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

Questa ricerca è stata supportata da: National Natural Science Foundation of China (31872783, 31800951).

Il protocollo qui presentato è stato approvato dal Comitato universitario per la protezione della ricerca umana della East China Normal University.
1. Preparazione per l'esperimento
<ol><li>Partecipanti<ol>
<li>Recluta un gruppo di studenti universitari e laureati con compensi monetari dalla pubblicità del campus.</li>
		<li>Assicurarsi che i partecipanti siano destrimani e abbiano una visione e un udito normali o corretti a normali. Assicurati che non abbiano studiato musica o l'abbiano s...

Questo protocollo fornisce una procedura passo-passo per calcolare e convalidare l'IBS, utilizzando l'approccio di iperscansione fNIRS per raccogliere contemporaneamente i segnali cerebrali di due partecipanti. Di seguito vengono discussi alcuni problemi critici coinvolti nella pre-elaborazione dei dati fNIRS, nel calcolo IBS, nelle statistiche e nella convalida IBS.
Pre-trattamento dei dati È necessario pre-elaborare i dati fNIRS negli studi di iperscansione per estrarre ...

Quando le persone si coordinano con gli altri, i loro cervelli e corpi diventano un'unità accoppiata attraverso un continuo adattamento reciproco. L'accoppiamento tra cervelli può essere rappresentato dalla sincronizzazione inter-cerebrale (IBS) attraverso l'approccio di iperscansione, che registra contemporaneamente i segnali cerebrali di due o più individui1. In effetti, un numero crescente di studi di iperscansione fNIRS / EEG ha trovato IBS in vari contesti di collaborazione, tra cui finger tapping2, group walking3, playing drums4, guitar playing5e singing / humming6. fNIRS è ampiamente usato per la ricerca di IBS durante l'interazione sociale, in quanto limita meno i movimenti della testa / corpo in contesti relativamente naturali (rispetto a fMRI / EEG)7.
L'articolo presenta un protocollo per il calcolo dell'IBS tramite il metodo WTC (Wavelet Transform Coherence) in uno studio di iperscansione fNIRS. Il WTC è un metodo per valutare la correlazione incrociata tra due segnali di movimento sul piano tempo-frequenza e, quindi, può fornire più informazioni rispetto all'analisi di correlazione tradizionale (ad esempio, correlazione di Pearson e correlazione incrociata), che è solo nel dominio del tempo8. Inoltre, i segnali emodinamici vengono trasformati in componenti wavelet, che possono rimuovere efficacemente il rumore a bassa frequenza. Sebbene il WTC richieda molto tempo, è stato il metodo più comunemente usato per calcolare l'IBS in azione imitazione9, comportamento cooperativo10, comunicazione verbale11, processo decisionale12e apprendimento interattivo13.
L'articolo presenta anche come convalidare l'IBS con il paring casuale basato sulla permutazione di studi, condizioni e partecipanti. L'IBS negli studi di iperscansione è sempre proposto per tracciare l'interazione sociale online tra individui, mentre può anche essere interpretato da altre spiegazioni, come la somiglianza dello stimolo, la somiglianza del movimento o la somiglianza delle condizioni14. Il test di permutazione, chiamato anche test di randomizzazione, può essere sfruttato per testare le ipotesi nulle sopra menzionate attraverso il ricampionamento dei dati osservati15. Usando la permutazione, è utile indagare se l'IBS identificato è specifico del comportamento interattivo, che va dalla modulazione dell'IBS all'interno delle diadi a tra gruppi di partner16.
Il protocollo qui descritto descrive come ottenere segnali cerebrali tramite la tecnologia fNIRS, calcolare l'IBS attraverso il metodo WTC e convalidare l'IBS mediante test di permutazione in uno studio di iperscansione. Questo studio mira a esaminare se l'IBS privilegiato è suscitato dai misuratori musicali durante il coordinamento sociale. I segnali cerebrali sono stati registrati nella corteccia frontale, in base alla posizione dell'IBS in un precedente ritrovamento1. Il compito sperimentale è stato originariamente sviluppato da Konvalinka e dai suoi college17, in cui ai partecipanti è stato chiesto di toccare le dita con il feedback uditivo del partner o di se stessi dopo aver ascoltato gli stimoli del metro o non del metro.

<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

Le dinamiche tra cervelli accoppiati di individui sono state sempre più rappresentate dalla sincronizzazione inter-cerebrale (IBS) quando si coordinano tra loro, per lo più utilizzando segnali di registrazione simultanea del cervello (vale a dire iperscansione) con fNIRS. Negli studi di iperscansione fNIRS, l'IBS è stato comunemente valutato attraverso il metodo della coerenza della trasformazione wavelet (WTC) a causa del suo vantaggio nell'espandere le serie temporali nello spazio tempo-frequenza in cui le oscillazioni possono essere viste in modo altamente intuitivo. L'IBS osservato può essere ulteriormente convalidato tramite l'accoppiamento casuale basato sulla permutazione dello studio, del partner e della condizione. Qui, viene presentato un protocollo per descrivere come ottenere segnali cerebrali tramite la tecnologia fNIRS, calcolare iBS attraverso il metodo WTC e convalidare l'IBS per permutazione in uno studio di iperscansione. Inoltre, discutiamo le questioni critiche quando si utilizzano i metodi di cui sopra, tra cui la scelta dei segnali fNIRS, i metodi di pre-elaborazione dei dati e i parametri opzionali di calcolo. In sintesi, l'utilizzo del metodo WTC e della permutazione è una pipeline potenzialmente standard per l'analisi dell'IBS negli studi di iperscansione fNIRS, contribuendo sia alla riproducibilità che all'affidabilità dell'IBS.

I risultati hanno mostrato che c'era IBS al canale 5 nella condizione di coordinamento del contatore, mentre non esisteva alcun IBS in altre condizioni (cioè indipendenza del contatore, coordinamento non del contatore, indipendenza non del contatore; Figura 2A). Al canale 5, l'IBS nella condizione di coordinamento del contatore era significativamente superiore ai valori di coerenza nella condizione di coordinamento e indipendenza del contatore non metrica (Figura 2B</st...

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

Come calcolare e convalidare la sincronizzazione inter-cervello in uno studio di iperscansione fNIRS

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

Questo protocollo fornisce una pipeline potenzialmente standard di analisi della sincronizzazione inter-cervello nello studio fNIRS Hyper-scanning. Il vantaggio principale di questa tecnica è che consente di calcolare la legge di sincronizzazione inter-cervello che trasformerà il metodo coerente e convaliderà i modi di sincronizzazione inter-cervello, la permutazione basata sul potenziamento delle condizioni del torace e partecipa. Esegui tutte le analisi dei dati utilizzando il software MATLAB con le apposite toolbox.Durante la pre-elaborazione dei dati, in particolare utilizzando l'analisi dei componenti principali e il metodo di miglioramento del segnale basato sulla correlazione, rimuovere il rumore fisiologico globale F N I R S utilizzando il filtro NPCA. E gli artefatti di movimento della testa usando il hmR motion correct sottolineano CBSI di Homer due. Successivamente, per calcolare la sincronizzazione inter-cerebrale o IBS, adottare la funzione coerente di trasformazione wavelet di cross wavelet e wavelet coherent toolbox con parametri predefiniti e calcolare i valori coerenti in ogni momento nel punto di frequenza per ottenere una matrice a due assi di valori coerenti.Per i parametri predefiniti, utilizzate la wavelet madre di Morlet per trasformare ogni serie temporale nel dominio del tempo e della frequenza mediante la trasformazione wavelet continua. Successivamente, per scegliere la banda di frequenza di interesse, selezionare una media dei valori coerenti della banda di frequenza compresa tra 0,5 a un Hertz. Secondo la banda di frequenza utilizzata nel compito di movimento delle dita dello studio F N I R S Hyper-scanning.Ottenere una colonna di valori coerenti per ogni coppia. Quindi, selezionare una media dei valori coerenti della finestra temporale durante la fase di riposo. E per ogni condizione sperimentale, utilizzando le informazioni del segno, ottenere cinque valori coerenti per ogni diade per la sessione di attività, selezionare solo la durata durante la quale i partecipanti hanno toccato per riprodurre lo stimolo uditivo, che è di circa 12 secondi per ogni prova risultando in un totale di 180 secondi per ogni condizione sperimentale.Quindi, sottrarre il valore coerente a riposo dal valore coerente correlato all'attività. Poiché il valore di coerenza durante lo stato di riposo viene utilizzato come linea di base in questo esperimento. Successivamente, utilizzando il test T di permutazione dei campioni accoppiati con il malto underscore comp underscore perm T1 funzione di lavoro delle gocce.Confrontare i valori coerenti sottratti con zero in corrispondenza di ciascun canale per ogni condizione sperimentale. Quindi, utilizzando la funzione A FDR della casella degli strumenti MATLAB, correggere i valori P con il metodo del tasso di scoperta falso. Successivamente, utilizzando il test T di permutazione dei campioni accoppiati con il malto underscore comp underscore perm underscore T1 funzione di lavoro drops, confrontare i valori di coerenza tra le diverse condizioni di attività nel canale in cui esisteva IBS.Per convalidare l'IBS, utilizzare la funzione rant perm un MATLAB per randomizzare l'etichetta degli studi nella condizione di coordinazione del misuratore per una diade a ciascun canale. Seguire la pipeline dimostrata per il calcolo dell'IBS e le statistiche per l'etichetta dello studio randomizzato, escludendo l'analisi di sensibilità per la banda di frequenza di interesse. Condurre la permutazione 1000 volte, quindi tracciare la distribuzione dei valori Z statistici generati all'interno della permutazione della diade.Successivamente, seguire la pipeline per calcolare l'IBS e le statistiche dopo aver randomizzato l'accoppiamento dei partecipanti allo stesso studio, nella condizione di coordinamento del contatore. Infine, segui di nuovo la pipeline dopo aver randomizzato le etichette delle condizioni per gli stessi membri di una diade nello stesso studio. I risultati hanno mostrato la presenza di IBS al canale cinque nella condizione di coordinamento del misuratore.Mentre nessun IBS è stato rilevato nelle altre condizioni. Al canale cinque, l'IBS e la condizione di coordinamento del contatore erano significativamente superiori ai valori coerenti nella condizione di coordinamento e indipendenza del contatore. L'analisi di permutazione ha mostrato che l'IBS osservato probabilmente si presentava in due individui di una diade che cercavano di sincronizzarsi tra loro nel tempo corrispondente, ma non nel partner temporale o nella condizione di accoppiamento casuale.Assicurarsi che l'IBS sia specifico per le interazioni rare. Quindi, calcolando l'IBS nel compito, la banda di frequenza correlata e le condizioni di fiducia e le interviste mutate. Il calcolo dell'IBS di tutti i canali a portata di mano, o attraverso diversi canali e regioni, arricchirebbe il partner di calcolo IBS.L'analisi della rete Inter-Brain per grandi gruppi di partecipanti alle interazioni naturali trarrà beneficio dalla qualifica di interazione sociale.

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