Name: how to calculate and validate inter-brain synchronization in a fnirs hyperscanning study
Uploaded: 2021-09-08T14:15:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about How to Calculate and Validate Inter-brain Synchronization in a fNIRS Hyperscanning Study at JoVE.com

وقد دعم هذا البحث: المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (31872783، 31800951).

وافقت لجنة الجامعة لحماية الابحاث البشرية بجامعة شرق الصين العادية على البروتوكول المقدم هنا .
1. التحضير للتجربة
<ol><li>المشاركون<ol>
<li>توظيف مجموعة من طلاب البكالوريوس والدراسات العليا مع التعويض النقدي من خلال الإعلان في الحرم الجامعي.</li>
		<li>التأكد من أن المشاركين هم اليد ...

يوفر هذا البروتوكول إجراء خطوة بخطوة لحساب IBS والتحقق من صحته، وذلك باستخدام نهج فحص fNIRS لجمع إشارات الدماغ الخاصة بالمشاركين في وقت واحد. وفيما يلي بعض المسائل الحاسمة التي ينطوي عليها المعالجة المسبقة لبيانات fNIRS وحساب IBS والإحصاءات والتحقق من صحة IBS.
معالجة البيانات م...

عندما ينسق الناس مع الآخرين، تصبح أدمغتهم وأجسادهم وحدة مقترنة من خلال التكيف المتبادل المستمر. ويمكن تمثيل الاقتران بين العقول من خلال التزامن بين الدماغ (IBS) من خلال نهج hyperscanning، الذي يسجل في وقت واحد اثنين أو أكثر من إشارات الدماغ الأفراد1. في الواقع، وجدت مجموعة متزايدة من fNIRS / EEG دراسات hyperscanning IBS في سياقات التعاون المختلفة، بما في ذلك التنصت على الاصبع2،مجموعة المشي3،والعزف على الطبول4،والغيتار العزف5،والغناء / طنين6. ويستخدم على نطاق واسع fNIRS للبحث IBS أثناء التفاعل الاجتماعي، كما أنه أقل تقييد حركات الرأس / الجسم في البيئات الطبيعية نسبيا (مقارنة مع fMRI / EEG)7.
المادة يقدم بروتوكولا لحساب IBS عن طريق wavelet تحويل التماسك (مركز التجارة العالمي) الأسلوب في دراسة fNIRS hyperscanning. مركز التجارة العالمي هو وسيلة لتقييم العلاقة المتبادلة بين اثنين من إشارات الحركة على مستوى التردد الزمني ، وبالتالي ، يمكن أن تعطي معلومات أكثر من تحليل الارتباط التقليدي (على سبيل المثال ، ارتباط بيرسون والارتباط المتبادل) ، والذي هو فقط في المجال الزمني8. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تحويل الإشارات الديناميكية الدموية إلى مكونات موجية ، والتي يمكن أن تزيل بشكل فعال الضوضاء منخفضة التردد. على الرغم من أن مركز التجارة العالمي هو مضيعة للوقت، فقد كان الأسلوب الأكثر استخداما لحساب IBS في العمل التقليد9،السلوك التعاوني10،الاتصال اللفظي11،صنع القرار12،والتعلم التفاعلي13.
كما تعرض المقالة كيفية التحقق من صحة IBS مع الاختبار العشوائي القائم على التباديل للتجارب والظروف والمشاركين. ويقترح دائما IBS في دراسات hyperscanning لتتبع التفاعل الاجتماعي عبر الإنترنت بين الأفراد، في حين أنه يمكن أيضا أن تفسر من قبل تفسيرات أخرى، مثل التشابه التحفيز، وتشابه الحركة، أو حالة التشابه14. يمكن الاستفادة من اختبار التباديل ، الذي يسمى أيضا اختبار العشوائية ، لاختبار الفرضيات الفارغة المذكورة أعلاه من خلال إعادة تجميع البيانات الملاحظة15. باستخدام التباديل، من المفيد التحقيق فيما إذا كان IBS المحدد محددا بالسلوك التفاعلي، بدءا من تعديل IBS داخل dyads إلى بين مجموعات من الشركاء16.
البروتوكول الموصوف هنا تفاصيل كيفية الحصول على إشارات الدماغ عن طريق تكنولوجيا fNIRS، وحساب IBS من خلال طريقة مركز التجارة العالمي، والتحقق من صحة IBS عن طريق اختبار التباديل في دراسة hyperscanning. تهدف هذه الدراسة إلى دراسة ما إذا كان IBS المتميز يتم الحصول عليه بواسطة عدادات الموسيقى أثناء التنسيق الاجتماعي. تم تسجيل إشارات الدماغ في القشرة الأمامية ، استنادا إلى موقع IBS في العثور السابق1. تم تطوير المهمة التجريبية في الأصل من قبل Konvalinka وكلياتها17، حيث طلب من المشاركين الاستفادة من أصابعهم مع ردود الفعل السمعية من الشريك أو أنفسهم بعد الاستماع إلى المحفزات العداد أو غير متر.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Computer</td>
			<td>Hewlett-Packard Development Company, L.P.</td>
			<td>HP S01-pF157mcn</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Earphone</td>
			<td>Royal Philips Electronics, Eindhoven, The Netherlands</td>
			<td>SHE2405BK/00</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG cap</td>
			<td>Compumedics Neuroscan, Charlotte, USA</td>
			<td>64-channel Quik-Cap</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E-Prime software</td>
			<td>Psychology Software Tools, Inc., Pittsburgh, USA</td>
			<td>E-Prime 3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fNIRS system</td>
			<td>Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Japan</td>
			<td>ETG-7100 Optical Topography System</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB 2014b</td>
			<td>The MathWorks, Inc., Natick, MA</td>
			<td>MATLAB 2014b</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MuseScore</td>
			<td>Musescore Company, Belgium</td>
			<td>MuseScore 3.6.2.548021803</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Swimming cap</td>
			<td>Decathlon Group, Villeneuve-d&#39;Ascq, France</td>
			<td>1681552</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

how to calculate and validate inter-brain synchronization in a fnirs hyperscanning study

وقد تم تمثيل الديناميات بين العقول المقترنة من الأفراد على نحو متزايد من خلال التزامن بين الدماغ (IBS) عندما تنسق مع بعضها البعض، وذلك في الغالب باستخدام إشارات تسجيل في وقت واحد من العقول (وهي hyperscanning) مع fNIRS. في دراسات fNIRS hyperscanning ، تم تقييم IBS بشكل شائع من خلال طريقة تماسك تحويل الموجات (WTC) بسبب ميزتها على توسيع السلسلة الزمنية إلى مساحة التردد الزمني حيث يمكن رؤية التذبذبات بطريقة بديهية للغاية. يمكن التحقق من صحة IBS الملاحظ من خلال الاقتران العشوائي القائم على التباديل للتجربة والشريك والحالة. هنا، يتم تقديم بروتوكول لوصف كيفية الحصول على إشارات الدماغ عن طريق تكنولوجيا fNIRS، وحساب IBS من خلال طريقة مركز التجارة العالمي، والتحقق من صحة IBS عن طريق التباديل في دراسة hyperscanning. علاوة على ذلك، نناقش القضايا الحرجة عند استخدام الأساليب المذكورة أعلاه، بما في ذلك اختيار إشارات fNIRS، وأساليب المعالجة المسبقة للبيانات، والمعلمات الاختيارية للحسابات. وباختصار، فإن استخدام طريقة مركز التجارة العالمي والتباديل هو خط أنابيب قياسي محتمل لتحليل IBS في دراسات فحص FNIRS المفرط، مما يساهم في كل من قابلية إعادة إنتاج وموثوقية IBS.

وأظهرت النتائج وجود IBS في القناة 5 في حالة تنسيق العدادات، في حين لم يكن هناك IBS في ظروف أخرى (أي استقلال العدادات، والتنسيق غير متر، والاستقلال غير متر؛ الشكل 2A). في القناة 5، كان IBS في حالة تنسيق العداد أعلى بكثير من قيم التماسك في حالة التنسيق غير متر واستقلال متر...

Watch this Scientific Journal Video about How to Calculate and Validate Inter-brain Synchronization in a fNIRS Hyperscanning Study at JoVE.com

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 ...

يوفر هذا البروتوكول خط أنابيب قياسي محتمل لتحليل المزامنة بين الدماغ في دراسة المسح الضوئي الفائق fNIRS. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها تسمح بحساب قانون المزامنة بين الدماغ الذي سيحول طريقة متماسكة ويتحقق من صحة طرق المزامنة بين الدماغ ، والتباديل القائم على تمكين ظروف الصدر ويشارك. إجراء كافة تحليل البيانات باستخدام برنامج MATLAB مع علب الأدوات المناسبة.أثناء معالجة البيانات مسبقا ، وتحديدا باستخدام تحليل المكون الرئيسي وطريقة تحسين الإشارات القائمة على الارتباط ، قم بإزالة الضوضاء الفسيولوجية العالمية F N I R S باستخدام فلتر NPCA. والتحف حركة الرأس باستخدام حركة HMR الصحيح التأكيد CBSI من هوميروس اثنين. بعد ذلك ، لحساب التزامن بين الدماغ أو IBS ، اعتمد وظيفة تحويل الموج المتماسكة لعلبة أدوات متماسكة عبر الموجة والموج مع المعلمات الافتراضية ، وحساب القيم المتماسكة في كل مرة في نقطة التردد للحصول على مصفوفة محورين من القيم المتماسكة.بالنسبة للمعلمات الافتراضية، استخدم الموجة الأم Morlet لتحويل كل سلسلة زمنية إلى مجال الوقت والتردد من خلال تحويل الموجة المستمرة. بعد ذلك ، لاختيار نطاق التردد من الاهتمام ، حدد متوسط القيم المتماسكة لنطاق التردد بين 0.5 إلى Hertz واحد. وفقا لنطاق التردد المستخدمة في مهمة حركة الإصبع من F N I R S فرط المسح الضوئي الدراسة.الحصول على عمود واحد من قيم coherent لكل زوج. ثم حدد متوسط القيم المتماسكة للنافذة الزمنية أثناء مرحلة الراحة. ولكل حالة تجريبية، وذلك باستخدام معلومات العلامة، والحصول على خمس قيم متماسكة لكل dyad لجلسة العمل، فقط تحديد المدة التي المشاركين استغلالها لإعادة إنتاج التحفيز السمعي، وهو حوالي 12 ثانية لكل تجربة مما أدى إلى ما مجموعه 180 ثانية لكل شرط تجريبي.ثم طرح قيمة متناسقة يستريح من قيمة متماسكة المهمة ذات الصلة. منذ يتم استخدام قيمة التماسك أثناء حالة الراحة كخط أساس في هذه التجربة. بعد ذلك ، وذلك باستخدام عينات مقترنة التباديل T اختبار مع شركات تسطير أسفل السطر الشعير تسطير أسفل السطر بيرم T1 وظيفة من قطرات العمل.قارن القيم المتماسكة المطروحة مع صفر في كل قناة لكل شرط تجريبي. ثم، باستخدام دالة FDR من مربع أدوات MATLAB تصحيح القيم P بواسطة أسلوب معدل اكتشاف false. بعد ذلك ، وذلك باستخدام عينات مقترنة التباديل T اختبار مع شركات تسطير أسفل السطر بيرم أسفل أسفل السطر T1 وظيفة من قطرات العمل ، ومقارنة قيم التماسك بين ظروف المهام المختلفة في القناة التي كانت موجودة IBS.للتحقق من صحة IBS، استخدم الدالة perm خرف MATLAB عشوائيا تسمية التجارب في حالة التنسيق متر واحد dyad في كل قناة. اتبع خط الأنابيب الذي تم إثباته لحساب IBS والإحصاءات الخاصة بتسمية التجربة المعشاة، باستثناء تحليل الحساسية لنطاق التردد المثير للاهتمام. إجراء التباديل 1000 مرة، ثم رسم توزيع القيم Z الإحصائية المتولدة داخل التباديل dyad.بعد ذلك ، اتبع خط الأنابيب لحساب IBS والإحصاءات بعد عشوائية الاقتران بين المشاركين في نفس التجربة ، في حالة تنسيق العداد. وأخيرا، اتبع خط الأنابيب مرة أخرى بعد عشوائية تسميات الشرط لنفس أعضاء dyad واحد في نفس التجربة. وأظهرت النتائج وجود IBS في القناة الخامسة في حالة تنسيق العداد.في حين لم يتم الكشف عن IBS في الظروف الأخرى. في القناة الخامسة، كان IBS وحالة تنسيق العداد أعلى بكثير من القيم المتماسكة في حالة التنسيق غير متر واستقلال متر. أظهر تحليل التباديل أن IBS الملاحظ ربما قدم في شخصين من dyad واحد الذين حاولوا مزامنة مع بعضهم البعض في الوقت المطابق، ولكن ليس في شريك الوقت أو شرط الاقتران العشوائي.تأكد من أن، IBS محددة للتفاعل نادرة. لذا ، وحساب IBS في هذه المهمة ، وربط نطاق التردد ، وتحور شروط الثقة والمقابلات. ومن شأن حوسبة نظام IBS لجميع القنوات في متناول اليد، أو عبر قنوات ومناطق مختلفة، أن يثري شريك حساب IBS.تحليل شبكة بين الدماغ لمجموعات كبيرة من المشاركين في التفاعلات الطبيعية سوف تستفيد هو تأهيل التفاعل الاجتماعي.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

How to Build a Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) System to Monitor Blood Flow

How to Build a Laser Speckle Contrast Imaging LSCI System to Monitor Blood Flow

كيفية بناء ليزر الرقطة التباين التصوير (LSCI) نظام لمراقبة تدفق الدم

Laser Speckle Contrast Imaging (LSCI) is a simple yet powerful technique that is used for full-field imaging of blood flow.  The technique analyzes ...

How to Create and Use Binocular Rivalry

كيفية إنشاء واستخدام التنافس بينوكلر

Each of our eyes normally sees a slightly different image of the world around us. The brain can combine these two images into a single coherent ...

How to Find Effects of Stimulus Processing on Event Related Brain Potentials of Close Others when Hyperscanning Partners

كيفية "العثور على آثار للتحفيز تجهيز" على "الأحداث المتصلة الدماغ إمكانيات الوثيق الغير" عند "الشركاء هايبرسكانينج"

The partners of each pair must be able to pass the McGill Friendship Questionnaire without communicating. Each partner is then seated in front of a screen ...

Conducting Hyperscanning Experiments with Functional Near-Infrared Spectroscopy

إجراء تجارب هايبرسكانينج مع الفنية القريبة من الأشعة تحت الحمراء الطيفي

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

How to Obtain Reliable Visual Event-related Potentials in Newborns

كيفيه الحصول علي الفعاليات البصرية المتعلقة بالاحداث في حديثي الولادة

The present study discusses the characteristics of visual event-related potentials (VEPs) and outlines methodological steps for obtaining reliable ...

Combining Behavior and EEG to Study the Effects of Mindfulness Meditation on Episodic Memory

الجمع بين السلوك وتخطيط كهربية الدماغ لدراسة آثار التأمل الذهني على الذاكرة العرضية

Although there has been recent interest in how mindfulness meditation can affect episodic memory as well as brain structure and function, no study has ...

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

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 ...

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 ...

Revolutionizing fNIRS Studies&#58; A Novel Approach to Neural Coupling

New Framework for Understanding Cross-Brain Coherence in Functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) Hyperscanning Studies

Unlocking New Insights in fNIRS Studies -  A Novel Framework for Inter-Brain Synchrony Analysis (Video) | JoVE

إطار جديد لفهم التماسك عبر الدماغ في دراسات المسح الطيفي الوظيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة (fNIRS)

Despite the growing body of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) hyperscanning studies, the assessment of coupling between two neural signals ...

Simultaneous Data Collection of fMRI and fNIRS Measurements Using a Whole-Head Optode Array and Short-Distance Channels

Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is a portable neuroimaging methodology, more robust to motion and more cost-effective than functional ...