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

Bu araştırma şu şekilde desteklendi: Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (31872783, 31800951).

Burada sunulan protokol, Doğu Çin Normal Üniversitesi İnsan Araştırmalarını Koruma Üniversitesi Komitesi tarafından onaylandı.
1. Deneye hazırlık
<ol><li>Katılımcı<ol>
<li>Kampüs reklamı ile parasal tazminat ile bir grup lisans ve lisansüstü öğrenci alın.</li>
		<li>Katılımcıların sağ elini kullanarak normal veya normal görme ve işitmeye sahip olduğundan emin olun. Daha önce 3 yıldan daha az bir süredir müzik eğitimi almadıklarından veya çalışmadıkla...

Bu protokol, iki katılımcının beyin sinyallerini aynı anda toplamak için fNIRS hiper tarama yaklaşımını kullanarak IBS'yi hesaplamak ve doğrulamak için adım adım bir prosedür sağlar. FNIRS veri ön işleme, IBS hesaplaması, istatistik ve IBS doğrulaması ile ilgili bazı kritik konular aşağıda tartışılmıştır.
Veri Ön İşleme Olası gürültüden (yani hareket yapıtları, sistemik bileşenler) gerçek sinyaller çıkarmak için hiper tarama çal...

İnsanlar başkalarıyla koordine olduklarında, beyinleri ve vücutları sürekli karşılıklı uyum yoluyla birleştirilmiş bir birim haline gelir. Beyinler arasındaki bağlantı, aynı anda iki veya daha fazla bireyin beyin sinyallerini kaydeden hiper tarama yaklaşımı aracılığıyla beyinler arası senkronizasyon (IBS) ile temsil edilebilir1. Gerçekten de, fNIRS / EEG hiper tarama çalışmalarının büyüyen bir gövdesi, parmakla dokunma2, grup yürüme3,davul çalma4,gitar çalma5ve şarkı söyleme / mırıldanma6dahil olmak üzere çeşitli işbirliği bağlamlarında IBS buldu. fNIRS, nispeten doğal ortamlarda (fMRI/ EEG ile karşılaştırıldığında) baş / vücut hareketlerini daha az kısıtladtığı için sosyal etkileşim sırasında IBS araştırması için yaygın olarak kullanılmaktadır7.
Makale, fNIRS hiper tarama çalışmasında dalgacık dönüşümü tutarlılığı (WTC) yöntemiyle IBS'yi hesaplamak için bir protokol sürmektedir. WTC, zaman frekansı düzleminde iki hareket sinyali arasındaki çapraz korelasyonu değerlendirmek için bir yöntemdir ve bu nedenle, yalnızca zaman etki alanı8olan geleneksel korelasyon analizinden (örneğin, Pearson korelasyonu ve çapraz korelasyon) daha fazla bilgi verebilir. Ek olarak, hemodinamik sinyaller, düşük frekanslı gürültüyü etkili bir şekilde ortadan kaldırabilen dalgacık bileşenlerine dönüştürülür. WTC zaman alıcı olmasına rağmen, IBS'yi eylemde taklit9, kooperatif davranışı 10 , sözel iletişim11, karar verme12ve etkileşimli öğrenme13'te hesaplamanın en yaygın kullanılan yöntemi olmuştur.
Makalede ayrıca, denemelerin, koşulların ve katılımcıların permütasyon tabanlı rastgele ayrıştırılmasıyla IBS'nin nasıl doğrulanılacağı da sunulmaktadır. Hiper tarama çalışmalarında IBS her zaman bireyler arasındaki çevrimiçi sosyal etkileşimi izlemek için önerilirken, uyaran benzerliği, hareket benzerliği veya durum benzerliği gibi diğer açıklamalarla da yorumlanabilir14. Randomizasyon testi olarak da adlandırılan permütasyon testi, gözlemlenen verileri yeniden örnekleyerek yukarıda belirtilen boş hipotezleri test etmek için kullanılabilir15. Permütasyon kullanarak, tanımlanan IBS'nin dyadlar içinde IBS modülasyonundan ortak grupları arasında16' ya kadar etkileşimli davranışa özgü olup olmadığını araştırmak yararlıdır.
Burada açıklanan protokol, fNIRS teknolojisi ile beyin sinyallerinin nasıl eldelanacağını, WTC yöntemiyle IBS'nin nasıl hesaplanacağını ve bir hiper tarama çalışmasında permütasyon testi ile IBS'nin nasıl doğrulanacağını ayrıntılarıyla açıklar. Bu çalışma, ayrıcalıklı IBS'nin sosyal koordinasyon sırasında müzik ölçerler tarafından ortaya çıkıp çıkmadığını incelemeyi amaçlamaktadır. Beyin sinyalleri, önceki bir bulguda IBS'nin konumuna göre frontal kortekste kaydedildi1. Deneysel görev başlangıçta Konvalinka ve kolejleri tarafından geliştirilmiştir17, katılımcılardan sayaç veya metre olmayan uyaranları dinledikten sonra partnerden veya kendilerinden gelen işitsel geri bildirimlerle parmaklarına dokunmaları istendi.

<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

Bireylerin eşleştirilmiş beyinleri arasındaki dinamikler, çoğunlukla fNIRS ile beyinlerin eşzamanlı kayıt sinyallerini (yani hiper tarama) kullanarak birbirleriyle koordine olduklarında beyinler arası senkronizasyon (IBS) ile giderek daha fazla temsil edilmektedir. FNIRS hiper tarama çalışmalarında, IBS, zaman serilerini salınımların son derece sezgisel bir şekilde görülebileceği zaman frekansı alanına genişletme avantajı nedeniyle dalgacık dönüştürme tutarlılığı (WTC) yöntemi ile yaygın olarak değerlendirilmiştir. Gözlemlenen IBS, deneme, ortak ve durumun permütasyon tabanlı rastgele eşleşmesi ile daha da doğrulanabilir. Burada, fNIRS teknolojisi ile beyin sinyallerinin nasıl elde edildiğini, WTC yöntemiyle IBS'nin nasıl hesaplanacağını ve hiper taramalı bir çalışmada permütasyon ile IBS'nin nasıl doğrulanacağını açıklayan bir protokol sunulmaktadır. Ayrıca, fNIRS sinyallerinin seçimi, veri ön işleme yöntemleri ve isteğe bağlı hesaplama parametreleri de dahil olmak üzere yukarıdaki yöntemleri kullanırken kritik sorunları tartışıyoruz. Özetle, WTC yöntemini ve permütasyonunu kullanmak, fNIRS hiper tarama çalışmalarında IBS'yi analiz etmek için potansiyel olarak standart bir işlem hattıdır ve IBS'nin hem tekrarlanabilirliğine hem de güvenilirliğine katkıda bulunmaktadır.

Sonuçlar, sayaç koordinasyon koşulunda kanal 5'te IBS olduğunu, diğer koşullarda ise hiçbir IBS'nin bulunmadığını gösterdi (yani sayaç bağımsızlığı, metre dışı koordinasyon, metre dışı bağımsızlık; Şekil 2A). Kanal 5'te sayaç koordinasyon koşulundaki IBS, sayaç dışı koordinasyon ve sayaç bağımsızlığı koşulundaki tutarlılık değerlerinden önemli ölçüde yüksekti (Şekil 2B). Kanal 5 yaklaşık olarak sol dorsolate...

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

FNIRS Hiper Tarama Çalışmasında Beyinler Arası Senkronizasyon Nasıl Hesaplanır ve Doğrulanır

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

Bu protokol, fNIRS Hiper Tarama Çalışmasında Beyinler Arası senkronizasyonu analiz etmek için potansiyel olarak standart bir işlem hattı sağlar. Bu tekniğin temel avantajı, tutarlı yöntemi dönüştürecek ve Beyinler Arası senkronizasyon yollarını doğrulayacak Beyinler Arası senkronizasyon yasasının hesaplanmasına izin veriyor olmasıdır, göğüs koşullarının güçlendirilmesine dayalı permütasyon ve katılımlar. Matlab yazılımını kullanarak tüm veri analizini uygun araç kutularıyla gerçekleştirin.Veri ön işleme sırasında, özellikle prensip bileşen analizi ve korelasyon tabanlı sinyal iyileştirme yöntemini kullanarak, NPCA filtresini kullanarak F N I R S küresel fizyolojik gürültüsünü çıkarın. Ve HMR hareketini kullanan kafa hareketi eserleri Homer 2'nin CBSI'sının altını çiziyor. Daha sonra, Beyinler Arası senkronizasyonu veya IBS'yi hesaplamak için, çapraz dalgacık ve dalgacık tutarlı araç kutusunun dalgacık dönüştürme tutarlı işlevini varsayılan parametrelerle benimseyin ve tutarlı değerlerden oluşan iki eksen matrisi elde etmek için tutarlı değerleri frekans noktasında her seferinde hesaplayın.Varsayılan parametreler için, her zaman serisini sürekli dalgacık dönüşümüyle zaman ve sıklık etki alanına dönüştürmek için Morlet ana dalgacığı kullanın. Ardından, ilgi sıklığı bandını seçmek için, frekans bandının 0,5 ile bir Hertz arasındaki tutarlı değerlerinin ortalamasını seçin. F N I R S Hiper tarama çalışmasının parmak hareketi görevinde kullanılan frekans bandına göre.Her çift için tutarlı değerlerden oluşan bir sütun elde edin. Ardından, dinlenme aşamasında zaman penceresinin tutarlı değerlerinin ortalamasını seçin. Ve her deneysel durum için, mark bilgilerini kullanarak, görev oturumu için her dyad için beş tutarlı değer elde edin, sadece katılımcıların işitsel uyaranı yeniden üretmek için dokunduğu süreyi seçin, bu da her deneme için yaklaşık 12 saniyedir ve her deneysel durum için toplam 180 saniye ile sonuçlanır.Ardından, görevle ilgili tutarlı değerden kalan tutarlı değeri çıkarın. Dinlenme durumu sırasında tutarlılık değeri bu denemede temel olarak kullanıldığından. Daha sonra, damlaların malt alt çizgi comp alt çizgi T1 işlevi ile eşleştirilmiş numune permütasyon T testini kullanarak çalışır.Her deneysel durum için çıkarılan tutarlı değerleri her kanalda sıfırla karşılaştırın. Ardından, MATLAB araç kutusunun FDR işlevini kullanarak P değerlerini yanlış bulma hızı yöntemiyle düzeltin. Daha sonra, damlaların çalışma malt alt çizgi kompozisyon alt çizgi alt çizgi T1 işlevi ile eşleştirilmiş örnekleri permütasyon T testi kullanarak, IBS'nin bulunduğu kanaldaki farklı görev koşulları arasındaki tutarlılık değerlerini karşılaştırın.IBS'yi doğrulamak için, her kanalda bir dyad için sayaç koordinasyon koşulunda deneme etiketini rastgele hale getirmek için bir MATLAB rant perma işlevini kullanın. İlgi sıklığı bandı için duyarlılık analizi hariç, rastgele deneme etiketi için IBS ve istatistikleri hesaplamak için gösterilen işlem hattını izleyin. Permütasyonu 1000 kez gerçekleştirin, ardından dyad permütasyon içinde oluşturulan istatistiksel Z değerlerinin dağılımını çizin.Ardından, aynı denemenin katılımcılarının sayaç koordinasyon koşulunda eşleştirilmesini randomize ettikten sonra IBS ve istatistikleri hesaplamak için işlem hattını izleyin. Son olarak, aynı denemede bir dyad'ın aynı üyeleri için koşul etiketlerini rastgeleleştirdikten sonra işlem hattını tekrar izleyin. Sonuçlar, sayaç koordinasyon koşulunda kanal 5'te IBS'nin varlığını gösterdi.Diğer koşullarda IBS saptanmıştır. Kanal 5'te IBS ve sayaç koordinasyon durumu, sayaç dışı koordinasyon ve sayaç bağımsızlığı koşulundaki tutarlı değerlerden önemli ölçüde yüksekti. Permütasyon analizi, gözlemlenen IBS'nin muhtemelen eşleşen sürede birbirleriyle senkronize olmaya çalışan bir dyad'ın iki bireyinde sunulduğunu, ancak zaman ortağı veya rastgele eşleştirme durumunda olmadığını göstermiştir.IBS'nin nadir etkileşim için özel olduğundan emin olun. Bu nedenle, görevdeki IBS'yi hesaplamak, ilişkili frekans bandı ve mutasyona uğrayan güven koşulları ve görüşmeler başına. Tüm kanalların IBS'lerini basit erişim içinde veya farklı kanallarda ve bölgelerde hesaplamak, IBS hesaplama ortağını zenginleştirir.Doğal etkileşimlere katılan büyük gruplar için Beyinler Arası ağı analiz etmek, sosyal etkileşimin niteliğidir.

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

Lazer nasıl oluşturun Kan Akış Monitör Kontrast Görüntüleme (LSCI) Sistem speckle

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

Binoküler Rekabeti nasıl oluşturun ve kullanın

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

Nasıl bul etkileri uyarıcı işleme olay ilgili beyin potansiyelleri, yakın diğerleri üzerinde yapılır ne zaman Hyperscanning ortaklar

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 deneyler fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi ile

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

Yenidoğanlarda Görsel Etkinlikle İlgili Güvenilir Potansiyeller Nasıl Elde Edilene

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

Farkındalık Meditasyonunun Epizodik Hafıza Üzerindeki Etkilerini İncelemek için Davranış ve EEG'yi Birleştirmek

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

Açık Uçlu İşbirlikçi Öğrenmede Beyinler Arası Senkron: FNIRS-Hyperscanning Çalışması

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

fNIRS-Hipertarama Verilerindeki Yönlü Bilgi Akışının Kısmi Dalgacık Dönüşümü Tutarlılık Yöntemi Kullanılarak Ölçülmesi

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

Fonksiyonel Yakın Kızılötesi Spektroskopisi (fNIRS) Hipertarama Çalışmalarında Beyinler Arası Tutarlılığı Anlamak için Yeni Çerçeve

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 ...