Новая основа для понимания межполушарной когерентности в исследованиях гиперсканирования с помощью функциональной спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона (fNIRS)

Summary

Когерентность вейвлет-преобразования (WTC) — это распространенная методология оценки связи между сигналами, которая используется в исследованиях гиперсканирования с помощью функциональной спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона (fNIRS). В работе представлен инструментарий для оценки направленности взаимодействия сигналов.

Abstract

Несмотря на растущее количество исследований в области функциональной спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона (fNIRS), оценка связи между двумя нейронными сигналами с помощью когерентности вейвлет-преобразования (WTC), по-видимому, игнорирует направленность взаимодействия. В настоящее время в этой области отсутствует структура, которая позволила бы исследователям определить, отражает ли высокое значение когерентности, полученное с помощью функции ВТЦ, синфазную синхронизацию (т.е. нейронная активация наблюдается у обоих членов диады одновременно), запаздывающую синхронизацию (т.е. нейронная активация наблюдается у одного члена диады раньше другого); или противофазная синхронизация (т.е. нейронная активация увеличивается у одного члена диады и уменьшается у другого). Для удовлетворения этой потребности в данной работе предлагается дополнительный и более чувствительный подход к анализу фазовой когерентности двух нейронных сигналов. Набор инструментов позволяет исследователям оценить направленность связи, классифицируя значения фазового угла, полученные с помощью традиционного ВТЦ, на синфазную синхронизацию, синхронизацию с запаздыванием и противофазную синхронизацию. Инструментарий также позволяет исследователям оценить, как динамика взаимодействий развивается и изменяется на протяжении всей задачи. Использование этого нового подхода ВТЦ и его инструментария будет способствовать нашему пониманию сложных социальных взаимодействий через их использование в исследованиях гиперсканирования fNIRS.

Introduction

В последние годы произошел сдвиг в типах исследований, проводимых для понимания нейронных основ социального поведения ^1,2. Традиционно исследования в области социальной нейробиологии были сосредоточены на нейронной активации в одном изолированном мозге во время выполнения социально значимой задачи. Тем не менее, достижения в области технологий нейровизуализации в настоящее время позволяют исследовать нейронную активацию в мозге одного или нескольких людей во время социального взаимодействия, как это происходит в «реальной^{» жизни.} В условиях «реальной жизни» люди могут свободно двигаться....

Protocol

Исследование было проведено в Атлантическом университете Флориды (FAU) и было одобрено Институциональным наблюдательным советом FAU (IRB).

1. Использование программного обеспечения Homer3 (Table of Materials) для выполнения предварительной обработки данных гиперсканирования fNIRS

Discussion

Одним из наиболее распространенных методов, используемых в исследованиях fNIRS, является когерентность вейвлет-преобразования (WTC), которая является мерой взаимной корреляции двух временных рядов в зависимости от частоты и времени¹⁰. ВТЦ вычисляет когерентность и фазовое за?.......

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.