Name: conducting hyperscanning experiments with functional near-infrared spectroscopy
Uploaded: 2019-01-19T14:45:00
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Diese Arbeit wurde durch die Exzellenzinitiative der deutschen Bundesland und Regierungen (ERS Seed Fund, OPSF449) finanziert. Das Hitachi NIRS-System wurde durch eine Förderung der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG (INST 948/18-1 FUGG) unterstützt.

Vor der Teilnahme, alle Eltern / Kinder vorgesehen Einwilligung / zustimmen. Die Studie wurde von der Ethikkommission der medizinischen Fakultät der RWTH Aachen genehmigt.
1. Vorbereitung vor der Teilnehmer kommt
<ol><li>Bereiten Sie NIRS Kappen.<ol>
<li>Wählen Sie die Kappe Größen gleich groß oder etwas größer als der Kopfumfang des Teilnehmers.</li>
		<li>Schnitt 15 Löcher mit einem Durchmesser von ca. 15 mm, angeordnet in einem horizontalen 3 x 5-Raster, in Stirnbereich aller 2 ro...

<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 diesem Protokoll zeigen wir, wie zur Durchführung fNIRS Hyperscanning Experimente und eine Möglichkeit zum Analysieren von Gehirn zu Gehirn Synchronität, gleichzeitige Messung der Konzentration Änderungen der oxy-Hb und Deoxy-Hb bei frontalen Hirnregionen von zwei Themen. FNIRS Hyperscanning ist relativ einfach anzuwenden: ein einziges NIRS-Gerät ist ausreichend, um die Hirnaktivitäten beider Fächer zu messen, durch die Aufteilung der Optodes zwischen ihnen. Somit ist keine Synchronisation zwischen verschiedene...

In den letzten Jahren Neurowissenschaftler haben damit begonnen, soziale Interaktionen zu untersuchen, indem Sie die Hirnaktivitäten von zwei oder mehr Personen gleichzeitig aufzeichnen, ein Ansatz bezeichnet Hyperscanning1. Diese Technik eröffnet neue Möglichkeiten, die neurobiologischen Mechanismen diese Wechselwirkungen aufzuklären. Um soziale Interaktionen zu verstehen, kann es nicht ausreichend, um einzelne Gehirne in Isolation, sondern vielmehr die gemeinsamen Aktivitäten der Gehirne von interagierenden Personen2studieren sein. Verwenden verschiedene bildgebende Verfahren, Hyperscanning Studien haben gezeigt, dass Gehirn, die Aktivitäten der interagierenden Personen oder Personengruppen zu synchronisieren, z.B., während sie ihre Aktionen3koordinieren, machen Musik4,5zu kommunizieren, ins Klassenzimmer Aktivitäten6 oder7zusammenarbeiten.
Der Artikel stellt ein Protokoll für die Durchführung von gleichzeitigen Aufnahmen mit funktionalen Nah-Infrarot-Spektroskopie (fNIRS). Ähnlich wie bei der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT), fNIRS misst die hämodynamische Reaktion auf Gehirn-Aktivierung. Änderungen im sauerstoffreiches und sauerstoffarmes Hämoglobin (oxy-Hb und Deoxy-Hb) sind über die Höhe der Nah-Infrarot-diffusively Durchlicht durch Gewebe8berechnet. fNIRS eignet sich gut für Hyperscanning Experimente, vor allem mit Kindern, da es in weniger eingeschränkt und natürlicheren Einstellungen als fMRI angewendet werden kann. Darüber hinaus ist es weniger anfällig für Bewegungsartefakte als fMRI und EEG-9. Darüber hinaus fNIRS Daten mit hohen Abtastraten (z.B. 10 Hz) erworben werden können, damit es sehr oversamples die relativ langsame hämodynamische Reaktion und damit potenziell bietet ein vollständiges zeitliche Bild des Gehirns Hämodynamik10 .
Dieses Protokoll wurde im Rahmen der Studie von Reindl Et Al. entwickelt. 11 und leicht verändert wurde (insbesondere in Bezug auf die Kanal-Platzierung und schlechte Kanal Identifikation) vor kurzem. Ziel der Studie war, synchronisierte Hirnaktivität von Eltern-Kind-Dyaden zu untersuchen. Mit fNIRS Hyperscanning, untersuchten wir Gehirn zu Gehirn Synchronität in präfrontaler Hirnregionen von Kindern (im Alter von fünf bis neun Jahren) und ihre Eltern, vor allem Mütter während einer Genossenschaft und eine wettbewerbsfähige Computer-Aufgabe. Präfrontaler Hirnregionen wurden gezielt, wie sie sich als wichtige Regionen für soziale Interaktionsprozesse in früheren Hyperscanning Studien1erwiesen hatte. Die kooperative und wettbewerbsfähigere Aufgabe wurden ursprünglich von Cui Et al. 12 und kürzlich eingestellten von mehreren früheren Studien13,14,15. Für die Untersuchung von Reindl Et al. 11, die Aufgaben wurden geändert, um für Kinder geeignet. Teilnehmer waren entweder gemeinsam über Tastendrücke in Reaktion auf ein Ziel (Zusammenarbeit) reagieren oder reagieren schneller als der andere Spieler (Wettbewerb) angewiesen. Jedes Kind durchgeführt jede Aufgabe einmal mit dem Elternteil und einmal mit einem Erwachsenen fremden des gleichen Geschlechts wie das übergeordnete Element. Innerhalb jedes Kind-Erwachsener-Dyade wurde Wavelet Kohärenz für die oxy-Hb-Signale der entsprechenden Kanäle als Maß für die Synchronität von Gehirn zu Gehirn berechnet.
Dieses Protokoll beschreibt die Verfahren zur Erhebung von fNIRS Hyperscanning Daten von Eltern und Kind während der kooperativen und wettbewerbsfähige Spiel. Das gesamte Verfahren, jedoch ist nicht spezifisch für dieses Forschungsdesign aber eignet sich für verschiedene Populationen (z.B., Erwachsenen fremden, romantischen Partner, Geschwister, etc.) und kann für eine Reihe von verschiedenen experimentellen Aufgaben angepasst werden. Dieses Protokoll beschreibt auch eine mögliche analytische Vorgehensweise, die erforderlichen und optionalen Daten Analyseschritte, einschließlich fNIRS Daten Vorverarbeitung, schlechte Kanalerkennung, Wavelet-Kohärenz-Analyse und Validierung durch zufällige paar Analyse abdeckt.

<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

Gleichzeitige Gehirn Aufnahmen von mindestens zwei interagierende Personen ein Ansatz bezeichnet Hyperscanning, gewinnen zunehmenden Bedeutung für unser Verständnis von den neurobiologischen Grundlagen der sozialen Interaktionen und möglicherweise zwischenmenschliche Beziehungen . Funktionale Nah-Infrarot-Spektroskopie (fNIRS) eignet sich gut für Hyperscanning Experimente, denn er lokale hämodynamische Effekte mit einer hohen Abtastrate misst und vor allem in der Natur, ohne dass strenge Bewegung angewendet werden Einschränkungen. In diesem Artikel präsentieren wir ein Protokoll für fNIRS Hyperscanning Experimente mit Eltern-Kind-Dyaden und Analyse Synchronität von Gehirn zu Gehirn. Darüber hinaus diskutieren wir kritische Probleme und zukünftige Richtungen hinsichtlich der Versuchsplanung, räumliche Registrierung der fNIRS Kanäle, physiologische Einflüsse und Daten-Analyse-Methoden. Das beschriebene Protokoll ist nicht spezifisch für Eltern-Kind-Dyaden, sondern kann auch auf eine Vielzahl von unterschiedlichen dyadische Konstellationen, wie Erwachsene fremde, romantischen Partner oder Geschwister. Abschließend möchte ich sagen, hat fNIRS Hyperscanning das Potenzial, liefern neue Erkenntnisse über die Dynamik der laufenden sozialen Interaktion, die möglicherweise über das hinausgehen, was durch die Untersuchung der Aktivitäten der einzelnen Gehirne untersucht werden kann.

Repräsentative Daten von einer Eltern-Kind-Dyade während der Kooperative Zustand sind in Abbildung 1dargestellt. Die kooperative Aufgabe besteht aus drei 30 s Rest Blöcke und zwei Aufgabe Blöcke mit jeweils 20 Studien in abwechselnder Reihenfolge vorgestellt. In jeder Studie müssen Teilnehmer gleichzeitig möglich, ein Signal an einem Punkt11verdienen reagieren.
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Conducting Hyperscanning Experiments with Functional Near-Infrared Spectroscopy

Hyperscanning Experimente mit funktionalen Nah-Infrarot-Spektroskopie

Dieses Protokoll beschreibt, wie fNIRS Hyperscanning Experimente durchführen und analysieren von Gehirn zu Gehirn Synchronität. Darüber hinaus diskutieren wir Herausforderungen und mögliche Lösungen.

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

Durch die Messung der Gehirnaktivitäten von zwei oder mehr Menschen gleichzeitig, kann diese Methode Licht auf die neurobiologischen Mechanismen, die sozialen Interaktionen zugrunde liegen. Die funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) eignet sich gut für die Durchführung solcher Hyperscanning-Experimente, da sie die hämodynamische Reaktion des Gehirns mit einer hohen Abtastrate misst und in relativ natürlichen Umgebungen angewendet werden kann. Während dieses Protokoll zeigt, wie gleichzeitig fNIRS-Aufnahmen von erwachsenen-Kind-Dyaden durchgeführt werden, kann es an verschiedene dyadische Konstellationen wie romantische Partner und an verschiedene experimentelle Aufgaben angepasst werden.Wählen Sie zunächst eine Kappengröße aus, die die gleiche Größe oder etwas größer als der Kopfumfang des Teilnehmers ist. Schneiden Sie 15 Löcher mit einem Durchmesser von jeweils etwa 15 Millimetern, angeordnet in einem horizontalen Drei-mal-Fünf-Raster in den Stirnbereich von jeweils zwei rohen EEG-Kappen. Stellen Sie sicher, dass die Löcher 30 Millimeter voneinander entfernt sind, und stellen Sie sicher, dass sich die mittlere Lochsäule in der Mitte der Stirn befindet.Um die Kappen komfortabler zu machen und Druckspuren zu minimieren, befestigen Sie weiches Schaumstoffmaterial an der Innenseite des Haltergitters zwischen den Sondenbuchsen und an den Kanten. Als nächstes montieren Sie ein leeres dreimal fünf Sondenhaltergitter an jeder der modifizierten EEG-Kappen, so dass das Haltergitter selbst auf der Innenseite der Kappe platziert wird und die Halterbuchsen in den Löchern kleben. Legen Sie dann die Sonden vorsichtig in die entsprechenden Halterungsbuchsen am Raster ein, so dass nur der erste Grat jeder Sonde in der Buchse montiert ist, was zu einem Klickgeräusch führt.Öffnen Sie das Sonden-Monitorfenster am nächstgelegenen Messsystem und wählen Sie zwei Sondensätze aus, die jeweils in einem Drei-mal-Fünf-Raster angeordnet sind, einen für das teilnehmende Kind und einen für den Erwachsenen. Stellen Sie sicher, dass die Sondenanordnungen der beiden Kappen den Anordnungen im Sondensatzfenster entsprechen. Schalten Sie als nächstes die Laserdioden des nächstgelegenen Messsystems 30 Minuten vor der Messung ein, damit das System eine stabile Betriebstemperatur erreicht.Stellen Sie alle erforderlichen Optionen am nächstgelegenen Messsystem ein. Stellen Sie sicher, dass das Gerät auf ereignisbezogene Messung eingestellt ist und dass die serielle RS232-Eingabe, die für den Empfang von Triggern aus dem experimentellen Paradigma erforderlich ist, aktiv ist. Bereiten Sie dann das experimentelle Paradigma vor, indem Sie die technische Computersoftware starten, die als Basis für die Psychophysics Toolbox-Erweiterungen dient, und das aktuelle Verzeichnis auf den Ordner festlegen, in dem das Paradigma gespeichert ist.Schließlich legen Sie zwei Kinnstützen vor den Computerbildschirm, um Kopfbewegungen während des Experiments zu verhindern. Beginnen Sie, indem Sie die beiden Teilnehmer in den Testraum begleiten und den Versuchsaufbau erklären. Setzen Sie dann die Teilnehmer nebeneinander vor den Computerbildschirm.Passen Sie die Höhe der Kinnstützen so an, dass beide Teilnehmer bequem sitzen. Geben Sie Anweisungen und verwalten Sie Praxisversuche sowohl des kooperativen als auch des Wettbewerbsspiels. Als nächstes messen und markieren Sie den Fpz-Punkt nach dem 10-20-System, das 10 % des Abstands zwischen Nasion und Inion auf dem Kopf jedes Teilnehmers beträgt.Schalten Sie dann den Laser aus und legen Sie die Kappen mit den Sonden vorsichtig auf die Köpfe der Teilnehmer. Stellen Sie sicher, dass die mittlere Sonde der unteren Zeile auf Fpz platziert ist und die mittlere Sondensäule entlang der sagittalen Referenzkurve ausgerichtet ist. Legen Sie die Fasersaiten auf den Halterarm, der am nächsten Messsystem befestigt ist, damit sie lose ohne Kontakt mit dem Teilnehmer oder Stuhl hängen und nicht an den Kappen ziehen.Als nächstes schieben Sie jede Sonde weiter in ihren Sockel, bis die kleine weiße Nase in der Mitte der Oberseite des Sondengehäuses sichtbar ist. Schalten Sie dann den Laser wieder ein und testen Sie die Signalqualität, indem Sie auf die Auto Gain-Taste im Sonden-Monitorfenster des nächstgelegenen Messsystems klicken. Wenn ein Kanal gelb markiert ist, was ein unzureichendes Signal bedeutet, legen Sie das Haar vorsichtig unter die umgebende Sondenspitze zur Seite.Nehmen Sie Diesanpassungen vor, und klicken Sie erneut auf die Schaltfläche Auto Gain, um zu sehen, ob sich die Signalqualität verbessert hat oder grün markiert ist. Sobald die Signalqualität zufriedenstellend ist, legen Sie ein Handtuch über die Hände der Teilnehmer, damit sie die Handbewegungen ihres jeweiligen Spielpartners nicht sehen können. Starten Sie dann das Experiment.Speichern Sie dann nach Abschluss des Experiments die Daten und exportieren Sie die Rohlichtintensitätsdaten als Textdatei, indem Sie auf die Schaltfläche Textdatei aus klicken. Schließlich reinigen Sie die Sonden, Sondenhalter und Kinn mit Ethnol, und waschen Sie die Kappen mit mildem Reinigungsmittel. Als Maß für die Synchronisation von Gehirn zu Gehirn wird die Wavelet-Kohärenz zwischen den fNIRS-Signalen interagierender Probanden berechnet.Die Wellenkohärenzkoeffizienten werden anhand einer Farbkarte visualisiert, die von blau, wenig oder gar nicht kohärent bis rot reicht, was eine starke oder maximale Kohärenz bedeutet. Die Ergebnisse zeigen eine starke Kohärenz während des gesamten Experiments in einem Hochfrequenzband bis zu einer Periodenlänge von etwa einer Sekunde, die wahrscheinlich aus den Herzrhythmusrhythmen der Probanden resultiert. Darüber hinaus tritt eine starke Kohärenz in einem niedrigeren Frequenzband zwischen der Länge von zwei und acht Sekunden auf.Die Kohärenz in diesem niederfrequenten Bereich spiegelt wahrscheinlich eine Synchronisation der Gehirnaktivitäten beider Probanden während der Aufgabe wider. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, zu überprüfen, ob die Kappen korrekt auf den Köpfen der Teilnehmer platziert sind, und eine gute Signalqualität zu gewährleisten. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der sozialen Neurowissenschaften, um die Gehirn-Hirn-Synchronität in einer Vielzahl von verschiedenen Aufgaben zu erforschen und Verhaltenskorrelierte und Assoziationen zu Merkmalen der Individuen und ihrer Beziehung zu untersuchen.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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Neurowissenschaften

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