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

Denne forskning blev støttet af: National Natural Science Foundation of China (31872783, 31800951).

Protokollen præsenteret her blev godkendt af University Committee on Human Research Protection of East China Normal University.
1. Forberedelse til forsøget
<ol><li>Deltagere<ol>
<li>Rekruttere en gruppe af bachelor-og kandidatstuderende med monetær kompensation af campus reklame.</li>
		<li>Sørg for, at deltagerne er højrehåndede og har et normalt eller korrigeret til normalt syn og hørelse. Sørg for, at de ikke har studeret musik eller har studeret det i mindre end 3 år før.</li>...

Denne protokol giver en trinvis procedure til at beregne og validere IBS ved hjælp af fNIRS hyperscanning tilgang til samtidig at indsamle to deltageres hjernesignaler. Nogle kritiske spørgsmål, der er involveret i fNIRS-dataforbehandling, IBS-beregning, statistik og IBS-validering, diskuteres nedenfor.
Forbehandling af data Det er nødvendigt at forbehandle fNIRS-data i hyperscanning undersøgelser for at udtrække reelle signaler fra den mulige støj (dvs. bevægelse a...

Når folk koordinerer med andre, deres hjerner og kroppe bliver en koblet enhed gennem kontinuerlig gensidig tilpasning. Koblingen mellem hjerner kan repræsenteres af inter-brain synkronisering (IBS) gennem hyperscanning tilgang, som samtidig registrerer to eller flere individers hjerne signaler1. Faktisk har en voksende mængde af fNIRS / EEG hyperscanning undersøgelser fundet IBS i forskellige samarbejdssammenhænge, herunder finger aflytning2,gruppe walking3,spille trommer4, guitarspil5, og sang / nynne6. fNIRS er meget udbredt til forskning af IBS under social interaktion, da det mindre begrænser hoved / krop bevægelser i relativt naturlige indstillinger (sammenlignet med fMRI / EEG)7.
Artiklen præsenterer en protokol til beregning af IBS via wavelet transform coherence (WTC) metode i en fNIRS hyperscanning undersøgelse. WTC er en metode til vurdering af krydskorrelationen mellem to bevægelsessignaler på tidsfrekvensplanet og kan derfor give flere oplysninger end den traditionelle korrelationsanalyse (f.eks. Pearson-korrelation og krydskorrelation), som kun er i tidsdomæne8. Derudover omdannes hæmodynamiske signaler til bølgekomponenter, som effektivt kan fjerne lavfrekvent støj. Selvom WTC er tidskrævende, har det været den mest almindeligt anvendte metode til beregning af IBS i aktion efterligning9, kooperativ adfærd10, verbal kommunikation11, beslutningstagning12og interaktiv læring13.
Artiklen præsenterer også, hvordan man validerer IBS med permutation-baseret tilfældig paring af forsøg, betingelser og deltagere. IBS i hyperscanning undersøgelser er altid foreslået at spore online social interaktion mellem enkeltpersoner, mens det også kan fortolkes af andre forklaringer, såsom stimulus lighed, bevægelse lighed, eller tilstand lighed14. Permutationstest, også kaldet randomiseringstest, kan udnyttes til at teste ovennævnte null-hypoteser ved at resampling af de observerede data15. Ved at bruge permutation er det nyttigt at undersøge, om den identificerede IBS er specifik for interaktiv adfærd, lige fra graduering af IBS inden for dyads til mellem grupper af partnere16.
Protokollen beskrevet her detaljer, hvordan man får hjernesignaler via fNIRS-teknologi, beregne IBS gennem WTC-metoden, og validere IBS ved permutation test i en hyperscanning undersøgelse. Denne undersøgelse har til formål at undersøge, om privilegeret IBS fremkaldes af musikmålere under social koordinering. Hjernesignalerne blev registreret i frontal cortex, baseret på placeringen af IBS i et tidligere fund1. Den eksperimentelle opgave blev oprindeligt udviklet af Konvalinka og hendes gymnasier17, hvor deltagerne blev bedt om at trykke fingre med den auditive feedback fra partneren eller sig selv efter at have lyttet til måleren eller ikke-meter stimuli.

<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

Dynamikken mellem koblede hjerner af individer er i stigende grad blevet repræsenteret ved inter-brain synkronisering (IBS), når de koordinerer med hinanden, for det meste ved hjælp af samtidige optagelse signaler af hjerner (nemlig hyperscanning) med fNIRS. I fNIRS hyperscanning undersøgelser, IBS er blevet almindeligt vurderet gennem wavelet omdanne sammenhæng (WTC) metode på grund af sin fordel på at udvide tidsserier i tidsfrekvens rum, hvor svingninger kan ses på en meget intuitiv måde. Den observerede IBS kan yderligere valideres via permutation-baseret tilfældig parring af retssagen, partner, og tilstand. Her præsenteres en protokol for at beskrive, hvordan man får hjernesignaler via fNIRS-teknologi, beregner IBS gennem WTC-metoden og validerer IBS ved permutation i en hyperscanning undersøgelse. Derudover diskuterer vi de kritiske spørgsmål, når vi bruger ovenstående metoder, herunder valg af fNIRS-signaler, metoder til dataforbehandling og valgfrie parametre for beregninger. Sammenfattende er brug af WTC-metoden og permutation en potentielt standardpipeline til analyse af IBS i fNIRS hyperscanning-undersøgelser, der bidrager til både reproducerbarhed og pålidelighed af IBS.

Resultaterne viste, at der var IBS på kanal 5 i målerkoordineringstilstanden, mens der ikke fandtes nogen IBS under andre forhold (dvs. måleruafhængighed, ikke-meterkoordinering, ikke-meter uafhængighed; Figur 2A. På kanal 5 var IBS i målerkoordineringstilstanden betydeligt højere end sammenhængsværdierne i ikke-målerkoordinerings- og måleruafhængighedstilstanden (figur 2B). Kanal 5 tilhørte ca. den venstre dorsolaterale præfrontale cortex (DLPFC;...

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

Sådan beregnes og valideres synkronisering mellem hjerner i en fNIRS Hyperscanning-undersøgelse

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

Denne protokol indeholder en potentielt standard pipeline til analyse af Inter-Brain synkronisering i fNIRS Hyper-scanning Undersøgelse. Den største fordel ved denne teknik er, at det giver mulighed for beregning inter-brain synkronisering lov, som vil omdanne sammenhængende metode og validere Inter-Brain synkronisering måder, permutation baseret på bemyndigelse af bryst betingelser og deltager. Udfør al dataanalyse ved hjælp af MATLAB-softwaren med passende værktøjskasser.Under databehandling, der specifikt anvender den principkomponentanalyse og korrelationsbaserede signalforbedringsmetode, skal du fjerne F N I R S globale fysiologiske støj ved hjælp af NPCA-filteret. Og hovedet bevægelse artefakter ved hjælp af HMR bevægelse korrekt understrege CBSI af Homer to. Dernæst, til beregning af Inter-Brain synkronisering eller IBS, vedtage wavelet omdanne sammenhængende funktion af cross wavelet og wavelet sammenhængende værktøjskasse med standardparametre, og beregne de sammenhængende værdier på hvert tidspunkt i frekvenspunkt for at opnå en to akse matrix af sammenhængende værdier.I forbindelse med standardparametrene skal du bruge Morlet mor-bølgen til at transformere hver tidsserie til tids- og frekvensdomænet ved hjælp af den kontinuerlige bølgetransformation. Dernæst, for at vælge frekvensbåndet af interesse, skal du vælge et gennemsnit de sammenhængende værdier af frekvensbåndet mellem 0,5 til en Hertz. Ifølge frekvensbåndet, der anvendes i finger bevægelse opgave F N I R S Hyper-scanning undersøgelse.Få én kolonne med sammenhængende værdier for hvert par. Vælg derefter et gennemsnit af tidsvinduets sammenhængende værdier i hvilefasen. Og for hver eksperimentel tilstand, ved hjælp af oplysninger om mærket, opnå fem sammenhængende værdier for hver dyad for opgave sessionen, kun vælge den varighed, hvor deltagerne tappet til at reproducere den auditive stimulus, som er omkring 12 sekunder for hvert forsøg resulterer i alt 180 sekunder for hver eksperimentel tilstand.Træk derefter den hvilende sammenhængende værdi fra den opgaverelaterede sammenhængende værdi. Da sammenhængsværdien under hviletilstanden bruges som udgangspunkt i dette eksperiment. Dernæst ved hjælp af de parrede prøver permutation T test med malt underscore comp understrege perm T1 funktion af dråber arbejde.Sammenlign de fratrakte sammenhængende værdier med nul ved hver kanal for hver eksperimentel tilstand. Ved hjælp af funktionen FDR i MATLAB-værktøjskassen skal du derefter rette P-værdierne ved hjælp af metoden til falsk registreringshastighed. Dernæst skal du ved hjælp af de parrede prøver permutation T-test med maltunderstregnings compscore compscore perm understrege T1-funktionen af dråber arbejde sammenligne sammenhængsværdierne mellem forskellige opgavebetingelser på den kanal, hvor IBS eksisterede.For validering af IBS skal du bruge skrålepermfunktionen en MATLAB til at randomisere etiketten af forsøg i målerkoordineringstilstanden for en dyad ved hver kanal. Følg den påviste pipeline til beregning af IBS og statistikker for den randomiserede forsøgsetiket, eksklusive følsomhedsanalysen for frekvensbåndet af interesse. Udfør permutationen 1000 gange, og plot derefter fordelingen af statistiske Z-værdier, der genereres i dyad permutation.Følg derefter rørledningen for at beregne IBS og statistikker efter randomisering af parringen af deltagerne i samme forsøg i målerkoordineringstilstanden. Endelig skal du følge rørledningen igen efter randomisering af tilstandsetiketterne for de samme medlemmer af en dyad i samme forsøg. Resultaterne viste tilstedeværelsen af IBS på kanal fem i målerkoordineringstilstanden.Mens der ikke blev påvist nogen IBS under de andre forhold. På kanal fem var IBS og målerkoordineringstilstanden betydeligt højere end de sammenhængende værdier i ikke-målerkoordinerings- og måleruafhængighedstilstanden. Permutation analyse viste, at den observerede IBS sandsynligvis præsenteret i to personer af en dyad, der forsøgte at synkronisere med hinanden i den matchede tid, men ikke i den tid partner eller tilstand af tilfældig parring.Sørg for, at IBS er specifik for sjælden interaktion. Så beregning af IBS i opgaven, korreleret frekvensbånd og pr muterende tillidsforhold og interviews. Databehandling af IBS for alle kanaler inden for den enkle rækkevidde eller på tværs af forskellige kanaler og regionerne ville berige IBS-beregningspartneren.Analyse af Inter-Brain-netværket for store grupper af deltager i naturlige interaktioner vil gavne er kvalifikationen af social interaktion.

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

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

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

Hvordan man finde virkninger af Stimulus forarbejdning på begivenhed relaterede hjernen potentialer af tæt andre når Hyperscanning partnere

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

Gennemføre Hyperscanning eksperimenter med funktionelle nær-infrarød spektroskopi

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

Sådan får du pålidelige visuelle begivenheds relaterede potentialer i nyfødte

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

Kombination af adfærd og EEG for at studere virkningerne af mindfulness meditation på episodisk hukommelse

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

Inter-Brain Synchrony i Open-Ended Collaborative Learning: En fNIRS-Hyperscanning Study

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

Måling af retningsbestemt informationsstrøm i fNIRS-hyperscanningsdata ved hjælp af metoden Delvis Wavelet Transform Coherence Method

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

Ny ramme for forståelse af inter-brain kohærens i funktionelle nær-infrarød spektroskopi (fNIRS) hyperscanningsundersøgelser

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 ...