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

Detta arbete finansierades av Excellence initiativ av den tyska federala staten och regeringen (ERS fröfond, OPSF449). Hitachi NIRS systemet stöddes av en finansiering av tysk forskning stiftelsen DFGEN (INST 948/18-1 FUGG).

Före deltagande, alla föräldrar / barn gett informerat samtycke / samtycke. Studien godkändes av den etiska kommittén vid medicinska fakulteten av RWTH Aachen universitetet.
1. beredning innan deltagaren anländer
<ol><li>Förbereda NIRS caps.<ol>
<li>Välj snäckstorlekar samma storlek eller något större än deltagarens huvudomfång.</li>
		<li>Skär 15 hål med en diameter på cirka 15 mm vardera, ordnade i en horisontell 3 x 5 rutnät, in i pannan området av varje 2 rå EEG caps (...

<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 detta protokoll visar vi hur man genomför fNIRS hyperscanning experiment och ett möjligt sätt att analysera brain-till-hjärnan synchrony, mäta koncentrationen förändringar av oxy-Hb och deoxy-Hb på frontal hjärnregioner i två ämnen samtidigt. FNIRS hyperscanning är relativt lätt att applicera: en NIRS enhet är tillräcklig för att mäta hjärnans aktiviteter av båda ämnena genom att dela upp optodes dem emellan. Således är ingen synkronisering mellan olika enheter nödvändigt1</sup...

Under de senaste åren, neuroforskare har börjat studera sociala interaktioner genom inspelningen hjärnan verksamheten i två eller flera personer samtidigt, en metod kallas hyperscanning1. Denna teknik öppnar nya möjligheter att belysa de neurobiologiska mekanismer som ligger bakom dessa interaktioner. För att fullt förstå sociala interaktioner, kan det inte räcka att studera enstaka hjärnor i isolering utan snarare gemensamma aktiviteter av hjärnor av interagerande personer2. Använda olika neuroradiologiska tekniker, hyperscanning studier har visat att hjärnan aktiviteter av interagerande personer eller grupper synkronisera, t.ex., medan de samordnar sina åtgärder3, göra musik4, kommunicera5, engagera sig i klassrummet aktiviteter6 eller samarbeta7.
I artikeln presenteras ett protokoll för att genomföra samtidiga inspelningar med funktionella nära-infraröd spektroskopi (fNIRS). Liknar funktionell magnetresonanstomografi (fMRI), fNIRS mäter den hemodynamiska responsen till hjärnans aktivering. Förändringar i syresatt och syrefattigt hemoglobin (oxy-Hb och deoxy-Hb) beräknas baserat på mängden diffusively överförda nära infrarött ljus genom vävnad8. fNIRS är väl lämpad för att genomföra hyperscanning experiment, särskilt med barn, eftersom det kan tillämpas i mindre begränsade och mer naturliga inställningar än fMRI. Dessutom är det mindre benägna att rörelse artefakter än både, fMRI och EEG9. Dessutom fNIRS data kan förvärvas i höga samplingsfrekvenser (t.ex., 10 Hz), således mycket oversamples den relativt långsamma hemodynamiska responsen och därmed potentiellt ger en mer komplett temporal bild av den hjärnan hemodynamiken10 .
Detta protokoll utvecklades inom studiet av Reindl o.a. 11 och har ändrats något (i synnerhet med avseende på kanal placering och dålig kanal identifiering) nyligen. Syftet med studien var att undersöka synkroniserade hjärnaktiviteten hos överordnad-underordnad hjärtsvikten. Med fNIRS hyperscanning, utvärderade vi brain-till-hjärnan synchrony i prefrontala hjärnområden av barn (i åldern fem till nio år) och deras föräldrar, främst mödrar, under ett kooperativ och en konkurrenskraftig dator aktivitet. Prefrontala hjärnregioner riktade som de hade identifierats som viktiga regioner sociala interaktiva processer i föregående hyperscanning studier1. Den kooperativa och konkurrenskraftiga uppgiften utvecklades ursprungligen av Cui o.a. 12 och nyligen anställd av flera tidigare studier13,14,15. För att studera Reindl o.a. 11, uppgifterna ändrades för att lämpa sig för barn. Deltagarna instruerades att antingen svara gemensamt via knapptryckningar som svar på ett mål (samarbete) eller att svara snabbare än den andra spelaren (konkurrens). Varje barn utförs varje aktivitet en gång med förälder och en gång med en vuxen främling av samma kön som förälder. Inom varje barn-vuxen dyad beräknades wavelet samstämmighet för oxy-Hb signaler av motsvarande kanaler som ett mått på brain-till-hjärnan synchrony.
Det här protokollet beskriver procedurerna för att samla in fNIRS hyperscanning data av överordnade och underordnade under spelets kooperativa och konkurrenskraftiga. Det övergripande förfarandet, dock är inte specifikt för denna forskningsdesign men är lämpligt för olika populationer (t.ex., vuxna främlingar, romantisk partner, syskon, etc.) och kan anpassas för en rad olika experimentella uppgifter. Detta protokoll beskriver också ett möjligt analysförfarande, som täcker nödvändiga och valfria data analys steg, inklusive fNIRS data förbehandling, dålig kanal upptäckt, wavelet konsekvens analys och validering av slumpmässiga par analys.

<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

Samtidiga hjärnan inspelningar av två eller flera samverkande personer, en metod som kallas hyperscanning, vinner allt större betydelse för vår förståelse av den neurobiologiska underbyggnaden av sociala interaktioner, och möjligen mellanmänskliga relationer . Funktionella nära-infraröd spektroskopi (fNIRS) är väl lämpad för genomföra hyperscanning experiment eftersom den mäter lokala hemodynamiska effekter med en hög samplingsfrekvens och, ännu viktigare, det kan tillämpas i naturmiljöer, som inte kräver stränga motion begränsningar. I denna artikel presenterar vi ett protokoll för att utföra fNIRS hyperscanning experiment med överordnade och underordnade hjärtsvikten och analysera brain-till-hjärnan synchrony. Dessutom diskuterar vi kritiska frågor och framtida inriktningar, avseende försöksplanering, spatial registrering av fNIRS kanaler, fysiologiska influenser och data analysmetoder. Protokollet beskrivs är inte specifika för överordnade och underordnade hjärtsvikten, men kan tillämpas på en mängd olika Dyadiska konstellationer, såsom vuxna främlingar, romantisk partner eller syskon. Avslutningsvis har fNIRS hyperscanning potential att ge nya insikter i dynamiken i pågående social interaktion, som möjligen går utöver vad som kan studeras genom att undersöka verksamheten i enskilda hjärnor.

Representativa uppgifter av en förälder-barn dyad under kooperativa villkoret visas i figur 1. Kooperativa uppgiften består av tre 30 s vila block och två uppgift, med 20 prövningar varje, presenteras i omväxlande ordning. I varje studie har deltagare att reagera så samtidigt som möjligt till en signal att tjäna en punkt11.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/f...

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

Genomföra Hyperscanning experiment med funktionella nära-infraröd spektroskopi

Protokolls beskriver hur att utföra fNIRS hyperscanning experiment och analysera brain-till-hjärnan synchrony. Vidare diskuterar vi utmaningar och möjliga lösningar.

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

Genom att mäta hjärnans aktiviteter av två eller flera personer samtidigt, denna metod kan belysa de neurobiologiska mekanismerna bakom sociala interaktioner. Funktionell nära infraröd spektroskopi, eller fNIRS, är väl lämpad för att genomföra sådana hyperscanning experiment eftersom den mäter hjärnan hemodynamic svar med en hög samplingsfrekvens och kan tillämpas i relativt naturliga inställningar. Medan detta protokoll visar hur man genomför samtidiga fNIRS inspelningar av vuxen-barn dyads, kan det anpassas till olika dyadisk konstellationer såsom romantiska partners och till olika experimentella uppgifter.Börja med att välja en kapsylstorlek som är lika stor eller något större än deltagarens huvudomkrets. Skär 15 hål med en diameter på cirka 15 millimeter vardera, ordnade i en horisontell tre-av-fem rutnät i pannan området för var och en av två råa EEG-lock. Se till att hålen är fördelade 30 millimeter från varandra i någon riktning, att den mellersta kolumnen av hål är belägen i mitten av pannan.För att göra kapsylerna behagligare och minimera tryckmärken, fäst mjukt skummaterial vid hållargallrets innersida mellan sonduttagen och vid kanterna. Därefter montera en tom tre-av-fem sond hållarstöd rutnät till var och en av de modifierade EEG lock så att själva hållarnätet placeras på insidan av locket och hållaren uttagen fastnar i hålen. Sedan, försiktigt in sonderna i lämplig hållar uttag på nätet så att endast den första åsen av varje sond är monterad i uttaget vilket resulterar i ett klickande ljud.Öppna avsökningsuppsättningens monitorfönster vid närmaste mätsystem och välj två avsökningsuppsättningar som är ordnade i ett rutnät med tre gånger fem vardera, ett för det deltagande barnet och ett för den vuxna. Se till att de båda kapsylernas sonderingsarrangemang motsvarar arrangemangen i sondsetfönstret. Därefter kopplar du på laserdioderna i närmaste mätsystem 30 minuter före mätning så att systemet når en stabil driftstemperatur.Ställ in alla nödvändiga alternativ vid närmaste mätsystem. Kontrollera att enheten är inställd på händelserelaterad mätning och att RS232-serieingången som är nödvändig för att ta emot utlösare från experimentparadigmet är aktiv. Sedan, förbereda experimentella paradigm genom att starta den tekniska datorprogram som fungerar som bas för Psychophysics Toolbox förlängningar och ställa in den nuvarande katalogen till den mapp som paradigmet sparas i.Slutligen, placera två hakan vilar framför datorskärmen för att förhindra huvudet rörelser under experimentet. Börja med att eskortera de två deltagarna in i testrummet och förklara den experimentella uppsättningen. Sedan placerar du deltagarna bredvid varandra framför datorskärmen.Justera höjden på hakan vilar så att båda deltagarna sitter bekvämt. Ge instruktioner och administrera övningsförsök av både kooperativet och tävlingsspelet. Därefter mäter och markerar Fpz punkten enligt 10-20-systemet, som är 10%av avståndet mellan nasion och inion på varje deltagares huvud.Stäng sedan av lasern och placera locken med sonderna försiktigt på deltagarnas huvuden. Se till att den nedre radens mittersta sond placeras på Fpz och att den mittersta sondkolonnen är i linje längs med den sagittala referenskurvan. Placera fibersträngarna på hållararmen som är fäst vid närmaste mätsystem så att de hänger löst utan kontakt med deltagaren eller stolen och att de inte drar i kapsylerna.Därefter trycker du varje sond längre in i sitt uttag tills den lilla vita näsan i mitten av toppen av sondhöljet är synlig. Sedan slår du på lasern igen, och testa signalkvaliteten genom att klicka på Auto Gain-knappen i sondsetvaktsfönstret i närmaste mätsystem. Om en kanal är markerad i gult, vilket innebär otillräcklig signal, lägg försiktigt håret under den omgivande sondens spets åt sidan.Gör avsökningsjusteringar och klicka på knappen Auto Gain igen för att se om signalkvaliteten har förbättrats eller är markerad i grönt. När signalkvaliteten är tillfredsställande, placera en handduk över deltagarnas händer så att de inte kan se handrörelserna hos sin respektive spelpartner. Starta sedan experimentet.Sedan, efter experimentet är klar, spara data och exportera råa ljusintensitetsdata som en textfil genom att klicka på knappen Textfil ut. Slutligen, rengör sonder, sondhållare, och hakan vilar med ethnol, och tvätta locken med milt rengöringsmedel. Som ett mått på hjärn-till-hjärna synkronisering, är wavelet koherens beräknas mellan fNIRS signaler av interagerande ämnen.Wavelet koherens koefficienter visualiseras med hjälp av en färgkarta som sträcker sig från blått, liten eller ingen koherens, till rött, vilket innebär stark eller maximal koherens. Resultaten visar en stark sammanhållning under hela experimentet i ett högfrekvensband fram till en periodlängd på ungefär en sekund, vilket sannolikt är resultatet av försökspersonens hjärtrytm. Dessutom visas en stark samstämmighet i ett lägre frekvensband mellan längd på två och åtta sekunder.Samstämmighet i detta lågfrekvensområde återspeglar sannolikt en synkronisering av hjärnans aktiviteter av båda ämnena under uppgiften. När du försöker med den här proceduren är det viktigt att dubbelkolla att locken placeras korrekt på deltagarnas huvuden och för att säkerställa en god signalkvalitet. Efter dess utveckling banade denna teknik vägen för forskare inom social neurovetenskap att utforska hjärn-till-hjärna synkronisering i en mängd olika uppgifter, undersöka beteende korrelerar och associationer till egenskaper hos individerna och deras relation.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Functional Mapping with Simultaneous MEG and EEG

Funktionell kartläggning med samtidig MEG och 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

Kombinera Datorspel-Based beteendevetenskap experiment med High-Density EEG och Infraröd Gaze spårning

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

Använda MazeSuite och funktionell Near Infrared spektroskopi för att studera Lärande i Spatial navigering

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 Upplösning Optisk Tomography för hela musen hjärnor med Confocal Ljus Sheet mikroskopi

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

Funktionell Förhör av Adult Hypothalamic neurogenes med Focal Radiological Hämning

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 fältmetoder använder funktionella nära infraröd spektroskopi (NIRS) Neuroimaging att studera globala barns utveckling: landsbygdens 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 lipidens experiment med kontakt bubbla lipidmonolager för Patch-låskretsar

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

Funktionell magnetresonans-spektroskopi på 7 T i råtta fat Cortex under morrhår aktiveringen

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

Använda Near-infraröd Fluorescence och hög upplöst skanning för att mäta protein uttryck i gnagare 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 ...