Name: inter-brain synchrony in open-ended collaborative learning: an fnirs-hyperscanning study
Uploaded: 2021-07-21T14:00:00
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यह काम उत्कृष्ट डॉक्टरेट छात्रों (YBNLTS2019-025) और नेशनल नेचुरल साइंस फाउंडेशन ऑफ चाइना (31872783 और 71942001) के लिए ECNU अकादमिक नवाचार संवर्धन कार्यक्रम द्वारा समर्थित है।

सभी भर्ती प्रतिभागी (४० डायड, मतलब आयु २२.१ ± १.२ वर्ष; १००% दाएं हाथ; सामान्य या सही-से-सामान्य दृष्टि) स्वस्थ थे । प्रयोग से पहले प्रतिभागियों ने सूचित सहमति दी । प्रतिभागियों को उनकी भागीदारी के लिए आर्थ...

सबसे पहले, वर्तमान प्रोटोकॉल में, सहयोगी सीखने के परिदृश्य में FNIRS हाइपरस्कैनिंग प्रयोगों के संचालन के विशिष्ट चरणों को बताया गया है। दूसरा, सहयोगी लर्निंग डायड्स में हीमोडायनामिक संकेतों के आईबीएस क?...

हाल ही में, इंटरैक्टिव डायड या किसी समूह के सदस्यों में समवर्ती मस्तिष्क गतिविधि को प्रकट करने के लिए, शोधकर्ता हाइपरस्कैनिंग दृष्टिकोण1,2को नियोजित करते हैं। विशेष रूप से, इलेक्ट्रोएंसेफेलोग्राम (ईईजी), कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एफएमआरआई), और कार्यात्मक निकट-अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (एफएनआईआरएस) का उपयोग दो या अधिक विषयों से तंत्रिका और मस्तिष्क गतिविधियों कोएक साथ3,4, 5से रिकॉर्ड करने के लिए कियाजाताहै। शोधकर्ता इस तकनीक के आधार पर समवर्ती मस्तिष्क युग्मन को आकर्षित करने वाले एक तंत्रिका सूचकांक निकालते हैं, जो इंटर-ब्रेन सिंक्रोनी (आईबीएस) (यानी, चरण और/या समय भर में न्यूरोनल या हीमोडायनामिक संकेतों के आयाम संरेखण को संदर्भित करता है)। कई व्यक्तियों (जैसे, खिलाड़ी-दर्शक, प्रशिक्षक-शिक्षार्थी और नेता-अनुयायी)6,7,8 के बीच सामाजिक संपर्क के दौरान विभिन्न प्रकार के हाइपरस्कैनिंग शोध में आईबीएस पायागया। इसके अलावा , आईबीएस प्रभावी शिक्षा और अनुदेश 9 ,10 ,11,12,13,14केविशिष्ट निहितार्थरखताहै । प्राकृतिक शिक्षण परिदृश्यों में हाइपरस्कैनिंग अनुसंधान की बढ़ती के साथ, हाइपरस्कैनिंग प्रयोगों का एक मानक प्रोटोकॉल स्थापित करना और इस क्षेत्र में डेटा विश्लेषण की पाइपलाइन आवश्यक है।
इस प्रकार, यह पेपर सहयोगी लर्निंग डायड के एफएनआईआरएस-आधारित हाइपरस्कैनिंग और आईबीएस का विश्लेषण करने के लिए एक पाइपलाइन आयोजित करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रदान करता है। फनीआरएस एक ऑप्टिकल इमेजिंग टूल है, जो अप्रत्यक्ष रूप से हीमोग्लोबिन के स्पेक्ट्रल अवशोषण का आकलन करने के लिए निकट-अवरक्त प्रकाश को विकीर्ण करता है, और फिर हेमोडायनामिक/ऑक्सीजन गतिविधिको 15,16,17मापा जाता है। एफएमआरआई की तुलना में, एफएनआईआरएस गति कलाकृतियों से कम प्रवण है, जो वास्तविक जीवन प्रयोग कर रहे हैं (जैसे, नकल, बात कर रहे हैं, और गैर-मौखिक संचार)18,7,19से माप की अनुमति देता है। ईईजी की तुलना में, एफएनआईआरएस उच्च स्थानिक संकल्प रखता है, जिससे शोधकर्ताओं को मस्तिष्क गतिविधि20के स्थान का पता लगाने की अनुमति देता है। इस प्रकार, स्थानिक संकल्प, रसद और व्यवहार्यता में ये फायदे हाइपरस्कैनिंग माप1का संचालन करने के लिए fNIRS को योग्य बनाते हैं। इस तकनीक का उपयोग करके, एक उभरता हुआ अनुसंधान निकाय आईबीएस के रूप में एक सूचकांक शब्द का पता लगाता है - दो (या अधिक) लोगों के मस्तिष्क गतिविधि का तंत्रिका संरेखण - प्राकृतिक सामाजिक सेटिंग्स9,10, 11,12,13, 14के विभिन्न रूपों में। उन अध्ययनों में, इस सूचकांक की गणना करने के लिए विभिन्न तरीकों (यानी, सहसंबंध विश्लेषण और वेवलेट ट्रांसफॉर्म जुटना (डब्ल्यूटीसी) विश्लेषण लागू किए जाते हैं; इस बीच, इस तरह के विश्लेषण पर एक मानक पाइपलाइन आवश्यक है, लेकिन कमी है । नतीजतन, आईबीएस की पहचान करने के लिए डब्ल्यूटीसी विश्लेषण का उपयोग करके fNIRS-आधारित हाइपरस्कैनिंग और एक पाइपलाइन के संचालन के लिए एक प्रोटोकॉल इस काम में प्रस्तुत किया जाता है
इस अध्ययन का उद्देश्य एफएनआईआरएस हाइपरस्कैनिंग तकनीक का उपयोग करके सहयोगी सीखने वाले डायड्स में आईबीएस का मूल्यांकन करना है। सबसे पहले, एक सहयोगी सीखने के कार्य के दौरान प्रत्येक डायड के प्रीफ्रंटल और बाएं अस्थायी क्षेत्रों में एक साथ एक हीमोडायनामिक प्रतिक्रिया दर्ज की जाती है। इन क्षेत्रों की पहचान इंटरैक्टिव शिक्षण और अधिगम 9 ,10 ,11,12,13,14से जुड़ेकेरूप में की गई है । दूसरा, IBS प्रत्येक संबंधित चैनल पर गणना की है । एफएनआईआरएस डेटा रिकॉर्डिंग प्रक्रिया में दो भाग होते हैं: आराम-राज्य सत्र और सहयोगी सत्र। आराम-राज्य सत्र 5 मिनट तक रहता है, जिसके दौरान दोनों प्रतिभागियों (आमने-सामने बैठे, एक मेज (0.8 मीटर) द्वारा एक-दूसरे के अलावा) अभी भी बने रहने और आराम करने की आवश्यकता होती है। इस विश्राम-राज्य सत्र को बेसलाइन के रूप में परोसा जाता है । फिर, सहयोगी सत्र में, प्रतिभागियों को एक साथ पूरी सीखने की सामग्री का अध्ययन करने, समझ प्राप्त करने, नियमों का सारांश, और सुनिश्चित करें कि सभी सीखने की सामग्री में महारत हासिल कर रहे है कहा जाता है । यहां, प्रयोग और fNIRS डेटा विश्लेषण आयोजित करने के विशिष्ट चरण प्रस्तुत किए जाते हैं।

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	<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

FNIRS हाइपरस्कैनिंग का व्यापक रूप से सामाजिक संपर्क के न्यूरोबायोलॉजिकल अंडरपिनिंग का पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है। इस तकनीक के साथ, शोधकर्ताओं ने इंटर-ब्रेन सिंक्रोनी (आईबीएस) (यानी, चरण और/या समय भर में हीमोडायनामिक संकेतों के आयाम संरेखण) नामक एक उपन्यास सूचकांक के साथ दो या अधिक इंटरैक्टिव व्यक्तियों की समवर्ती मस्तिष्क गतिविधि को अर्हता प्राप्त की । एक प्रकृतिवादी सीखने के माहौल में सहयोगी सीखने dyads पर fNIRS हाइपरस्कैनिंग प्रयोगों के संचालन के लिए एक प्रोटोकॉल यहां प्रस्तुत किया जाता है । इसके अलावा ऑक्सीजनयुक्त हीमोग्लोबिन (ऑक्सी-एचबी) सिग्नल के आईबीएस का विश्लेषण करने की पाइपलाइन के बारे में बताया गया है। विशेष रूप से, प्रयोगात्मक डिजाइन, एनआईआरएस डेटा रिकॉर्डिंग की प्रक्रिया, डेटा विश्लेषण विधियों और भविष्य के निर्देशों पर सभी चर्चा कर रहे हैं। कुल मिलाकर, एक मानकीकृत fNIRS हाइपरस्कैनिंग पाइपलाइन को लागू करना दूसरे व्यक्ति के तंत्रिका विज्ञान का एक मौलिक हिस्सा है। इसके अलावा, यह अनुसंधान की प्रजनन क्षमता में सहायता करने के लिए ओपन-साइंस के आह्वान के अनुरूप है।

चित्रा 1 प्रायोगिक प्रोटोकॉल और जांच स्थान दिखाता है। FNIRS डेटा रिकॉर्डिंग प्रक्रिया में दो भाग होते हैं: आराम-राज्य सत्र (5 मिनट) और सहयोगी सत्र (15-20 मिनट)। सहयोगी सीखने dyads आराम करने के लिए और आराम...

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

एक प्रकृतिवादी सीखने के माहौल में सहयोगी सीखने dyads पर fNIRS हाइपरस्कैनिंग प्रयोगों के संचालन के लिए प्रोटोकॉल रेखांकित किया गया है। इसके अलावा, ऑक्सीजनयुक्त हीमोग्लोबिन (ऑक्सी-एचबी) संकेतों के इंटर-ब्रेन सिंक्रोनी (आईबीएस) का विश्लेषण करने के लिए एक पाइपलाइन प्रस्तुत की गई है।

ओपन एंडेड सहयोगी लर्निंग में इंटर-ब्रेन सिंक्रोनी: एक fNIRS-हाइपरस्कैनिंग अध्ययन

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

यह प्रोटोकॉल फन्नेर हाइपरस्कैनिंग तकनीक द्वारा प्राकृतिक वातावरण में सहयोगी डायड में इंटर-ब्रेन सिंक्रोनी का पता चलता है। इस तकनीक का महत्वपूर्ण लाभ यह दो या अधिक बातचीत दिमाग की वास्तविक समय गतिशीलता की जांच की अनुमति देता है। प्रयोग शुरू करने से पहले, एक स्थिर ऑपरेटिंग तापमान प्राप्त करने के लिए निकट अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रणाली शुरू करें, फिर ऑप्टोड-होल्डर ग्रिड को रखने के लिए एक लोचदार स्विमिंग कैप अपनाएं और पाठ पांडुलिपि में वर्णित एनआईआरएसएस कैप तैयार करें।अपर्याप्त संकेतों वाले चैनल के लिए, जांच की नोक के नीचे बालों को एक तरफ ले जाने के लिए रोशन फाइबर ऑप्टिक जांच का उपयोग करें। एक बार ऑपरेटिंग तापमान स्थिर हो जाने के बाद, यह सुनिश्चित करें कि ट्रिगर रिसीवर सक्रिय है और इवेंट से संबंधित माप के लिए माप मोड सेट करता है। बालों को एक तरफ ले जाने के लिए रोशन फाइबर ऑप्टिक जांच तैयार करें।एनआईआरएस माप विधियों के विवरण के बारे में प्रतिभागियों को निर्देश दें और सीधे लेजर बीम में न देखें क्योंकि लेजर बीम प्रतिभागी की आंखों के लिए हानिकारक हो सकता है। प्रतिभागियों को आमने-सामने बैठाएं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि वे एक-दूसरे को सीधे देख सकें और प्रतिभागियों को आराम से बैठने के लिए कुर्सी-से-मेज दूरी को समायोजित कर सकें । लेजर बटन चालू करें, प्रतिभागियों या कुर्सियों के साथ संपर्क के बिना धारक की बाहों पर चार ऑप्टिकल फाइबर बंडलों को ढीला रखें और प्रतिभागियों के सिर पर जांच सेट के साथ टोपी रखें, यह सुनिश्चित करते हुए कि तीन-बाय-पांच जांच सेट प्रतिभागी के माथे को कवर करते हैं और चार-बाय-चार जांच सेट बाएं टेम्पोरोपेरिटल कॉर्टेक्स को कवर करते हैं, फिर ध्यान से प्रत्येक वसंत-लोड जांच को जांच सॉकेट में आगे बढ़ा दें ताकि जांच की नोक प्रतिभागी की खोपड़ी को छू सके।फिर दो प्रतिभागियों को पांच मिनट के आराम राज्य है, जो आधार रेखा के रूप में कार्य करता है के साथ सीखने की सामग्री सह जानने के लिए अनुमति देते हैं । सबसे पहले, सिग्नल की गुणवत्ता की जांच करने के लिए, कार्यात्मक एनआईआरएसएस मशीन की जांच सेट मॉनिटर विंडो में ऑटो लाभ पर क्लिक करें, और फिर चैनल के खराब सिग्नल को पीले रंग में चिह्नित करें और हरे रंग में पर्याप्त संकेत दें और इस प्रक्रिया को तब तक दोहराएं जब तक कि सभी चैनल हरे रंग के न हों। प्रयोग के बाद, कच्चे प्रकाश तीव्रता डेटा का निर्यात करने और डेटा को टेक्स्ट फाइल के रूप में सहेजने के लिए टेक्स्ट फाइल आउट पर क्लिक करें।प्रत्येक प्रतिभागी के लिए उत्सर्जक, रिसीवर और अन्य संदर्भों के स्थानों को निर्धारित करने के लिए त्रि-आयामी डिजिटाइज़ाइजर का उपयोग करें, फिर व्यावसायिक रूप से उपलब्ध संख्यात्मक कंप्यूटिंग प्लेटफॉर्म का उपयोग करके रिकॉर्डिंग चैनलों के एमएनआई निर्देशांक प्राप्त करें। प्रत्येक चैनल में प्रत्येक प्रतिभागी से डेटा का विश्लेषण किया गया। एक निश्चित डायड के लिए चैनल 33 में ऑप्टोडेंसिटी की कल्पना की गई थी।डेटा तरंग आधारित गति कलाकृतियों को हटाने विधि, अकेले और प्रमुख घटकों के विश्लेषण के साथ का उपयोग कर निकाला गया । घटता के बीच अंतर से पता चलता है कि पीसीए गैर-तंत्रिका संकेतों को हटाने में कुशल है। तरंग परिवर्तन जुटना मैट्रिक्स कल्पना की गई थी।रंग नक्शा नीले से पीले रंग में भिन्न होता है, जो शून्य से एक तक अंतर-मस्तिष्क सिंक्रोनी मूल्यों का प्रतिनिधित्व करता है, जहां एक दो संकेतों के बीच सबसे बड़ा जुटना को दर्शाता है और शून्य कोई जुटना नहीं दर्शाता है। इसके अलावा, महत्वपूर्ण गुणांक भी प्राप्त किए गए थे, एक हर्ट्ज के आसपास मजबूत जुटना जो डायड के कार्डियक रिदम जुटना का प्रतिनिधित्व करता है। मनाया टी मूल्य और यादृच्छिक टी मूल्य के वितरण के बीच तुलना की पहचान की FOI में महत्वपूर्ण परिणाम दिखाता है ।यह सुनिश्चित करें कि जांच सेट हितों के क्षेत्र को शामिल किया गया है और विचलन को कम करने की कोशिश करना महत्वपूर्ण है ।

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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