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

Dit werk werd gefinancierd door het Excellence-initiatief van de Duitse federale staat en de regering (ERS Seed Fonds, OPSF449). De Hitachi NIRS-systeem werd gesteund door een financiering van de Duitse onderzoek Stichting DFG (INST 948/18-1 FUGG).

Vóór deelname, alle ouders / kinderen provided geïnformeerde toestemming / instemming. De studie werd goedgekeurd door de ethische commissie van de medische faculteit van de RWTH Aachen University.
1. voorbereiding voordat de deelnemer komt
<ol><li>Bereiden NIRS caps.<ol>
<li>Kies de grootte van het GLB even groot of iets groter dan de hoofdomtrek van de deelnemer.</li>
		<li>Gesneden 15 gaten met een diameter van ongeveer 15 mm per stuk, gerangschikt in een horizontaal raster van 3 x 5, ...

<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>

In dit protocol, we laten zien hoe fNIRS hyperscanning experimenten en een mogelijke manier om te analyseren van de hersenen-aan-hersenen synchrony, meten van de concentratie veranderingen van oxy-Hb en deoxy-Hb bij frontale hersengebieden van twee onderwerpen tegelijk. FNIRS hyperscanning is relatief eenvoudig toe te passen: een enkel NIRS-apparaat is voldoende voor het meten van hersenen activiteiten van beide onderwerpen door te splitsen van de optodes tussen hen. Geen synchronisatie tussen verschillende apparaten is ...

In de afgelopen jaren neurowetenschappers zijn begonnen met het bestuderen van sociale interacties door het opnemen van de activiteiten van de hersenen van twee of meer personen gelijktijdig, een aanpak genoemd hyperscanning1. Deze techniek opent nieuwe mogelijkheden de neurobiologische mechanismen die ten grondslag liggen aan deze interacties ophelderen. Om volledig te begrijpen sociale interacties, het mogelijk niet voldoende om te studeren één hersenen in isolatie, maar eerder de gezamenlijke activiteiten van hersenen van interagerende personen2. Met behulp van verschillende neuroimaging technieken, hyperscanning studies hebben aangetoond dat hersenen activiteiten van interagerende personen of groepen synchroniseren, bijvoorbeeld, terwijl zij hun acties3coördineren, maken muziek4,5, communiceren deelnemen aan de klassikale activiteiten6 of7, werken.
Het artikel stelt een protocol voor het uitvoeren van gelijktijdige opnamen met functionele nabij-infrarood spectroscopie (fNIRS). Gelijkaardig aan functionele magnetische resonantie imaging (fMRI), fNIRS meet de hemodynamische reactie op de activering van de hersenen. Wijzigingen in zuurstofrijk en gedeoxygeneerd hemoglobine (oxy-Hb en deoxy-Hb) zijn berekend op basis van de hoeveelheid diffusively doorvallend nabij-infrarood licht door weefsel8. fNIRS is zeer geschikt voor het voeren van de experimenten van de hyperscanning, vooral met kinderen, omdat het kan worden toegepast in de instellingen van de minder gebonden en natuurlijker dan fMRI. Bovendien, het is minder vatbaar voor bewegingsartefacten dan zowel, fMRI en EEG9. Bovendien fNIRS gegevens kan worden verkregen bij hoge bemonsteringsfrequenties (bijv, 10 Hz), dus het zeer oversamples de relatief trage hemodynamische reactie en daarmee potentieel biedt een temporele vollediger beeld van de hersenen hemodynamica10 .
Dit protocol werd ontwikkeld binnen de studie van Reindl et al. 11 en is licht gewijzigd (met name met betrekking tot de plaatsing van het kanaal en de slechte kanaal identificatie) recenter. Het doel van de studie was om te onderzoeken van gesynchroniseerde hersenactiviteit van ouder-kind dyads. Met behulp van fNIRS hyperscanning, beoordeeld we hersenen-aan-hersenen synchrony in prefrontale hersengebieden voor kinderen (van vijf tot negen jaar) en hun ouders, meestal moeders, tijdens een coöperatie en een concurrerende computertaak. Prefrontale hersengebieden waren gericht zoals ze had aangemerkt als belangrijke regio's voor sociale interactieve processen in vorige hyperscanning studies1. De coöperatieve en concurrerende taak werden oorspronkelijk ontwikkeld door Cui et al. 12 en onlangs werknemer door verscheidene vorige studies13,14,15. Voor de studie van Reindl et al. 11, de taken werden aangepast om geschikt voor kinderen. Deelnemers kregen de opdracht ofwel reageren gezamenlijk via knooppersen in reactie op een target (samenwerking) of reageren sneller dan de andere speler (concurrentie). Elk kind uitgevoerd elke taak eenmaal met de ouder en een keer met een volwassen vreemdeling van hetzelfde geslacht als de ouder. Binnen elk kind-volwassene dyade, werd wavelet samenhang berekend voor de oxy-Hb-signalen van de corresponderende kanalen als een maatregel van de hersenen-aan-hersenen synchronie.
Dit protocol beschrijft de procedures fNIRS hyperscanning om gegevens te verzamelen van ouder en kind tijdens het coöperatief en competitief spel. De algemene procedure, echter, is niet specifiek voor deze onderzoeksdesign maar geschikt is voor verschillende bevolkingsgroepen (bijvoorbeeldvolwassen vreemden, romantische partners, broers en zussen, enz.) en kan worden aangepast voor een aantal verschillende experimentele taken. Dit protocol wordt ook uitgelegd welke één mogelijke analytische procedure, waarin de vereiste en optionele gegevens analyse stappen, met inbegrip van fNIRS gegevens voorbewerken, slechte kanaal detectie, wavelet samenhang veiligheidsanalyse- en goedkeuringssystemen door willekeurige paar 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

Gelijktijdige hersenen opnames van twee of meer interactie personen, winnen een aanpak genoemd hyperscanning, toenemende belang voor ons begrip van de neurobiologische onderbouwing van sociale interacties, en eventueel interpersoonlijke relaties . Functionele nabij-infrarood spectroscopie (fNIRS) is zeer geschikt voor het uitvoeren van hyperscanning experimenten omdat het plaatselijke hemodynamische effecten met een hoge sampling rate maatregelen en, nog belangrijker is, het kan worden toegepast in een natuurlijke omgeving, niet vereist strikte beweging beperkingen. In dit artikel presenteren we een protocol voor fNIRS hyperscanning experimenten met ouder-kind dyads uitvoeren en analyseren hersenen-aan-hersenen synchronie. Bovendien bespreken we kritieke problemen en de toekomstige richtingen, over de proefopzet, de ruimtelijke registratie van de fNIRS kanalen, de fysiologische invloeden en de analysemethoden van de gegevens. De beschreven protocol is niet specifiek voor ouder-kind dyads, maar kan worden toegepast op een verscheidenheid van verschillende paren sterrenbeelden, zoals volwassen vreemden, romantische partners of broers en zussen. Tot slot, heeft fNIRS hyperscanning het potentieel om het opleveren van nieuwe inzichten in de dynamiek van de lopende sociale interactie, die eventueel verder gaan dan wat kan worden bestudeerd door het onderzoek van de activiteiten van individuele hersenen.

Representatieve gegevens van één ouder-kind dyade tijdens de coöperatieve voorwaarde zijn afgebeeld in Figuur 1. De coöperatieve taak bestaat uit drie 30 s rest blokken en twee taak blokken, met elk 20 proeven in wisselende volgorde gepresenteerd. In elk afzonderlijk experiment moeten deelnemers reageren zo gelijktijdig mogelijk aan een signaal om te verdienen een punt11.
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-page="1"...

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

Hyperscanning experimenten met functionele nabij-infrarood spectroscopie

Dit protocol wordt beschreven hoe fNIRS hyperscanning experimenten uitvoeren en analyseren van de hersenen-aan-hersenen synchronie. Verder bespreken we uitdagingen en mogelijke oplossingen.

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

Door hersenactiviteiten van twee of meer mensen tegelijk te meten, kan deze methode licht werpen op de neurobiologische mechanismen die ten grondslag liggen aan sociale interacties. Functionele nabij-infrarood spectroscopie, of fNIRS, is zeer geschikt voor het uitvoeren van dergelijke hyperscanning experimenten omdat het meet de hersenen hemodynamische respons met een hoge sampling rate en kan worden toegepast in relatief natuurlijke omgevingen. Hoewel dit protocol laat zien hoe gelijktijdige fNIRS-opnames van volwassen-kind dyads uit te voeren, kan het worden aangepast aan verschillende dyadische constellaties zoals romantische partners en verschillende experimentele taken.Begin met het kiezen van een dopgrootte die dezelfde grootte heeft of iets groter is dan de hoofdomtrek van de deelnemer. Snijd 15 gaten met een diameter van ongeveer 15 millimeter per stuk, gerangschikt in een horizontale drie-bij-vijf raster in het voorhoofd gebied van elk van de twee ruwe EEG-caps. Zorg ervoor dat de gaten zijn verdeeld 30 millimeter van elkaar in elke richting, dat de middelste kolom van gaten is gelegen in het midden van het voorhoofd.Om de doppen comfortabeler te maken en drukmarkeringen te minimaliseren, bevestigt u zacht schuimmateriaal aan de binnenzijde van het houderraster tussen de sondeaansluitingen en aan de randen. Monteer vervolgens een leeg raster van drie bij vijf sondehouders aan elk van de gewijzigde EEG-doppen, zodat het houderraster zelf aan de binnenkant van de dop wordt geplaatst en de houderaansluitingen in de gaten blijven hangen. Steek vervolgens voorzichtig de sondes in de juiste houderaansluitingen op het rooster, zodat alleen de eerste nok van elke sonde in de socket wordt gemonteerd, wat resulteert in één klikkend geluid.Open het monitorvenster van de sondeset bij het dichtstbijzijnde meetsysteem en selecteer twee sondesets die elk in een drie-bij-vijf-raster zijn gerangschikt, één voor het deelnemende kind en één voor de volwassene. Zorg ervoor dat de sondeopstellingen van de twee doppen overeenkomen met de indelingen in het ingestelde sondevenster. Schakel vervolgens 30 minuten voor het meten de laserdiodes van het dichtstbijzijnde meetsysteem in, zodat het systeem een stabiele bedrijfstemperatuur bereikt.Stel alle benodigde opties in op het dichtstbijzijnde meetsysteem. Zorg ervoor dat het apparaat is ingesteld op gebeurtenisgerelateerde metingen en dat de RS232-seriële invoer die nodig is voor het ontvangen van triggers van het experimentele paradigma actief is. Bereid vervolgens het experimentele paradigma voor door de technische computersoftware te starten die als basis dient voor de Psychophysics Toolbox-extensies en de huidige map in te stellen op de map waarin het paradigma is opgeslagen.Ten slotte plaatst u twee kinsteunen voor het computerscherm om hoofdbewegingen tijdens het experiment te voorkomen. Begin met het begeleiden van de twee deelnemers naar de testruimte en het uitleggen van de experimentele opzet. Plaats vervolgens de deelnemers naast elkaar voor het computerscherm.Stel de hoogte van de kinsteunen zodanig aan dat beide deelnemers comfortabel zitten. Geef instructies en beheer oefenproeven van zowel de coöperatie als het competitieve spel. Meet en markeer vervolgens het Fpz-punt volgens het 10-20-systeem, dat 10% van de afstand tussen nasion en inion op het hoofd van elke deelnemer is.Zet vervolgens de laser uit en plaats de doppen met de sondes voorzichtig op de hoofden van de deelnemers. Zorg ervoor dat de middelste sonde van de onderste rij op Fpz wordt geplaatst en dat de middelste sondekolom langs de sagittale referentiecurve is uitgelijnd. Plaats de vezelsnaren op de houderarm die aan het dichtstbijzijnde meetsysteem is bevestigd, zodat ze losjes hangen zonder contact met de deelnemer of stoel en dat ze niet aan de doppen trekken.Duw vervolgens elke sonde verder in zijn stopcontact totdat de kleine witte neus in het midden van de bovenkant van de sondebehuizing zichtbaar is. Schakel vervolgens de laser opnieuw in en test de signaalkwaliteit door op de knop Automatisch verkrijgen te klikken in het monitorvenster van het dichtstbijzijnde meetsysteem. Als een kanaal is gemarkeerd in geel, wat betekent onvoldoende signaal, voorzichtig zet het haar onder de omringende sonde tip opzij.Maak sondeaanpassingen en klik nogmaals op de knop Automatisch verkrijgen om te zien of de signaalkwaliteit is verbeterd of in het groen is gemarkeerd. Zodra de signaalkwaliteit bevredigend is, plaatst u een handdoek over de handen van de deelnemers, zodat zij de handbewegingen van hun respectievelijke spelpartner niet kunnen zien. Begin vervolgens met het experiment.Sla vervolgens de gegevens op nadat het experiment is voltooid en exporteer de ruwe lichtintensiteitsgegevens als tekstbestand door op de knop Tekstbestand uit te klikken. Ten slotte, reinig de sondes, sondehouders, en kin rust met ethnol, en was de doppen met mild wasmiddel. Als een maatregel van brain-to-brain synchronie, de wavelet coherentie wordt berekend tussen de fNIRS signalen van interagerende onderwerpen.Wavelet coherentie coëfficiënten worden gevisualiseerd met behulp van een kleurenkaart, variërend van blauw, weinig of geen samenhang, tot rood, wat betekent sterke of maximale samenhang. De resultaten tonen een sterke samenhang gedurende het hele experiment in een hoogfrequente band tot een periode lengte van ongeveer een seconde, die waarschijnlijk het gevolg is van de hartritmes van de proefpersonen. Bovendien verschijnt er een sterke samenhang in een lagere frequentieband tussen de periode van twee en acht seconden.Samenhang in dit lage frequentiebereik weerspiegelt waarschijnlijk een synchronisatie van hersenactiviteiten van beide proefpersonen tijdens de taak. Tijdens het proberen van deze procedure is het belangrijk om te controleren of de doppen correct op de hoofden van de deelnemers worden geplaatst en om een goede signaalkwaliteit te garanderen. Na de ontwikkeling maakte deze techniek de weg vrij voor onderzoekers op het gebied van sociale neurowetenschappen om de synchronisatie van hersenen tot hersenen te verkennen in een verscheidenheid van verschillende taken, waarbij gedrag correleert en associaties vertoont met kenmerken van de individuen en hun relatie.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Functional Mapping with Simultaneous MEG and EEG

Functionele Mapping met gelijktijdige MEG en 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

De combinatie van Computer Game-Based Behavioural experimenten met High-Density EEG en infrarood 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

Met behulp van MazeSuite en functionele Near Infrared Spectroscopy te Study Leren 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

Micronschaal Resolutie Optische Tomografie van Gehele Mouse Brains met confocale Light Sheet Microscopie

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

Functionele Ondervraging van Adult hypothalamus Neurogenese met Focal Radiologische Remming

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 veld methoden met behulp van functionele in de buurt van infrarood spectroscopie (NIRS) Neuroimaging te bestuderen van Global Child Development: landelijke sub-Sahara Afrika

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

Lipide dubbelgelaagde experimenten met Contact Bubble Bilayers voor 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

Functionele magnetische resonantie spectroscopie op 7 T in de Rat vat Cortex tijdens de Whisker activering

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

Het gebruiken van dichtbijgelegen-infrarode fluorescentie en hoge resolutie het scannen om eiwituitdrukking in de knaagdieren hersenen te meten

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 ...