Name: conducting hyperscanning experiments with functional near-infrared spectroscopy
Uploaded: 2019-01-19T14:45:00
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Questo lavoro è stato finanziato dall'iniziativa eccellenza dello stato federale tedesco e governi (ERS Seed Fund, OPSF449). Il sistema Hitachi NIRS è stato sostenuto da un finanziamento della Fondazione di ricerca tedesca DFG (INST FUGG 948/18-1).

Prima della partecipazione, tutti i genitori / figli fornito consenso informato / assenso. Lo studio è stato approvato dal comitato etico della facoltà medica dell'Università tecnica di Aquisgrana.
1. preparazione prima che arrivi il partecipante
<ol><li>Preparare tappi NIRS.<ol>
<li>Scegliere le dimensioni del tappo della stessa dimensione o leggermente più grande di circonferenza cranica del partecipante.</li>
		<li>Tagliare 15 fori con un diametro di circa 15 mm ciascuno, disposti in ...

<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 questo protocollo, mostriamo come condurre esperimenti hyperscanning fNIRS e un possibile modo per analizzare il cervello al cervello sincronia, variazioni di concentrazione di oxy-Hb e deossi-Hb alle regioni frontali del cervello di due soggetti di misura contemporaneamente. Hyperscanning FNIRS è relativamente facile da applicare: un unico dispositivo NIRS è sufficiente per misurare l'attività del cervello di entrambi i soggetti suddividendo gli optodi tra di loro. Così, alcuna sincronizzazione tra dispositivi di...

Negli ultimi anni, i neuroscienziati hanno iniziato a studiare le interazioni sociali registrando le attività del cervello di due o più persone contemporaneamente, un approccio definito hyperscanning1. Questa tecnica apre nuove opportunità per delucidare i meccanismi neurobiologici alla base di queste interazioni. Per comprendere appieno le interazioni sociali, potrebbe non essere sufficiente studiare i singoli cervelli in isolamento, ma piuttosto le attività congiunte di cervelli di interagenti persone2. Utilizzando tecniche di neuroimaging differenti, hyperscanning gli studi hanno indicato quel cervello sincronizzare attività di interagenti persone o gruppi, per esempio, mentre esse coordinano le loro azioni3, fanno musica4,5, di comunicare impegnarsi in attività di classe6 o7di cooperare.
L'articolo presenta un protocollo per lo svolgimento di registrazioni simultanee con spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS). Simile a risonanza magnetica funzionale (fMRI), fNIRS misura la risposta emodinamica per l'attivazione del cervello. Modifiche in emoglobina ossigenata e deossigenata (oxy-Hb e deossi-Hb) vengono calcolate in base alla quantità di luce vicina all'infrarosso verificano trasmessa attraverso tessuto8. fNIRS è adatto per lo svolgimento di esperimenti di hyperscanning, soprattutto con i bambini, perché può essere applicato in impostazioni meno vincolate e più naturale rispetto alla fMRI. Inoltre, è meno incline a artefatti di movimento rispetto sia, fMRI ed EEG9. Inoltre, possono essere acquisiti dati fNIRS alle alte frequenze di campionamento (per esempio, 10 Hz), così altamente esegue il sovracampionamento la risposta emodinamica relativamente lenta e quindi potenzialmente fornisce un quadro più completo temporale dell'emodinamica cerebrale10 .
Questo protocollo è stato sviluppato all'interno dello studio di Reindl et al. 11 ed è stato leggermente modificato (in particolare per quanto riguarda il posizionamento del canale e l'identificazione di canale male) più recentemente. Lo scopo dello studio era di esaminare attività cerebrale sincronizzato di diadi madre-bambino. Utilizzando fNIRS hyperscanning, abbiamo valutato sincronia di cervello al cervello in aree prefrontali del cervello dei bambini (da cinque a nove anni) e loro genitori, soprattutto madri, durante una cooperativa e un'attività concorrenziale. Regioni prefrontale del cervello sono state mirate, come fossero identificati come regioni importanti per processi sociali interattive in precedenti studi di hyperscanning1. L'attività cooperativa e competitiva originalmente sono stati sviluppati da Cui et al. 12 e recentemente impiegato da diversi precedenti studi13,14,15. Per lo studio di Reindl et al. 11, i compiti sono stati modificati per essere adatto ai bambini. I partecipanti sono stati incaricati per neanche rispondere congiuntamente tramite pulsante presse in risposta ad un target (cooperazione) o per reagire più rapidamente che l'altro giocatore (concorrenza). Ogni bambino eseguita ogni attività una volta con il padre e una volta con un adulto sconosciuto dello stesso sesso come il padre. All'interno di ogni diade bambino-adulto, coerenza wavelet è stato calcolato per i segnali di oxy-Hb di canali corrispondenti come misura di sincronia di cervello al cervello.
Questo protocollo descrive le procedure per raccogliere i dati di hyperscanning fNIRS di genitore e bambino durante il gioco cooperativo e competitivo. La procedura generale, tuttavia, non è specifica per questo progetto di ricerca, ma è appropriata per le diverse popolazioni (ad esempio, adulti sconosciuti, romantico partner, fratelli, ecc.) e può essere adattata per un numero di differenti compiti sperimentali. Questo protocollo delinea anche una possibile procedura analitica, che copre i punti di analisi di dati necessari e facoltativi, tra cui pre-elaborazione di dati fNIRS, canale male rilevamento, analisi wavelet coerenza e convalida di analisi coppia casuale.

<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

Registrazioni simultanee del cervello di due o più persone interagenti, un approccio definito hyperscanning, stanno guadagnando sempre più importanza per comprendere le basi neurobiologiche delle interazioni sociali e le relazioni interpersonali possibilmente . Funzionale spettroscopia nel vicino infrarosso (fNIRS) è adatta per condurre esperimenti di hyperscanning perché esso misura gli effetti emodinamici locali con una frequenza di campionamento alta e, importante, può essere applicato in ambienti naturali, non che richiede movimento rigoroso restrizioni. In questo articolo, presentiamo un protocollo per lo svolgimento di esperimenti di hyperscanning fNIRS con diadi madre-bambino e per analisi del cervello--cervello sincronia. Inoltre, discutiamo questioni critiche ed orientamenti futuri, per quanto riguarda il disegno sperimentale, la registrazione spaziale dei canali fNIRS, influenze fisiologiche e metodi di analisi di dati. Il protocollo descritto non è specifico di diadi madre-bambino, ma può essere applicato ad una varietà di diverse costellazioni diadico, quali adulti sconosciuti, romantico partner o fratelli. Per concludere, fNIRS hyperscanning ha il potenziale per produrre nuove intuizioni riguardanti le dinamiche dell'interazione sociale in corso, che probabilmente vanno oltre ciò che può essere studiato esaminando le attività dei singoli cervelli.

Dati rappresentativi di una diade padre-figlio durante la condizione di cooperativa sono mostrati nella Figura 1. L'attività della cooperativa è costituito da tre 30 s resto blocchi e blocchi di due attività, con 20 prove ciascuno, presentati in ordine di alternanza. In ogni prova, i partecipanti dovranno reagire contemporaneamente come possibile ad un segnale per guadagnare un punto11.
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Conducting Hyperscanning Experiments with Functional Near-Infrared Spectroscopy

Esperimenti di Hyperscanning con spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso

Il presente protocollo descrive come condurre esperimenti hyperscanning fNIRS e analizzare la sincronia di cervello al cervello. Ulteriormente, discutiamo le sfide e le possibili soluzioni.

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

Misurando le attività cerebrali di due o più persone contemporaneamente, questo metodo può far luce sui meccanismi neurobiologici alla base delle interazioni sociali. La spettroscopia funzionale vicino all'infrarosso, o fNIRS, è adatta per condurre tali esperimenti di ipersonizzazione perché misura la risposta emodinamica cerebrale con un alto tasso di campionamento e può essere applicata in contesti relativamente naturali. Mentre questo protocollo mostra come condurre registrazioni fNIRS simultanee di diadi adulti-bambini, può essere adattato a diverse costellazioni diadiche come partner romantici e a diversi compiti sperimentali.Inizia scegliendo una dimensione del cappuccio della stessa dimensione o leggermente superiore alla circonferenza della testa del partecipante. Tagliare 15 fori con un diametro di circa 15 millimetri ciascuno, disposti in una griglia orizzontale tre per cinque nell'area della fronte di ciascuno dei due tappi EEG grezzi. Assicurarsi che i fori siano distanziati a 30 millimetri l'uno dall'altro in qualsiasi direzione, che la colonna centrale dei fori si trovi al centro della fronte.Per rendere i tappi più confortevoli e ridurre al minimo i segni di pressione, attaccare materiale espanso morbido sul lato interno della griglia del supporto tra le prese della sonda e ai bordi. Successivamente, montare una griglia vuota di supporto della sonda tre per cinque su ciascuno dei tappi EEG modificati in modo che la griglia del supporto stesso sia posizionata all'interno del cappuccio e le prese del supporto si attacchino nei fori. Quindi, inserire delicatamente le sonde nelle prese portanti appropriate sulla griglia in modo tale che solo la prima cresta di ogni sonda sia montata nella presa, il che si traduce in un suono di clic.Aprire la finestra del monitor del set di sonde nel sistema di misurazione più vicino e selezionare due set di sonde disposti in una griglia tre per cinque ciascuno, uno per il bambino partecipante e uno per l'adulto. Assicurarsi che le disposizioni della sonda dei due tappi corrispondano alle disposizioni nella finestra del set di sonde. Successivamente, accendere i diodi laser del sistema di misurazione più vicino 30 minuti prima della misurazione in modo che il sistema raggiunga una temperatura operativa stabile.Impostare tutte le opzioni necessarie nel sistema di misurazione più vicino. Assicurarsi che il dispositivo sia impostato sulla misurazione relativa agli eventi e che sia attivo l'ingresso seriale RS232 necessario per ricevere trigger dal paradigma sperimentale. Quindi, preparare il paradigma sperimentale avviando il software di calcolo tecnico che funge da base per le estensioni della Casella degli strumenti di psicofisica e impostando la directory corrente sulla cartella in cui viene salvato il paradigma.Infine, posizionare due poggiamenti davanti allo schermo del computer per evitare movimenti della testa durante l'esperimento. Inizia scortando i due partecipanti nella sala prove e spiegando l'impostazione sperimentale. Quindi, seduti i partecipanti uno accanto all'altro davanti allo schermo del computer.Regolare l'altezza dei poggiamenti del mento in modo che entrambi i partecipanti si sieda comodamente. Fornire istruzioni e amministrare prove pratiche sia della cooperativa che del gioco competitivo. Successivamente, misurare e contrassegnare il punto Fpz secondo il sistema 10-20, che è il 10% della distanza tra nasion e inion sulla testa di ogni partecipante.Quindi spegnere il laser e posizionare i tappi con le sonde con attenzione sulla testa dei partecipanti. Assicurate che la sonda centrale della riga inferiore sia posizionata su Fpz e che la colonna centrale della sonda sia allineata lungo la curva di riferimento sagittale. Posizionare le corde in fibra sul braccio portante collegato al sistema di misurazione più vicino in modo che si appenda liberamente senza contatto con il partecipante o la sedia e che non tirno sui tappi.Quindi, spingere ulteriormente ogni sonda nella sua presa fino a quando il piccolo naso bianco al centro della parte superiore dell'involucro della sonda è visibile. Quindi, ria riascinde il laser e testa la qualità del segnale facendo clic sul pulsante Guadagno automatico nella finestra del monitor del set di sonde del sistema di misurazione più vicino. Se un canale è contrassegnato in giallo, il che significa segnale insufficiente, mettere delicatamente da parte i capelli sotto la punta della sonda circostante.Effettuare le regolazioni della sonda e fare di nuovo clic sul pulsante Guadagno automatico per verificare se la qualità del segnale è migliorata o è contrassegnata in verde. Una volta che la qualità del segnale è soddisfacente, posizionare un asciugamano sulle mani dei partecipanti in modo che non possano vedere i movimenti delle mani del rispettivo partner di gioco. Quindi, inizia l'esperimento.Quindi, al termine dell'esperimento, salvare i dati ed esportare i dati di intensità della luce non elaborati come file di testo facendo clic sul pulsante Text File Out. Infine, pulire le sonde, i supporti della sonda e il mento poggia con etnolo e lavare i tappi con detersivo delicato. Come misura della sincronia cervello-cervello, la coerenza wavelet è calcolata tra i segnali fNIRS dei soggetti interagenti.I coefficienti di coerenza wavelet sono visualizzati usando una mappa dei colori che va dal blu, poca o nessuna coerenza, al rosso, il che significa coerenza forte o massima. I risultati mostrano una forte coerenza durante l'esperimento in una banda ad alta frequenza fino a una durata di circa un secondo, che probabilmente deriva dai ritmi cardiaci dei soggetti. Inoltre, una forte coerenza appare in una banda di frequenza inferiore tra la durata del periodo di due e otto secondi.La coerenza in questo intervallo di bassa frequenza riflette probabilmente una sincronizzazione delle attività cerebrali di entrambi i soggetti durante il compito. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricontrollare che i tappi siano posizionati correttamente sulla testa dei partecipanti e garantire una buona qualità del segnale. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha spianato la strada ai ricercatori nel campo delle neuroscienze sociali per esplorare la sincronia cervello-cervello in una varietà di compiti diversi, esaminando i comportamenti correlati e le associazioni alle caratteristiche degli individui e alla loro relazione.

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