Name: group synchronization during collaborative drawing using functional near-infrared spectroscopy
Uploaded: 2022-08-05T14:00:00
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Gli autori ringraziano l'Instituto do Cérebro (InCe-IIEP) e l'Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) per questo supporto allo studio. Un ringraziamento speciale a José Belém de Oliveira Neto per la correzione di bozze in inglese di questo articolo.

La metodologia è stata approvata dal comitato etico dell'ospedale Israelita Albert Einstein (HIAE) e si basa su una procedura per la raccolta di dati neurali (fNIRS), nonché dati sul comportamento dello sguardo, con giovani adulti durante un'esperienza di disegno collaborativo. Tutti i dati raccolti sono stati gestiti sulla piattaforma Redcap (vedi Tabella dei Materiali). Il progetto è stato verificato dal Comitato per l'integrità scientifica dell'ospedale Israelita Albert Einstein (HIAE). I giovani ...

Questo studio mirava a creare un protocollo che utilizzasse l'iperscansione su quattro cervelli contemporaneamente in condizioni naturalistiche. Il paradigma sperimentale ha utilizzato diversi compiti di disegno e la correlazione di più misure di risultato, metriche di disegno, comportamenti e segnali cerebrali. I passaggi critici all'interno di questo protocollo sono la considerazione delle sfide derivanti dalla sua elevata complessità e il mantenimento delle sue condizioni ecologiche e naturalistiche.
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Il comportamento di interazione interpersonale è una componente importante del processo di connessione e creazione di legami empatici. Ricerche precedenti indicano che questo comportamento può essere espresso nel verificarsi di sincronicità, quando i segnali biologici e comportamentali si allineano durante il contatto sociale. L'evidenza mostra che la sincronicità può verificarsi tra le persone che interagiscono per la prima volta 1,2,3. La maggior parte degli studi sulle interazioni sociali e sui loro meccanismi neurali sottostanti utilizza un approccio a persona singola o seconda persona2,4, e poco si sa sulla trasposizione di questa conoscenza alle dinamiche sociali di gruppo. Valutare le risposte interpersonali in gruppi di tre o più individui è ancora una sfida per la ricerca scientifica. Ciò porta alla necessità di portare in laboratorio il complesso ambiente delle interazioni sociali negli esseri umani quotidiani in condizioni naturalistiche5.
In questo contesto, la tecnica della spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) è uno strumento promettente per valutare le relazioni tra l'interazione interpersonale in contesti naturalistici e i suoi correlati cerebrali. Presenta meno restrizioni sulla mobilità dei partecipanti rispetto alla risonanza magnetica funzionale (fMRI) ed è resistente agli artefatti di movimento 6,7. La tecnica fNIRS funziona valutando gli effetti emodinamici in risposta all'attivazione cerebrale (cambiamenti nella concentrazione ematica di emoglobina ossigenata e deossigenata). Queste variazioni possono essere misurate dalla quantità di diffusione della luce infrarossa attraverso il tessuto del cuoio capelluto. Studi precedenti hanno dimostrato la flessibilità e la robustezza della tecnica negli esperimenti di iperscansione ecologica e il potenziale per espandere le conoscenze nelle neuroscienze applicate 6,8.
La scelta di un compito sperimentale per la valutazione naturalistica dei correlati neurali dei processi di interazione sociale in gruppo è un passo cruciale nell'approccio agli studi di neuroscienze applicate9. Alcuni esempi già riportati in letteratura con l'uso di fNIRS nei paradigmi di gruppo includono la performance musicale 10,11,12, l'interazione in classe8 e la comunicazione 13,14,15,16,17.
Uno degli aspetti non ancora esplorati dagli studi precedenti è l'utilizzo di giochi di disegno che hanno come caratteristica principale la manipolazione di componenti empatiche per valutare l'interazione sociale. In questo contesto, uno dei giochi frequentemente utilizzati per indurre l'interazione sociale nelle dinamiche tra estranei è il gioco di disegno collaborativo18,19. In questo gioco, i fogli di carta sono divisi in parti uguali e i partecipanti al gruppo sono sfidati a disegnare autoritratti condivisi di tutti i membri. Alla fine, ogni membro ha il suo ritratto disegnato in modo collaborativo da più mani.
L'obiettivo è quello di promuovere una rapida integrazione tra estranei, provocata dirigendo l'attenzione visiva sui volti dei partner del gruppo. Può essere considerata un'attività "rompighiaccio" per la sua capacità di assecondare la curiosità e i conseguenti processi empatici tra i soci19.
Uno dei vantaggi dell'utilizzo delle attività di disegno è la loro semplicità e facilità di riproduzione20. Inoltre non richiedono alcuna formazione o abilità tecnica specifica, come visto negli studi che utilizzano i paradigmi di performance musicale21,22,23,24. Questa semplicità consente anche la scelta di uno stimolo più naturalistico all'interno di un contesto sociale 4,9,25.
Oltre ad essere uno strumento per indurre comportamenti sociali in gruppo, il disegno è anche considerato uno strumento di valutazione psicologica26. Alcuni test psicologici grafico-proiettivi, come House-Tree-Person (HTP)27,28,29, Human Figure Drawing - Sisto Scale 27 e Kinetic Family Drawing30 sono utilizzati in modo complementare per diagnosi qualitative e quantitative. I loro risultati di solito esprimono processi inconsci, dando indizi sul sistema simbolico dell'individuo e, quindi, sulle loro interpretazioni del mondo, esperienze, affetti, ecc.
La pratica del disegno fa pensare e aiuta a creare significato per esperienze e cose, aggiungendo sensazioni, sentimenti, pensieri e azioni31. Fornisce indizi su come percepire ed elaborare queste esperienze di vita26. Il disegno utilizza codici visivi per consentire di comprendere e comunicare pensieri o sentimenti, rendendoli accessibili alla manipolazione e, quindi, creando la possibilità di nuove idee e letture31.
Nell'arte terapia, il disegno è uno strumento per lavorare sull'attenzione, la memoria e l'organizzazione di pensieri e sentimenti32, e può essere usato come mezzo per produrre interazione sociale33.
Questo studio mirava a sviluppare un protocollo sperimentale naturalistico per valutare le risposte cerebrali vascolari e comportamentali durante l'interazione interpersonale in quartetti utilizzando una dinamica di disegno collaborativo. In questo protocollo, vengono proposte la valutazione delle risposte cerebrali del quartetto (individualmente e la sincronicità tra i partner) e le possibili misure di esito, come le misure comportamentali (disegno e comportamento dello sguardo). L'obiettivo è quello di fornire maggiori informazioni sulle neuroscienze sociali.

<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 spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) è un metodo non invasivo particolarmente adatto per misurare l'attivazione della corteccia cerebrale in più soggetti, che è rilevante per lo studio delle interazioni interpersonali di gruppo in contesti ecologici. Sebbene molti sistemi fNIRS offrano tecnicamente la possibilità di monitorare più di due individui contemporaneamente, è ancora necessario stabilire procedure di configurazione facili da implementare e paradigmi affidabili per tracciare le risposte emodinamiche e comportamentali nell'interazione di gruppo. Il presente protocollo combina fNIRS e osservazione basata su video per misurare la sincronizzazione interpersonale nei quartetti durante un compito cooperativo. Questo protocollo fornisce raccomandazioni pratiche per l'acquisizione dei dati e la progettazione del paradigma, nonché principi guida per un esempio illustrativo di analisi dei dati. La procedura è progettata per valutare le differenze nelle risposte interpersonali del cervello e del comportamento tra condizioni sociali e non sociali ispirate da una nota attività rompighiaccio, il Collaborative Face Drawing Task. Le procedure descritte possono guidare studi futuri per adattare le attività di interazione sociale naturalistica di gruppo all'ambiente fNIRS.

Il protocollo è stato applicato a un quartetto composto da giovani donne (24-27 anni), tutte studentesse di programmi post-laurea (Hospital Israelita Albert Einstein, São Paulo, Brasile), con master o dottorato. Tutti i partecipanti erano destrimani e solo uno ha riferito di avere precedenti esperienze di disegno. Nessun partecipante aveva una storia segnalata di disturbi neurologici.
Per le scale e i risultati dei test psicologici, due partecipanti (2 e 4) hanno mostrato punteggi elevati pe...

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Group Synchronization During Collaborative Drawing Using Functional Near-Infrared Spectroscopy

Il presente protocollo combina la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) e l'osservazione basata su video per misurare la sincronizzazione interpersonale nei quartetti durante un compito di disegno collaborativo.

Sincronizzazione di gruppo durante il disegno collaborativo mediante spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso

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

Questo protocollo innovativo è rilevante per lo studio delle interazioni interpersonali di gruppo in contesti ecologici. È progettato per accedere alle differenze nelle risposte interpersonali del cervello e del comportamento nei quartetti durante diversi compiti di disegno. Questo protocollo offre procedure facili da implementare e un paradigma affidabile che utilizza fNIRS per misurare simultaneamente le risposte emodinamiche di un gruppo di quattro individui che interagiscono.Per prepararsi allo studio, rimuovere tutti i potenziali distrattori oculari dalla scena. Spegnere tutti i dispositivi elettrici come l'aria condizionata durante la condizione sperimentale. Assicurati che la stanza abbia un'illuminazione sufficiente per consentire alle persone di osservare e disegnare.Al momento dell'installazione, posizionare tutti i fili fNIRS in modo che rimangano stabili durante l'attività sperimentale. Posiziona il quartetto sul tavolo a due a due in modo che ogni individuo possa osservare gli altri tre individui. Per eseguire il paradigma di disegno, che è la condizione sociale, chiedi ai partecipanti di disegnare la fronte e la zona degli occhi sulla striscia superiore di tutti i fogli di carta.Chiedi a ogni documento di rappresentare un ritratto completamente disegnato di un partecipante. Hanno anche il volto di ogni partecipante raffigurato in modo collaborativo dai loro partner. Per il gioco connect the dots, che è la condizione non sociale, chiedi ai partecipanti di collegare i numeri in modo ascendente.Selezionare una telecamera a 360 gradi disponibile in commercio e posizionarla sul tavolo in modo che i movimenti degli occhi e della testa di tutti i partecipanti possano essere percepiti contemporaneamente. Verificare la presenza di possibili interferenze sulla ricezione di fNIRS. Prima della calibrazione fNIRS, avviare l'apparecchiatura, controllare l'interfaccia e impostare la modalità di registrazione.Per l'analisi dei dati, selezionare una piattaforma di visualizzazione o analisi sincronizzata che consenta la trascrizione e la codifica di più contenuti video contemporaneamente come il software Interact. Per perfezionare i dati di osservazione, imposta parametri che consentano la ricerca di modelli o sequenze come le metriche del comportamento dello sguardo individuale, il movimento della testa e degli occhi, il movimento delle mani, le espressioni facciali e il comportamento parlante. Dopo l'analisi, inizia scaricando il video da tutte le telecamere in formato MP4 e caricale in INTERACT.Segmenta i dati video per la codifica e ulteriori analisi. Per l'estrazione dei dati, contrassegnare manualmente le sezioni video e fornire loro i codici. Clicca su Definisci codici per creare il primo livello dividendo le sezioni del blocco in condizioni sociali e non sociali e periodi di riposo.Quindi creare un secondo livello dividendo i dati comportamentali dei partecipanti insieme alle condizioni sociali. Osservare i dettagli e determinare le metriche di disegno contando i dettagli disegnati durante l'esperimento. Utilizzare lo strumento NIRSite per individuare gli optodi sulle regioni PFC.Configurare la distribuzione degli optodi sui cappucci in modo tale che i canali siano posizionati sopra le regioni di interesse sulla testa del partecipante. Dividere gli optodi tra quattro partecipanti per l'acquisizione simultanea dei segnali. Prima di impostare l'apparato fNIRS, misurare i perimetri cerebrali dei quattro partecipanti come le distanze tra il nasion e l'inion intorno alla testa per determinare la dimensione del cappuccio di ciascun partecipante.Quindi montare le sorgenti e i rilevatori sul tappo in base alle impostazioni predeterminate. Metti i cappucci sulla testa del partecipante e posiziona il cappuccio in modo che la linea mediana centrale sia nella parte superiore della testa. Assicurarsi inoltre che il cappuccio sia posizionato correttamente misurando la distanza tra l'orecchio sinistro e destro sopra la parte superiore della testa e posizionando la linea mediana centrale al centro della misura.Quindi collegare i fili degli optodi agli amplificatori e collegare sia NIRSport 1 che 2 al computer. Dopo aver configurato l'apparecchiatura, ha abilitato il software ad acquisire i dati fNIRS. Fare clic su Configura hardware nella barra dei menu.Selezionare l'opzione Modalità tandem nella scheda delle specifiche hardware per eseguire l'iperscansione. Nella scheda configura hardware, selezionate un montaggio e verificate le impostazioni in mascheramento canale, layout topografico e impostazione canale. Eseguire una calibrazione automatica facendo clic su Calibra (Calibrate) nel pannello dello schermo.Quando si è pronti per avviare la procedura, fare clic su Anteprima per avere un'anteprima di come vengono ricevuti i segnali. Quindi iniziare a registrare i segnali facendo clic su Registra. Aprire il software di programmazione blocchi NIRStim e avviare la presentazione dei blocchi programmati cliccando su Esegui.NIRStim chiuderà alla fine dell'esperimento. Interrompi la registrazione in NIRStar. Chiudere il software e verificare che il file sia stato salvato correttamente.Questo metodo è stato applicato a un quartetto composto da studentesse post-laurea di età compresa tra 24 e 27 anni. I risultati preliminari di fNIRS hanno mostrato un'attivazione cerebrale tipica per i partecipanti uno, due e tre in entrambe le condizioni di disegno sociale e non sociale. Questo è stato osservato in entrambi i canali situati negli emisferi sinistro e destro, sebbene i modelli di attivazione fossero distinti.D'altra parte, il partecipante quattro ha mostrato un'attivazione cerebrale atipica. Il segnale dell'ossiemoglobina è stato significativamente sincronizzato tra i soggetti solo durante l'ultima parte del compito sia nella condizione di collegamento dei punti che nella condizione di disegno collaborativo. Questo metodo può fornire approfondimenti sulle neuroscienze, l'arte, l'arte terapia e le aree di ricerca sull'interazione sociale in generale.

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