Name: inter-brain synchrony in open-ended collaborative learning: an fnirs-hyperscanning study
Uploaded: 2021-07-21T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Inter-Brain Synchrony in Open-Ended Collaborative Learning: An fNIRS-Hyperscanning Study at JoVE.com

ويدعم هذا العمل برنامج تعزيز الابتكار الأكاديمي ECNU لطلاب الدكتوراه الممتازين (YBNLTS2019-025) والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (31872783 71942001).

وكان جميع المشاركين المعينين (40 دياد، ومتوسط العمر 22.1 ± 1.2 سنة؛ و100 في المائة باليد اليمنى؛ والرؤية العادية أو المصححة إلى الطبيعية) أصحاء. وقبل التجربة، أعطى المشاركون موافقة مستنيرة. وعوض المشاركون ماليا عن مشاركتهم. تمت الموافقة على الدراسة من قبل اللجنة الجامعية لحماية البحوث البشرية ...

أولا، في هذا البروتوكول، يتم ذكر الخطوات المحددة لإجراء تجارب فحص مفرط fNIRS في سيناريو التعلم التعاوني. ثانيا، يتم أيضا عرض خط أنابيب تحليل البيانات الذي يقيم IBS للإشارات الديناميكية الدموية في dyads التعلم التعاوني. ومن شأن العملية التفصيلية المتعلقة بإجراء تجارب الإفراط في فحص الأجهزة ذات ...

في الآونة الأخيرة ، للكشف عن نشاط الدماغ المتزامن عبر dyads التفاعلية أو أعضاء مجموعة ، يستخدم الباحثون نهج hyperscanning1،2. على وجه التحديد، يتم استخدام تخطيط كهربية الدماغ (EEG)، والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI)، والتحليل الطيفي الوظيفي القريب من الأشعة تحت الحمراء (fNIRS) لتسجيل الأنشطة العصبية والدماغ من موضوعين أو أكثر في وقت واحد3،4،5. يستخرج الباحثون مؤشرا عصبيا يستلزم اقتران الدماغ المتزامن استنادا إلى هذه التقنية ، والتي تشير إلى التزامن بين الدماغ (IBS) (أي محاذاة المرحلة و / أو السعة للإشارات العصبية أو الديناميكية الدموية عبر الزمن). وجدت مجموعة كبيرة ومتنوعة من البحوث hyperscanning IBS خلال التفاعل الاجتماعي بين أفراد متعددين (على سبيل المثال، لاعب الجمهور، المدرب المتعلم، وزعيم أتباع)6،7،8. وعلاوة على ذلك، يحمل IBS آثار محددة للتعلم الفعال والتعليم9،10،11،12،13،14. مع ارتفاع البحوث hyperscanning في سيناريوهات التعلم الطبيعي ، وإنشاء بروتوكول قياسي للتجارب hyperscanning وخطوط أنابيب تحليل البيانات في هذا المجال أمر ضروري.
وهكذا ، توفر هذه الورقة بروتوكولا لإجراء فرط فحص الأجهزة التعليمية التعاونية القائم على fNIRS وخطوط أنابيب لتحليل IBS. fNIRS هي أداة تصوير بصري ، والتي تشع الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء لتقييم الامتصاص الطيفي للهيموجلوبين بشكل غير مباشر ، ومن ثم يقاس نشاط الديناميكا الدموية / الأكسجين15و16و17. بالمقارنة مع fMRI، fNIRS أقل عرضة للقطع الأثرية الحركة، مما يسمح القياسات من المواضيع الذين يقومون بتجارب الحياة الحقيقية (على سبيل المثال، التقليد، والحديث، والاتصال غير اللفظي)18،7،19. بالمقارنة مع تخطيط كهربية الدماغ، يحمل fNIRS دقة مكانية أعلى، مما يسمح للباحثين بالكشف عن موقع نشاط الدماغ20. وبالتالي، فإن هذه المزايا في الاستبانة المكانية، والخدمات اللوجستية، والجدوى تؤهل fNIRS لإجراء قياس فرط القياس1. باستخدام هذه التكنولوجيا، هيئة البحوث الناشئة بالكشف عن مصطلح مؤشر كما IBS-المحاذاة العصبية من اثنين (أو أكثر) نشاط الدماغ الناس في أشكال مختلفة من البيئات الاجتماعية الطبيعية9،10،11،12،13،14. وفي تلك الدراسات، تطبق أساليب مختلفة (أي تحليل الارتباط وتحليل تماسك تحويل الموجة) لحساب هذا المؤشر؛ وفي الوقت نفسه، فإن وجود خط أنابيب قياسي بشأن هذا التحليل أمر ضروري ولكنه يفتقر إليه. ونتيجة لذلك، يتم تقديم بروتوكول لإجراء فحص مفرط قائم على fNIRS و خط أنابيب باستخدام تحليل مركز التجارة العالمي لتحديد IBS في هذا العمل
تهدف هذه الدراسة إلى تقييم IBS في dyads التعلم التعاوني باستخدام تقنية fNIRS hyperscanning. أولا، يتم تسجيل استجابة ديناميكية في وقت واحد في كل المناطق قبل الجبهية واليسارية الصداعية خلال مهمة التعلم التعاوني. وقد تم تحديد هذه المناطق على أنها مرتبطة بالتدريس التفاعلي والتعلم9و10و11و12و13و14. ثانيا، يتم حساب IBS على كل قناة المقابلة. وتتألف عملية تسجيل البيانات في مجال الإبلاغ عن العوامل غير المشروعة من جزأين: دورة حالة الراحة والدورة التعاونية. تستمر جلسة الراحة لمدة 5 دقائق ، يطلب خلالها من المشاركين (الجلوس وجها لوجه ، بصرف النظر عن بعضهم البعض عن طريق طاولة (0.8 م)) البقاء ساكنين والاسترخاء. يتم تقديم جلسة عمل حالة الراحة هذه كخط أساس. ثم، في الجلسة التعاونية، يطلب من المشاركين دراسة المواد التعليمية بأكملها معا، واستخلاص الفهم، وتلخيص القواعد، والتأكد من إتقان جميع المواد التعليمية. وهنا، تعرض الخطوات المحددة لإجراء التجربة وتحليل بيانات ال FNIRS.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>EEG caps</td>
			<td>Compumedics Neuroscan,Charlotte,USA</td>
			<td>64-channel Quik-Cap</td>
			<td>We choose two sizes of cap(i.e.medium and large).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NIRS measurement system with probe sets and probe holder grids</td>
			<td>Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Japan</td>
			<td>ETG-7100 Optical Topography System</td>
			<td>The current study protocol requires an optional second adult probe set for 92 channels of measurement in total.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Numeric computing platform</td>
			<td>The MathWorks, Inc., Natick, MA</td>
			<td>MATLAB R2020a</td>
			<td>Serves as base for Psychophysics Toolbox extensions (stimulus presentation), Homer2&#160; (fNIRS preprocess analysis), and &#34;wtc&#34; function(WTC computation).</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Psychology software</td>
			<td>psychology software tools,Sharpsburg, PA,USA</td>
			<td>E-prime 2.0</td>
			<td>we apply E-prime to start the fNIRS measurement system and send triggers which marking the rest phase and collaborative learning phase for fNIRS recording data</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Swimming caps</td>
			<td>Zoke corporation,Shanghai,China</td>
			<td>611503314</td>
			<td>We first placed the standard 10-20 EEG cap on the head mold, and placed the swimming cap on the EEG cap. Second, we marked (inion, Cz, T3, T4, PFC and P5) with chalk.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Three-dimensional (3-D) digitizer</td>
			<td>Polhemus, Colchester, VT, USA;</td>
			<td>Three-dimensional (3-D) digitizer</td>
			<td>Anatomical locations of optodes in relation to standard head landmarks were determined for each participant using a Patriot 3D Digitizer</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

inter-brain synchrony in open-ended collaborative learning: an fnirs-hyperscanning study

يستخدم على نطاق واسع fNIRS hyperscanning للكشف عن الأسس العصبية البيولوجية للتفاعل الاجتماعي. مع هذه التقنية، والباحثين تأهيل نشاط الدماغ المتزامنة من اثنين أو أكثر من الأفراد التفاعلية مع مؤشر جديد يسمى التزامن بين الدماغ (IBS) (أي المرحلة و / أو محاذاة السعة من الإشارات العصبية أو الديناميكا الدموية عبر الزمن). يتم تقديم بروتوكول لإجراء تجارب fNIRS hyperscanning على dyads التعلم التعاوني في بيئة التعلم الطبيعية هنا. علاوة على ذلك ، يتم شرح خط أنابيب لتحليل IBS من إشارة الهيموغلوبين المؤكسي (Oxy-Hb). وعلى وجه التحديد، تناقش جميع التصميم التجريبي، وعملية تسجيل بيانات المعايير الوطنية للإبلاغ عن بعد، وأساليب تحليل البيانات، والاتجاهات المستقبلية. وعموما، فإن تنفيذ خط أنابيب موحد ل fNIRS للرواية المفرطة هو جزء أساسي من علم الأعصاب للشخص الثاني. كما أن هذا يتماشى مع الدعوة إلى العلم المفتوح للمساعدة في استنساخ البحوث.

ويوضح الشكل 1 البروتوكول التجريبي وموقع المسبار. وتتكون عملية تسجيل البيانات fNIRS من جزأين: جلسة الراحة الدولة (5 دقائق) والدورة التعاونية (15-20 دقيقة). مطلوب dyads التعلم التعاوني للاسترخاء والحفاظ على ما زال في دورة الدولة يستريح. بعد ذلك ، يطلب من المشاركين المشاركة في تعلم الم...

Watch this Scientific Journal Video about Inter-Brain Synchrony in Open-Ended Collaborative Learning: An fNIRS-Hyperscanning Study at JoVE.com

Inter-Brain Synchrony in Open-Ended Collaborative Learning: An fNIRS-Hyperscanning Study

ويرد في الخطوط العريضة بروتوكول لإجراء تجارب fNIRS hyperscanning على dyads التعلم التعاوني في بيئة التعلم الطبيعية. علاوة على ذلك ، يتم تقديم خط أنابيب لتحليل Synchrony بين الدماغ (IBS) من إشارات الهيموغلوبين المؤكسي (Oxy-Hb).

بين الدماغ Synchrony في التعلم التعاوني المفتوح : دراسة fNIRS - Hyperscanning

fNIRS hyperscanning is widely used to detect the neurobiological underpinnings of social interaction. With this technique, researchers qualify the ...

هذا البروتوكول يكشف عن تزامن بين الدماغ في dyads التعاونية في البيئة الطبيعية من قبل تقنية fNIRS hyperscanning. الميزة الهامة لهذه التقنية هي أنها تسمح بالتحقيق في الديناميكيات في الوقت الحقيقي لأدمغتين أو أكثر من العقول المتفاعلة. قبل بدء التجربة، ابدأ نظام التحليل الطيفي القريب بالأشعة تحت الحمراء لتحقيق درجة حرارة تشغيل مستقرة، ثم اعتمد غطاء سباحة مرن لوضع شبكة حامل البصريات وإعداد قبعات NIRS كما هو موضح في المخطوطة النصية.بالنسبة لقناة ذات إشارات غير كافية، استخدم مسابير الألياف البصرية المضاءة لتحريك الشعر تحت طرف المسبار إلى جانب واحد. بمجرد استقرار درجة حرارة التشغيل، تأكد من أن جهاز استقبال الزناد نشط وحدد وضع القياس للقياس المرتبط بالحدث. إعداد مسبار الألياف البصرية مضاءة لتحريك الشعر جانبا.إرشاد المشاركين فيما يتعلق بتفاصيل أساليب قياس NIRS وعدم النظر مباشرة إلى أشعة الليزر لأن شعاع الليزر قد يكون ضارا بعيون المشارك. اجعل المشاركين يجلسون وجها لوجه للتأكد من أنهم يستطيعون رؤية بعضهم البعض مباشرة وضبط مسافة الكرسي إلى الطاولة لجعل المشاركين يجلسون بشكل مريح. قم بتشغيل زر الليزر، وضع حزم الألياف البصرية الأربعة بشكل فضفاض على ذراعي الحامل دون اتصال بالمشاركين أو الكراسي ووضع الغطاء مع مجموعات المسبار على رؤوس المشاركين، مما يضمن أن مجموعات التحقيق ثلاثة في خمسة تغطي جبين المشارك ومجموعات التحقيق أربعة في أربعة تغطي القشرة الإيقاعية اليسرى، ثم دفع بعناية كل ربيع تحميل التحقيق كذلك في مقبس التحقيق بحيث طرف المسبار يمس فروة الرأس من المشارك.ثم السماح لاثنين من المشاركين للمشاركة في تعلم المواد التعليمية مع خمس دقائق بقية الدولة، والتي هي بمثابة خط الأساس. أولا، للتحقق من جودة الإشارة، انقر فوق الكسب التلقائي في إطار مراقبة مجموعة المسبار لآلة NIRS الوظيفية، ثم ضع علامة على إشارة القناة الضعيفة باللون الأصفر والإشارة الكافية باللون الأخضر وكرر هذا الإجراء حتى يتم وضع علامة خضراء على جميع القنوات. بعد التجربة، انقر على Text File Out لتصدير بيانات كثافة الضوء الخام وحفظ البيانات كملف نصي.استخدم جهاز الرقم ثلاثي الأبعاد لتحديد مواقع أجهزة الانبعاثات والاستقبال والمراجع الأخرى لكل مشارك، ثم احصل على إحداثيات MNI لقنوات التسجيل باستخدام منصة الحوسبة الرقمية المتاحة تجاريا. تم تحليل البيانات من كل مشارك في كل قناة. تم تصور optodensity في القناة 33 لdad معينة.تم استخراج البيانات باستخدام طريقة إزالة القطع الأثرية المتحركة القائمة على الموجة ، وحدها وإلى جانب تحليل المكونات الرئيسية. الفرق بين المنحنيات يشير إلى أن PCA فعال في إزالة الإشارات غير العصبية. تم تصور مصفوفة تماسك التحويل الموجي.تنوعت خريطة الألوان من الأزرق إلى الأصفر، حيث تمثل قيم تزامن بين الدماغ تتراوح بين صفر وواحد، حيث يشير المرء إلى أكبر تماسك بين إشتين وصفر لا يدل على أي تماسك. بالإضافة إلى ذلك ، تم الحصول على معاملات كبيرة أيضا ، والتماسك القوي حول هيرتز واحد يمثل تماسك إيقاع القلب في الدياد. وتبين المقارنة بين قيمة T الملاحظة وتوزيع قيمة T العشوائية نتائج هامة في حرية المعلومات المحددة.من المهم التأكد من أن مجموعة المسبار تغطي منطقة المصالح ومحاولة تقليل الانحراف.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

باستخدام MazeSuite والوظيفية الأدنى مطياف الأشعة تحت الحمراء لدراسة التعلم في الملاحة المكانية

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

Mapping Cortical Dynamics Using Simultaneous MEG/EEG and Anatomically-constrained Minimum-norm Estimates: an Auditory Attention Example

القشرية حيوية رسم الخرائط باستخدام MEG في وقت واحد / EEG ومقيدة في تقدير الحد الأدنى تشريحيا القواعد والمعايير: مثال الانتباه السمعية

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the ...

Appetitive Associative Olfactory Learning in Drosophila Larvae

Appetitive Associative Olfactory Learning in Drosophila Larvae

مشهي التعلم النقابي في الشم<em&gt; ذبابة الفاكهة</em&gt; اليرقات

In the following we describe the methodological  details of appetitive associative olfactory learning in Drosophila larvae. The setup, in combination with ...

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

الطريقة الكهربية لالردود تسجيل بين الخلايا الجهد ل<em&gt; ذبابة الفاكهة</em&gt; خلايا مستقبلة للضوء وInterneurons إلى النور المحفزات<em&gt; في فيفو</em

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method ...

Microstate and Omega Complexity Analyses of the Resting-state Electroencephalography

ميكروستاتي وتحليل تعقيد أوميغا المخ الدولة يستريح

Microstate and omega complexity are two reference-free electroencephalography (EEG) measures that can represent the temporal and spatial complexities of ...

An Objective and Reproducible Test of Olfactory Learning and Discrimination in Mice

إجراء اختبار موضوعي واستنساخه من التعلم حاسة الشم والتمييز في الفئران

Olfaction is the predominant sensory modality in mice and influences many important behaviors, including foraging, predator detection, mating, and ...

Disruption of Frontal Lobe Neural Synchrony During Cognitive Control by Alcohol Intoxication

تعطل فص جبهي العصبية التزامن أثناء التحكم المعرفي بالتسمم بالكحول

Decision making relies on dynamic interactions of distributed, primarily frontal brain regions. Extensive evidence from functional magnetic resonance ...

Shuttle Box Assay as an Associative Learning Tool for Cognitive Assessment in Learning and Memory Studies using Adult Zebrafish

المكوك مربع المقايسة كأداة التعلم النقابي للتقييم المعرفي في التعلم ودراسات الذاكرة باستخدام حمار وحشي الكبار

Cognitive deficits, including impaired learning and memory, are a primary symptom of various developmental and age-related neurodegenerative diseases and ...

How to Calculate and Validate Inter-brain Synchronization in a fNIRS Hyperscanning Study

كيفية حساب والتحقق من صحة التزامن بين الدماغ في دراسة FNIRS Hyperscanning

The dynamics between coupled brains of individuals have been increasingly represented by inter-brain synchronization (IBS) when they coordinate with each ...

Measurement of the Directional Information Flow in fNIRS-Hyperscanning Data using the Partial Wavelet Transform Coherence Method

قياس تدفق المعلومات الاتجاهية في بيانات fNIRS-hyperscanning باستخدام طريقة تماسك تحويل المويجات الجزئية

Social interaction is of vital importance for human beings. While the hyperscanning approach has been extensively used to study interpersonal neural ...