Name: group synchronization during collaborative drawing using functional near-infrared spectroscopy
Uploaded: 2022-08-05T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Group Synchronization During Collaborative Drawing Using Functional Near-Infrared Spectroscopy at JoVE.com

Forfatterne takker Instituto do Cérebro (InCe-IIEP) og Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) for denne studiestøtte. En særlig tak til José Belém de Oliveira Neto for den engelske korrekturlæsning af denne artikel.

Metoden blev godkendt af Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) etiske komité og er baseret på en procedure til indsamling af neurale data (fNIRS) samt data om blikadfærd med unge voksne under en fælles tegneoplevelse. Alle indsamlede data blev administreret på Redcap-platformen (se materialetabel). Projektet blev revideret af Scientific Integrity Committee of the Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE). Unge voksne, 18-30 år, blev udvalgt som emner til denne undersøgelse. Der blev indhentet ...

Denne undersøgelse havde til formål at skabe en protokol ved hjælp af hyperscanning på fire hjerner samtidigt under naturalistiske forhold. Det eksperimentelle paradigme brugte forskellige tegneopgaver og korrelationen mellem flere resultatmål, tegningsmålinger, adfærd og hjernesignaler. De kritiske skridt i denne protokol er overvejelsen af de udfordringer, der opstår som følge af dens høje kompleksitet og opretholdelsen af dens økologiske og naturalistiske forhold.
Videoobservatio...

Interpersonel interaktionsadfærd er en vigtig komponent i processen med at forbinde og skabe empatiske obligationer. Tidligere forskning tyder på, at denne adfærd kan udtrykkes i forekomsten af synkronicitet, når biologiske og adfærdsmæssige signaler justeres under social kontakt. Beviser viser, at synkronicitet kan forekomme mellem mennesker, der interagerer for første gang 1,2,3. De fleste undersøgelser af sociale interaktioner og deres underliggende neurale mekanismer bruger en enkelt person eller anden person tilgang2,4, og lidt er kendt om at overføre denne viden til gruppe social dynamik. Evaluering af interpersonelle reaktioner i grupper på tre eller flere individer er stadig en udfordring for videnskabelig forskning. Dette fører til nødvendigheden af at bringe laboratoriet det komplekse miljø af sociale interaktioner i hverdagens mennesker under naturalistiske forhold5.
I denne sammenhæng er den funktionelle nær-infrarøde spektroskopi (fNIRS) teknik et lovende værktøj til at vurdere forholdet mellem interpersonel interaktion i naturalistiske sammenhænge og dens hjernekorrelater. Det præsenterer færre begrænsninger for deltagermobilitet sammenlignet med funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (fMRI) og er modstandsdygtig over for bevægelsesartefakter 6,7. fNIRS-teknikken virker ved at vurdere hæmodynamiske effekter som reaktion på hjerneaktivering (ændringer i blodkoncentrationen af iltet og deoxygeneret hæmoglobin). Disse variationer kan måles ved mængden af diffusion af infrarødt lys gennem hovedbundsvæv. Tidligere undersøgelser har vist fleksibiliteten og robustheden af teknikken i økologiske hyperscanningseksperimenter og potentialet til at udvide viden inden for anvendt neurovidenskab 6,8.
Valget af en eksperimentel opgave til naturalistisk vurdering af de neurale korrelater af sociale interaktionsprocesser i grupper er et afgørende skridt i tilgangen til anvendte neurovidenskabelige studier9. Nogle eksempler, der allerede er rapporteret i litteraturen med brugen af fNIRS i gruppeparadigmer, inkluderer musikpræstation 10,11,12, klasseværelsesinteraktion8 og kommunikation 13,14,15,16,17.
Et af de aspekter, der endnu ikke er udforsket af tidligere undersøgelser, er brugen af tegnespil, der som hovedtræk har manipulation af empatiske komponenter til vurdering af social interaktion. I denne sammenhæng er et af de spil, der ofte bruges til at fremkalde social interaktion i dynamik blandt fremmede, det kollaborative tegnespil18,19. I dette spil er ark papir opdelt i lige store dele, og gruppedeltagerne udfordres til at tegne fælles selvportrætter af alle medlemmer. I sidste ende får hvert medlem deres portræt tegnet på en samarbejdsmæssig måde af flere hænder.
Målet er at fremme hurtig integration blandt fremmede, provokeret ved at rette visuel opmærksomhed mod gruppepartnernes ansigter. Det kan betragtes som en "isbrydende" aktivitet på grund af dets evne til at understøtte nysgerrighed og deraf følgende empatiske processer blandt medlemmerne19.
En af fordelene ved at bruge tegneopgaver er deres enkelhed og lette gengivelse20. De kræver heller ikke nogen specifik teknisk uddannelse eller færdigheder, som det ses i undersøgelserne ved hjælp af musikalske præstationsparadigmer21,22,23,24. Denne enkelhed muliggør også valget af en mere naturalistisk stimulus inden for en social kontekst 4,9,25.
Udover at være et instrument til at fremkalde social adfærd i grupper, betragtes tegning også som et redskab til psykologisk evaluering26. Nogle grafisk-projektive psykologiske tests, såsom House-Tree-Person (HTP)27,28,29, Human Figure Drawing - Sisto Scale 27 og Kinetic Family Drawing 30 bruges på en komplementær måde til kvalitative og kvantitative diagnoser. Deres resultater udtrykker normalt ubevidste processer, der giver spor om individets symbolske system og derfor deres fortolkninger af verden, oplevelser, følelser osv.
Tegnepraksis får en til at tænke og hjælper med at skabe mening for oplevelser og ting ved at tilføje fornemmelser, følelser, tanker og handlinger31. Det giver fingerpeg om, hvordan man opfatter og behandler disse livserfaringer26. Tegning bruger visuelle koder til at give en mulighed for at forstå og kommunikere tanker eller følelser, hvilket gør dem tilgængelige for manipulation og dermed skaber mulighed for nye ideer og læsninger31.
I kunstterapi er tegning et værktøj til at arbejde på opmærksomhed, hukommelse og organisering af tanker og følelser32, og det kan bruges som middel til at producere social interaktion33.
Denne undersøgelse havde til formål at udvikle en naturalistisk eksperimentel protokol til vurdering af vaskulære og adfærdsmæssige hjerneresponser under interpersonel interaktion i kvartetter ved hjælp af en kollaborativ tegningsdynamik. I denne protokol foreslås evalueringen af kvartettens hjerneresponser (individuelt og synkroniciteten mellem partnere) og de mulige resultatmål, såsom adfærdsmæssige foranstaltninger (tegning og blikadfærd). Målet er at give mere information om social neurovidenskab.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2 NIRSport&#160;</td>
			<td>NIRx Medizintechnik GmbH, Germany</td>
			<td>Nirsport 88</td>
			<td>The equipment belong to InCe ( Instituto do C&#233;rebro - Hospital Israelita Albert Einstein). two continuous-wave systems (NIRSport8x8, NIRx Medical Technologies, Glen Head, NY, USA) with eight LED illumination sources emitting two wavelengths of near-infrared light (760 and 850 nm) and eight optical detectors each. 7.91 Hz. Data were acquired with the NIRStar software version 15.2&#160; (NIRx Medical Technologies, Glen Head, New York) at a sampling rate of 3.472222.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4 fNIRS caps</td>
			<td>NIRx Medizintechnik GmbH, Germany</td>
			<td></td>
			<td>The blackcaps used in the recordings had a configuration based on the international 10-20</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C&#226;mera 360&#176; - Kodak Pix Pro SP360</td>
			<td>Kodak</td>
			<td></td>
			<td>Kodak PixPro:&#160;https://kodakpixpro.com/cameras/360-vr/sp360</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cameras de suporte - Iphone 8</td>
			<td>Apple</td>
			<td>Iphone 8</td>
			<td>Supporting Camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fOLD toolbox (fNIRS Optodes&#8217; Location Decider)</td>
			<td>Zimeo Morais, G.A., Balardin, J.B. &#38; Sato, J.R. fNIRS Optodes&#8217; Location Decider (fOLD): a toolbox for probe arrangement guided by brain regions-of-interest.&#160;Scientific Reports.&#160;8,&#160;3341 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-21716-z</td>
			<td>Version 2.2 (https://github.com/nirx/fOLD-public)</td>
			<td>Optodes placement was guided by the fOLD toolbox (fNIRS Optodes&#8217; Location Decider, which allows placement of sources and detectors in the international 10&#8211;10 system to maximally cover anatomical regions of interest according to several parcellation atlases. The ICBM 152 head model&#160; parcellation was used to generate the montage, which was designed to provide coverage of the most anterior portion of the bilateral prefrontal cortex</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Notebook Microsoft Surface</td>
			<td>Microsoft</td>
			<td></td>
			<td>Notebook receiver of the fNIRS signals</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>R platform for statistical computing&#160;</td>
			<td>https://www.r-project.org&#160;</td>
			<td>R version 4.2.0</td>
			<td>R is a free software environment for statistical computing and graphics. It compiles and runs on a wide variety of UNIX platforms, Windows and MacOS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>REDCap</td>
			<td>REDCap is supported in part by the National Institutes of Health (NIH/NCATS UL1 TR000445)</td>
			<td></td>
			<td>REDCap is a secure web application for building and managing online surveys and databases.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>software Mangold Interact</td>
			<td>Mangold International GmbH, Ed.&#160;</td>
			<td>interact 5.0</td>
			<td>Mangold:&#160;https://www.mangold-international.com/en/products/software/behavior-research-with-mangold-interact.html. Allows analysis of videos for behavioral outcomes and of autonomic monitoring for emotionally driven physiological changes (may require additional software, such as DataView). Allow the use of different camera types simultaneously and hundreds of variations of coding methods.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>software NIRSite</td>
			<td>NIRx Medizintechnik GmbH, Germany</td>
			<td>NIRSite 2.0</td>
			<td>For creating the montage and help optode placement and location in the blackcaps.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>software nirsLAB-2014</td>
			<td>NIRx Medizintechnik GmbH, Germany</td>
			<td>nirsLAB 2014</td>
			<td>fNIRS Data Processing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>software NIRStar</td>
			<td>NIRx Medizintechnik GmbH, Germany</td>
			<td>version 15.2</td>
			<td>&#160;for fNIRS data aquisition: NIRStar software version 15.2&#160; at a sampling rate of 3.472222</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>software NIRStim</td>
			<td>NIRx Medizintechnik GmbH, Germany</td>
			<td></td>
			<td>&#160;For creation and organization of paradigm blocks</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

group synchronization during collaborative drawing using functional near-infrared spectroscopy

Funktionel nær-infrarød spektroskopi (fNIRS) er en ikke-invasiv metode, der er særligt velegnet til måling af hjernebarkaktivering hos flere forsøgspersoner, hvilket er relevant for at studere gruppeinterpersonelle interaktioner i økologiske omgivelser. Selvom mange fNIRS-systemer teknisk set giver mulighed for at overvåge mere end to personer samtidigt, er det stadig nødvendigt at etablere installationsprocedurer, der er nemme at implementere, og pålidelige paradigmer til at spore hæmodynamiske og adfærdsmæssige reaktioner i gruppeinteraktion. Denne protokol kombinerer fNIRS og videobaseret observation for at måle interpersonel synkronisering i kvartetter under en samarbejdsopgave. Denne protokol indeholder praktiske anbefalinger til dataindsamling og paradigmedesign samt vejledende principper for et illustrativt dataanalyseeksempel. Proceduren er designet til at vurdere forskelle i hjerne- og adfærdsinterpersonelle reaktioner mellem sociale og ikke-sociale forhold inspireret af en velkendt isbryderaktivitet, Collaborative Face Drawing Task. De beskrevne procedurer kan guide fremtidige undersøgelser for at tilpasse gruppens naturalistiske sociale interaktionsaktiviteter til fNIRS-miljøet.

Protokollen blev anvendt på en kvartet bestående af unge kvinder (24-27 år), alle studerende på postgraduate programmer (Hospital Israelita Albert Einstein, São Paulo, Brasilien), med kandidat- eller doktorgradsuddannelse. Alle deltagere var højrehåndede, og kun én rapporterede at have tidligere tegneerfaring. Ingen deltagere havde en rapporteret historie med neurologiske lidelser.
For skalaerne og psykologiske testresultater viste to deltagere (2 og 4) høje score for angst (17 og 15 ...

Watch this Scientific Journal Video about Group Synchronization During Collaborative Drawing Using Functional Near-Infrared Spectroscopy at JoVE.com

Group Synchronization During Collaborative Drawing Using Functional Near-Infrared Spectroscopy

Den nuværende protokol kombinerer funktionel nær-infrarød spektroskopi (fNIRS) og videobaseret observation til måling af interpersonel synkronisering i kvartetter under en samarbejdstegningsopgave.

Gruppesynkronisering under samarbejdstegning ved hjælp af funktionel nær-infrarød spektroskopi

Functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is a noninvasive method particularly suitable for measuring cerebral cortex activation in multiple subjects, ...

Denne innovative protokol er relevant for undersøgelsen af gruppeinterpersonelle interaktioner i økologiske omgivelser. Det er designet til at få adgang til forskelle i hjerne og adfærd interpersonelle reaktioner i kvartetter under forskellige tegneopgaver. Denne protokol tilbyder procedurer, der er nemme at implementere, og et pålideligt paradigme, der bruger fNIRS til samtidig at måle de hæmodynamiske reaktioner fra en gruppe på fire personer, der interagerer.For at forberede dig på undersøgelsen skal du fjerne alle potentielle øjendistraktorer fra scenen. Sluk for alle elektriske apparater såsom aircondition under eksperimentel tilstand. Sørg for, at rummet har tilstrækkelig belysning til, at folk kan observere og tegne.Ved opsætning skal du placere alle fNIRS-ledninger, så de forbliver stabile under den eksperimentelle opgave. Placer kvartetten på bordet to og to, så hver enkelt person kan observere de tre andre individer. For at udføre tegningsparadigmet, som er den sociale tilstand, skal deltagerne tegne panden og øjenområdet på den øverste strimmel af alle papirarkene.Lad hvert papir repræsentere et fuldt tegnet portræt af en deltager. Få også hver deltagers ansigt afbildet på en samarbejdsmæssig måde af deres partnere. For connect the dots-spillet, som er den ikke-sociale tilstand, skal du bede deltagerne om at forbinde tallene på en stigende måde.Vælg et kommercielt tilgængeligt 360 graders scenekamera, og placer det på bordet, så alle deltagernes øjen- og hovedbevægelser kan opfattes samtidigt. Kontroller, om der er mulig interferens ved fNIRS-modtagelse. Før fNIRS-kalibrering skal du starte udstyret, kontrollere grænsefladen og indstille optagetilstanden.Til dataanalyse skal du vælge en synkroniseret visnings- eller analyseplatform, der tillader transskription og kodning af flere videoindhold samtidigt, såsom Interact-softwaren. For at forfine observationsdata skal du indstille parametre, der muliggør søgning efter mønstre eller sekvenser såsom målinger af individuel blikadfærd, hoved- og øjenbevægelse, håndbevægelse, ansigtsudtryk og taleadfærd. Efter analyse skal du starte med at downloade videoen fra alle kameraer i MP4-format og indlæse dem i INTERACT.Segmenter videodataene til kodning og yderligere analyse. For dataekstraktion skal du markere videosektionerne manuelt og give dem koder. Klik på Definer koder for at oprette det første niveau ved at opdele bloksektionerne i sociale og ikke-sociale forhold og hvileperioder.Opret derefter et andet niveau ved at dividere adfærdsdataene fra deltagerne sammen med sociale forhold. Overhold detaljer, og bestem tegningsmålinger ved at tælle de detaljer, der er tegnet under eksperimentet. Brug NIRSite-værktøjet til at lokalisere optoderne over PFC-regionerne.Konfigurer fordelingen af optoder på hætterne, så kanalerne er placeret over interesseområderne på deltagerens hoved. Opdel optoderne mellem fire deltagere for samtidig erhvervelse af signaler. Før du indstiller fNIRS-apparatet, skal du måle hjerneomkredsen for de fire deltagere som afstanden mellem nasion og inion omkring hovedet for at bestemme hættestørrelsen for hver deltager.Monter derefter kilderne og detektorerne på hætten i henhold til de forudbestemte indstillinger. Sæt hætterne på deltagerens hoved og placer hætten, så den centrale midterlinje er øverst på hovedet. Sørg endvidere for, at hætten er placeret korrekt ved at måle afstanden mellem venstre og højre øre over toppen af hovedet og placere den centrale midterlinje i midten af målet.Tilslut derefter optodernes ledninger til forstærkerne, og tilslut både NIRSport 1 og 2 til computeren. Efter opsætning af udstyret gjorde det muligt for softwaren at hente fNIRS-dataene. Klik på Konfigurer hardware på menulinjen.Vælg indstillingen Tandemtilstand på fanen hardwarespecifikation for at udføre hyperscanningen. På fanen Konfigurer hardware skal du vælge en montage og kontrollere indstillingerne i kanalmaskering, topolayout og kanalopsætning. Udfør en automatisk kalibrering ved at klikke på Kalibrer på displaypanelet.Når du er klar til at starte proceduren, skal du klikke på Preview for at få en forhåndsvisning af, hvordan signalerne modtages. Start derefter optagelsen af signalerne ved at klikke på Optag. Åbn blokprogrammeringssoftwaren NIRStim, og start præsentationen af de programmerede blokke ved at klikke på Kør.NIRStim lukker ved forsøgets afslutning. Stop optagelsen i NIRStar. Luk softwaren, og kontroller, at filen er gemt korrekt.Denne metode blev anvendt på en kvartet bestående af kvindelige postgraduate studerende i alderen 24 til 27 år. De foreløbige resultater fra fNIRS viste typisk hjerneaktivering for deltagere en, to og tre under både sociale og ikke-sociale tegningsforhold. Dette blev observeret i begge kanaler placeret i venstre og højre halvkugle, selvom aktiveringsmønstrene var tydelige.På den anden side viste deltager fire atypisk hjerneaktivering. Oxyhemoglobinsignalet blev kun signifikant synkroniseret mellem forsøgspersoner under den sidste del af opgaven både i forbindelse med prikkerne og i den kollaborative tegningstilstand. Denne metode kan give indsigt i neurovidenskab, kunst, kunstterapi og forskningsområder for social interaktion generelt.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Using MazeSuite and Functional Near Infrared Spectroscopy to Study Learning in Spatial Navigation

MazeSuite is a complete toolset to prepare, present and analyze navigational and spatial experiments1. MazeSuite can be used to design and edit adapted ...

Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy (NIRS) Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa

Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy NIRS Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa

Neuroimaging felt metoder ved hjælp af funktionelle nær infrarød spektroskopi (NIRS) Neuroimaging at studere globale børns udvikling: landdistrikter Sahara

Portable neuroimaging approaches provide new advances to the study of brain function and brain development with previously inaccessible populations and in ...

Conducting Hyperscanning Experiments with Functional Near-Infrared Spectroscopy

Gennemføre Hyperscanning eksperimenter med funktionelle nær-infrarød spektroskopi

Concurrent brain recordings of two or more interacting persons, an approach termed hyperscanning, are gaining increasing importance for our understanding ...

Functional Magnetic Resonance Spectroscopy at 7 T in the Rat Barrel Cortex During Whisker Activation

Funktionel magnetisk resonans-spektroskopi på 7 T i rotte tønde Cortex under bakkenbart aktivering

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy offers the opportunity to measure cerebral metabolite contents in vivo and noninvasively. Thanks to ...

Using Near-infrared Fluorescence and High-resolution Scanning to Measure Protein Expression in the Rodent Brain

Brug af Near-Infrared fluorescens og høj opløsning scanning til at måle protein Expression i gnaver hjernen

Neuroscience is the study of how cells in the brain mediate various functions. Measuring protein expression in neurons and glia is critical for the study ...

Presynapse Formation Assay Using Presynapse Organizer Beads and &ldquo;Neuron Ball&rdquo; Culture

Presynapse dannelse analyse ved hjælp af Presynapse Organizer perler og "neuron Ball" kultur

During neuronal development, synapse formation is an important step to establish neural circuits. To form synapses, synaptic proteins must be supplied in ...

Stimulation Location Determination using a 3D Digitizer with High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation

Stimulering placering bestemmelse ved hjælp af en 3D digitizer med high-definition Transcranial direkte strøm stimulering

The abundance of neuroimaging data and rapid development of machine learning has made it possible to investigate brain activation patterns. However, ...

Conducting Concurrent Electroencephalography and Functional Near-Infrared Spectroscopy Recordings with a Flanker Task

Udførelse af samtidig elektroencefalografi og funktionelle nær-infrarøde spektroskopi optagelser med en Flanker opgave

Concurrent EEG and fNIRS recordings offer an excellent opportunity to gain a full understanding of the neural mechanism of cognitive processing by ...

Morphological and Functional Evaluation of Axons and their Synapses during Axon Death in Drosophila melanogaster

Morphological and Functional Evaluation of Axons and their Synapses during Axon Death in Drosophila melanogaster

Morfologisk og funktionel vurdering af Axoner og deres synapser under Axon Death i Drosophila melanogaster

Axon degeneration is a shared feature in neurodegenerative disease and when nervous systems are challenged by mechanical or chemical forces. However, our ...

Qualitative and Comparative Cortical Activity Data Analyses from a Functional Near-Infrared Spectroscopy Experiment Applying Block Design

Kvalitative og komparative kortikale aktivitetsdataanalyser fra et funktionelt nær-infrarødt spektroskopieksperiment, der anvender blokdesign

Neuroimaging studies play a pivotal role in the evaluation of pre- vs. post-interventional neurological conditions such as in rehabilitation and surgical ...