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

Dette arbeidet ble finansiert av fortreffelighet initiativ av den tyske staten og regjeringer (ERS frø fondet, OPSF449). Hitachi NIRS systemet ble støttet av finansiering av tysk Research Foundation DFG (INST 948/18-1 FUGG).

Før deltakelse, alle foreldre / barn gitt samtykke / samtykke. Studien ble godkjent av den etiske komiteen av medisinske fakultetet av RWTH Aachen University.
1. forberedelse før deltakeren kommer
<ol><li>Forberede NIRS caps.<ol>
<li>Velg cap størrelsene like stor som eller litt større enn deltakerens hodeomkrets.</li>
		<li>Skjære 15 hull med en diameter på ca 15 mm hver, ordnet i et vannrett 3 x 5-rutenett, i pannen området hver 2 rå EEG landskamper (se Tabell for materiale...

<ol>
	<li>Babiloni, F., Astolfi, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Social+neuroscience+and+hyperscanning+techniques:+past,+present+and+future.">Social neuroscience and hyperscanning techniques: past, present and future.</a> Neuroscience &amp; Biobehavioral Reviews. 44, 76-93 (2014).</li><li>Hari, R., Henriksson, L., Malinen, S., Parkkonen, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Centrality+of+social+interaction+in+human+brain+function.">Centrality of social interaction in human brain function.</a> Neuron. 88 (1), 181-193 (2015).</li><li>Funane, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synchronous+activity+of+two+people's+prefrontal+cortices+during+a+cooperative+task+measured+by+simultaneous+near-infrared+spectroscopy.">Synchronous activity of two people's prefrontal cortices during a cooperative task measured by simultaneous near-infrared spectroscopy.</a> Journal of Biomedical Optics. 16 (7), 077011 (2011).</li><li>Lindenberger, U., Li, S. -. C., Gruber, W., M&#252;ller, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brains+swinging+in+concert:+cortical+phase+synchronization+while+playing+guitar.">Brains swinging in concert: cortical phase synchronization while playing guitar.</a> BMC Neuroscience. 10, 22 (2009).</li><li>Jiang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+synchronization+during+face-to-face+communication.">Neural synchronization during face-to-face communication.</a> Journal of Neuroscience. 32 (45), 16064-16069 (2012).</li><li>Dikker, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain-to-brain+synchrony+tracks+real-world+dynamic+group+interactions+in+the+classroom.">Brain-to-brain synchrony tracks real-world dynamic group interactions in the classroom.</a> Current Biology. 27 (9), 1375-1380 (2017).</li><li>Liu, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NIRS-based+hyperscanning+reveals+inter-brain+neural+synchronization+during+cooperative+Jenga+game+with+face-to-face+communication.">NIRS-based hyperscanning reveals inter-brain neural synchronization during cooperative Jenga game with face-to-face communication.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 10, 82 (2016).</li><li>Hoshi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+near-infrared+spectroscopy:+current+status+and+future+prospects.">Functional near-infrared spectroscopy: current status and future prospects.</a> Journal of Biomedical Optics. 12 (6), 062106 (2007).</li><li>Lloyd-Fox, S., Blasi, A., Elwell, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Illuminating+the+developing+brain:+the+past,+present+and+future+of+functional+near+infrared+spectroscopy.">Illuminating the developing brain: the past, present and future of functional near infrared spectroscopy.</a> Neuroscience &amp; Biobehavioral Reviews. 34 (3), 269-284 (2010).</li><li>Huppert, T. J., Hoge, R. D., Diamond, S. G., Franceschini, M. A., Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+temporal+comparison+of+BOLD,+ASL,+and+NIRS+hemodynamic+responses+to+motor+stimuli+in+adult+humans.">A temporal comparison of BOLD, ASL, and NIRS hemodynamic responses to motor stimuli in adult humans.</a> NeuroImage. 29 (2), 368-382 (2006).</li><li>Reindl, V., Gerloff, C., Scharke, W., Konrad, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain-to-brain+synchrony+in+parent-child+dyads+and+the+relationship+with+emotion+regulation+revealed+by+fNIRS-based+hyperscanning.">Brain-to-brain synchrony in parent-child dyads and the relationship with emotion regulation revealed by fNIRS-based hyperscanning.</a> NeuroImage. 178, 493-502 (2018).</li><li>Cui, X., Bryant, D. M., Reiss, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NIRS-based+hyperscanning+reveals+increased+interpersonal+coherence+in+superior+frontal+cortex+during+cooperation.">NIRS-based hyperscanning reveals increased interpersonal coherence in superior frontal cortex during cooperation.</a> NeuroImage. 59 (3), 2430-2437 (2012).</li><li>Baker, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sex+differences+in+neural+and+behavioral+signatures+of+cooperation+revealed+by+fNIRS+hyperscanning.">Sex differences in neural and behavioral signatures of cooperation revealed by fNIRS hyperscanning.</a> Scientific Reports. 6, 26492 (2016).</li><li>Cheng, X., Li, X., Hu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synchronous+brain+activity+during+cooperative+exchange+depends+on+gender+of+partner:+a+fNIRS-based+hyperscanning+study.">Synchronous brain activity during cooperative exchange depends on gender of partner: a fNIRS-based hyperscanning study.</a> Human Brain Mapping. 36 (6), 2039-2048 (2015).</li><li>Pan, Y., Cheng, X., Zhang, Z., Li, X., Hu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cooperation+in+lovers:+an+fNIRS-based+hyperscanning+study.">Cooperation in lovers: an fNIRS-based hyperscanning study.</a> Human Brain Mapping. 38 (2), 831-841 (2017).</li><li>Kleiner, M., Brainard, D., Pelli, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What's+new+in+Psychtoolbox-3?.">What's new in Psychtoolbox-3?.</a> Perception. 36, (2007).</li><li>Huppert, T. J., Diamond, S. G., Franceschini, M. A., Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HomER:+a+review+of+time-series+analysis+methods+for+near-infrared+spectroscopy+of+the+brain.">HomER: a review of time-series analysis methods for near-infrared spectroscopy of the brain.</a> Applied Optics. 48 (10), D280-D298 (2009).</li><li>Santosa, H., Zhai, X., Fishburn, F., Huppert, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+NIRS+Brain+AnalyzIR+Toolbox.">The NIRS Brain AnalyzIR Toolbox.</a> Algorithms. 11 (5), 73 (2018).</li><li>Tak, S., Uga, M., Flandin, G., Dan, I., Penny, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensor+space+group+analysis+for+fNIRS+data.">Sensor space group analysis for fNIRS data.</a> Journal of Neuroscience Methods. 264, 103-112 (2016).</li><li>Scholkmann, F., Spichtig, S., Muehlemann, T., Wolf, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+to+detect+and+reduce+movement+artifacts+in+near-infrared+imaging+using+moving+standard+deviation+and+spline+interpolation.">How to detect and reduce movement artifacts in near-infrared imaging using moving standard deviation and spline interpolation.</a> Physiological Measurement. 31 (5), 649-662 (2010).</li><li>van der Kant, A., Biro, S., Levelt, C., Huijbregts, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Negative+affect+is+related+to+reduced+differential+neural+responses+to+social+and+non-social+stimuli+in+5-to-8-month-old+infants:+a+functional+near-infrared+spectroscopy-study.">Negative affect is related to reduced differential neural responses to social and non-social stimuli in 5-to-8-month-old infants: a functional near-infrared spectroscopy-study.</a> Developmental Cognitive Neuroscience. 30, 23-30 (2018).</li><li>Bastos, A. M., Schoffelen, J. -. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+tutorial+review+of+functional+connectivity+analysis+methods+and+their+interpretational+pitfalls.">A tutorial review of functional connectivity analysis methods and their interpretational pitfalls.</a> Frontiers in Systems Neuroscience. 9, 175 (2016).</li><li>Grinsted, A., Moore, J. C., Jevrejeva, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+the+cross+wavelet+transform+and+wavelet+coherence+to+geophysical+time+series.">Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series.</a> Nonlinear Processes in Geophysics. 11, 561-566 (2004).</li><li>Aguiar-Conraria, L., Soares, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+continuous+wavelet+transform:+moving+beyond+uni-and+bivariate+analysis.">The continuous wavelet transform: moving beyond uni-and bivariate analysis.</a> Journal of Economic Surveys. 28 (2), 344-375 (2014).</li><li>Nozawa, T., Sasaki, Y., Sakaki, K., Yokoyama, R., Kawashima, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interpersonal+frontopolar+neural+synchronization+in+group+communication:+an+exploration+toward+fNIRS+hyperscanning+of+natural+interactions.">Interpersonal frontopolar neural synchronization in group communication: an exploration toward fNIRS hyperscanning of natural interactions.</a> NeuroImage. 133, 484-497 (2016).</li><li>Burgess, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+interpretation+of+synchronization+in+EEG+hyperscanning+studies:+a+cautionary+note.">On the interpretation of synchronization in EEG hyperscanning studies: a cautionary note.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 7, 881 (2013).</li><li>Tsuzuki, D., Dan, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+registration+for+functional+near-infrared+spectroscopy:+from+channel+position+on+the+scalp+to+cortical+location+in+individual+and+group+analyses.">Spatial registration for functional near-infrared spectroscopy: from channel position on the scalp to cortical location in individual and group analyses.</a> NeuroImage. 85, 92-103 (2014).</li><li>Tachtsidis, I., Scholkmann, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=False+positives+and+false+negatives+in+functional+near-infrared+spectroscopy:+issues,+challenges,+and+the+way+forward.">False positives and false negatives in functional near-infrared spectroscopy: issues, challenges, and the way forward.</a> Neurophotonics. 3 (3), 031405 (2016).</li><li>Palumbo, R. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interpersonal+autonomic+physiology:+a+systematic+review+of+the+literature.">Interpersonal autonomic physiology: a systematic review of the literature.</a> Personality and Social Psychology Review. 21 (2), 99-141 (2016).</li><li>Pinti, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+present+and+future+use+of+functional+near-infrared+spectroscopy+(fNIRS)+for+cognitive+neuroscience.">The present and future use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for cognitive neuroscience.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. , (2018).</li><li>Brigadoi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motion+artifacts+in+functional+near-infrared+spectroscopy:+a+comparison+of+motion+correction+techniques+applied+to+real+cognitive+data.">Motion artifacts in functional near-infrared spectroscopy: a comparison of motion correction techniques applied to real cognitive data.</a> NeuroImage. 85 (1), 181-191 (2014).</li><li>Cooper, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+systematic+comparison+of+motion+artifact+correction+techniques+for+functional+near-infrared+spectroscopy.">A systematic comparison of motion artifact correction techniques for functional near-infrared spectroscopy.</a> Frontiers in Neuroscience. 6, 147 (2012).</li><li>Hirsch, J., Zhang, X., Noah, J. A., Ono, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frontal+temporal+and+parietal+systems+synchronize+within+and+across+brains+during+live+eye-to-eye+contact.">Frontal temporal and parietal systems synchronize within and across brains during live eye-to-eye contact.</a> NeuroImage. 157, 314-330 (2017).</li><li>Scholkmann, F., Holper, L., Wolf, U., Wolf, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+methodical+approach+in+neuroscience:+assessing+inter-personal+brain+coupling+using+functional+near-infrared+imaging+(fNIRI)+hyperscanning.">A new methodical approach in neuroscience: assessing inter-personal brain coupling using functional near-infrared imaging (fNIRI) hyperscanning.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 7, 813 (2013).</li></ol>

I denne protokollen viser vi hvordan du fNIRS hyperscanning eksperimenter og en mulig måte å analysere brain-til-hjerne synchrony, måle konsentrasjon endringer av oxy-Hb og deoxy-Hb frontal hjernen regioner av to fag samtidig. FNIRS hyperscanning er relativt enkelt å bruke: én NIRS enhet er tilstrekkelig til å måle hjernen aktiviteter både fag ved å dele optodes mellom dem. Dermed er ingen synkronisering mellom forskjellige enheter nødvendig1. Videre, siden fNIRS ikke krever strenge beve...

De siste årene, nevrologer har begynt å studere sosial interaksjon ved hjernen aktivitetene til to eller flere personer samtidig, en tilnærming kalt hyperscanning1. Denne teknikken åpner nye muligheter for å belyse nevrobiologiske mekanismene bak disse interaksjoner. Å fullt ut forstå sosiale interaksjoner, kan det ikke være tilstrekkelig å studere enkelt hjerner i isolasjon, men heller de felles aktivitetene hjerner samspill personer2. Bruke forskjellige neuroimaging teknikker, hyperscanning studier har vist at hjernen aktiviteter samspill personer eller grupper synkroniseres, f.eks, mens de koordinere sine handlinger3, lage musikk4, kommunisere5, delta i klasserommet aktiviteter6 eller samarbeide7.
Artikkelen presenterer en protokoll for å gjennomføre samtidig opptak med funksjonell nær infrarød spektroskopi (fNIRS). I likhet med funksjonell magnetisk resonans imaging (fMRI), fNIRS måler hemodynamic svaret hjernen aktivisering. Endringer i oksygenrikt og deoxygenated hemoglobin (oxy-Hb og deoxy-Hb) er beregnet basert på hvor mye diffusively nær-infrarøde lyset gjennom vev8. fNIRS er godt egnet for å drive hyperscanning eksperimenter, spesielt med barn, fordi det kan brukes i mindre begrenset og mer naturlig enn fMRI. Dessuten er det mindre utsatt for bevegelse gjenstander enn både fMRI og EEG9. I tillegg fNIRS data kan skaffes på høye samplingsfrekvenser (f.eks, 10 Hz), således svært oversamples relativt treg hemodynamic svaret og dermed potensielt gir et mer fullstendig timelige bilde av hjernen hemodynamics10 .
Denne protokollen ble utviklet innen studiet av Reindl et al. 11 og er litt endret (særlig med hensyn til kanal plassering og dårlig kanalen ID) nylig. Målet med undersøkelsen var å undersøke synkronisert hjerneaktiviteten til overordnet-underordnet dyads. Bruker fNIRS hyperscanning, vurdert vi brain-til-hjerne synkronisering i prefrontal hjernen områder for barn (i alderen fem til ni år) og deres foreldre, hovedsakelig mødre, under et samarbeid og en konkurransedyktig datamaskin aktivitet. Prefrontal hjernen regioner var rettet som de hadde blitt identifisert som viktige områder for sosiale interaktive prosesser i forrige hyperscanning studier1. Kooperativ og konkurransedyktig oppgaven ble opprinnelig utviklet av Cui et al. 12 og nylig ansatt av flere tidligere studier13,14,15. For studier av Reindl et al. 11, aktivitetene ble endret til å være egnet for barn. Deltakerne ble bedt om å enten svare fellesskap via tastetrykk som svar på et mål (samarbeid) eller å svare raskere enn den andre spilleren (konkurranse). Hvert barn utført hver oppgave når foreldre og når en voksen fremmed av samme kjønn som overordnet. Innenfor hvert barn-voksen dyad, ble wavelet sammenheng beregnet for oxy-Hb signalene tilsvarende kanaler som et mål på brain-til-hjerne synkronisering.
Denne protokollen beskriver prosedyrene for å samle fNIRS hyperscanning informasjon av overordnede og underordnede under samarbeidsvillig og konkurransedyktige spillet. Generelle fremgangsmåten, men er ikke spesifikke for denne forskningsdesign men passer for ulike befolkningsgrupper (f.eks, voksen fremmede, romantiske partnere, søsken, etc.) og kan tilpasses for en rekke forskjellige eksperimentelle aktiviteter. Denne protokollen også skisserer en mulig analytiske prosedyren som dekker nødvendig og valgfrie data analyse, medregnet fNIRS data forbehandling, dårlig kanal deteksjon, wavelet sammenheng analyse og validering av tilfeldige par analyse.

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

conducting hyperscanning experiments with functional near-infrared spectroscopy

Samtidige hjernen opptak av to eller flere samspill personer, tilnærming kalt hyperscanning, er stadig økende betydning for vår forståelse av nevrobiologiske fundamentet av sosiale interaksjoner, og muligens mellommenneskelige relasjoner . Funksjonell nær infrarød spektroskopi (fNIRS) er godt egnet for gjennomføre hyperscanning eksperimenter fordi den måler lokale hemodynamic effekter med en høy samplingsfrekvens og, viktigst, det kan brukes i naturlige omgivelser, ikke krever strenge bevegelse begrensninger. I denne artikkelen presenterer vi en protokoll for å gjennomføre fNIRS hyperscanning eksperimenter med foreldre-barn dyads og analysere brain-til-hjerne-synkronisering. Videre diskutere vi viktige problemer og fremtidige retninger, om eksperimentell design, romlig registrering av fNIRS kanaler, fysiologiske påvirkninger og dataanalyse metoder. Beskrevet protokollen er ikke spesifikke for foreldre-barn dyads, men kan brukes til en rekke forskjellige dyadic konstellasjoner, som voksen fremmede, romantiske partnere eller søsken. For å konkludere, har fNIRS hyperscanning potensial til å gi ny innsikt i dynamikken i den pågående sosial interaksjonen, som muligens gå utover hva kan studeres ved å undersøke aktiviteter av personlige hjerner.

Representant data av en foreldre-barn dyad under samarbeidende tilstanden er vist i figur 1. Kooperativ aktiviteten består av tre 30 s resten blokker og to oppgave blokker, med 20 forsøk hver, presentert i alternerende rekkefølge. I hver prøve må deltakerne reagere som samtidig som mulig for å en signal å tjene en punkt11.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/file...

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

Gjennomføre Hyperscanning eksperimenter med funksjonell nær infrarød spektroskopi

Nåværende protokollen beskriver hvordan å utføre fNIRS hyperscanning eksperimenter og analysere brain-til-hjerne synkronisering. Videre, vi diskutere utfordringene og mulige løsninger.

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

Ved å måle hjerneaktiviteter for to eller flere personer samtidig, kan denne metoden kaste lys over de nevrobiologiske mekanismene som ligger til grunn for sosiale interaksjoner. Funksjonell nær-infrarød spektroskopi, eller fNIRS, er godt egnet for å gjennomføre slike hyperscanning eksperimenter fordi den måler hjernen hemodynamic respons med høy samplingsfrekvens og kan brukes i relativt naturlige omgivelser. Selv om denne protokollen viser hvordan man utfører samtidige fNIRS-opptak av voksne barn-fargestoffer, kan den tilpasses ulike dyadiskkonstellasjoner som romantiske partnere og til forskjellige eksperimentelle oppgaver.Begynn med å velge en cap størrelse som er av samme størrelse eller litt større enn deltakerens hodeomkrets. Skjær 15 hull med en diameter på ca 15 millimeter hver, arrangert i et horisontalt tre-av-fem rutenett i pannen området av hver av to rå EEG caps. Pass på at hullene er plassert 30 millimeter fra hverandre i alle retninger, at den midterste kolonnen av hull er plassert i midten av pannen.For å gjøre hettene mer komfortable og minimere trykkmerker, fest mykt skummateriale på innsiden av holdergitteret mellom sondekontaktene og på kantene. Deretter monterer du et tomt tre og fem probeholdergitter til hver av de modifiserte EEG-hettene slik at holdergitteret selv er plassert på innsiden av hetten og holderkontaktene holder seg fast i hullene. Deretter setter du sondene forsiktig inn i de aktuelle holderkontaktene på gitteret slik at bare den første ryggen på hver sonde er montert i kontakten som resulterer i en klikkelyd.Åpne skjermvinduet for probesettet på nærmeste målesystem, og velg to probesett ordnet i et tre og fem rutenett hver, ett for det deltakende barnet og ett for det voksne. Kontroller at probeoppleggene til de to hettene tilsvarer arrangementene i probesettvinduet. Deretter slår du på laserdiodene til nærmeste målesystem 30 minutter før måling, slik at systemet når en stabil driftstemperatur.Angi alle nødvendige alternativer på nærmeste målesystem. Kontroller at enheten er satt til hendelsesrelatert måling, og at RS232 seriell inngang som er nødvendig for å motta utløsere fra det eksperimentelle paradigmet, er aktiv. Deretter forbereder du det eksperimentelle paradigmet ved å starte den tekniske databehandlingsprogramvaren som fungerer som base for Psychophysics Toolbox-utvidelsene og setter den nåværende katalogen til mappen som paradigmet er lagret i.Til slutt plasserer du to hakestøtter foran dataskjermen for å forhindre hodebevegelser under eksperimentet. Begynn med å eskortere de to deltakerne inn i testrommet og forklare det eksperimentelle oppsettet. Deretter sitter deltakerne ved siden av hverandre foran dataskjermen.Juster høyden på haken hviler slik at begge deltakerne sitter komfortabelt. Gi instruksjoner og administrer praksisforsøk av både samarbeidsvillig og konkurransespill. Deretter måler og markerer Fpz-punktet i henhold til 10-20-systemet, som er 10% av avstanden mellom nasion og inion på hver deltakers hode.Slå deretter av laseren, og plasser hettene med sondene forsiktig på deltakernes hoder. Kontroller at den midterste sonden på den nederste raden er plassert på Fpz og den midterste sondekolonnen er justert langs sagittalreferansekurven. Plasser fiberstrengene på holderarmen festet til nærmeste målesystem slik at de henger løst uten kontakt med deltakeren eller stolen, og at de ikke trekker på hettene.Deretter skyver du hver sonde videre inn i stikkontakten til den lille hvite nesen i midten av toppen av probehuset er synlig. Deretter slår du på laseren igjen, og tester signalkvaliteten ved å klikke på Auto Gain-knappen i probesettskjermvinduet til nærmeste målesystem. Hvis en kanal er merket med gult, noe som betyr utilstrekkelig signal, legg forsiktig håret under den omkringliggende sondespissen til side.Foreta probejusteringer, og klikk på Auto Gain-knappen igjen for å se om signalkvaliteten er forbedret eller er merket med grønt. Når signalkvaliteten er tilfredsstillende, plasserer du et håndkle over deltakernes hender slik at de ikke kan se håndbevegelsene til sin respektive spillpartner. Deretter starter du eksperimentet.Deretter, etter at eksperimentet er fullført, lagrer du dataene og eksporterer rå lysintensitetsdataene som en tekstfil ved å klikke på Tekstfil ut-knappen. Til slutt rengjør du probene, probeholderne og haken hviler med etnkol, og vask hettene med mildt vaskemiddel. Som et mål på hjerne-til-hjerne-synkronisering beregnes bølgesammenhengen mellom fNIRS-signalene til interagerende forsøkspersoner.Wavelet-koherenskoeffisienter visualiseres ved hjelp av et fargekart som spenner fra blå, liten eller ingen sammenheng, til rød, noe som betyr sterk eller maksimal sammenheng. Resultatene viser en sterk sammenheng gjennom hele eksperimentet i et høyfrekvent bånd til en periodelengde på omtrent ett sekund, noe som sannsynligvis skyldes fagenes hjerterytmer. I tillegg vises en sterk sammenheng i et lavere frekvensbånd mellom to- og åtte-sekunders periodelengde.Sammenheng i dette lavfrekvente området gjenspeiler sannsynligvis en synkronisering av hjerneaktiviteter hos begge fagene under oppgaven. Mens du prøver denne prosedyren, er det viktig å dobbeltsjekke at hettene er plassert riktig på deltakernes hoder og for å sikre en god signalkvalitet. Etter utviklingen banet denne teknikken vei for forskere innen sosial nevrovitenskap for å utforske hjerne-til-hjerne-synkronisering i en rekke forskjellige oppgaver, undersøke atferd korrelerer og assosiasjoner til egenskapene til enkeltpersoner og deres forhold.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Functional Mapping with Simultaneous MEG and EEG

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

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

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

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

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

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

Micron-skala Resolution Optical Tomography av hele mus hjerner med Confocal Lett Sheet Mikros

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

Funksjonell Avhør av Adult Hypothalamus Neurogenesis med Focal Radiologisk Hemming

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 feltet metoder å bruke funksjonell nær infrarødspektroskopi (NIRS) Neuroimaging å studere globale barns utvikling: landlige Sahara

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

Lipid Bilayer Experiments with Contact Bubble Bilayers for Patch-Clampers

Lipid Bilayer eksperimenter med kontakt boble Bilayers for oppdateringen-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

Funksjonell magnetisk resonans spektroskopi på 7 T i rotte fat Cortex under Whisker aktivisering

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

Bruke nær-infrarød fluorescens og høyoppløselig skanning å måle protein uttrykk i gnagere Brain

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 ...