מסגרת חדשה להבנת קוהרנטיות בין-מוחית במחקרי היפר-סריקה תפקודית של ספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה (fNIRS)

Summary

Wavelet transform coherence (WTC) היא מתודולוגיה נפוצה להערכת הצימוד בין אותות המשמשת במחקרי היפר-סריקה פונקציונליים של ספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה (fNIRS). בעבודה זו מוצג ארגז כלים להערכת הכיווניות של אינטראקציית האות.

Abstract

למרות הגוף ההולך וגדל של מחקרי היפר-סריקה פונקציונליים של ספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה (fNIRS), נראה כי הערכת הצימוד בין שני אותות עצביים באמצעות קוהרנטיות התמרת גל (WTC) מתעלמת מהכיווניות של האינטראקציה. בתחום חסרה כיום מסגרת המאפשרת לחוקרים לקבוע האם ערך קוהרנטיות גבוה המתקבל באמצעות פונקציית WTC משקף סנכרון בפאזה (כלומר, הפעלה עצבית נראית בשני איברי הדיאדה בו זמנית), סנכרון בפיגור (כלומר, הפעלה עצבית נראית באיבר אחד של הדיאדה לפני האיבר השני), או סנכרון אנטי-פאזי (כלומר, ההפעלה העצבית מוגברת באיבר אחד של הדיאדה ויורדת בשני). כדי לענות על צורך זה, מוצעת בעבודה זו גישה משלימה ורגישה יותר לניתוח קוהרנטיות הפאזה של שני אותות עצביים. ארגז הכלים מאפשר לחוקרים להעריך את כיווניות הצימוד על ידי סיווג ערכי זווית הפאזה המתקבלים באמצעות WTC מסורתי לסנכרון בפאזה, סנכרון בפיגור וסנכרון אנטי-פאזה. ארגז הכלים גם מאפשר לחוקרים להעריך כיצד הדינמיקה של אינטראקציות מתפתחת ומשתנה במהלך המשימה. שימוש בגישת WTC חדשנית זו ובארגז הכלים יקדם את הבנתנו של אינטראקציות חברתיות מורכבות באמצעות שימושיהן במחקרי fNIRS hyperscanning.

Introduction

בשנים האחרונות חל שינוי בסוגי המחקרים שנערכו כדי להבין את הבסיס העצבי של התנהגות חברתית ^1,2. באופן מסורתי, מחקרים במדעי המוח החברתיים התמקדו בהפעלה עצבית במוח מבודד אחד במהלך משימה רלוונטית מבחינה חברתית. עם זאת, ההתקדמות בטכנולוגיית הדימות המוחי מאפשרת כעת לבחון את ההפעלה העצבית במוחו של אדם אחד או יותר במהלך אינטראקציה חברתית כפי שהיא מתרחשת בסביבות "בחיים האמיתיים"³. בסביבות "בחיים האמיתיים", אנשים מסוגלים לנוע בחופשיות, ודפוסים של הפעלת המוח עשויים להשתנות כאשר מידע מוחלף ושותפים חברתיים מקבלים משוב אחד מהשני⁴.

היפר-סריקה היא שיטה ....

Protocol

המחקר נערך באוניברסיטת פלורידה אטלנטיק (FAU) ואושר על ידי מועצת הביקורת המוסדית של FAU (IRB).

1. שימוש בתוכנת Homer3 (Table of Materials) לביצוע עיבוד מקדים של נתוני fNIRS hyperscanning

הערה: Homer3 הוא יישום MATLAB המנתח נתוני fNIRS כדי לקבל הערכות ומפות של הפעלת המוח²⁹. ניתן.......

Discussion

אחת השיטות הנפוצות ביותר בשימוש במחקרי fNIRS היא קוהרנטיות התמרת גל (WTC), שהיא מדד למתאם הצולבות של שתי סדרות זמן כפונקציה של תדירות וזמן¹⁰. WTC מחשב את הקוהרנטיות ואת השהיית הפאזה בין שתי סדרות זמן באמצעות ניתוחים מתאמים (קובץ משלים 1). מחקרי סריקת יתר של FNIRS השתמשו ב- WTC כדי ?.......

Materials

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.