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

Cette recherche a été soutenue par : National Natural Science Foundation of China (31872783, 31800951).

Le protocole présenté ici a été approuvé par le Comité universitaire sur la protection de la recherche humaine de l’Université normale de Chine orientale.
1. Préparation de l’expérience
<ol><li>Participants<ol>
<li>Recrutez un groupe d’étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs avec une compensation monétaire par la publicité du campus.</li>
		<li>Assurez-vous que les participants sont droitiers et ont une vision et une audition normales ou corrigées à la normal...

Ce protocole fournit une procédure étape par étape pour calculer et valider le SCI, en utilisant l’approche d’hyperscan fNIRS pour collecter simultanément les signaux cérébraux de deux participants. Certains problèmes critiques liés au prétraitement des données fNIRS, au calcul IBS, aux statistiques et à la validation IBS sont abordés ci-dessous.
Prétraitement des données Il est nécessaire de prétraiter les données fNIRS dans les études d’hyperscan p...

Lorsque les gens se coordonnent avec les autres, leur cerveau et leur corps deviennent une unité couplée grâce à une adaptation mutuelle continue. Le couplage entre les cerveaux peut être représenté par la synchronisation inter-cerveau (IBS) grâce à l’approche hyperscanning, qui enregistre simultanément les signaux cérébraux de deux individus ou plus1. En effet, un nombre croissant d’études d’hyperscan fNIRS / EEG ont trouvé IBS dans divers contextes de collaboration, y compris le tapotement des doigts2,la marche en groupe3,jouer de la batterie4,jouer de la guitare5et chanter / fredonner6. fNIRS est largement utilisé pour la recherche sur le SCI pendant l’interaction sociale, car il restreint moins les mouvements de la tête / du corps dans des contextes relativement naturels (par rapport à l’IRMf / EEG)7.
L’article présente un protocole pour calculer le SCI via la méthode wtC (Wavelet Transform Coherence) dans une étude d’hyperscan fNIRS. WTC est une méthode d’évaluation de la corrélation croisée entre deux signaux de mouvement sur le plan temps-fréquence et, par conséquent, peut donner plus d’informations que l’analyse de corrélation traditionnelle (par exemple, corrélation de Pearson et corrélation croisée), qui n’est que dans le domaine temporel8. De plus, les signaux hémodynamiques sont transformés en composants d’ondelettes, qui peuvent éliminer efficacement le bruit des basses fréquences. Bien que le WTC prenne beaucoup de temps, il a été la méthode la plus couramment utilisée pour calculer l’IBS en action imitation9, comportement coopératif10, communication verbale11, prise de décision12, et apprentissage interactif13.
L’article présente également comment valider le SCI avec l’analyse aléatoire basée sur la permutation des essais, des conditions et des participants. Le SCI dans les études d’hyperscan est toujours proposé pour suivre l’interaction sociale en ligne entre les individus, alors qu’il peut également être interprété par d’autres explications, telles que la similitude du stimulus, la similitude de mouvement ou la similitude de condition14. Le test de permutation, également appelé test de randomisation, peut être exploité pour tester les hypothèses nulles mentionnées ci-dessus en rééchantillonnant les données observées15. En utilisant la permutation, il est utile d’étudier si le SCI identifié est spécifique au comportement interactif, allant de la modulation du SCI au sein des dyades à entre groupes de partenaires16.
Le protocole décrit ici détaille comment obtenir des signaux cérébraux via la technologie fNIRS, calculer le SCI via la méthode WTC et valider le SCI par test de permutation dans une étude d’hyperscan. Cette étude vise à examiner si le SCI privilégié est provoqué par les compteurs de musique lors de la coordination sociale. Les signaux cérébraux ont été enregistrés dans le cortex frontal, en fonction de l’emplacement du SCI dans une découverte précédente1. La tâche expérimentale a été développée à l’origine par Konvalinka et ses collèges17, dans laquelle les participants ont été invités à taper leurs doigts avec le retour auditif du partenaire ou d’eux-mêmes après avoir écouté le compteur ou les stimuli non mesurés.

<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

La dynamique entre les cerveaux couplés des individus a été de plus en plus représentée par la synchronisation inter-cerveau (IBS) lorsqu’ils se coordonnent les uns avec les autres, principalement en utilisant des signaux d’enregistrement simultané des cerveaux (à savoir l’hyperscanning) avec fNIRS. Dans les études d’hyperscan fNIRS, le SCI a été couramment évalué par la méthode de la cohérence de transformation des ondelettes (WTC) en raison de son avantage sur l’expansion des séries chronologiques dans l’espace temps-fréquence où les oscillations peuvent être vues de manière très intuitive. Le SCI observé peut être validé davantage via l’appariement aléatoire basé sur la permutation de l’essai, du partenaire et de la condition. Ici, un protocole est présenté pour décrire comment obtenir des signaux cérébraux via la technologie fNIRS, calculer le SCI via la méthode WTC et valider le SCI par permutation dans une étude d’hyperscan. En outre, nous discutons des problèmes critiques lors de l’utilisation des méthodes ci-dessus, y compris le choix des signaux fNIRS, les méthodes de prétraitement des données et les paramètres facultatifs des calculs. En résumé, l’utilisation de la méthode WTC et de la permutation est un pipeline potentiellement standard pour l’analyse du SCI dans les études d’hyperscan fNIRS, contribuant à la fois à la reproductibilité et à la fiabilité du SCI.

Les résultats ont montré qu’il y avait un SCI au canal 5 dans l’état de coordination du compteur, alors qu’aucun SCI n’existait dans d’autres conditions (c.-à-d. indépendance du compteur, non-coordination du compteur, non-indépendance du compteur; Figure 2A). Au canal 5, l’IBS dans l’état de coordination du compteur était significativement plus élevé que les valeurs de cohérence dans l’état de coordination et d’indépendance du compteur(figu...

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

Comment calculer et valider la synchronisation inter-cerveau dans une étude d’hyperscanning fNIRS

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

Ce protocole fournit un pipeline potentiellement standard d’analyse de la synchronisation inter-cerveau dans l’étude d’hyper-balayage fNIRS. Le principal avantage de cette technique est qu’elle permet de calculer la loi de synchronisation inter-cerveau qui transformera la méthode cohérente et validera les méthodes de synchronisation inter-cerveau, la permutation basée sur l’autonomisation des affections thoraciques et participe. Effectuez toutes les analyses de données à l’aide du logiciel MATLAB avec les boîtes à outils appropriées.Lors du prétraitement des données, en particulier à l’aide de la méthode d’amélioration du signal basée sur l’analyse des composants et la corrélation, supprimez le bruit physiologique global F N I R S à l’aide du filtre NPCA. Et les artefacts de mouvement de la tête utilisant le mouvement HMR correct soulignent CBSI d’Homère deux. Ensuite, pour calculer la synchronisation inter-cerveau ou IBS, adoptez la fonction cohérente de transformation d’ondelettes de l’ondelette croisée et de la boîte à outils cohérente d’ondelettes avec des paramètres par défaut, et calculez les valeurs cohérentes à chaque moment en point de fréquence pour obtenir une matrice à deux axes de valeurs cohérentes.Pour les paramètres par défaut, utilisez l’ondelette mère de Morlet pour transformer chaque série chronologique dans le domaine temporel et fréquentiel par la transformation en ondelettes continues. Ensuite, pour choisir la bande de fréquences d’intérêt, sélectionnez une moyenne des valeurs cohérentes de la bande de fréquences entre 0,5 et un Hertz. Selon la bande de fréquences utilisée dans la tâche de mouvement des doigts de l’étude F N I R S Hyper-scan.Obtenez une colonne de valeurs cohérentes pour chaque paire. Ensuite, sélectionnez une moyenne des valeurs cohérentes de la fenêtre de temps pendant la phase de repos. Et pour chaque condition expérimentale, en utilisant les informations de marque, obtenez cinq valeurs cohérentes pour chaque dyade pour la session de tâche, sélectionnez uniquement la durée pendant laquelle les participants ont tapoté pour reproduire le stimulus auditif, qui est d’environ 12 secondes pour chaque essai, ce qui donne un total de 180 secondes pour chaque condition expérimentale.Ensuite, soustrayez la valeur cohérente au repos de la valeur cohérente liée à la tâche. Étant donné que la valeur de cohérence pendant l’état de repos est utilisée comme base de référence dans cette expérience. Ensuite, en utilisant le test de permutation d’échantillons appariés T avec le malt underscore comp underscore perm T1 function of drops work.Comparez les valeurs cohérentes soustraites avec zéro à chaque canal pour chaque condition expérimentale. Ensuite, à l’aide de la fonction a FDR de la boîte à outils MATLAB, corrigez les valeurs P par la méthode du taux de fausse découverte. Ensuite, en utilisant le test de permutation d’échantillons appariés T avec le malt underscore comp underscore perm underscore T1 function of drops work, comparez les valeurs de cohérence entre différentes conditions de tâche au canal où IBS existait.Pour valider l’IBS, utilisez la fonction permanente rant a MATLAB pour randomiser l’étiquette des essais dans la condition de coordination du compteur pour une dyade à chaque canal. Suivez le pipeline démontré pour le calcul du SCI et les statistiques pour l’étiquette de l’essai randomisé, à l’exclusion de l’analyse de sensibilité pour la bande de fréquences d’intérêt. Effectuez la permutation 1000 fois, puis tracez la distribution des valeurs Z statistiques générées dans la permutation de dyade.Ensuite, suivez le pipeline pour calculer le SCI et les statistiques après avoir randomisé l’appariement des participants du même essai, dans l’état de coordination du compteur. Enfin, suivez à nouveau le pipeline après avoir randomisé les étiquettes de condition pour les mêmes membres d’une dyade dans le même essai. Les résultats ont montré la présence d’IBS au canal cinq dans l’état de coordination du compteur.Alors qu’aucun SCI n’a été détecté dans les autres conditions. Au canal cinq, l’IBS et la condition de coordination du compteur étaient significativement plus élevées que les valeurs cohérentes dans l’état de coordination et d’indépendance du compteur. L’analyse de permutation a montré que le SCI observé se présentait probablement chez deux individus d’une dyade qui ont essayé de se synchroniser les uns avec les autres dans le temps apparié, mais pas dans le partenaire temporel ou la condition d’appariement aléatoire.Assurez-vous que le SCI est spécifique pour les interactions rares. Donc, calculer IBS dans la tâche, la bande de fréquence corrélée et par mutation des conditions de confiance et des entretiens. Le calcul de l’IBS de tous les canaux à portée de main, ou sur différents canaux et régions, enrichirait le partenaire de calcul IBS.L’analyse du réseau inter-cerveau pour de grands groupes de participants aux interactions naturelles bénéficiera de la qualification de l’interaction sociale.

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