Межмозговая синхронность в открытом совместном обучении: исследование fNIRS-гиперсканирования

Резюме

Изложен протокол проведения экспериментов гиперсканирования fNIRS на диадах совместного обучения в натуралистической среде обучения. Далее представлен конвейер для анализа межмозговой синхронии (СРК) сигналов оксигенированного гемоглобина (Oxy-Hb).

Аннотация

Гиперсканирование fNIRS широко используется для выявления нейробиологических основ социального взаимодействия. С помощью этого метода исследователи квалифицируют одновременную активность мозга двух или более интерактивных людей с новым индексом, называемым межмозговой синхронией (IBS) (то есть фазовым и / или амплитудным выравниванием нейрональных или гемодинамических сигналов во времени). Здесь представлен протокол проведения экспериментов по гиперсканированию fNIRS на диадах совместного обучения в натуралистической среде обучения. Далее объясняется конвейер анализа СРК сигнала оксигенированного гемоглобина (Oxy-Hb). В частности, обсуждается экспериментальный дизайн, процесс записи данных NIRS, методы анализа данных и будущие направления. В целом, внедрение стандартизированного конвейера гиперсканирования fNIRS является фундаментальной частью нейробиологии второго лица. Кроме того, это соответствует призыву к открытой науке, чтобы помочь воспроизводимости исследований.

Введение

Недавно, чтобы выявить параллельную активность мозга через интерактивные диады или членов группы, исследователи используют подход гиперсканирования^1,2. В частности, электроэнцефалограмма (ЭЭГ), функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) и функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия (фНИРС) используются для записи нейронной и мозговой активности двух или более субъектов одновременно^3,4,5. Исследователи извлекают нейронный индекс, влекущий за собой параллельную связь мозга, на основе этого метода, котор....

протокол

Все набранные участники (40 диад, средний возраст 22,1 ± 1,2 года; 100% правши; нормальное или скорректированное до нормального зрения) были здоровы. Перед экспериментом участники дали информированное согласие. Участники получили финансовую компенсацию за свое участие. Исследование было одобрено Университетским комитетом по защите исследований человека (HR-0053-2021), Восточно-Китайским педагогическим университетом.

1. Этапы подготовки перед принятием данных

1. Самодельные колпачки NIRS
   1. Примите эластичный плавательный колпачок для размещения сетки держателя оптоода.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Учитывая, что размеры голов участников различ....

Результаты

На рисунке 1 показан экспериментальный протокол и местоположение зонда. Процесс записи данных fNIRS состоит из двух частей: сеанс состояния покоя (5 мин) и совместный сеанс (15-20 мин). Диады совместного обучения необходимы для того, чтобы расслабиться и быть неподвижным в сос?.......

Обсуждение

Во-первых, в настоящем протоколе изложены конкретные этапы проведения экспериментов гиперсканирования fNIRS в сценарии совместного обучения. Во-вторых, также представлен конвейер анализа данных, который оценивает СРК гемодинамических сигналов в диадах совместного обучения. Детальная ?.......

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
EEG caps	Compumedics Neuroscan,Charlotte,USA	64-channel Quik-Cap	We choose two sizes of cap(i.e.medium and large).
NIRS measurement system with probe sets and probe holder grids	Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Japan	ETG-7100 Optical Topography System	The current study protocol requires an optional second adult probe set for 92 channels of measurement in total.
Numeric computing platform	The MathWorks, Inc., Natick, MA	MATLAB R2020a	Serves as base for Psychophysics Toolbox extensions (stimulus presentation), Homer2  (fNIRS preprocess analysis), and "wtc" function(WTC computation).
Psychology software	psychology software tools,Sharpsburg, PA,USA	E-prime 2.0	we apply E-prime to start the fNIRS measurement system and send triggers which marking the rest phase and collaborative learning phase for fNIRS recording data
Swimming caps	Zoke corporation,Shanghai,China	611503314	We first placed the standard 10-20 EEG cap on the head mold, and placed the swimming cap on the EEG cap. Second, we marked (inion, Cz, T3, T4, PFC and P5) with chalk.
Three-dimensional (3-D) digitizer	Polhemus, Colchester, VT, USA;	Three-dimensional (3-D) digitizer	Anatomical locations of optodes in relation to standard head landmarks were determined for each participant using a Patriot 3D Digitizer