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

Bu çalışma, MÜKEMMEL Doktora Öğrencileri için ECNU Akademik İnovasyon Tanıtım Programı (YBNLTS2019-025) ve Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (31872783 ve 71942001) tarafından desteklenmektedir.

İşe alınan tüm katılımcılar (40 dyad, yaş ortalaması 22.1 ± 1.2 yıl; %100 sağ elini kullanan; normal veya normale düzeltilmiş görme) sağlıklıydı. Deneyden önce katılımcılar bilgilendirilmiş onay verdi. Katılımcılara katılımları maddi olarak tazmin edildi. Çalışma, Doğu Çin Normal Üniversitesi İnsan Araştırmalarını Koruma Üniversitesi Komitesi (HR-0053-2021) tarafından onaylandı.
1. Verileri benimsemeden önce hazırlık adımları
<ol><li>Ev yapı...

İlk olarak, mevcut protokolde, işbirliğine dayalı bir öğrenme senaryosunda fNIRS hiper tarama deneyleri gerçekleştirmenin belirli adımları belirtilmiştir. İkinci olarak, işbirlikçi öğrenme boyalarında hemodinamik sinyallerin IBS'lerini değerlendiren veri analizi ardışık düzeni de sunulmaktadır. FNIRS hiper tarama deneylerinin yapılmasına ilişkin ayrıntılı operasyon, açık bilimin gelişimini teşvik edecektir. Ayrıca, analiz boru hattı burada hiper tarama araştırmalarının tekrarlanabil...

Son zamanlarda, etkileşimli boyalar veya bir grubun üyeleri arasında eşzamanlı beyin aktivitesini ortaya çıkarmak için araştırmacılar hiper tarama yaklaşımı1,2. Özellikle, elektroensefalogram (EEG), fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) ve fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi (fNIRS), iki veya daha fazla denekten aynı anda 3 ,4,5sinir ve beyin aktivitelerini kaydetmek için kullanılır. Araştırmacılar, beyinler arası senkron (IBS) (yani, nöronal veya hemodinamik sinyallerin zaman içinde faz ve/veya genlik hizalamasını) ifade eden bu tekniğe dayanarak eşzamanlı beyin bağlantısı gerektiren bir sinir indeksi çıkarırlar. Çok çeşitli hiper tarama araştırmaları, birden fazla kişi (örneğin, oyuncu-izleyici, eğitmen-öğrenci ve lider-takipçi) arasındaki sosyal etkileşim sırasında IBS buldu6,7,8. Ayrıca, IBS etkili öğrenme ve öğretim9,10 , 11,12,13,14özel etkileri vardır. Doğal öğrenme senaryolarında hiper tarama araştırmalarının artmasıyla, hiper tarama deneylerinin standart bir protokolünü oluşturmak ve bu alandaki veri analizi boru hattı gereklidir.
Bu nedenle, bu makale, işbirlikçi öğrenme boyalarının fNIRS tabanlı hiper taramasını yürütmek için bir protokol ve IBS'yi analiz etmek için bir işlem hattı sağlar. fNIRS, hemoglobin spektral emilimini dolaylı olarak değerlendirmek için kızılötesine yakın ışık yayan bir optik görüntüleme aracıdır ve daha sonra hemodinamik / oksijenasyon aktivitesi15 , 16,17olarak ölçülür. fMRI ile karşılaştırıldığında, fNIRS gerçek hayatta deneyler yapan deneklerden (örneğin, taklit, konuşma ve sözel olmayan iletişim) ölçümlere izin veren hareket eserlerine daha az eğilimlidir18,7,19. EEG ile karşılaştırıldığında, fNIRS daha yüksek mekansal çözünürlüğe sahiptir ve araştırmacıların beyin aktivitesinin yerini tespit etmelerini sağlar20. Bu nedenle, mekansal çözünürlük, lojistik ve fizibilitedeki bu avantajlar fNIRS'yi hiper tarama ölçümü yapmak için niteler1. Bu teknolojiyi kullanarak, gelişmekte olan bir araştırma organı, iki (veya daha fazla) insanın beyin aktivitesinin doğal sosyal ayarların farklı formlarında IBS-sinirsel hizalaması olarak bir indeks terimi algılar9,10,11,12,13,14. Bu çalışmalarda, bu indeksi hesaplamak için çeşitli yöntemler (yani Korelasyon analizi ve Wavelet Transform Coherence (WTC) analizi) uygulanmaktadır; bu arada, bu tür analizler üzerinde standart bir boru hattı esastır, ancak eksiktir. Sonuç olarak, bu çalışmada FNIRS tabanlı hiper tarama ve IBS'yi tanımlamak için WTC analizi kullanan bir işlem hattı yürütme protokolü sunulmuştur.
Bu çalışma, FNIRS hiper tarama tekniğini kullanarak işbirlikçi öğrenme boyalarında IBS'yi değerlendirmeyi amaçlamaktadır. İlk olarak, işbirlikçi bir öğrenme görevi sırasında her dyad'ın prefrontal ve sol temporoparietal bölgelerinde aynı anda hemodinamik bir yanıt kaydedilir. Bu bölgelerin etkileşimli öğretim ve öğrenme9,10 , 11,12,13,14ile ilişkili olduğu belirlenmiştir. İkinci olarak, IBS ilgili her kanalda hesaplanır. FNIRS veri kayıt işlemi iki bölümden oluşur: dinlenme durumu oturumu ve işbirlikçi oturum. Dinlenme durumu oturumu 5 dakika sürer, bu süre zarfında her iki katılımcının da (bir masa (0,8 m) ile birbirinden ayrı olarak yüz yüze oturmaları) hareketsiz kalmaları ve rahatlamaları gerekir. Bu dinlenme durumu oturumu temel olarak hizmet veriyor. Daha sonra, işbirlikçi oturumda, katılımcılara tüm öğrenme materyallerini birlikte incelemeleri, anlamaları, kuralları özetlemeleri ve tüm öğrenme materyallerine hakim olunmasını sağlamaları söylenir. Burada, deney ve fNIRS veri analizinin özel adımları sunulmaktadır.

<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

fNIRS hiper tarama, sosyal etkileşimin nörobiyolojik temellerini tespit etmek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu teknikle araştırmacılar, beyinler arası senkron (IBS) (yani nöronal veya hemodinamik sinyallerin zaman içinde faz ve/veya genlik hizalaması) adı verilen yeni bir indekse sahip iki veya daha fazla etkileşimli bireyin eşzamanlı beyin aktivitesini nitelerler. Doğal öğrenme ortamında işbirlikçi öğrenme boyaları üzerinde fNIRS hiper tarama deneyleri yapmak için bir protokol burada sunulmaktadır. Ayrıca, oksijenli hemoglobin (Oxy-Hb) sinyalinin IBS analiz boru hattı açıklanmaktadır. Özellikle, deneysel tasarım, NIRS veri kayıt süreci, veri analizi yöntemleri ve gelecekteki talimatlar tartışılmaktadır. Genel olarak, standartlaştırılmış bir fNIRS hiper tarama boru hattı uygulamak, ikinci şahıs sinirbilimin temel bir parçasıdır. Ayrıca, bu, araştırmanın tekrarlanabilirliğine yardımcı olmak için açık bilim çağrısına uygun.

Şekil 1 deneysel protokolü ve prob konumunu göstermektedir. FNIRS veri kayıt işlemi iki bölümden oluşur: dinlenme durumu oturumu (5 dk) ve işbirlikçi oturum (15-20 dk). İşbirlikçi öğrenme boyalarının rahatlaması ve dinlenme durumu oturumunda hareketsiz kalması gerekir. Bundan sonra, katılımcılara öğrenme materyalini birlikte öğrenmeleri söylenir (Şekil 1A). Prefrontal ve sol temporoparietal bölgeleri ilgili prob seti tarafından kaps...

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

Doğal öğrenme ortamında işbirlikçi öğrenme boyaları üzerinde fNIRS hiper tarama deneyleri yapma protokolü özetlenmiştir. Ayrıca, oksijenli hemoglobin (Oxy-Hb) sinyallerinin Beyinler Arası Senkronunu (IBS) analiz etmek için bir boru hattı sunulmuştur.

Açık Uçlu İşbirlikçi Öğrenmede Beyinler Arası Senkron: FNIRS-Hyperscanning Çalışması

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

Bu protokol, fNIRS hiper tarama tekniği ile doğal ortamdaki işbirlikçi boyalarda beyinler arası senkronizasyonu ortaya koymaktadır. Bu tekniğin önemli avantajı, iki veya daha fazla etkileşime giren beynin gerçek zamanlı dinamiklerinin araştırılmasına izin veriyor olmasıdır. Deneye başlamadan önce, kararlı bir çalışma sıcaklığı elde etmek için yakın kızılötesi spektroskopi sistemini başlatın, ardından optode tutucu ızgarayı yerleştirmek ve metin el yazmasında açıklandığı gibi NIRS kapaklarını hazırlamak için elastik bir yüzme kapağı benimseyin.Yetersiz sinyallere sahip bir kanal için, probun ucundaki saçları bir tarafa taşımak için ışıklı fiber optik probları kullanın. Çalışma sıcaklığı dengelendikten sonra, tetik alıcısının etkin olduğundan emin olun ve ölçüm modunu olayla ilgili ölçüme ayarlayın. Saçları bir kenara taşımak için ışıklı fiber optik probu hazırlayın.NIRS ölçüm yöntemlerinin detayları hakkında katılımcılara talimat verin ve lazer ışını katılımcının gözlerine zararlı olabileceğinden doğrudan lazer ışınlarına bakmayın. Katılımcıların birbirlerini doğrudan görebileceklerinden emin olmak için yüz yüze oturmalarını ve sandalyeden masaya mesafeyi ayarlayarak katılımcıların rahat oturmasını sağlar. Lazer düğmesini açın, dört optik fiber demetini katılımcılarla veya sandalyelerle temas etmeden tutucunun kollarına gevşek bir şekilde yerleştirin ve kapağı prob setleri ile katılımcıların kafalarına yerleştirin, üçe beş prob setlerinin katılımcının alnını ve dörte dört prob setlerinin sol temporoparietal korteksi kaplamasını sağlayın, daha sonra her yay yükü probunu prob soketine dikkatlice itin, böylece probun ucu katılımcının kafa derisine dokunur.Ardından, iki katılımcının temel olarak hizmet eden beş dakikalık dinlenme durumuyla öğrenme materyallerini birlikte öğrenmesine izin verin. İlk olarak, sinyalin kalitesini kontrol etmek için, fonksiyonel NIRS makinesinin prob kümesi monitör penceresindeki otomatik kazancı tıklayın ve ardından kanalın zayıf sinyalini sarı ve yeterli sinyali yeşil olarak işaretleyin ve tüm kanallar yeşil olarak işaretlenene kadar bu prosedürü tekrarlayın. Denemeden sonra, ham ışık yoğunluğu verilerini dışa aktarmak ve verileri bir metin dosyası olarak kaydetmek için Metin Dosyası Dışarı'yı tıklatın.Her katılımcı için yayıcıların, alıcıların ve diğer başvuruların konumlarını belirlemek için üç boyutlu sayısallaştırıcıyı kullanın, ardından ticari olarak kullanılabilen sayısal bilgi işlem platformunu kullanarak kayıt kanallarının MNI koordinatlarını elde edin. Her kanaldaki her katılımcının verileri analiz edildi. Kanal 33'teki belirli bir dyad için optodensity görselleştirildi.Veriler, dalgacık tabanlı hareket yapıtları kaldırma yöntemi kullanılarak, tek başına ve ana bileşen analiziyle birlikte ayıklandı. Eğriler arasındaki fark, PCA'nın sinirsel olmayan sinyalleri kaldırmada verimli olduğunu göstermektedir. Dalgacık dönüşümü tutarlılık matrisi görselleştirildi.Renk haritası maviden sarıya değişerek, sıfırdan bire kadar değişen beyinler arası senkron değerleri temsil eder, burada iki sinyal ve sıfır arasındaki en büyük tutarlılık tutarlılığı ifade eder. Ek olarak, dyad'ın kardiyak ritim tutarlılığını temsil eden bir hertz etrafındaki güçlü tutarlılık olan önemli katsayılar da elde edildi. Gözlenen T değeri ile rastgele T değerinin dağılımı arasındaki karşılaştırma, tanımlanan FOI'de önemli sonuçlar göstermektedir.Prob setinin çıkar bölgesini kapsadığından emin olmak ve sapmayı azaltmaya çalışmak önemlidir.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Mekansal Navigasyon Öğrenme Eğitim için Infrared Spektroskopisi civarında MazeSuite ve Fonksiyonel kullanma

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

Eşzamanlı MEG / EEG ve Anatomik-kısıtlı Minimum norm Tahminleri Kullanarak Eşleme Kortikal Dinamiği: Bir İşitsel Dikkat Örneği

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

In iştahlı İlişkilendirilebilir Olfaktör Öğrenme<em&gt; Drosophila</em&gt; Larva

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

Recording Hücre içi Gerilim Yanıtları için Elektrofizyolojik Yöntem<em&gt; Drosophila</em&gt; Işık Uyaranların için Fotoreseptörler ve internöronlar<em&gt; İn Vivo</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

Microstate ve dinlenme-devlet elektroansefalografi Omega karmaşıklık analizleri

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

Koku öğrenme ve ayrımcılık farelerde bir objektif ve tekrarlanabilir testi

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

Ön lobu sinir senkronizasyonu bozulma bilişsel denetimi tarafından alkol zehirlenmesi sırasında

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

Yetişkin Zebra Balığı Kullanarak Öğrenme ve Bellek Çalışmalarında Bilişsel Değerlendirme için İlişkisel Bir Öğrenme Aracı Olarak Mekik Kutusu Tahlil

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

FNIRS Hiper Tarama Çalışmasında Beyinler Arası Senkronizasyon Nasıl Hesaplanır ve Doğrulanır

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

fNIRS-Hipertarama Verilerindeki Yönlü Bilgi Akışının Kısmi Dalgacık Dönüşümü Tutarlılık Yöntemi Kullanılarak Ölçülmesi

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