Name: how to calculate and validate inter-brain synchronization in a fnirs hyperscanning study
Uploaded: 2021-09-08T14:15:00
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이 연구는 중국의 국립 자연 과학 재단 (31872783, 31800951)에 의해 지원되었다.

여기에 제시 된 프로토콜은 동중국 사범 대학의 인간 연구 보호에 대한 대학위원회에 의해 승인되었다.
1. 실험 준비
<ol><li>참가자<ol>
<li>캠퍼스 광고로 금전적 보상을 받는 학부 생 및 대학원생 그룹을 모집합니다.</li>
		<li>참가자가 오른손잡이이고 정상 또는 수정된 정상 시력 및 청각을 갖도록 하십시오. 음악을 연구하지 않았거나 3년 미만 동안 음악을 공부하지 않았는지 ...

이 프로토콜은 fNIRS 하이퍼스캐닝 접근 방식을 사용하여 두 참가자의 뇌 신호를 동시에 수집하기 위해 IBS를 계산하고 검증하는 단계별 절차를 제공합니다. fNIRS 데이터 전처리, IBS 계산, 통계 및 IBS 유효성 검사와 관련된 몇 가지 중요한 문제는 다음과 같습니다.
데이터 전처리 가능한 노이즈(예: 모션 아티팩트, 전신 구성 요소)에서 실제 신호를 추출하기 위해 ?...

사람들이 다른 사람들과 조율 할 때, 그들의 두뇌와 몸은 지속적인 상호 적응을 통해 결합 된 단위가된다. 뇌 간의 결합은 동시에 두 개 이상의 개인의 뇌 신호1을기록하는 하이퍼 스캐닝 접근법을 통해 뇌 간 동기화 (IBS)로 표현 될 수 있습니다. 실제로, fNIRS/EEG 하이퍼스캐닝 연구의 성장 몸은 손가락 두드리는2,그룹 워킹3,드럼4연주, 기타 연주5,노래 / 허밍6을포함하여 다양한 협력 컨텍스트에서 IBS를 발견했다. fNIRS는 사회적 상호 작용 동안 IBS의 연구에 널리 사용된다, 그것은 덜 상대적으로 자연 설정에서 머리 / 몸 의 움직임을 제한으로 (fMRI / EEG에 비해)7.
이 문서에서는 fNIRS 하이퍼스캐닝 연구에서 웨이블릿 변환 일관성(WTC) 방법을 통해 IBS를 계산하기 위한 프로토콜을 제시합니다. WTC는 시간 주파수 평면에서 두 이동 신호 간의 교차 상관관계를 평가하는 방법이므로, 따라서 시간 도메인8에만있는 기존의 상관 관계 분석(예: Pearson 상관 관계 및 상호 상관관계)보다 더 많은 정보를 제공할 수 있다. 또한 혈역학 신호는 웨이블릿 구성 요소로 변환되어 저주파 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있습니다. WTC는 시간이 많이 걸리지만, IBS를 액션 모방9,협동 행동10,구두 통신11,의사 결정12및 대화형 학습13에서IBS를 계산하는 가장 일반적으로 사용되는 방법이다.
이 기사는 또한 시험, 조건 및 참가자의 순열 기반 무작위 파잉으로 IBS를 검증하는 방법을 제시합니다. 하이퍼스캐닝 연구의 IBS는 항상 개인 간의 온라인 사회적 상호 작용을 추적하도록 제안되며, 자극 유사성, 운동 유사성 또는 조건 유사성14와같은 다른 설명에 의해 해석될 수도 있다. 무작위화 테스트라고도 하는 순열 테스트는 관찰된데이터(15)를리샘플링하여 위에서 언급한 null 가설을 테스트하기 위해 활용할 수 있다. 순열을 이용하여, 확인된 IBS가 다이드 내IBS의 변조에서파트너(16)의그룹 간까지 대화형 동작에 특정되는지 여부를 조사하는 것이 유용하다.
여기에 설명된 프로토콜은 fNIRS 기술을 통해 뇌 신호를 얻고, WTC 방법을 통해 IBS를 계산하고, 하이퍼스캐닝 연구에서 순열 테스트를 통해 IBS를 검증하는 방법을 자세히 설명합니다. 이 연구는 특권 IBS가 사회 조정 중에 음악 미터에 의해 유도되는지 여부를 조사하는 것을 목표로합니다. 뇌 신호는 전두엽 피질에 기록되었다, 이전 발견에서 IBS의 위치에 따라1. 실험 작업은 원래 Konvalinka와 그녀의 대학에 의해 개발 되었다17,참가자는 미터 또는 비 미터 자극을 듣고 후 파트너 또는 자신에서 청각 피드백으로 그들의 손가락을 탭 하도록 요청 했다.

<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

개인의 결합 된 두뇌 사이의 역학은 점점 더 뇌 간 동기화에 의해 표현되었습니다 (IBS) 그들은 서로 조정 할 때, 주로 fNIRS와 뇌의 동시 기록 신호를 사용하여 (즉, 하이퍼 스캐닝) fNIRS와. fNIRS 하이퍼스캐닝 연구에서 IBS는 매우 직관적인 방식으로 진동을 볼 수 있는 시간 주파 공간으로 타임시리즈를 확장하는 장점이 있기 때문에 웨이블릿 변환 일관성(WTC) 방법을 통해 일반적으로 평가되었습니다. 관찰된 IBS는 시험, 파트너 및 조건의 순열 기반 무작위 페어링을 통해 더 검증될 수 있습니다. 여기서, fNIRS 기술을 통해 뇌 신호를 얻고, WTC 방법을 통해 IBS를 계산하고, 하이퍼스캐닝 연구에서 순열하여 IBS를 검증하는 방법을 설명하는 프로토콜이 제시된다. 또한 fNIRS 신호 선택, 데이터 전처리 방법 및 계산 옵션 매개 변수를 포함하여 위의 방법을 사용할 때 중요한 문제를 논의합니다. 요약하면 WTC 방법과 순열을 사용하는 것은 fNIRS 하이퍼스캐닝 연구에서 IBS를 분석하기 위한 잠재적으로 표준 파이프라인으로, IBS의 재현성과 신뢰성모두에 기여합니다.

결과는 미터 조정 조건에서 채널 5에 IBS가 있었다는 것을 보여주었습니다, 반면 어떤 IBS는 그밖 조건 (즉, 미터 독립성, 비 미터 조정, 비 미터 독립성; 그림 2A). 채널 5에서, 미터 조정 조건내의 IBS는 비미터 조정 및 미터 독립조건(도 2B)에서일관성 값보다 현저히 높았다. 채널 5는 대략 왼쪽 등쪽 전두엽 피질(DLPFC;; 브로드만 지역 9). 더욱이, 순열 분석은 ...

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

fNIRS 하이퍼스캐닝 연구에서 뇌 간 동기화를 계산하고 검증하는 방법

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

이 프로토콜은 fNIRS 하이퍼 스캐닝 연구에서 뇌 간 동기화를 분석하는 잠재적으로 표준 파이프라인을 제공합니다. 이 기술의 주요 장점은 일관된 방법을 변환하고 가슴 조건의 힘을 강화하기위한 순열, 뇌 간 동기화 방법을 검증 하는 뇌 간 동기화 법을 계산 할 수 있다는 것입니다. 적절한 툴박스를 사용하여 MATLAB 소프트웨어를 사용하여 모든 데이터 분석을 수행합니다.데이터 사전 처리 중, 특히 원리 성분 분석 및 상관 관계 기반 신호 개선 방법을 사용하여 NPCA 필터를 사용하여 F N I R S 글로벌 생리적 잡음을 제거한다. 그리고 HMR 모션 을 사용하여 헤드 모션 아티팩트는 호머 2의 CBSI를 강조합니다. 다음으로, 뇌 간 동기화 또는 IBS를 계산하기 위해, 웨이블릿변환 크로스 웨이블렛 및 웨이블릿 일관된 툴박스의 일관된 기능을 기본 매개변수와 채택하고, 주파수 지점에서 매번 일관된 값을 계산하여 일관된 값의 두 축 매트릭스를 얻습니다.기본 매개 변수의 경우 Morlet 마더 웨이블릿을 사용하여 연속 웨이블렛 변환을 통해 각 시간 시리즈를 시간 및 주파수 도메인으로 변환합니다. 다음으로, 관심있는 주파수 대역을 선택하려면 0.5 ~ 1 Hertz 사이의 주파수 대역의 평균 일관된 값을 선택합니다. F N I R S 하이퍼 스캐닝 스터디의 손가락 동작 작업에 사용되는 주파수 대역에 따라.각 쌍에 대해 일관된 값의 하나의 열을 가져옵니다. 그런 다음 휴게 스테이지 동안 시간 창의 일관된 값의 평균값을 선택합니다. 그리고 각 실험 조건에 대해, 마크의 정보를 사용하여, 작업 세션에 대한 각 dyad에 대한 다섯 가지 일관된 값을 얻고, 참가자가 청각 자극을 재현하기 위해 도청하는 기간을 선택하여 각 시험마다 약 12초이며, 이는 각 실험 조건에 대해 총 180초의 결과를 낳는다.그런 다음, 작업 관련 일관된 값에서 휴식 일관된 값을 뺍니다. 휴게 상태 중 일관성 값이 이 실험에서 기준선으로 사용되기 때문이다. 다음으로, 맥아 밑줄과 쌍을 이루는 샘플 순열 T 테스트를 사용하여 낙하 작업의 파마 T1 기능을 강조한다.각 실험 조건에 대해 각 채널에서 빼된 일관된 값을 0과 비교합니다. 그런 다음 MATLAB 도구 상자의 FDR 함수를 사용하여 잘못된 검색 률 방법으로 P 값을 수정합니다. 다음으로, 맥아 밑줄과 쌍을 이루는 샘플 순열 T 테스트를 사용하여 PM 밑줄은 낙하 작업의 T1 기능을 강조, IBS가 존재하는 채널의 다른 작업 조건 사이의 일관성 값을 비교.IBS유효성을 검사하려면, 격언 파마 기능을 사용하여 MATLAB을 사용하여 각 채널의 한 다이드에 대한 미터 조정 조건에서 시험 레이블을 무작위화합니다. 관심 있는 주파수 대역에 대한 감도 분석을 제외한 무작위 평가판 레이블에 대한 IBS 및 통계를 계산하기 위한 입증된 파이프라인을 따릅니다. 순열을 1000번 수행한 다음 다이드 순열 내에서 생성된 통계 Z 값의 분포를 플롯합니다.다음으로, 파이프라인을 따라 동일한 평가판 참가자의 페어링을 미터 조정 조건에서 무작위로 한 후 IBS 및 통계를 계산합니다. 마지막으로 동일한 평가판에서 한 dyad의 동일한 구성원에 대한 조건 레이블을 무작위로 지정한 후 파이프라인을 다시 따르십시오. 결과는 미터 조정 조건에서 채널 5에서 IBS의 존재를 보여주었습니다.다른 조건에서IBS가 검출되지 않은 반면. 채널 5에서 IBS와 미터 조정 조건은 비미터 조정 및 미터 독립 상태의 일관된 값보다 상당히 높았습니다. 순열 분석은 관찰 된 IBS가 일치하는 시간에 서로 동기화하려고 한 dyad의 두 개인에 제시, 하지만 임의의 페어링의 시간 파트너 또는 조건에서.IBS가 드문 상호 작용에 대해 특정한지 확인합니다. 따라서 작업에서 IBS를 계산하고 주파수 대역과 돌연변이 신뢰 조건 및 인터뷰당 상관 관계를 제공합니다. 간단한 도달 범위 내에서 또는 다른 채널및 지역에서 모든 채널의 IBS를 계산하면 IBS 계산 파트너가 풍부해질 수 있습니다.자연 상호 작용에 참여의 큰 그룹에 대 한 뇌 간 네트워크를 분석 하는 것은 사회적 상호 작용의 자격.

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