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

מחקר זה נתמך על ידי: הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (31872783, 31800951).

הפרוטוקול שהוצג כאן אושר על ידי ועדת האוניברסיטה להגנה על מחקר אנושי של אוניברסיטת מזרח סין נורמלית.
1. הכנה לניסוי
<ol><li>המשתתפים<ol>
<li>גייסו קבוצה של סטודנטים לתואר ראשון ושני עם פיצוי כספי על ידי הפרסום בקמפוס.</li>
		<li>ודאו שהמשתתפים ימניים ויש להם ראייה ושמיעה תקינים או מתו?...

פרוטוקול זה מספק הליך שלב אחר שלב לחישוב ולאימות IBS, תוך שימוש בגישה של סריקת יתר של fNIRS כדי לאסוף בו-זמנית אותות מוחיים של שני משתתפים. להלן נדונות כמה סוגיות קריטיות הכרוכות בעיפול מקדים של נתוני fNIRS, חישוב IBS, סטטיסטיקה ואימות IBS.
עיבוד מקדים של נתונים יש צורך מעבד ...

כאשר אנשים מתואמים עם אחרים, המוח והגוף שלהם הופכים ליחידה זוגית באמצעות הסתגלות הדדית מתמשכת. הצימוד בין המוחות יכול להיות מיוצג על ידי סנכרון בין מוחות (IBS) באמצעות גישת היפר-סריקה, אשר בו זמנית מתעדת אותות מוח של שני אנשים או יותר1. ואכן, גוף גדל והולך של מחקרי היפר-סריקה fNIRS / EEG מצא IBS בהקשרים שונים שלשיתוףפעולה, כולל הקשה על אצבע 2 , הליכה קבוצתית3,משחק תופים4,גיטרה מנגנת5, ושירה / זמזום6. fNIRS נמצא בשימוש נרחב למחקר של IBS במהלך אינטראקציה חברתית, כפי שהוא פחות מגביל את תנועות הראש / הגוף בהגדרות טבעיות יחסית (לעומת fMRI / EEG)7.
המאמר מציג פרוטוקול לחישוב IBS באמצעות שיטת קוהרנטיות טרנספורמציה גל (WTC) במחקר hyperscanning של fNIRS. WTC היא שיטה להערכת המתאם הצולב בין שני אותות תנועה במישור תדר הזמן, ולכן, יכולה לתת מידע רב יותר מאשר ניתוח המתאם המסורתי (למשל, מתאם פירסון ומתאם צולב), שהוא רק בתחום הזמן8. בנוסף, אותות המודינמיים הופכים לרכיבי גל, אשר יכולים להסיר ביעילות את הרעש בתדר נמוך. למרות WTC הוא זמן רב, זה היה השיטה הנפוצה ביותר של חישוב IBS בחיקוי פעולה9, התנהגות שיתופית10, תקשורת מילולית11, קבלת החלטות12, ולמידה אינטראקטיבית13.
המאמר מציג גם כיצד לאמת IBS עם paring אקראי מבוסס תמורות של ניסויים, תנאים ומשתתפים. IBS במחקרי hyperscanning מוצע תמיד לעקוב אחר אינטראקציה חברתית מקוונת בין אנשים, בעוד זה יכול להתפרש גם על ידי הסברים אחרים, כגון דמיון גירוי, דמיון תנועה, או דמיון מצב14. מבחן תמורות, המכונה גם מבחן אקראיות, ניתן למנף כדי לבדוק את השערות האפס הנ"ל באמצעות דגימה מחדש של הנתונים שנצפו15. באמצעות תמורות, כדאי לחקור אם IBS שזוהה הוא ספציפי להתנהגות אינטראקטיבית, החל אפנון של IBS בתוך dyads בין קבוצות שלשותפים 16.
הפרוטוקול המתואר כאן מפרט כיצד להשיג אותות מוחיים באמצעות טכנולוגיית fNIRS, לחשב IBS באמצעות שיטת WTC ולאמת IBS על ידי בדיקת תמורות במחקר היפר-סריקה. מחקר זה נועד לבחון אם IBS מיוחס מופעל על ידי מדי מוסיקה במהלך תיאום חברתי. אותות המוח נרשמו בקליפת המוח הקדמית, בהתבסס על המיקום של IBS בממצא קודם1. המשימה הניסיונית פותחה במקור על ידי Konvalinka והמכללות שלה17, שבו המשתתפים התבקשו להקיש על האצבעות שלהם עם משוב שמיעתי מן השותף או עצמם לאחר האזנה לגירויים מטר או לא מטר.

<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

הדינמיקה בין מוחות מצמידים של אנשים מיוצגת יותר ויותר על ידי סנכרון בין מוחות (IBS) כאשר הם מתאמים זה עם זה, בעיקר באמצעות אותות הקלטה בו זמנית של מוח (כלומר היפר-סריקה) עם fNIRS. במחקרי סריקת יתר של fNIRS, IBS נבחן בדרך כלל באמצעות שיטת קוהרנטיות טרנספורמציה גל (WTC) בגלל היתרון שלה על הרחבת סדרות זמן לתוך מרחב תדר זמן שבו תנודות ניתן לראות בצורה אינטואיטיבית מאוד. ניתן לאמת עוד יותר את ה- IBS הנצפה באמצעות השיוך האקראי מבוסס התמורות של גירסת הניסיון, השותף והמצב. כאן, מוצג פרוטוקול כדי לתאר כיצד להשיג אותות מוחיים באמצעות טכנולוגיית fNIRS, לחשב IBS באמצעות שיטת WTC ולאמת IBS על ידי תמורות במחקר hyperscanning. יתר על כן, אנו דנים בנושאים הקריטיים בעת שימוש בשיטות לעיל, כולל הבחירה של אותות fNIRS, שיטות עיבוד מקדים של נתונים ופרמטרים אופציונליים של חישובים. לסיכום, שימוש בשיטת WTC ובתמורת הוא צינור סטנדרטי פוטנציאלי לניתוח IBS במחקרי סריקת יתר של fNIRS, התורם הן לשחזור והן לאמינות של IBS.

התוצאות הראו כי היה IBS בערוץ 5 בתנאי תיאום מטר, בעוד שלא היה IBS קיים בתנאים אחרים (כלומר, עצמאות מטר, תיאום שאינו מטר, עצמאות שאינה מטר; איור 2א). בערוץ 5, ה-IBS בתנאי תיאום המונים היה גבוה משמעותית מערכי העקביות בתנאי התיאום והעצמאות של המונה(איור 2B). ערוץ 5 היה שייך...

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

כיצד לחשב ולאמת סינכרון בין-מוחי במחקר היפר-סריקה של fNIRS

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

פרוטוקול זה מספק צינור סטנדרטי פוטנציאלי של ניתוח סינכרון בין-מוח במחקר סריקת-על של fNIRS. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מאפשרת חישוב חוק סנכרון בין מוחות אשר ישנה שיטה קוהרנטית ולאמת דרכי סנכרון בין מוח, תמורות המבוססות על העצמת תנאי החזה ומשתתפים. בצע את כל ניתוח הנתונים באמצעות תוכנת MATLAB עם ארגזי כלים מתאימים.במהלך עיבוד מקדים של נתונים, במיוחד באמצעות שיטת ניתוח הרכיבים העקרוניים ושיטת שיפור האות המבוססת על מתאם, הסר את הרעש הפיזיולוגי העולמי F N I R S באמצעות מסנן NPCA. וממצאי תנועת הראש באמצעות תנועת HMR נכון להדגיש CBSI של הומרוס שני. לאחר מכן, לחישוב סינכרון בין-מוחי או IBS, אמץ את הפונקציה קוהרנטית של גלים צולבים וארגז כלים קוהרנטי גלים עם פרמטרי ברירת מחדל, וחשב את הערכים קוהרנטיים בכל פעם בנקודת תדר כדי להשיג מטריצת שני צירים של ערכים קוהרנטיים.עבור פרמטרי ברירת המחדל, השתמש בגל האם Morlet כדי להפוך כל סידרה בכל פעם לתחום הזמן והתדירות על-ידי טרנספורמציית הגל המתמשכת. לאחר מכן, כדי לבחור את רצועת התדירות של עניין, בחר ממוצע הערכים קוהרנטיים של רצועת התדר בין 0.5 להרץ אחד. על פי רצועת התדר המשמשת במשימת תנועת האצבעות של מחקר סריקת Hyper-scanning F N I R S.השג עמודה אחת של ערכים קוהרנטיים עבור כל זוג. לאחר מכן, בחר ממוצע של הערכים קוהרנטיים של חלון הזמן במהלך שלב המנוחה. ועל כל מצב ניסיוני, באמצעות המידע של סימן, להשיג חמישה ערכים קוהרנטיים עבור כל dyad עבור הפעלת המשימה, רק לבחור את משך הזמן שבו המשתתפים הקשו כדי לשחזר את הגירוי השמיעה, שהוא כ 12 שניות עבור כל ניסוי וכתוצאה מכך בסך הכל 180 שניות עבור כל מצב ניסיוני.לאחר מכן, הפחת את הערך ההקוהרנטי במנוחה מהערך העקבי הקשור לפעילות. מאז ערך קוהרנטיות במהלך מצב המנוחה משמש כבסיס בניסוי זה. לאחר מכן, באמצעות דגימות מזווגות תמורות T לבדוק עם מאלט להדגיש comp להדגיש את הפונקציה T1 של טיפות עבודה.השווה את הערכים ההקאופתיים המופחתים לאפס בכל ערוץ עבור כל מצב ניסיוני. לאחר מכן, באמצעות הפונקציה FDR של ארגז הכלים MATLAB, תקן את ערכי P בשיטת קצב הגילוי השגוי. לאחר מכן, באמצעות בדיקת התמורות T של דגימות משויכת עם comp המקף התחתון של מאלט המקף תחתון פונקציית T1 של טיפות עבודה, להשוות את ערכי קוהרנטיות בין תנאי פעילות שונים בערוץ שבו IBS היה קיים.לאימות IBS, השתמש בפונקציית סלסל rant A MATLAB כדי להפוך את התווית של ניסויים במצב תיאום מטר עבור דיאד אחד בכל ערוץ. בצע את הצינור המודגם לחישוב IBS וסטטיסטיקה עבור תווית הניסיון אקראי, למעט ניתוח הרגישות עבור רצועת התדירות של עניין. נהלו את התמורות 1000 פעמים, ואז תתוו את התפלגות ערכי ה-Z הסטטיסטיים הנוצרים בתוך תמורות dyad.לאחר מכן, בצע את הצינור כדי לחשב את IBS וסטטיסטיקה לאחר אקראיות זיווג של המשתתפים של אותו ניסוי, במצב תיאום מטר. לבסוף, עקוב אחר הצינור שוב לאחר אקראי תוויות התנאי עבור אותם חברים של dyad אחד באותו משפט. התוצאות הראו את נוכחותה של IBS בערוץ חמש במצב תיאום מטר.בעוד שלא זוהה IBS בתנאים האחרים. בערוץ 5, ה-IBS ותנאי תיאום המונה היו גבוהים משמעותית מהערכים קוהרנטיים בתנאי תיאום ועצמאות המונה שאינם מטר. ניתוח התמורות הראה כי IBS שנצפה כנראה הציג בשני אנשים של dyad אחד שניסו להסתנכרן אחד עם השני בזמן התאים, אבל לא בזמן שותף או מצב של זיווג אקראי.ודא כי, IBS הוא ספציפי עבור אינטראקציה נדירה. אז, חישוב IBS במשימה, רצועת תדרים מתואמת ותנאי אמון משתנים. חישוב ה- IBS של כל הערוצים בהישג ידם הפשוט, או בערוצים ובאזורים שונים, יעשיר את שותף החישוב של IBS.ניתוח הרשת הבין-מוחית עבור קבוצות גדולות של משתתפים באינטראקציות טבעיות יועיל הוא ההסמכה של אינטראקציה חברתית.

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

כיצד לבנות לייזר רבב הדמיה ניגודיות (LSCI) מערכת לפקח זרימת הדם

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

איך ליצור ולהשתמש היריבות המשקפת

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

כיצד למצוא את ההשפעות של גירוי עיבוד על אירועים הקשורים המוח פוטנציאל של קרובים אחרים כאשר Hyperscanning שותפים

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

ניסויים Hyperscanning עם ספקטרוסקופיית אינפרא אדום הפונקציונליים

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

כיצד להשיג אמין חזותי אירועים הקשורים פוטנציאל תינוקות

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

שילוב התנהגות ו- EEG כדי לחקור את ההשפעות של מדיטציית מיינדפולנס על זיכרון אפיזודי

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

סנכרון בין מוחות בלמידה שיתופית פתוחה: מחקר על היפר-סריקה של fNIRS

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

מדידת זרימת המידע הכיווני בנתוני fNIRS-Hyperscanning באמצעות שיטת הקוהרנטיות של התמרת גלים חלקית

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

מסגרת חדשה להבנת קוהרנטיות בין-מוחית במחקרי היפר-סריקה תפקודית של ספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה (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 ...