, dry electrodes offer notable advantages in terms of usability. They have been shown to exhibit comparable performance to wet electrodes in adult populations and stationary conditions; however, their performance may decrease in motion-related scenarios due to increased impedance levels13.
Here, we present a working protocol to capture synchronized recordings from a low-density seven-channel liquid gel EEG system with a single lead electrocardiography (ECG) connected to the same wireless amplifier (sampling rate: 500 Hz)&#160;of infant-caregiver dyads in a home setting. While active electrodes were used for adults, passive electrodes were used instead for infants since the latter typically comes in the form of ring electrodes, thereby easing the process of gel application. Additionally, EEG-ECG recordings were synchronized to three cameras and microphones to capture the participants&#39; behaviors from different angles. In the study, 8-12-month-old infants and their caregivers engaged in a reading and play task while their EEG, ECG, and behaviors were recorded. To minimize the impact of excessive movement on EEG signal quality, the tasks were conducted in a table-top setting (e.g., utilizing the kitchen table and an infant highchair), requiring participants to remain seated throughout the interaction task. Caregivers were provided with three age-appropriate books and table-top toys (equipped with suction cups to prevent them from falling). They were instructed to read to their child for approximately 5 min, followed by a 10 min play session with the toys.
This protocol details the methods for collecting synchronized EEG-ECG, video, and audio data during the reading and play tasks. The overall procedure, however, is not specific to this research design but is appropriate for different populations (e.g., parent-child dyads, friend dyads) and experimental tasks. The method of synchronization of different data streams will be presented. Further, a basic EEG preprocessing pipeline based on Dikker et al.12 will be outlined, and EEG data retention rates and quality control metrics will be reported. Since the specific analytical choices depend on a variety of factors (such as task design, research questions, EEG montage), hyperscanning-EEG analysis will not be detailed further, but instead, the reader will be referred to existing guidelines and toolboxes (e.g.,14 for guidelines;15,16 for hyperscanning analysis toolboxes). Finally, the protocol discusses challenges and potential solutions for EEG-ECG hyperscanning in the home and other real-world settings.

저자 스포트라이트: 동기화된 다중 모드 데이터 수집을 통한 유아-양육자 상호 작용 캡처

유아-양육자의 사회적 상호 작용을 위한 가정 기반 EEG 하이퍼스캐닝

Our research aims to study how social interactions between infants and caregivers can impact the infant's learning and development. We have developed a comprehensive hyperscanning protocol to capture synchronized EEG, ECG, and behavioral recordings from infant-caregiver dyads during interactive play tasks in the family home. Unlike prior hyperscanning protocols, which have primarily been conducted in laboratory environments, our experiment is conducted in the home setting.One key experimental challenge is balancing the need for standardization across home environments, which can limit ecological validity, with the flexibility required to promote naturalistic interactions between participants. This protocol offers unique insights into addressing potential issues and critical considerations regarding the experimental setup, tasks, and data collection in home settings. Additionally, our protocol provides a detailed demonstration of the design and setup of the multimodal synchronization of EEG, ECG, video and audio data into a single timeline.

이 연구에 포함된 참가자는 8개월에서 12개월 사이의 일반적으로 발달 중인 유아와 집에서 영어 또는 영어 및 제2외국어를 사용하는 어머니 및/또는 할머니였습니다. 성인과 유아의 7-전극 EEG와 단일 리드 ECG, 3대의 카메라와 마이크의 비디오 및 오디오 녹음이 작업 중에 동시에 획득되었습니다. 신경 활동은 국제 10-20 시스템에 따라 F3, F4, C3, Cz, C4, P3 및 P4에 걸쳐 측정되었습니다. 서로 다른 데이터 ...

이 프로토콜은 가정 환경에서 유아 양육자의 다이아드에서 동기화된 뇌파, 심전도 및 행동 기록을 캡처한 방법을 설명합니다.

Prior hyperscanning studies that record the brain activities of caregivers and children concurrently have primarily been conducted within the confines of ...

본 연구는 영아와 양육자 간의 사회적 상호작용이 영아의 학습과 발달에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 연구하는 것을 목표로 한다. 우리는 가정에서 상호 작용하는 놀이 작업 중에 유아-양육자 다이아드에서 동기화된 EEG, ECG 및 행동 기록을 캡처하기 위해 포괄적인 하이퍼스캐닝 프로토콜을 개발했습니다. 주로 실험실 환경에서 수행되었던 이전의 하이퍼스캐닝 프로토콜과 달리, 당사의 실험은 가정 환경에서 수행됩니다.한 가지 주요 실험적 과제는 생태학적 타당성을 제한할 수 있는 가정 환경 전반에 걸친 표준화의 필요성과 참가자 간의 자연주의적 상호 작용을 촉진하는 데 필요한 유연성의 균형을 맞추는 것입니다. 이 프로토콜은 가정 환경에서의 실험 설정, 작업 및 데이터 수집과 관련된 잠재적 문제 및 중요한 고려 사항을 해결하기 위한 고유한 통찰력을 제공합니다. 또한 당사의 프로토콜은 EEG, ECG, 비디오 및 오디오 데이터를 단일 타임라인으로 다중 모드 동기화의 설계 및 설정에 대한 자세한 데모를 제공합니다.

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

Home-Based EEG Hyperscanning for Infant-Caregiver Social Interactions

510 조회수.  Nanyang Technological University. 본 연구는 영아와 양육자 간의 사회적 상호작용이 영아의 학습과 발달에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 연구하는 것을 목표로 한다. 우리는 가정에서 상호 작용하는 놀이 작업 중에 유아-양육자 다이아드에서 동기화된 EEG, ECG 및 행동 기록을 캡처하기 위해 포괄적인 하이퍼스캐닝 프로토콜을 개발했습니다. 주로 실험실 환경에서 수행되었던 이전의 하이퍼스캐닝 프로토콜과 ?...