Name: conducting hyperscanning experiments with functional near-infrared spectroscopy
Uploaded: 2019-01-19T14:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Conducting Hyperscanning Experiments with Functional Near-Infrared Spectroscopy at JoVE.com

Dette arbejde blev finansieret af initiativet Excellence i den tyske forbundsstat og regeringer (ERS frø fonden, OPSF449). Hitachi NIRS system blev støttet af en finansiering af tyske Research Foundation DFG (INST 948/18-1 FUGG).

Forud for deltagelse, alle forældre / børn givet informeret samtykke / samstemmende udtalelse. Undersøgelsen blev godkendt af den etiske komité i den medicinske fakultet RWTH Aachen University.
1. forberedelse før deltageren ankommer
<ol><li>Forberede NIRS caps.<ol>
<li>Vælg cap størrelser i samme størrelse eller lidt større end deltagerens hovedomkreds.</li>
		<li>Skær 15 huller med en diameter på ca 15 mm hver, arrangeret i en vandret 3 x 5-gitter, ind i panden området i hver a...

<ol>
	<li>Babiloni, F., Astolfi, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Social+neuroscience+and+hyperscanning+techniques:+past,+present+and+future.">Social neuroscience and hyperscanning techniques: past, present and future.</a> Neuroscience &amp; Biobehavioral Reviews. 44, 76-93 (2014).</li><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>Funane, 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=Synchronous+activity+of+two+people's+prefrontal+cortices+during+a+cooperative+task+measured+by+simultaneous+near-infrared+spectroscopy.">Synchronous activity of two people's prefrontal cortices during a cooperative task measured by simultaneous near-infrared spectroscopy.</a> Journal of Biomedical Optics. 16 (7), 077011 (2011).</li><li>Lindenberger, U., Li, S. -. C., Gruber, W., M&#252;ller, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brains+swinging+in+concert:+cortical+phase+synchronization+while+playing+guitar.">Brains swinging in concert: cortical phase synchronization while playing guitar.</a> BMC Neuroscience. 10, 22 (2009).</li><li>Jiang, J., 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=Neural+synchronization+during+face-to-face+communication.">Neural synchronization during face-to-face communication.</a> Journal of Neuroscience. 32 (45), 16064-16069 (2012).</li><li>Dikker, S., 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=Brain-to-brain+synchrony+tracks+real-world+dynamic+group+interactions+in+the+classroom.">Brain-to-brain synchrony tracks real-world dynamic group interactions in the classroom.</a> Current Biology. 27 (9), 1375-1380 (2017).</li><li>Liu, N., 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=NIRS-based+hyperscanning+reveals+inter-brain+neural+synchronization+during+cooperative+Jenga+game+with+face-to-face+communication.">NIRS-based hyperscanning reveals inter-brain neural synchronization during cooperative Jenga game with face-to-face communication.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 10, 82 (2016).</li><li>Hoshi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+near-infrared+spectroscopy:+current+status+and+future+prospects.">Functional near-infrared spectroscopy: current status and future prospects.</a> Journal of Biomedical Optics. 12 (6), 062106 (2007).</li><li>Lloyd-Fox, S., Blasi, A., Elwell, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Illuminating+the+developing+brain:+the+past,+present+and+future+of+functional+near+infrared+spectroscopy.">Illuminating the developing brain: the past, present and future of functional near infrared spectroscopy.</a> Neuroscience &amp; Biobehavioral Reviews. 34 (3), 269-284 (2010).</li><li>Huppert, T. J., Hoge, R. D., Diamond, S. G., Franceschini, M. A., Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+temporal+comparison+of+BOLD,+ASL,+and+NIRS+hemodynamic+responses+to+motor+stimuli+in+adult+humans.">A temporal comparison of BOLD, ASL, and NIRS hemodynamic responses to motor stimuli in adult humans.</a> NeuroImage. 29 (2), 368-382 (2006).</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>Cui, X., Bryant, D. M., Reiss, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NIRS-based+hyperscanning+reveals+increased+interpersonal+coherence+in+superior+frontal+cortex+during+cooperation.">NIRS-based hyperscanning reveals increased interpersonal coherence in superior frontal cortex during cooperation.</a> NeuroImage. 59 (3), 2430-2437 (2012).</li><li>Baker, J. M., 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=Sex+differences+in+neural+and+behavioral+signatures+of+cooperation+revealed+by+fNIRS+hyperscanning.">Sex differences in neural and behavioral signatures of cooperation revealed by fNIRS hyperscanning.</a> Scientific Reports. 6, 26492 (2016).</li><li>Cheng, X., Li, X., Hu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synchronous+brain+activity+during+cooperative+exchange+depends+on+gender+of+partner:+a+fNIRS-based+hyperscanning+study.">Synchronous brain activity during cooperative exchange depends on gender of partner: a fNIRS-based hyperscanning study.</a> Human Brain Mapping. 36 (6), 2039-2048 (2015).</li><li>Pan, Y., Cheng, X., Zhang, Z., Li, X., Hu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cooperation+in+lovers:+an+fNIRS-based+hyperscanning+study.">Cooperation in lovers: an fNIRS-based hyperscanning study.</a> Human Brain Mapping. 38 (2), 831-841 (2017).</li><li>Kleiner, M., Brainard, D., Pelli, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What's+new+in+Psychtoolbox-3?.">What's new in Psychtoolbox-3?.</a> Perception. 36, (2007).</li><li>Huppert, T. J., Diamond, S. G., Franceschini, M. A., Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HomER:+a+review+of+time-series+analysis+methods+for+near-infrared+spectroscopy+of+the+brain.">HomER: a review of time-series analysis methods for near-infrared spectroscopy of the brain.</a> Applied Optics. 48 (10), D280-D298 (2009).</li><li>Santosa, H., Zhai, X., Fishburn, F., Huppert, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+NIRS+Brain+AnalyzIR+Toolbox.">The NIRS Brain AnalyzIR Toolbox.</a> Algorithms. 11 (5), 73 (2018).</li><li>Tak, S., Uga, M., Flandin, G., Dan, I., Penny, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensor+space+group+analysis+for+fNIRS+data.">Sensor space group analysis for fNIRS data.</a> Journal of Neuroscience Methods. 264, 103-112 (2016).</li><li>Scholkmann, F., Spichtig, S., Muehlemann, T., Wolf, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+to+detect+and+reduce+movement+artifacts+in+near-infrared+imaging+using+moving+standard+deviation+and+spline+interpolation.">How to detect and reduce movement artifacts in near-infrared imaging using moving standard deviation and spline interpolation.</a> Physiological Measurement. 31 (5), 649-662 (2010).</li><li>van der Kant, A., Biro, S., Levelt, C., Huijbregts, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Negative+affect+is+related+to+reduced+differential+neural+responses+to+social+and+non-social+stimuli+in+5-to-8-month-old+infants:+a+functional+near-infrared+spectroscopy-study.">Negative affect is related to reduced differential neural responses to social and non-social stimuli in 5-to-8-month-old infants: a functional near-infrared spectroscopy-study.</a> Developmental Cognitive Neuroscience. 30, 23-30 (2018).</li><li>Bastos, A. M., Schoffelen, J. -. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+tutorial+review+of+functional+connectivity+analysis+methods+and+their+interpretational+pitfalls.">A tutorial review of functional connectivity analysis methods and their interpretational pitfalls.</a> Frontiers in Systems Neuroscience. 9, 175 (2016).</li><li>Grinsted, A., Moore, J. C., Jevrejeva, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+the+cross+wavelet+transform+and+wavelet+coherence+to+geophysical+time+series.">Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series.</a> Nonlinear Processes in Geophysics. 11, 561-566 (2004).</li><li>Aguiar-Conraria, L., Soares, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+continuous+wavelet+transform:+moving+beyond+uni-and+bivariate+analysis.">The continuous wavelet transform: moving beyond uni-and bivariate analysis.</a> Journal of Economic Surveys. 28 (2), 344-375 (2014).</li><li>Nozawa, T., Sasaki, Y., Sakaki, K., Yokoyama, R., Kawashima, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interpersonal+frontopolar+neural+synchronization+in+group+communication:+an+exploration+toward+fNIRS+hyperscanning+of+natural+interactions.">Interpersonal frontopolar neural synchronization in group communication: an exploration toward fNIRS hyperscanning of natural interactions.</a> NeuroImage. 133, 484-497 (2016).</li><li>Burgess, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+interpretation+of+synchronization+in+EEG+hyperscanning+studies:+a+cautionary+note.">On the interpretation of synchronization in EEG hyperscanning studies: a cautionary note.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 7, 881 (2013).</li><li>Tsuzuki, D., Dan, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+registration+for+functional+near-infrared+spectroscopy:+from+channel+position+on+the+scalp+to+cortical+location+in+individual+and+group+analyses.">Spatial registration for functional near-infrared spectroscopy: from channel position on the scalp to cortical location in individual and group analyses.</a> NeuroImage. 85, 92-103 (2014).</li><li>Tachtsidis, I., Scholkmann, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=False+positives+and+false+negatives+in+functional+near-infrared+spectroscopy:+issues,+challenges,+and+the+way+forward.">False positives and false negatives in functional near-infrared spectroscopy: issues, challenges, and the way forward.</a> Neurophotonics. 3 (3), 031405 (2016).</li><li>Palumbo, R. 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=Interpersonal+autonomic+physiology:+a+systematic+review+of+the+literature.">Interpersonal autonomic physiology: a systematic review of the literature.</a> Personality and Social Psychology Review. 21 (2), 99-141 (2016).</li><li>Pinti, P., 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+present+and+future+use+of+functional+near-infrared+spectroscopy+(fNIRS)+for+cognitive+neuroscience.">The present and future use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for cognitive neuroscience.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. , (2018).</li><li>Brigadoi, S., 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=Motion+artifacts+in+functional+near-infrared+spectroscopy:+a+comparison+of+motion+correction+techniques+applied+to+real+cognitive+data.">Motion artifacts in functional near-infrared spectroscopy: a comparison of motion correction techniques applied to real cognitive data.</a> NeuroImage. 85 (1), 181-191 (2014).</li><li>Cooper, R. J., 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+systematic+comparison+of+motion+artifact+correction+techniques+for+functional+near-infrared+spectroscopy.">A systematic comparison of motion artifact correction techniques for functional near-infrared spectroscopy.</a> Frontiers in Neuroscience. 6, 147 (2012).</li><li>Hirsch, J., Zhang, X., Noah, J. A., Ono, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frontal+temporal+and+parietal+systems+synchronize+within+and+across+brains+during+live+eye-to-eye+contact.">Frontal temporal and parietal systems synchronize within and across brains during live eye-to-eye contact.</a> NeuroImage. 157, 314-330 (2017).</li><li>Scholkmann, F., Holper, L., Wolf, U., Wolf, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+methodical+approach+in+neuroscience:+assessing+inter-personal+brain+coupling+using+functional+near-infrared+imaging+(fNIRI)+hyperscanning.">A new methodical approach in neuroscience: assessing inter-personal brain coupling using functional near-infrared imaging (fNIRI) hyperscanning.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 7, 813 (2013).</li></ol>

I denne protokol viser vi hvordan man fører fNIRS hyperscanning eksperimenter og en mulig måde at analysere hjerne til hjerne synchrony, måle koncentrationen ændringer af oxy-Hb og deoxy-Hb på frontal hjerneregioner i to fag samtidig. FNIRS hyperscanning er forholdsvis let at anvende: en enkelt NIRS enhed er tilstrækkelige til at måle hjernens aktiviteter af begge emner ved at opdele optodes indbyrdes. Således er ingen synkronisering mellem forskellige enheder nødvendigt1. Derudover da fN...

I de seneste år, neuroforskere har begyndte at studere sociale interaktioner ved at optage hjernen aktiviteter af to eller flere personer samtidigt, en tilgang betegnes hyperscanning1. Denne teknik åbner nye muligheder for at belyse de neurobiologiske mekanismer bag disse interaktioner. Fuldt ud at forstå sociale interaktioner, kan det ikke være tilstrækkeligt at studere enkelt hjerner i isolation, men snarere de fælles aktiviteter af hjerner af interagerende personer2. Bruger forskellige neuroimaging teknik, hyperscanning undersøgelser har vist, at hjernen aktiviteter af interagerende personer eller grupper synkroniseres, f.eks., mens de koordinerer deres handlinger3, lave musik4, kommunikere5, engagere sig i klasseværelset aktiviteter6 eller samarbejde7.
Artiklen præsenterer en protokol til at foretage samtidige optagelser med funktionelle nær-infrarød spektroskopi (fNIRS). Svarende til funktionel magnetisk resonans imaging (fMRI), fNIRS måler de hæmodynamiske svar til hjerne aktivering. Ændringer i iltet og deoxygenated hæmoglobin (oxy-Hb og deoxy-Hb) beregnes baseret på mængden af diffusively nær-infrarødt lys gennem væv8. fNIRS er velegnet til at gennemføre hyperscanning eksperimenter, især med børn, fordi det kan anvendes i mindre begrænset og mere naturlige indstillinger end fMRI. Derudover er det mindre tilbøjelige til at bevægelse artefakter end både fMRI og EEG9. Derudover fNIRS data kan erhverves på høj sampling-frekvenser (f.eks, 10 Hz), således det stærkt oversamples den relativt langsom hæmodynamiske reaktion og dermed potentielt giver en mere komplet tidsmæssige billede af hjernen Hæmodynamik10 .
Denne protokol blev udviklet inden for studiet af Reindl et al. 11 og er blevet ændret en smule (navnlig hvad angår kanal placering og dårlig kanal identifikation) for nylig. Formålet med studiet var at undersøge synkroniserede hjerneaktivitet af forældre-barn dyads. Bruger fNIRS hyperscanning, vurderet vi hjerne til hjerne synchrony i præfrontal hjernen områder af børn (alderen fem til ni år) og deres forældre, for det meste mødre, under en kooperativ og en konkurrencedygtig computer opgave. Præfrontal hjerneregioner var målrettet som de var blevet identificeret som vigtige områder for sociale interaktive processer i forrige hyperscanning studier1. Kooperativ og konkurrencedygtige opgaven blev oprindeligt udviklet af Cui et al. 12 og for nylig ansat af adskillige tidligere undersøgelser13,14,15. For studiet af Reindl et al. 11, opgaverne, der blev ændret for at være egnet til børn. Deltagerne blev instrueret i at enten reagere i fællesskab via knappen presser som svar på et mål (samarbejde) eller til at reagere hurtigere end anden spilleren (konkurrence). Hvert barn udføres hver opgave en gang med en forælder og en gang med en voksen fremmed af samme køn som forældrene. Inden for hvert barn-voksen dyad, var wavelet sammenhæng beregnet for oxy-Hb signaler af tilsvarende kanaler som et mål for hjerne-til-hjerne synchrony.
Denne protokol beskriver procedurer til at indsamle fNIRS hyperscanning data af overordnede og underordnede under spillets kooperativ og konkurrencedygtige. Den samlede procedure, men er ikke specifikke for denne forskning design men er passende til forskellige befolkningsgrupper (fx, voksne fremmede, romantiske partnere, søskende, etc.) og kan tilpasses til en række forskellige eksperimentelle opgaver. Denne protokol beskriver også et muligt analytisk procedure, som dækker nødvendige og valgfrie data analyse trin, herunder fNIRS data forbehandling, dårlig kanal afsløring, wavelet sammenhæng analyse og validering af tilfældige par analyse.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:872px;" width="873">
	<tbody>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:222px;">NIRS measurement system with probe sets and probe holder grids</td>
			<td style="width:125px;">Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Japan</td>
			<td style="width:355px;">ETG-4000 Optical Topography System&#160;</td>
			<td style="width:171px;">The current study protocol requires an optional second adult probe set for 52 channels of measurement in total as well as two 3x5 probe holder grids.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">raw EEG caps</td>
			<td>EASYCAP GmbH, Herrsching, Germany</td>
			<td>C-SCMS-56; C-SCMS-58</td>
			<td>Caps must be provided with holes for NIRS probes by the experimenter. Choose cap size the same size or slightly larger than participant&#39;s head circumference.</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Technical computing software</td>
			<td>The MathWorks, Inc., Natick, MA</td>
			<td>MATLAB R2014a (or later versions)</td>
			<td>Serves as base for Psychophysics Toolbox extensions (stimulus presentation), SPM for fNIRS toolbox&#160; (fNIRS data analysis), and ASToolbox (WTC computation).</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

conducting hyperscanning experiments with functional near-infrared spectroscopy

Samtidige hjernen optagelser af to eller flere personer, interagerende, tilgang betegnes hyperscanning, får stadig større betydning for vores forståelse af de neurobiologiske fundament for social interaktion, og eventuelt interpersonelle relationer . Funktionelle nær-infrarød spektroskopi (fNIRS) er velegnet til at gennemføre hyperscanning eksperimenter, fordi den måler lokale hæmodynamiske effekter med en høj samplingfrekvens, og vigtigere, kan det anvendes i naturlige omgivelser, der ikke kræver strenge bevægelse begrænsninger. I denne artikel præsenterer vi en protokol til at foretage fNIRS hyperscanning eksperimenter med forældre-barn dyads og analysere hjerne til hjerne synchrony. Desuden diskuterer vi kritiske spørgsmål og fremtidige retninger, om forsøgets udformning, rumlig registrering af de fNIRS kanaler, fysiologiske påvirkninger og data analysemetoder. Den beskrevne protokol er ikke specifik for forældre-barn dyads, men kan anvendes til en lang række forskellige dyadic konstellationer, som voksne fremmede, romantiske partnere eller søskende. Afslutningsvis vil jeg sige, har fNIRS hyperscanning potentiale til at give ny indsigt i dynamikken i den igangværende sociale interaktion, som måske overskrider hvad kan studeres ved at undersøge aktiviteterne af individuelle hjerner.

Repræsentative data af én overordnet-underordnet dyad under den kooperative betingelse er vist i figur 1. Den kooperative opgave består af tre 30 s resten blokke og to opgave blokke, med 20 forsøg hver, præsenteret i skiftende rækkefølge. I hvert forsøg har deltagerne at reagere så samtidigt som muligt til et signal til at tjene et punkt11.
<img alt="Figure 1" class=...

Watch this Scientific Journal Video about Conducting Hyperscanning Experiments with Functional Near-Infrared Spectroscopy at JoVE.com

Conducting Hyperscanning Experiments with Functional Near-Infrared Spectroscopy

Gennemføre Hyperscanning eksperimenter med funktionelle nær-infrarød spektroskopi

Denne protokol beskriver, hvordan du udføre fNIRS hyperscanning eksperimenter og analysere hjerne til hjerne synchrony. Yderligere, vi diskutere udfordringer og mulige løsninger.

Concurrent brain recordings of two or more interacting persons, an approach termed hyperscanning, are gaining increasing importance for our understanding ...

Ved at måle hjernens aktiviteter af to eller flere mennesker samtidig, denne metode kan kaste lys over de neurobiologiske mekanismer, der ligger til grund for sociale interaktioner. Funktionel nær-infrarød spektroskopi, eller fNIRS, er velegnet til at udføre sådanne hyperscanning eksperimenter, fordi det måler hjernen hæmodynamisk respons med en høj stikprøvehastighed og kan anvendes i relativt naturlige indstillinger. Mens denne protokol viser, hvordan man gennemfører samtidige fNIRS optagelser af voksne-barn dyader, kan det tilpasses til forskellige dyadiske konstellationer såsom romantiske partnere og til forskellige eksperimentelle opgaver.Begynd med at vælge en hættestørrelse, der har samme størrelse eller lidt større end deltagerens hovedomkreds. Skær 15 huller med en diameter på ca. 15 millimeter hver, arrangeret i et vandret tre-by-fem gitter i panden område af hver af to rå EEG hætter. Sørg for, at hullerne er fordelt 30 millimeter fra hinanden i alle retninger, at den midterste kolonne af huller er placeret i midten af panden.For at gøre hætterne mere komfortable og minimere trykmærker, fastgør blødt skummateriale på indersiden af holdergitteret mellem sondestikene og i kanterne. Monter derefter et tomt tre gange fem sondeholdergitter på hver af de modificerede EEG-hætter, således at selve holdergitteret placeres på indersiden af hætten, og holderstikkene stikker i hullerne. Derefter forsigtigt indsætte sonder i de relevante holder stikkontakter på nettet, således at kun den første højderyg af hver sonde er monteret i soklen, hvilket resulterer i en klikkende lyd.Åbn sondesættets monitorvindue ved det nærmeste målesystem, og vælg to sondesæt, der er arrangeret i et tre gange fem gitter hver, et for det deltagende barn og et for den voksne. Det sikres, at sondearrangementerne af de to hætter svarer til ordningerne i sondesættets vindue. Tænd derefter for laserdioderne i det nærmeste målesystem 30 minutter før måling, så systemet når en stabil driftstemperatur.Angiv alle de nødvendige indstillinger på det nærmeste målesystem. Sørg for, at enheden er indstillet til hændelsesrelateret måling, og at det RS232-serielle input, der er nødvendigt for at modtage udløsere fra det eksperimentelle paradigme, er aktivt. Derefter forberede den eksperimentelle paradigme ved at starte den tekniske computing software, der tjener som base for Psychophysics Toolbox udvidelser og indstilling af den nuværende mappe til den mappe, paradigmet er gemt i.Endelig placere to hage hviler foran computerskærmen for at forhindre hoved bevægelser under eksperimentet. Begynd med at eskortere de to deltagere ind i testlokalet og forklare den eksperimentelle opsætning. Derefter skal du sidde deltagerne ved siden af hinanden foran computerskærmen.Juster højden af hagen hviler således, at begge deltagere sidder komfortabelt. Giv instruktioner og administrere praksis forsøg af både kooperative og konkurrencedygtige spil. Dernæst måle og markere Fpz punkt i henhold til 10-20-systemet, som er 10% af afstanden mellem nasion og inion på hver deltagers hoved.Sluk derefter for laseren, og placer hætterne med sonderne omhyggeligt på deltagernes hoveder. Sørg for, at den midterste sonde i den nederste række er placeret på Fpz, og at den midterste sondesøjle er justeret langs den sagittale referencekurve. Placer fiberstrengene på holderarmen fastgjort til det nærmeste målesystem, så de hænger løst uden kontakt med deltageren eller stolen, og at de ikke trækker på hætterne.Skub derefter hver sonde længere ind i soklen, indtil den lille hvide næse i midten af toppen af sondehuset er synlig. Tænd derefter for laseren igen, og test signalkvaliteten ved at klikke på autoforøgningsknappen i det sondesæt, der er skærmvinduet i det nærmeste målesystem. Hvis en kanal er markeret med gult, hvilket betyder utilstrækkeligt signal, skal du forsigtigt lægge håret under den omgivende sondespids til side.Foretag sondejusteringer, og klik på knappen Automatisk forstærkning igen for at se, om signalkvaliteten er forbedret eller markeret med grønt. Når signalkvaliteten er tilfredsstillende, skal du placere et håndklæde over deltagernes hænder, så de ikke kan se deres respektive spilpartners håndbevægelser. Start derefter eksperimentet.Når eksperimentet er fuldført, skal du derefter gemme dataene og eksportere de rå lysintensitetsdata som en tekstfil ved at klikke på knappen Tekstfiludse. Endelig rense sonder, sonde holdere, og hage hviler med ethnol, og vask hætter med mildt rengøringsmiddel. Som et mål for hjerne-til-hjerne synkronisering beregnes wavelet-sammenhængen mellem fNIRS-signalerne fra interagerende forsøgspersoner.Wavelet sammenhængskoefficienter visualiseres ved hjælp af et farvekort lige fra blå, ringe eller ingen sammenhæng, til rød, hvilket betyder stærk eller maksimal sammenhæng. Resultaterne viser en stærk sammenhæng gennem hele eksperimentet i et højfrekvent bånd indtil en periodelængde på ca. et sekund, hvilket sandsynligvis skyldes forsøgspersonens hjerterytmer. Derudover vises en stærk sammenhæng i et lavere frekvensbånd mellem perioden på to og otte sekunder.Sammenhæng i dette lave frekvensområde afspejler sandsynligvis en synkronisering af hjernens aktiviteter for begge emner under opgaven. Under forsøg på denne procedure, er det vigtigt at dobbelttjekke, at hætterne er placeret korrekt på deltagernes hoveder og for at sikre en god signalkvalitet. Efter sin udvikling, denne teknik banede vejen for forskere inden for social neurovidenskab at udforske hjerne-til-hjerne synkroni i en række forskellige opgaver, undersøge adfærd korrelerer og foreninger til karakteristika af de personer og deres forhold.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Functional Mapping with Simultaneous MEG and EEG

We use magnetoencephalography (MEG) and electroencephalography (EEG) to locate and determine the temporal evolution in brain areas involved in the ...

Combining Computer Game-Based Behavioural Experiments With High-Density EEG and Infrared Gaze Tracking

Experimental paradigms are valuable insofar as the timing and other parameters of their stimuli are well specified and controlled, and insofar as they ...

Using MazeSuite and Functional Near Infrared Spectroscopy to Study Learning in Spatial Navigation

MazeSuite is a complete toolset to prepare, present and analyze navigational and spatial experiments1. MazeSuite can be used to design and edit adapted ...

Micron-scale Resolution Optical Tomography of Entire Mouse Brains with Confocal Light Sheet Microscopy

Micron-skala Opløsning Optical Tomography af hele Mouse Brains med konfokal Light Sheet Microscopy

Understanding the architecture of mammalian  brain at single-cell resolution is one of the key issues of neuroscience.  However, mapping neuronal soma and ...

Functional Interrogation of Adult Hypothalamic Neurogenesis with Focal Radiological Inhibition

Funktionel Interrogation Adult Hypothalamus Neurogenese med Focal Radiological Hæmning

The functional characterization of adult-born neurons remains a significant challenge. Approaches to inhibit adult neurogenesis via invasive viral ...

Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy (NIRS) Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa

Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy NIRS Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa

Neuroimaging felt metoder ved hjælp af funktionelle nær infrarød spektroskopi (NIRS) Neuroimaging at studere globale børns udvikling: landdistrikter Sahara

Portable neuroimaging approaches provide new advances to the study of brain function and brain development with previously inaccessible populations and in ...

Lipid Bilayer Experiments with Contact Bubble Bilayers for Patch-Clampers

Lipid tolagede eksperimenter med kontakt boble dobbeltlag for Patch-Clampers

Lipid bilayers provide a unique experimental platform for functional studies of ion channels, allowing the examination of channel-membrane interactions ...

Functional Magnetic Resonance Spectroscopy at 7 T in the Rat Barrel Cortex During Whisker Activation

Funktionel magnetisk resonans-spektroskopi på 7 T i rotte tønde Cortex under bakkenbart aktivering

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy offers the opportunity to measure cerebral metabolite contents in vivo and noninvasively. Thanks to ...

Using Near-infrared Fluorescence and High-resolution Scanning to Measure Protein Expression in the Rodent Brain

Brug af Near-Infrared fluorescens og høj opløsning scanning til at måle protein Expression i gnaver hjernen

Neuroscience is the study of how cells in the brain mediate various functions. Measuring protein expression in neurons and glia is critical for the study ...