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

Les auteurs remercient l’Instituto do Cérebro (InCe-IIPE) et l’Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) pour le soutien apporté à cette étude. Un merci spécial à José Belém de Oliveira Neto pour la relecture anglaise de cet article.

La méthodologie a été approuvée par le comité d’éthique de l’hôpital Israelita Albert Einstein (HIAE) et est basée sur une procédure de collecte de données neuronales (fNIRS), ainsi que de données sur le comportement du regard, avec de jeunes adultes lors d’une expérience de dessin collaboratif. Toutes les données recueillies ont été gérées sur la plateforme Redcap (voir le tableau des matières). Le projet a été audité par le Comité d’intégrité scientifique de l’hôpital...

Cette étude visait à créer un protocole utilisant l’hyperbalayage sur quatre cerveaux simultanément dans des conditions naturalistes. Le paradigme expérimental utilisait différentes tâches de dessin et la corrélation de plusieurs mesures de résultats, dessinant des métriques, des comportements et des signaux cérébraux. Les étapes critiques de ce protocole sont la prise en compte des défis découlant de sa grande complexité et le maintien de ses conditions écologiques et naturalistes.
<p class="jove_...

Le comportement d’interaction interpersonnelle est une composante importante du processus de connexion et de création de liens empathiques. Des recherches antérieures indiquent que ce comportement peut s’exprimer dans l’occurrence de synchronicité, lorsque les signaux biologiques et comportementaux s’alignent pendant le contact social. Les preuves montrent que la synchronicité peut se produire entre les personnes qui interagissent pour la première fois 1,2,3. La plupart des études sur les interactions sociales et leurs mécanismes neuronaux sous-jacents utilisent une approche à une seule personne ou à la deuxième personne2,4, et on sait peu de choses sur la transposition de ces connaissances aux dynamiques sociales de groupe. L’évaluation des réponses interpersonnelles dans des groupes de trois individus ou plus reste un défi pour la recherche scientifique. Cela conduit à la nécessité d’apporter au laboratoire l’environnement complexe des interactions sociales chez les êtres humains de tous les jours dans des conditions naturalistes5.
Dans ce contexte, la technique de spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle (fNIRS) est un outil prometteur pour évaluer les relations entre l’interaction interpersonnelle dans des contextes naturalistes et ses corrélats cérébraux. Il présente moins de restrictions sur la mobilité des participants par rapport à l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et est résistant aux artefacts de mouvement 6,7. La technique fNIRS fonctionne en évaluant les effets hémodynamiques en réponse à l’activation cérébrale (changements dans la concentration sanguine d’hémoglobine oxygénée et désoxygénée). Ces variations peuvent être mesurées par la quantité de diffusion de la lumière infrarouge à travers le tissu du cuir chevelu. Des études antérieures ont démontré la flexibilité et la robustesse de la technique dans les expériences d’hyperbalayage écologique et le potentiel d’élargir les connaissances en neurosciences appliquées 6,8.
Le choix d’une tâche expérimentale pour l’évaluation naturaliste des corrélats neuronaux des processus d’interaction sociale en groupe est une étape cruciale dans l’approche des études en neurosciences appliquées9. Parmi les exemples déjà rapportés dans la littérature avec l’utilisation de fNIRS dans les paradigmes de groupe, citons la performance musicale 10,11,12, l’interaction en classe8 et la communication 13,14,15,16,17.
L’un des aspects non encore explorés par les études précédentes est l’utilisation de jeux de dessin qui ont pour caractéristique principale la manipulation de composants empathiques pour évaluer l’interaction sociale. Dans ce contexte, l’un des jeux fréquemment utilisés pour induire une interaction sociale dans la dynamique entre étrangers est le jeu de dessin collaboratif18,19. Dans ce jeu, les feuilles de papier sont divisées en parties égales, et les participants du groupe sont mis au défi de dessiner des autoportraits partagés de tous les membres. Au final, chaque membre voit son portrait dessiné de manière collaborative par plusieurs mains.
L’objectif est de promouvoir une intégration rapide entre étrangers, provoquée par la direction de l’attention visuelle sur les visages des partenaires du groupe. Il peut être considéré comme une activité « brise-glace » en raison de sa capacité à soutenir la curiosité et les processus empathiques conséquents parmi les membres19.
L’un des avantages de l’utilisation des tâches de dessin est leur simplicité et leur facilité de reproduction20. Ils ne nécessitent pas non plus de formation ou de compétences techniques spécifiques, comme on le voit dans les études utilisant les paradigmes de performance musicale21,22,23,24. Cette simplicité permet également le choix d’un stimulus plus naturaliste dans un contexte social 4,9,25.
En plus d’être un instrument pour induire un comportement social en groupe, le dessin est également considéré comme un outil d’évaluation psychologique26. Certains tests psychologiques graphiques-projectifs, tels que House-Tree-Person (HTP)27,28,29, Human Figure Drawing - Sisto Scale 27 et Kinetic Family Drawing30 sont utilisés de manière complémentaire pour les diagnostics qualitatifs et quantitatifs. Leurs résultats expriment généralement des processus inconscients, donnant des indices sur le système symbolique de l’individu et, par conséquent, ses interprétations du monde, ses expériences, ses affections, etc.
La pratique du dessin fait réfléchir et aide à donner un sens aux expériences et aux choses, en ajoutant des sensations, des sentiments, des pensées et des actions31. Il donne des indices sur la façon de percevoir et de traiter ces expériences de vie26. Le dessin utilise des codes visuels pour permettre de comprendre et de communiquer des pensées ou des sentiments, les rendant accessibles à la manipulation et, ainsi, créant la possibilité de nouvelles idées et lectures31.
En art-thérapie, le dessin est un outil pour travailler l’attention, la mémoire et l’organisation des pensées et des sentiments32, et il peut être utilisé comme moyen de produire une interaction sociale33.
Cette étude visait à développer un protocole expérimental naturaliste pour évaluer les réponses cérébrales vasculaires et comportementales lors d’interactions interpersonnelles en quatuors utilisant une dynamique de dessin collaboratif. Dans ce protocole, l’évaluation des réponses cérébrales du quatuor (individuellement et la synchronicité entre partenaires) et les mesures de résultats possibles, telles que les mesures comportementales (comportement du dessin et du regard) sont proposées. L’objectif est de fournir plus d’informations sur les neurosciences sociales.

<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

La spectroscopie fonctionnelle dans le proche infrarouge (fNIRS) est une méthode non invasive particulièrement adaptée à la mesure de l’activation du cortex cérébral chez plusieurs sujets, ce qui est pertinent pour étudier les interactions interpersonnelles de groupe dans des contextes écologiques. Bien que de nombreux systèmes fNIRS offrent techniquement la possibilité de surveiller plus de deux individus simultanément, l’établissement de procédures de configuration faciles à mettre en œuvre et de paradigmes fiables pour suivre les réponses hémodynamiques et comportementales dans l’interaction de groupe est toujours nécessaire. Le présent protocole combine fNIRS et l’observation vidéo pour mesurer la synchronisation interpersonnelle en quatuors au cours d’une tâche coopérative. Ce protocole fournit des recommandations pratiques pour l’acquisition de données et la conception de paradigmes, ainsi que des principes directeurs pour un exemple illustratif d’analyse de données. La procédure est conçue pour évaluer les différences dans les réponses interpersonnelles cérébrales et comportementales entre les conditions sociales et non sociales inspirées par une activité brise-glace bien connue, la tâche collaborative de dessin de visage. Les procédures décrites peuvent guider les études futures pour adapter les activités d’interaction sociale naturaliste de groupe à l’environnement fNIRS.

Le protocole a été appliqué à un quatuor composé de jeunes femmes (24-27 ans), toutes étudiantes en troisième cycle (Hospital Israelita Albert Einstein, São Paulo, Brésil), avec une formation de niveau maîtrise ou doctorat. Tous les participants étaient droitiers et un seul a déclaré avoir une expérience antérieure en dessin. Aucun participant n’avait d’antécédents signalés de troubles neurologiques.
Pour les échelles et les résultats des tests psychologiques, deux part...

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

Le présent protocole combine la spectroscopie fonctionnelle dans le proche infrarouge (fNIRS) et l’observation vidéo pour mesurer la synchronisation interpersonnelle en quatuors au cours d’une tâche de dessin collaborative.

Synchronisation de groupe pendant le dessin collaboratif à l’aide de la spectroscopie fonctionnelle dans le proche infrarouge

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

Ce protocole innovant est pertinent pour l’étude des interactions interpersonnelles de groupe dans des contextes écologiques. Il est conçu pour accéder aux différences dans les réponses interpersonnelles cérébrales et comportementales dans les quatuors au cours de différentes tâches de dessin. Ce protocole offre des procédures faciles à mettre en œuvre et un paradigme fiable utilisant fNIRS pour mesurer simultanément les réponses hémodynamiques d’un groupe de quatre individus en interaction.Pour vous préparer à l’étude, retirez tous les distracteurs oculaires potentiels de la scène. Éteignez tous les appareils électriques tels que la climatisation pendant la condition expérimentale. Assurez-vous que la pièce est suffisamment éclairée pour que les gens puissent l’observer et dessiner.Lors de la mise en place, positionnez tous les fils fNIRS de manière à ce qu’ils restent stables pendant la tâche expérimentale. Placez le quatuor sur la table deux par deux afin que chaque individu puisse observer les trois autres individus. Pour exécuter le paradigme du dessin, qui est la condition sociale, demandez aux participants de dessiner le front et le contour des yeux sur la bande supérieure de toutes les feuilles de papier.Demandez à chaque article de représenter un portrait complet d’un participant. Ayez également le visage de chaque participant représenté de manière collaborative par leurs partenaires. Pour le jeu de connexion des points, qui est la condition non sociale, demandez aux participants de relier les nombres de manière ascendante.Sélectionnez une caméra de scène à 360 degrés disponible dans le commerce et placez-la sur la table de manière à ce que les mouvements des yeux et de la tête de tous les participants puissent être perçus simultanément. Vérifiez s’il y a d’éventuelles interférences sur la réception fNIRS. Avant l’étalonnage fNIRS, démarrez l’équipement, vérifiez l’interface et réglez le mode d’enregistrement.Pour l’analyse des données, sélectionnez une vue synchronisée ou une plate-forme d’analyse qui permet la transcription et le codage de plusieurs contenus vidéo simultanément tels que le logiciel INTERACT. Pour affiner les données d’observation, définissez des paramètres qui permettent la recherche de modèles ou de séquences tels que les mesures individuelles du comportement du regard, les mouvements de la tête et des yeux, les mouvements des mains, les expressions faciales et le comportement de parole. Après analyse, commencez par télécharger la vidéo de toutes les caméras au format MP4 et chargez-les dans INTERACT.Segmentez les données vidéo pour le codage et une analyse plus approfondie. Pour l’extraction de données, marquez les sections vidéo manuellement et fournissez-leur des codes. Cliquez sur Définir les codes pour créer le premier niveau en divisant les sections de bloc en conditions sociales et non sociales et périodes de repos.Ensuite, créez un deuxième niveau en divisant les données comportementales des participants avec les conditions sociales. Observez les détails et déterminez les mesures de dessin en comptant les détails dessinés pendant l’expérience. Utilisez l’outil NIRSite pour localiser les optodes sur les régions PFC.Configurer la distribution des optodes sur les casquettes de telle sorte que les canaux soient positionnés au-dessus des régions d’intérêt sur la tête du participant. Répartir les optodes entre quatre participants pour l’acquisition simultanée de signaux. Avant de régler l’appareil fNIRS, mesurez les périmètres cérébraux des quatre participants comme les distances entre la nasion et l’inion autour de la tête pour déterminer la taille du bouchon de chaque participant.Installez ensuite les sources et les détecteurs sur le capuchon en fonction des réglages prédéterminés. Placez les bouchons sur la tête du participant et positionnez-le de manière à ce que la ligne médiane centrale soit au sommet de la tête. Assurez-vous également que le capuchon est correctement positionné en mesurant la distance entre l’oreille gauche et l’oreille droite au-dessus du sommet de la tête et en positionnant la ligne médiane centrale au milieu de la mesure.Ensuite, connectez les fils des optodes aux amplificateurs et connectez les ports NIRS 1 et 2 à l’ordinateur. Après la configuration de l’équipement, a permis au logiciel d’acquérir les données fNIRS. Cliquez sur Configurer le matériel dans la barre de menus.Sélectionnez l’option Mode Tandem dans l’onglet Spécification matérielle pour effectuer l’hyper analyse. Dans l’onglet Configurer le matériel, sélectionnez un montage et vérifiez les paramètres du masquage des canaux, de la disposition topographique et de la configuration des canaux. Effectuez un étalonnage automatique en cliquant sur Calibrer sur le panneau d’affichage.Lorsque vous êtes prêt à démarrer la procédure, cliquez sur Aperçu pour avoir un aperçu de la façon dont les signaux sont reçus. Ensuite, commencez à enregistrer les signaux en cliquant sur Enregistrer. Ouvrez le logiciel de programmation de blocs NIRStim et lancez la présentation des blocs programmés en cliquant sur Exécuter.NIRStim fermera à la fin de l’expérience. Arrêtez l’enregistrement dans NIRStar. Fermez le logiciel et vérifiez que le fichier est enregistré correctement.Cette méthode a été appliquée à un quatuor composé d’étudiantes de troisième cycle âgées de 24 à 27 ans. Les résultats préliminaires du fNIRS ont montré une activation cérébrale typique pour les participants un, deux et trois dans les conditions de dessin social et non social. Cela a été observé dans les deux canaux situés dans les hémisphères gauche et droit, bien que les schémas d’activation étaient distincts.D’autre part, le quatrième participant a montré une activation cérébrale atypique. Le signal d’oxyhémoglobine n’a été significativement synchronisé entre les sujets que pendant la dernière partie de la tâche, à la fois dans la condition de connexion des points et dans la condition de dessin collaboratif. Cette méthode peut fournir des informations sur les domaines de recherche en neurosciences, en art, en art-thérapie et en interaction sociale en général.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

Utiliser MazeSuite et fonctionnelle proche infrarouge pour étudier l&#39;apprentissage de la navigation spatiale

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

Recherche

Neurosciences

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

Méthodes de champ de la neuro-imagerie utilisation fonctionnelle près Neuroimaging spectroscopie infrarouge (NIRS) pour étudier le développement Global de l’enfant : zones rurales d’Afrique subsaharienne

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

Des expériences de Hyperscanning avec la spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle

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

La spectroscopie par résonance magnétique fonctionnelle à 7 T dans le Cortex de baril de Rat pendant l’Activation de Whisker

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

Utilisation de la fluorescence proche infrarouge et de la numérisation haute résolution pour mesurer l’expression des protéines dans le cerveau des rongeurs

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 Formation Assay Using Presynapse Organizer Beads and "Neuron Ball" Culture

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

Détermination de l'emplacement de la stimulation à l'aide d'un numériseur 3D avec stimulation à courant direct transcrânien haute définition

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

Conduite d’électroencéphalographie simultanée et d’enregistrements fonctionnels de spectroscopie proche infrarouge avec une tâche de flanker

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

Évaluation morphologique et fonctionnelle des axones et de leurs Synapses pendant la mort d’Axon dans 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

Analyses qualitatives et comparatives des données d’activité corticale à partir d’une expérience de spectroscopie fonctionnelle dans le proche infrarouge appliquant la conception de blocs

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