Name: how to calculate and validate inter-brain synchronization in a fnirs hyperscanning study
Uploaded: 2021-09-08T14:15:00
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Esta pesquisa foi apoiada pela Fundação Nacional de Ciência Natural da China (31872783, 31800951).

O protocolo aqui apresentado foi aprovado pelo Comitê Universitário de Proteção à Pesquisa Humana da Universidade Normal da China Oriental.
1. Preparação para o experimento
<ol><li>Participantes<ol>
<li>Recrute um grupo de estudantes de graduação e pós-graduação com remuneração monetária pela publicidade do campus.</li>
		<li>Certifique-se de que os participantes são destros e têm visão e audição normais ou corrigidas. Certifique-se de que eles não estudaram música ou a...

Este protocolo fornece um procedimento passo-a-passo para calcular e validar o IBS, usando a abordagem de hiperscanagem fNIRS para coletar simultaneamente os sinais cerebrais de dois participantes. Algumas questões críticas envolvidas no pré-processamento de dados fNIRS, cálculo do IBS, estatísticas e validação do IBS são discutidas abaixo.
Pré-processamento de dados É necessário pré-processo de dados fNIRS em estudos de hiperscanagem para extrair sinais reais d...

Quando as pessoas coordenam com os outros, seus cérebros e corpos se tornam uma unidade acoplado através da adaptação mútua contínua. O acoplamento entre cérebros pode ser representado pela sincronização interfencefálica (IBS) através da abordagem hiperscanante, que registra simultaneamente sinais cerebrais de dois ou mais indivíduos1. De fato, um corpo crescente de estudos de hiperscanagem fNIRS/EEG encontrou IBS em vários contextos de colaboração, incluindo toques de dedos2, caminhada em grupo3, tocar bateria4,tocar guitarra5e cantar/cantar/cantar6. FNIRS é amplamente utilizado para a pesquisa do IBS durante a interação social, pois restringe menos os movimentos cabeça/corpo em ambientes relativamente naturais (em comparação com fMRI/EEG)7.
O artigo apresenta um protocolo para o cálculo do IBS via método de coerência de transformação de ondas (WTC) em um estudo de hiperscanagem fNIRS. WTC é um método para avaliar a correlação cruzada entre dois sinais de movimento no plano de frequência de tempo e, portanto, pode dar mais informações do que a análise de correlação tradicional (por exemplo, correlação de Pearson e correlação cruzada), que está apenas no domínio do tempo8. Além disso, sinais hemodinâmicos são transformados em componentes de wavelet, que podem efetivamente remover o ruído de baixa frequência. Embora o WTC seja demorado, tem sido o método mais utilizado de cálculo do IBS na imitação de ação9, comportamento cooperativo10,comunicação verbal11,tomada de decisão12e aprendizagem interativa13.
O artigo também apresenta como validar o IBS com a análise aleatória baseada em permutação de ensaios, condições e participantes. O IBS em estudos de hiperscanagem é sempre proposto para acompanhar a interação social on-line entre os indivíduos, ao mesmo tempo em que pode ser interpretado por outras explicações, como a similaridade de estímulo, similaridade de movimento ou similaridade de condição14. O teste de permutação, também chamado de teste de randomização, pode ser aproveitado para testar as hipóteses nulas acima mencionadas através da resamplagem dos dados observados15. Por meio da permutação, é útil investigar se o IBS identificado é específico para comportamento interativo, desde a modulação do IBS dentro dos disades até entre grupos de parceiros16.
O protocolo descrito aqui detalha como obter sinais cerebrais através da tecnologia fNIRS, calcular o IBS através do método WTC e validar o IBS por meio de testes de permutação em um estudo de hiperscanagem. Este estudo tem como objetivo examinar se o IBS privilegiado é provocado por medidores musicais durante a coordenação social. Os sinais cerebrais foram registrados no córtex frontal, com base na localização do IBS em um achado anterior1. A tarefa experimental foi originalmente desenvolvida por Konvalinka e suas faculdades17, nas quais os participantes foram convidados a bater os dedos com o feedback auditivo do parceiro ou de si mesmos depois de ouvir o medidor ou estímulos não medidores.

<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

A dinâmica entre cérebros acoplado de indivíduos tem sido cada vez mais representada pela sincronização inter-cerebral (IBS) quando eles se coordenam entre si, principalmente usando sinais de gravação simultânea de cérebros (ou seja, hiperscaning) com fNIRS. Em estudos de hiperscanagem fNIRS, o IBS tem sido comumente avaliado através do método de coerência de transformação de ondas (WTC) devido à sua vantagem em expandir séries temporâneas em espaço de frequência de tempo onde as oscilações podem ser vistas de forma altamente intuitiva. O IBS observado pode ser validado ainda mais através do emparelhamento aleatório baseado em permutação do ensaio, parceiro e condição. Aqui, um protocolo é apresentado para descrever como obter sinais cerebrais através da tecnologia fNIRS, calcular o IBS através do método WTC e validar o IBS por permutação em um estudo de hiperscanagem. Além disso, discutimos as questões críticas ao usar os métodos acima, incluindo a escolha de sinais fNIRS, métodos de pré-processamento de dados e parâmetros opcionais de computação. Em resumo, o uso do método WTC e da permutação é um pipeline potencialmente padrão para a análise do IBS em estudos de hiperscanagem fNIRS, contribuindo tanto para a reprodutibilidade quanto para a confiabilidade do IBS.

Os resultados mostraram que havia IBS no canal 5 na condição de coordenação do medidor, enquanto que não existia o IBS em outras condições (ou seja, independência do medidor, coordenação não medidora, independência não medidora; Figura 2A). No canal 5, o IBS na condição de coordenação do medidor foi significativamente superior aos valores de coerência na condição de coordenação não-medidor e independência do medidor(Figura 2B). O Canal 5 ...

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

Como calcular e validar a sincronização inter-cerebral em um estudo de hiperscanagem fNIRS

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

Este protocolo fornece um pipeline potencialmente padrão de análise da sincronização Inter-Cerebral no estudo de hiper-digitalização fNIRS. A principal vantagem dessa técnica é que ela permite calcular a lei de sincronização Inter-Cerebral que transformará método coerente e validará formas de sincronização Inter-Cérebro, permutação baseada no empoderamento das condições torácicas e participa. Realize todas as análises de dados usando o software MATLAB com caixas de ferramentas apropriadas.Durante o pré-processamento de dados, especificamente usando o método de análise de componentes de princípio e melhoria de sinal baseado em correlação, remova o ruído fisiológico global F N I R S usando o filtro NPCA. E os artefatos de movimento da cabeça usando o movimento HMR correto sublinham CBSI de Homer dois. Em seguida, para calcular a sincronização Inter-Cérebro ou IBS, adote a função coerente de wavelet e wavelet coerente com parâmetros padrão, e calcule os valores coerentes em cada momento em ponto de frequência para obter uma matriz de dois eixos de valores coerentes.Para os parâmetros padrão, use a onda mãe Morlet para transformar cada série de tempo no domínio de tempo e frequência pela transformação contínua de wavelet. Em seguida, para escolher a faixa de frequência de interesse, selecione uma média dos valores coerentes da faixa de frequência entre 0,5 e um Hertz. De acordo com a faixa de frequência usada na tarefa de movimento do dedo do estudo de hiper-digitalização F N I R S.Obtenha uma coluna de valores coerentes para cada par. Em seguida, selecione uma média dos valores coerentes da janela de tempo durante a etapa de descanso. E para cada condição experimental, utilizando as informações da marca, obtenha cinco valores coerentes para cada dyad para a sessão de tarefa, selecione apenas a duração durante a qual os participantes tocaram para reproduzir o estímulo auditivo, que é de cerca de 12 segundos para cada ensaio resultando em um total de 180 segundos para cada condição experimental.Em seguida, subtraia o valor coerente de descanso da tarefa relacionada ao valor coerente. Uma vez que o valor da coerência durante o estado de repouso é usado como base neste experimento. Em seguida, utilizando as amostras emparelhadas teste T com o malte sublinhar a função T1 de gotas.Compare os valores coerentes subtraídos com zero em cada canal para cada condição experimental. Em seguida, usando a função FDR da caixa de ferramentas MATLAB, corrija os valores P pelo método de taxa de detecção falsa. Em seguida, utilizando as amostras emparelhadas teste T com o malte sublinhar a função T1 de trabalho de gotas, compare os valores de coerência entre diferentes condições de tarefa no canal onde o IBS existia.Para validar o IBS, utilize a função de perm de rant um MATLAB para randomizar o rótulo de ensaios na condição de coordenação do medidor para um diáld em cada canal. Siga o pipeline demonstrado para o cálculo do IBS e estatísticas para o rótulo de ensaio randomizado, excluindo a análise de sensibilidade para a faixa de frequência de interesse. Conduzir a permutação 1000 vezes e, em seguida, traçar a distribuição dos valores estatísticos Z gerados dentro da permutação dyad.Em seguida, siga o pipeline para calcular o IBS e as estatísticas após a randomização do emparelhamento dos participantes do mesmo ensaio, na condição de coordenação do medidor. Finalmente, siga o pipeline novamente depois de randomizar os rótulos de condições para os mesmos membros de um diáld no mesmo teste. Os resultados mostraram a presença do IBS no canal cinco na condição de coordenação do medidor.Considerando que não foi detectado IBS nas outras condições. No canal cinco, o IBS e a condição de coordenação do medidor foram significativamente superiores aos valores coerentes na coordenação não medidora e na condição de independência do medidor. A análise de permutação mostrou que o IBS observado provavelmente apresentou em dois indivíduos de um díade que tentaram sincronizar-se entre si no tempo combinado, mas não no tempo parceiro ou condição de pareamento aleatório.Certifique-se de que o IBS é específico para interação rara. Assim, calculando o IBS na tarefa, faixa de frequência correlacionada e por condições de confiança mutantes e entrevistas. Calcular o IBS de todos os canais ao alcance simples, ou em diferentes canais e regiões, enriqueceria o parceiro de cálculo do IBS.Analisar a rede Inter-Cérebro para grandes grupos de participantes em interações naturais será beneficiado é a qualificação da interação social.

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