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

Это исследование было поддержано: Национальным фондом естественных наук Китая (31872783, 31800951).

Представленный здесь протокол был одобрен Университетским комитетом по защите исследований человека Восточно-Китайского педагогического университета.
1. Подготовка к эксперименту
<ol><li>Участников<ol>
<li>Наберите группу студентов и аспирантов с денежной компенсацией за ...

Этот протокол обеспечивает пошаговую процедуру расчета и проверки СРК, используя подход гиперсканирования fNIRS для одновременного сбора сигналов мозга двух участников. Ниже рассматриваются некоторые критические вопросы, связанные с предварительной обработкой данных fNIRS, расчетом IBS, ?...

Когда люди координируют свои действия с другими, их мозг и тело становятся связанной единицей посредством непрерывной взаимной адаптации. Связь между мозгами может быть представлена межмозговой синхронизацией (СРК) с помощью подхода гиперсканирования, который одновременно записывает сигналы мозга двух или более людей1. Действительно, растущее количество исследований гиперсканирования fNIRS / EEG обнаружило СРК в различных контекстах сотрудничества, включая постукивание пальцем2,групповую ходьбу3,игру на барабанах4,игру на гитаре5и пение / напев6. fNIRS широко используется для исследования СРК во время социального взаимодействия, поскольку он меньше ограничивает движения головы / тела в относительно естественных условиях (по сравнению с фМРТ / ЭЭГ)7.
В статье представлен протокол расчета IBS методом когерентности вейвлет-преобразования (WTC) в исследовании гиперсканирования fNIRS. ЦМТ является методом оценки перекрестной корреляции между двумя сигналами движения на частотно-временной плоскости и, следовательно, может дать больше информации, чем традиционный корреляционный анализ (например, корреляция Пирсона и кросс-корреляция), который находится только вовременной области 8. Кроме того, гемодинамические сигналы преобразуются в вейвлет-компоненты, которые могут эффективно удалять низкочастотные шумы. Хотя ЦМТ отнимает много времени, он является наиболее часто используемым методом расчета СРК в действии имитации9,кооперативного поведения10,вербальнойкоммуникации 11,принятиярешений 12и интерактивного обучения13.
В статье также представлено, как проверить СРК с помощью случайного парирования испытаний, условий и участников на основе перестановок. СРК в исследованиях гиперсканирования всегда предлагается для отслеживания онлайн-социального взаимодействия между людьми, в то время как он также может быть интерпретирован другими объяснениями, такими как сходство стимулов, сходство движений или сходство условий14. Тест перестановки, также называемый тестом рандомизации, может быть использован для проверки вышеупомянутых нулевых гипотез путем ресамплинга наблюдаемых данных15. Используя перестановку, полезно исследовать, является ли идентифицированный СРК специфическим для интерактивного поведения, начиная от модуляции СРК внутри диад до между группами партнеров16.
Протокол, описанный здесь, подробно описывает, как получить сигналы мозга с помощью технологии fNIRS, рассчитать IBS с помощью метода WTC и проверить IBS путем тестирования перестановок в исследовании гиперсканирования. Это исследование направлено на изучение того, вызывает ли привилегированный СРК музыкальные метры во время социальной координации. Сигналы мозга были записаны в лобной коре, основываясь на местоположении СРК в предыдущем выводе1. Экспериментальное задание было первоначально разработано Конвалинкой и ее колледжами17,в котором участников просили постукивать пальцами со слуховой обратной связью от партнера или себя после прослушивания метровых или неметровых стимулов.

<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

Динамика между связанными мозгами людей все чаще представлена межмозговой синхронизацией (СРК), когда они координируются друг с другом, в основном с использованием одновременных записывающих сигналов мозга (а именно гиперсканирования) с fNIRS. В исследованиях гиперсканирования fNIRS IBS обычно оценивался с помощью метода когерентности вейвлет-преобразования (WTC) из-за его преимущества в расширении временных рядов во временно-частотное пространство, где колебания можно увидеть интуитивно понятным способом. Наблюдаемый СРК может быть дополнительно подтвержден с помощью случайного спаривания исследования, партнера и состояния на основе перестановок. Здесь представлен протокол, описывающий, как получить сигналы мозга с помощью технологии fNIRS, рассчитать СРК с помощью метода WTC и проверить IBS путем перестановки в исследовании гиперсканирования. Далее мы обсудим критические вопросы при использовании вышеуказанных методов, включая выбор сигналов fNIRS, методы предварительной обработки данных и необязательные параметры вычислений. Таким образом, использование метода и перестановок ЦМТ является потенциально стандартным конвейером для анализа СРК в исследованиях гиперсканирования fNIRS, способствуя как воспроизводимости, так и надежности СРК.

Результаты показали, что в координационном состоянии счетчика в 5-м канале существует СРК, в то время как в других условиях СРК не существует (т.е. независимость от счетчика, неметровая координация, неметровая независимость; Рисунок 2А). В канале 5 IBS в условии координации с...

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

Как рассчитать и проверить синхронизацию между мозгами в исследовании гиперсканирования fNIRS

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

Этот протокол обеспечивает потенциально стандартный конвейер анализа синхронизации между мозгами в исследовании гиперсканирования fNIRS. Основным преимуществом этой методики является то, что она позволяет рассчитать закон межмозговой синхронизации, который преобразует когерентный метод и проверяет способы межмозговой синхронизации, перестановки, основанные на усилении состояний грудной клетки и участия. Выполняйте весь анализ данных с помощью программного обеспечения MATLAB с соответствующими наборами инструментов.Во время предварительной обработки данных, в частности с использованием основного компонентного анализа и метода улучшения сигнала на основе корреляции, удалите глобальный физиологический шум F N I R S с помощью фильтра NPCA. А артефакты движения головы, использующие правильное движение HMR, подчеркивают CBSI Гомера два. Затем, для расчета межмозговой синхронизации или IBS, примите когерентную функцию вейвлет-преобразования кросс-вейвлета и вейвлет-когерентного набора инструментов с параметрами по умолчанию и вычислите когерентные значения в каждый момент времени в частотной точке, чтобы получить двухосевую матрицу когерентных значений.Для параметров по умолчанию используйте материнский вейвлет Морле для преобразования каждого временного ряда во временную и частотную область путем непрерывного вейвлет-преобразования. Далее, чтобы выбрать интересующую полосу частот, выберите среднее значение когерентных значений полосы частот от 0,5 до одного Герца. В соответствии с полосой частот, используемой в задаче движения пальцев исследования гиперсканирования F N I R S.Получите один столбец когерентных значений для каждой пары. Затем выберите среднее значение когерентных значений временного окна на этапе покоя. И для каждого экспериментального условия, используя информацию марка, получить пять когерентных значений для каждой диады для целевой сессии, только выбрать продолжительность, в течение которой участники постукивали для воспроизведения слухового стимула, что составляет около 12 секунд для каждого испытания, что приводит в общей сложности 180 секунд для каждого экспериментального состояния.Затем вычтите когерентное значение покоя из когерентного значения, связанного с задачей. Так как значение когерентности во время состояния покоя используется в качестве базовой линии в этом эксперименте. Далее, используя парные образцы перестановки Т-теста с солодовым подчеркиванием комп подчеркивания пермь Т1 функции капель работы.Сравните вычитаемые когерентные значения с нулем в каждом канале для каждого экспериментального условия. Затем, используя функцию FDR набора инструментов MATLAB, исправьте значения P методом ложной скорости обнаружения. Далее, используя парные образцы перестановки Т-теста с солодовым подчеркиванием комп подчеркивания замыкания Т1 функции капель работы, сравнивают значения когерентности между различными условиями задачи на канале, где существовал СРК.Для проверки СРК используйте функцию пермской обработки MATLAB для рандомизации метки испытаний в условии координации измерения для одной диады в каждом канале. Следуйте продемонстрированному конвейеру для расчета IBS и статистики для метки рандомизированного исследования, исключая анализ чувствительности для интересующей полосы частот. Проведите перестановку 1000 раз, затем постройте график распределения статистических значений Z, генерируемых в рамках перестановки диад.Далее следуйте конвейеру, чтобы рассчитать IBS и статистику после рандомизации спаривания участников одного и того же исследования, в состоянии координации счетчика. Наконец, снова следуйте конвейеру после рандомизации меток условий для тех же членов одной диады в том же испытании. Результаты показали наличие СРК на пятом канале в состоянии координации счетчика.В то время как в других условиях СРК не было обнаружено. На пятом канале IBS и условие координации счетчика были значительно выше, чем когерентные значения в условиях неметровой координации и независимости счетчика. Анализ перестановок показал, что наблюдаемый СРК, вероятно, представлен у двух особей одной диады, которые пытались синхронизироваться друг с другом в совпадающее время, но не во временном партнере или состоянии случайного спаривания.Убедитесь, что СРК специфична для редкого взаимодействия. Итак, вычисляя СРК в задаче, коррелирует полоса частот и по мутирующим условиям доверия и интервью. Вычисление IBS всех каналов в пределах простой досягаемости или по разным каналам и регионам обогатит партнера по расчетам IBS.Анализ межмозговой сети для больших групп участников естественных взаимодействий принесет пользу квалификации социального взаимодействия.

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

Как построить лазерной спекл Контрастность изображения (LSCI) системы мониторинга кровотока

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

Как создавать и использовать бинокулярный Соперничество

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

Как найти эффекты стимул обработки событий связанных мозга потенциалов по тесной другим когда Hyperscanning партнеры

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

Hyperscanning экспериментов с функциональной ближней инфракрасной спектроскопии

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

Как получить надежные визуальные события, связанные с потенциалом у новорожденных

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

Сочетание поведения и ЭЭГ для изучения влияния медитации осознанности на эпизодическую память

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

Межмозговая синхронность в открытом совместном обучении: исследование fNIRS-гиперсканирования

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

Измерение направленного информационного потока в данных fNIRS-гиперсканирования с использованием метода когерентности с частичным вейвлет-преобразованием

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

Новая основа для понимания межполушарной когерентности в исследованиях гиперсканирования с помощью функциональной спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона (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 ...