Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Gruppesynkronisering under samarbeidstegning ved hjelp av funksjonell nær-infrarød spektroskopi

Published: August 5, 2022 doi: 10.3791/63675
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE)

Summary

Denne protokollen kombinerer funksjonell nær-infrarød spektroskopi (fNIRS) og videobasert observasjon for å måle mellommenneskelig synkronisering i kvartetter under en samarbeidende tegneoppgave.

Abstract

Funksjonell nær-infrarød spektroskopi (fNIRS) er en ikke-invasiv metode spesielt egnet for å måle hjernebarkaktivering hos flere, noe som er relevant for å studere gruppe mellommenneskelige interaksjoner i økologiske omgivelser. Selv om mange fNIRS-systemer teknisk sett tilbyr muligheten til å overvåke mer enn to personer samtidig, er det fortsatt nødvendig å etablere enkle å implementere oppsettprosedyrer og pålitelige paradigmer for å spore hemodynamiske og atferdsresponser i gruppeinteraksjon. Denne protokollen kombinerer fNIRS og videobasert observasjon for å måle mellommenneskelig synkronisering i kvartetter under en samarbeidsoppgave. Denne protokollen gir praktiske anbefalinger for datainnsamling og paradigmedesign, samt veiledende prinsipper for et illustrerende dataanalyseeksempel. Prosedyren er utformet for å vurdere forskjeller i hjerne- og atferdsinterpersonlige responser mellom sosiale og ikke-sosiale forhold inspirert av en velkjent isbryteraktivitet, Collaborative Face Drawing Task. De beskrevne prosedyrene kan veilede fremtidige studier for å tilpasse gruppens naturalistiske sosiale interaksjonsaktiviteter til fNIRS-miljøet.

Introduction

Mellommenneskelig interaksjonsadferd er en viktig komponent i prosessen med å koble sammen og skape empatiske bånd. Tidligere forskning indikerer at denne oppførselen kan uttrykkes i forekomsten av synkronitet, når biologiske og atferdsmessige signaler justeres under sosial kontakt. Bevis viser at synkronitet kan forekomme mellom mennesker som samhandler for første gang 1,2,3. De fleste studier på sosiale interaksjoner og deres underliggende nevrale mekanismer bruker en enkelt person eller andre person tilnærming2,4, og lite er kjent om å transponere denne kunnskapen til gruppe sosial dynamikk. Evaluering av mellommenneskelige svar i grupper på tre eller flere individer er fortsatt en utfordring for vitenskapelig forskning. Dette fører til nødvendigheten av å bringe til laboratoriet det komplekse miljøet av sosiale interaksjoner i hverdagslige mennesker under naturalistiske forhold5.

I denne sammenheng er den funksjonelle nær-infrarøde spektroskopiteknikken (fNIRS) et lovende verktøy for å vurdere forholdet mellom mellommenneskelig interaksjon i naturalistiske sammenhenger og dens hjernekorrelater. Den presenterer færre restriksjoner på deltakermobilitet sammenlignet med funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) og er motstandsdyktig mot bevegelsesartefakter 6,7. FNIRS-teknikken fungerer ved å vurdere hemodynamiske effekter som respons på hjerneaktivering (endringer i blodkonsentrasjon av oksygenert og deoksygenert hemoglobin). Disse variasjonene kan måles ved mengden diffusjon av infrarødt lys gjennom hodebunnsvev. Tidligere studier har vist fleksibiliteten og robustheten til teknikken i økologiske hyperskanningseksperimenter og potensialet for å utvide kunnskapen i anvendt nevrovitenskap 6,8.

Valget av en eksperimentell oppgave for naturalistisk vurdering av nevrale korrelater av sosiale interaksjonsprosesser i grupper er et avgjørende skritt i å nærme seg anvendt nevrovitenskapsstudier9. Noen eksempler som allerede er rapportert i litteraturen med bruk av fNIRS i gruppeparadigmer inkluderer musikkfremføring 10,11,12, klasseromsinteraksjon8 og kommunikasjon 13,14,15,16,17.

Et av aspektene som ennå ikke er utforsket av tidligere studier, er bruken av tegnespill som har som hovedtrekk manipulering av empatiske komponenter for å vurdere sosial interaksjon. I denne sammenheng er et av spillene som ofte brukes til å indusere sosial interaksjon i dynamikk blant fremmede, det samarbeidende tegnespillet18,19. I dette spillet er arkene delt inn i like deler, og gruppedeltakerne utfordres til å tegne delte selvportretter av alle medlemmene. Til slutt får hvert medlem sitt portrett tegnet på en samarbeidende måte med flere hender.

Målet er å fremme rask integrering blant fremmede, provosert ved å rette visuell oppmerksomhet mot ansiktene til gruppepartnerne. Det kan betraktes som en "isbrytende" aktivitet på grunn av sin evne til å støtte nysgjerrighet og påfølgende empatiske prosesser blant medlemmene19.

En av fordelene med å bruke tegneoppgaver er deres enkelhet og enkle reproduksjon20. De krever heller ingen spesifikk teknisk trening eller ferdigheter, som vist i studiene ved hjelp av musikalske ytelsesparadigmer21,22,23,24. Denne enkelheten muliggjør også valg av en mer naturalistisk stimulans innenfor en sosial kontekst 4,9,25.

Foruten å være et instrument for å indusere sosial atferd i grupper, anses tegning også som et verktøy for psykologisk evaluering26. Noen grafisk-projektive psykologiske tester, som House-Tree-Person (HTP) 27,28,29, Human Figure Drawing - Sisto Scale 27 og Kinetic Family Drawing30, brukes på en komplementær måte for kvalitative og kvantitative diagnoser. Deres resultater uttrykker vanligvis ubevisste prosesser, og gir ledetråder om individets symbolske system og derfor deres tolkninger av verden, erfaringer, følelser, etc.

Praksisen med å tegne får en til å tenke og bidrar til å skape mening for opplevelser og ting, og legger til opplevelser, følelser, tanker og handlinger31. Det gir ledetråder om hvordan man oppfatter og behandler disse livserfaringene26. Tegning bruker visuelle koder for å tillate en å forstå og kommunisere tanker eller følelser, noe som gjør dem tilgjengelige for manipulering og dermed skaper muligheten for nye ideer og avlesninger31.

I kunstterapi er tegning et verktøy for å jobbe med oppmerksomhet, minne og organisering av tanker og følelser32, og det kan brukes som middel til å produsere sosial interaksjon33.

Denne studien hadde som mål å utvikle en naturalistisk eksperimentell protokoll for å vurdere vaskulære og atferdsmessige hjerneresponser under mellommenneskelig samhandling i kvartetter ved hjelp av en samarbeidende tegningsdynamikk. I denne protokollen foreslås evalueringen av kvartettens hjerneresponser (individuelt og synkroniteten mellom partnere) og mulige utfallsmål, for eksempel atferdstiltak (tegning og blikkadferd). Målet er å gi mer informasjon om sosial nevrovitenskap.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Metodikken ble godkjent av sykehusets Israelita Albert Einstein (HIAE) etiske komité og er basert på en prosedyre for innsamling av nevrale data (fNIRS), samt blikkadferdsdata, med unge voksne under en samarbeidende tegneopplevelse. Alle innsamlede data ble administrert på Redcap-plattformen (se Materialtabell). Prosjektet ble revidert av Scientific Integrity Committee ved Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE). Unge voksne, 18-30 år, ble valgt som for denne studien. Det ble innhentet skriftlig informert samtykke fra alle deltakerne.

1. Forberedelse til studien

  1. Emner
    1. Bestem målstudieprøven.
    2. Informer alle frivillige om den eksperimentelle protokollen og deres rettigheter før spillet. Sørg for at de signerer et informert samtykkeskjema og et samtykkeskjema for bildebruk (ikke obligatorisk), fyll ut et registreringsskjema og svar på psykologiske spørreskjemaer og skalaer.
    3. Kontroller nivået på forholdet mellom deltakerne i kvartetten (fremmede, venner, partnere, etc.), da tidligere kunnskaper kan forstyrre. I denne studien var kvartettene sammensatt av fremmede.
    4. Komponer kvartetter av personer av samme kjønn.
      MERK: Dette kjønnskriteriet unngår forstyrrelser i sosial interaksjon34,35.
  2. Innstilling
    1. Fjern alle potensielle øyedistraktorer fra scenen.
    2. For å sette opp, ta med et firkantet bord, fire krakker (måler 18,11 i x 14,96 tommer) og to trådstøtter (f.eks. Stativ) (figur 1).
    3. Slå av alle elektriske enheter som klimaanlegg under eksperimentell tilstand. Sørg for at rommet har tilstrekkelig belysning for folk å observere og tegne, og at romtemperaturen er behagelig.
    4. Vurder omfanget av fNIRS-ledninger (se materialtabell), plasser alle kabler slik at de forblir stabile under eksperimentell oppgave.
    5. Vurder plass for to forskere til å bevege seg langs innstillingen.
    6. Sørg for at eksperimenter følger skriptene og bevegelsesskjemaene sine.
    7. Plasser kvartetten på det firkantede bordet, to og to, slik at hver enkelt kan observere de tre andre individene.
    8. Gi hver kvartettdeltaker en merkelapp med et tall (1 til 4). Sørg for at emne 1 sitter overfor emne 3 og ved siden av emne 2.
      MERK: Kodenummeret tilsvarte forsøkspersonenes posisjon på bordet og deres tidligere forberedte hette (Table of Materials).
  3. Tegner paradigme
    1. Samarbeidende ansiktstegning - den sosiale tilstanden
      MERK: Dette spillets mål er å rette den visuelle oppmerksomheten til forsøkspersonene mot partnernes ansikter, noe som får dem til mer bevisst observasjon seg imellom. Ved å koble følelser og visuell oppfatning, er den samarbeidende ansiktstegningsteknikken en verdifull måte å aktivere empatiske svar, mellommenneskelig nysgjerrighet og tilkobling mellom deltakerne. Det krever teori om sinnskapasitet, som inkluderer imitasjon og forventning om andres oppførsel19. Bruk følgende fremgangsmåte:
      1. Instruere deltakerne om spillereglene.
      2. Del hvert papir i tre horisontale strimler, nemlig tegnestrimler.
      3. La hver stripe tilsvare en sosial tegningsbetingelse (f.eks. C1, C2.). Etter hver sosial tegningsbetingelse, bytt papirer blant kvartetten.
      4. La deltakerne tegne pannen og øyet, på den øverste stripen av alle papirark.
        MERK: Den midterste stripen er for å skildre nese- og munnområdet. Den nederste stripen er for å skildre hake-, nakke- og skulderområdet.
      5. Inkluder instruksjoner om hvem du skal tegne (f.eks. S1/S3, noe som betyr at deltaker 1 trekker deltaker 3 og omvendt) i alle papirstrimler.
      6. La hvert papir representere et fullt tegnet portrett av en deltaker.
        MERK: Vurder forskjellige pastellskrivingspapirfarger for de forskjellige spillfasene.
      7. Få hver deltakers ansikt avbildet på en samarbeidende måte av sine partnere. (Figur 2)
    2. Koble prikkene spillet-den ikke-sosiale tilstanden
      MERK: Kontrolltegningsbetingelsen er et spill for å koble prikkene. Hver deltaker inviteres til å koble prikkene til stigende serienumre for å danne en tegning. Connect the dots-spillet brukes som et nevropsykologisk instrument for å måle kognitive domener som mental fleksibilitet og visuell-motoriske ferdigheter36. Spillet stimulerer visuospatiale ferdigheter, øker mental aktivitet37, og forbedrer mentale evner38. Bruk følgende fremgangsmåte:
    3. Instruere deltakerne.
      1. Når hetten er på plass, instruer deltakerne om fNIRS, utstyret, kappene, ledningene og mulige farer eller ubehag som involverer prosedyren.
      2. Minn dem igjen om deres rett til å forlate eksperimentet når som helst.
      3. Forklar de to forskjellige tegneoppgavene.
      4. For samarbeidstegningen, forklar de horisontale stripene og hvordan du vet hvor og hvem du skal tegne i hver stripe.
      5. For connect dots-spillet, forklar at de må koble tallene i stigende rekkefølge til figuren blir avslørt.
      6. Forklar om hvileperioden og de registrerte oppgavekommandoene.
      7. Engasjer deltakerne for å observere sine partnere og detaljene som skiller dem. Indikerer at på slutten av studien vil kvartetten som følger reglene og tegner de mest detaljerte tallene bli belønnet.

Figure 1
Figur 1: Innstillingen. Oppsettet inkluderer et kvadratisk bord, fire krakker og to trådstøtter (f.eks. stativ), fNIRS-utstyr, en datamaskin og kameraene. (A) Innstillingsskjemaet: Grønne tall (1-4) tilsvarer deltakernes etiketter og deres avføring/plassering ved bordet under forsøkskjøringen. Gule tall: 1 = fNIRS ledningsstøtter, 2 = fNIRS signalers bærbare mottaker, 3 = NIRSport, 4 = 360 ° kamera, 5 = støttekameraer. (B) Innstilling klar for eksperimentell kjøring. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Figure 2
Figur 2: Samarbeidsportretter - eksempler på portretter tegnet på en samarbeidende måte. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

2. Eksperimentelt paradigme

  1. Tilpass spillet for fNIRS-anskaffelse
    MERK: Tilpass spillet slik at det er mulig å fange det funksjonelle bildet av hjernen gjennom fNIRS og at dataene har en betydelig kvalitet.
    1. Definer antall blokker.
      MERK: Betingelsene må gjentas et tilstrekkelig antall ganger for å redusere feilmarginen i resultatene. Imidlertid kan mange repetisjoner føre til at deltakerne automatiserer oppgaver.
    2. Planlegg varigheten av hver blokk.
      MERK: Vurder den hemodynamiske responstiden for bildeteksten (i gjennomsnitt 6 s etter begynnelsen av en oppgave). Vurder også påvirkning av blokkstørrelser for å bestemme filteret for følgende trinn.
    3. Legg til en hvileperiode på slutten av hver blokk av begge forholdene (slik at det hemodynamiske signalet forfaller før starten av neste blokk).
    4. Planlegg rekkefølgen på blokker og lag pseudo-randomiserte blokksekvenser for å redusere forventede effekter.
    5. Planlegg den totale varigheten av spillet.
      MERK: Vurder deltakernes mulige ubehag angående fNIRS stramme caps og deres nærhet til hverandre. Blokkene og betingelsene som ble brukt i denne protokollen ble utformet som følger: ni blokker av den sosiale tilstanden til samarbeidstegning (tabell 1) og ni blokker av den ikke-sosiale tilstanden for å koble prikker ble opprettet (varighet = 40 s hver); En hvileperiode på 20 s mellom hver av blokkene; tre forskjellige sekvenser (tabell 2) for å utføre oppgavene (for å unngå at en betingelse utføres mer enn to ganger på rad). Den eksperimentelle oppgavevarigheten var ca. 18 min.
  2. Paradigm programmering programvare
    1. Bruk en programvare for å hjelpe til med å lage og organisere paradigmeblokker og signalisere til deltakerne når de skal starte en ny oppgave.
      MERK: NIRStim-programvaren (se Materialtabell) ble brukt i dette tilfellet. Opprett blokksekvensene og programmer distribusjonen over tid under eksperimentet.
    2. Definer hendelser med visuelt (tekst og bilder) eller auditivt innhold for å indikere for deltakerne når de skal starte hver oppgave. I kategorien Hendelser klikker du på knappen Legg til hendelse. Gi hendelsen et navn i Hendelsesnavn, velg hendelsestypen i Stim Type, og definer en farge som skal representere hendelsen i en presentasjonsoversikt på Farge-ID. Opprett markører som skal sendes til anskaffelsesprogramvaren i begynnelsen av disse oppgavene på Hendelsesmarkering.
    3. Bestem rekkefølgen for oppgaveutførelse og antall repetisjoner av hver enkelt av dem i Forsøk-fanen . Sett også inn hvileperioder. Bestem varigheten av begge. Randomisering eller ikke randomisering av forsøkene er mulig ved å velge På / Av på Randomize-presentasjon; lagre innstillingene på Lagre-knappen .
    4. Under eksperimentell kjøring, vis alle stimuli programmert i et svart vindu (for å forhindre deltaker distraksjon) ved å trykke på Kjør.

Tabell 1: Samarbeidende tegningsbetingelse. S1 = Emne 1, S2 = Emne 2, S3 = Emne 3 og S4 = Emne 4. Tegningsdyader representerer hvem som tegner hvem, og tegnestripen representerer skrivepapirets posisjon for tegning i hver tilstand. For eksempel, for den første blokken, bruk et blått papirark. C1, C2 og C3 representerer 40 s av paradigmet med å tegne sosiale forhold som fullfører ett portrett. C1 (tegning av panneområdet, tegning av dyader: S2 og S4; S1 og S3), C2 (tegning av neseområdet, tegning av dyader: S1 og S4; S2 og S3) og C3 (tegning av hakeområdet, tegning av dyader: S3 og S4; S1 og S2). Følg diagrammet for blokk 2 og 3. Denne randomiseringen opprettholder rekkefølgen for tegning blant frivillige (tegning av frontal partner, deretter front-side partner, og til slutt, partneren sitter ved siden av dem) og endrer rekkefølgen på arkstrimlene som skal tegnes. Klikk her for å laste ned denne tabellen.

Tabell 2: Sekvens 1-oppgave randomisering (sosial, ikke-sosial og hvilende). Klikk her for å laste ned denne tabellen.

3. Videooppsett og datainnsamling

  1. Kameraer og videoopptak
    1. Velg et kommersielt tilgjengelig scenekamera (360°, se Materialtabell). Plasser det på bordet slik at alle deltakernes øye- og hodebevegelser kan oppfattes samtidig.
    2. Rengjør og kontroller minnekortet og batteriet. Kontroller lysstyrken på bildet. Test disse elementene før deltakerne blir lokalisert.
    3. Se etter mulige forstyrrelser på fNIRS-mottak. I så fall øker du avstanden mellom utstyret og mottakeren.
    4. Utstyrsmottakeren må være uavhengig av fNIRS datamottaker. Tenk på en bærbar PC eller et nettbrett som ligger så langt som mulig fra bordinnstillingen.
    5. Start utstyret, sjekk grensesnittet og still inn opptaksmodus før fNIRS-kalibrering.
    6. Tenk på ett eller to tilstøtende eller støttende kameraer som kan plasseres etter begge kantene av bordet.
  2. Video analyse
    1. For verdifulle statistiske resultater, velg en synkronisert visnings- / analyseprogramvare eller plattform som tillater transkripsjon og koding av flere videoinnhold samtidig, som INTERACT (se Materialtabell).
    2. Sett parametere som gjør det mulig å søke etter mønstre / sekvenser for å avgrense observasjonsdata til forskningsspørsmålene, for eksempel individuelle blikkadferdsmålinger, hode- og øyebevegelse, håndbevegelse, ansiktsuttrykk og snakkeadferd.
    3. Hvis man planlegger å registrere fysiologiske tiltak, bør man vurdere en programvare (se materialtabell) som tillater integrering av målte data fra andre innsamlingssystemer.
    4. I analyseprosessen vurderer du ikke bare varigheten av hendelsene, men også sekvensen, deres posisjon i tid og hvordan de forholder seg til hverandre.
  3. Uttrekking av data
    1. Start med å laste ned videoen fra alle kameraer (MP4-format). Last dem inn i INTERACT. Segmenter videodataene for koding og videre analyse. For datautvinning, merk videoseksjonene manuelt og gi dem koder.
      MERK: Formålet med segmentering og koding er å gi datakategorier slik at forskeren kan markere og analysere ulike målatferd.
    2. Segmentering
      1. Ved å trykke på Kodeinnstillinger oppretter du et første nivå ved å dele blokkseksjonene inn i sosiale og ikke-sosiale forhold og hvileperiode. Opprett et andre nivå ved å dele deltakernes atferdsdata sammen med sosiale forhold (ansiktstegning). Juster dem ved å bruke lydutløserens tidslinje. Merk starten og slutten av hver betingelse manuelt. Definer kodeskjemaet ved å følge retningslinjene (trinn 3.3.2.2.-3.3.2.6.).
      2. Sørg for at kodingsskjemaet sporer atferdssignaler (varighet og mengde) for hver ansiktstegningsdel (sosial tilstand) fra alle deltakerne individuelt.
      3. Kode for objektrelatert oppmerksomhetsdeltakers blikk mot tegnepartneren.
        MERK: Blikkatferd har en dobbel funksjon: å samle informasjon fra andre (koding), samt kommunisere med andre (signalisere)39,40.
      4. Kode for gjensidig blikk (når begge parter som tegner hverandre deler visuell kontakt).
        MERK: Nylige studier viste økt aktivitet i fremre rostral medial prefrontal cortex (arMPFC) og dens kobling med inferior frontal gyrus (IFG) da partnere etablerte gjensidig blikk41.
      5. Kode for tilknyttet atferd under blikkatferd (singel eller gjensidig) som smil, direkte tale, ansiktsuttrykk og latter, noe som indikerer høyere oppmerksomhet til tegnepartneren (supplerende figur 1).
      6. Transkriber og del inn i kategorier gruppedeltakernes blikkatferdsdata. Opprett samhandlingskoder for hver deltaker ved å merke dem. Gjør eksplisitt målatferden og tagnummeret mens du koder.
    3. Koding og analyser
      MERK: En av forskerne må påta seg atferdskodingsoppgaven og analysen, siden de lett kan identifiseres i videoen. Vær oppmerksom på følgende:
      1. Uttrekkingen av informasjonen må skje manuelt; Merk på tidslinjen for hver tilstand de observerte atferdene i henhold til kodingsskjemaet. Merk varigheten av hver virkemåte. Gjør dette for hver deltaker separat.
      2. Kryssreferer deltakernes tidslinjer for å se etter delt atferd. Gå tilbake til videoobservasjonen for å analysere kvaliteten på delingen (supplerende figur 2).
      3. Bruk eksportnøkkelen til å eksportere rådataene som en tekstfil eller tabellfil, slik at dataene kan sorteres langs tidslinjen, velges, telles og legges på bordet.
        MERK: I denne protokollen ble sekvensiell analysefunksjon ikke brukt på grunn av det lille antallet kodede hendelsessekvenser42.
  4. Beregninger for tegning
    MERK: Denne protokollen bruker tegneberegninger for å studere mulige sammenhenger mellom deltakernes blikkadferd og de anvendte psykologiske testene. Følgende kriterier ble bestemt:
    1. Strekmengde: Tell manuelt antall tegnestreker laget av hver deltaker i hver ansiktstegningsdel.
    2. Linjekontinuitet: Del opp kategorier av lange og korte trukket linjer. Tell deltakernes lange og korte tegnede linjer manuelt.
      MERK: Observasjonstegning er et resultat av direkte observasjon av et valgt reelt objekt. Noen nyere studier fant en sammenheng mellom linjelengde og sporings- eller tegneoppgaver. Sporing av oppgavelinjer har en tendens til å være lengre enn å tegne oppgavelinjer43. Denne protokollen assosierer sporing med memorerte bilder som individet har gjort stabile og bærer som tegningsreferanser i sitt symbolske system18.
    3. Tegnemønstre: Relaterer seg til individuelle tegnemønstre18 (figur 3).
      MERK: Denne protokollen vurderer en binær klassifisering for tegnemønster: 0, når deltakeren er i observasjonstegningsmodus (dvs. når deltakeren observerer sitt tegneobjekt og kopierer det han/hun ser); og 1, når tegningen gjenspeiler interne stabile memoriserte bilder (når det er et mønster av gjentatte former som øyne, munn og hår gjennom tegningsforholdene).
    4. Vær oppmerksom på detaljer, inkludert telling av tegnede detaljer under eksperimentet (f.eks. rynker, flekker, øyeform og øyenbrynstørrelse, blant andre).
      MERK: Tegnede detaljer kan indikere større oppmerksomhet til tegneobjektet.
  5. Psykologiske tester
    1. Skjerm for symptomer på angst og depresjon, oppmerksomhetsunderskudd / hyperaktivitetsforstyrrelse og sosiale ferdigheter når du gjennomfører gruppestudier. Bruk gratis eller kommersielt tilgjengelige vekter.
      MERK: Denne protokollen foreslår å bruke følgende: Hospital Anxiety and Depression Scale44; Social Skills Inventory45 (en oversikt som evaluerer individets repertoar for sosiale ferdigheter); og Adult Self-Report Scale (ASRS-18) for vurdering av oppmerksomhetsunderskudd / hyperaktivitetsforstyrrelse (ADHD) hos voksne46.

Figure 3
Figur 3: Eksempler på individuelle tegnemønstre. Klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

4. fNIRS-oppsett og datainnsamling

  1. Maskinvare for datainnsamling
    1. Sørg for å bruke anskaffelsesmaskinvare for fNIRS-registreringene. Opptakene skal utføres av en kombinasjon av systemer som kan leses i samme opptaksprogram, totalt 16 kanaler.
      MERK: Datainnsamlingen ble utført ved hjelp av to kontinuerlige bølgesystemer (NIRSport, se Materialtabell) for denne studien. Hvert utstyr har åtte LED-belysningskilder som sender ut to bølgelengder av nær-infrarødt lys (760 nm og 850 nm) og åtte optiske detektorer (7,91 Hz).
  2. fNIRS optode kanal konfigurasjon
    1. Bruk NIRSite-verktøyet til å finne optodene over PFC-regionene (se Materialtabell). Konfigurer fordelingen av optoder på kappene på en slik måte at kanalene er plassert over interesseområdene på alle deltakernes hoder.
    2. Del optodene mellom de fire deltakerne for samtidig innsamling av signaler.
      MERK: Capsene må ha en konfigurasjon basert på det internasjonale 10-20-systemet, og de anatomiske interesseområdene inkluderer den mest fremre delen av den bilaterale prefrontale cortex. For denne protokollen ble optodeplasseringen styrt av fNIRS Optodes' Location Decider (fOLD) verktøykasse47. ICBM 152-hodemodellen (se tabell over materialer) -parcellasjonen genererte montasjen. Rekrutteringen av prefrontal cortex-regionen i sosiale interaksjonsoppgaver har blitt forklart som et korrelat av atferdskontrollprosesser, inkludert selvregulering48. Figur 4 representerer posisjonen til kildene og detektorene.
  3. Forhindre artefakter
    1. Fjern distraktorer fra rommet der spillet skal finne sted.
    2. Råde de frivillige til å flytte bare etter behov.
    3. Under eksperimentet kobler du NIRSport-forsterkeren og den bærbare datamaskinen fra det elektriske nettverket.
    4. Slå av alt annet utstyr som fungerer i nærheten av det infrarøde spekteret, for eksempel klimaanlegg. Slå av elektriske apparater som finnes i miljøet.
  4. Innstilling av fNIRS-apparatet
    1. Tidligere måler du hjerneomkretsene til de fire deltakerne som følger: Mål avstandene mellom nasionen og inionen rundt hodet for å bestemme hver deltakers hettestørrelse. Bruk alltid en hette av mindre størrelse i forhold til omkretsen av hodet for å gi mer stabilitet til optodene.
    2. På dagen for oppkjøpet, instruer deltakerne til å sitte på avføringen og deretter forklare den forventede prosessen med å plassere hetten på hodet.
    3. Monter kildene og detektorene til hetten i henhold til de forhåndsbestemte innstillingene. Som et spørsmål om organisering, følg mønsteret med å bruke optodes 1 til 4 på emne 1, fra 5 til 8 på emne 2, fra 9 til 12 på emne 3, og fra 13 til 16 på emne 4.
    4. Sett hettene på deltakernes hoder og plasser dem slik at den sentrale midtlinjen (Cz) er øverst på hodet. For å sjekke om Cz er i den sentrale posisjonen, må du bekrefte at den ligger i halvparten av avstanden mellom nasion og inion.
      1. Mål også avstanden mellom venstre og høyre øre (Crus of Helix) over toppen av hodet og posisjon Cz.
    5. Bruk overtak for å forhindre at omgivelseslys forstyrrer datainnsamlingen.
    6. Koble ledningene til optodene til forsterkerne. Som et spørsmål om organisering, følg mønsteret for å koble optodes 1 til 8 til NIRSport 1 og optodes 9 til 16 til NIRSport2.
    7. Koble både NIRSport 1 og 2 til datamaskinen via en USB-kabel.
  5. Programvare for datainnsamling
    1. Etter å ha satt opp utstyret, aktiver en programvare for å skaffe fNIRS-dataene. I denne studien ble programvaren NIRStar (se Table of Materials) brukt. På NIRStar, utfør følgende trinn:
      1. Klikk på Konfigurer maskinvare på menylinjen. Velg alternativet Tandemmodus i kategorien Maskinvarespesifikasjon slik at hyperskanning kan utføres.
      2. I kategorien Konfigurer maskinvare velger du en montasje blant de forhåndsdefinerte vanlige montasjene eller fra de tilpassede, og kontrollerer innstillingene i Kanaloppsett og Topo Layout.
      3. Utfør en automatisk kalibrering ved å klikke på Kalibrer på skjermpanelet. Signalkvalitetsindikatoren tillater verifisering av integriteten til de mottatte dataene. Vurdere om kvaliteten på dataene er nok til å starte innsamlingen; det vil si, se om kanalene er signalisert som grønne eller gule.
        MERK: Hvis de rettede kanalene er representert i rødt eller hvitt, fjern dem fra hetten, kontroller at det ikke er noe hår som hindrer lyset i å nå hodet, og rengjør optodene med en klut eller et håndkle. Koble dem igjen til hetten og gjenta kalibreringen.
      4. Når du er klar til å starte prosedyren, har du en forhåndsvisning av hvordan signalene mottas ved å klikke på Forhåndsvisning. Start deretter innspillingen av signalene på Record.
      5. Åpne NIRStim, blokkprogrammeringsprogramvaren (se Materialtabell), og start presentasjonen av de programmerte blokkene. Markørene må registreres automatisk, og merkingen må ses på fNIRS programvare for datainnsamling.
      6. Etter slutten av prosedyren, stopp opptaket ved å klikke på Stopp, lukk programvaren og kontroller om filen er lagret i den valgte katalogen.
  6. fNIRS dataanalyse
    1. Forbehandle signalene ved hjelp av NIRSLAB programvare49 (se Tabell over materialer). Følg trinnene nedenfor:
      1. Påfør et båndpassfilter (0,01-0,2 Hz) på råintensitetsdataene for å fjerne hjerte- og respiratoriske frekvenser, samt svært lavfrekvente svingninger.
      2. For signalkvalitetskontroll, bestem eksklusjonskriterier for hver kanalgevinst over åtte og variasjonskoeffisient over 7,5%.
      3. Beregn endringene i HbO2 og HHb ved å anvende den modifiserte Beer-Lambert-loven med hele tidsserien som grunnlinje.
        MERK: I denne studien ble tidsseriene HbO2 og HHb segmentert i blokker (sosiale og ikke-sosiale) og eksportert som tekstfiler for senere analyse i R-plattformen8 for statistisk databehandling (se Materialtabell).
      4. Analyser separat de sosiale og kontrollforholdene. Konstruer en korrelasjonsmatrise for hver av de ni blokkene i hver tilstand slik at dens elementer samsvarer med korrelasjonen (Spearman) mellom hvert par i den evaluerte kanalen. For statistisk signifikans av korrelasjonene mellom individer på tvers av oppgaven, bruk t-test8 for et gjennomsnitt på ett utvalg, med tanke på et signifikansnivå på 5%.

Figure 4
Figur 4: Fordeling av optoder på emne 1 cap. Bokstavene S og D representerer henholdsvis kildene og detektorene. S1 på AF7 koordinat av 10-20 systemet; S2 på AF3; S3 på AF8; S4 på AF4; D1 på Fp1; D2 på F5; D3 på Fp2; og D4 på F6. Kanalene er plassert i følgende konfigurasjon: kanal 1 mellom S1-D1; 2 mellom S1-D2; 3 mellom S2-D1; 4 mellom S2-D2; 5 mellom S3-D3; 6 mellom S3-D4; 7 mellom S4-D3; og 8 mellom S4-FD4. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Protokollen ble brukt på en kvartett bestående av unge kvinner (24-27 år), alle studenter på postgraduate programmer (Hospital Israelita Albert Einstein, São Paulo, Brasil), med master- eller doktorgradsutdanning. Alle deltakerne var høyrehendte, og bare én rapporterte å ha tidligere tegneerfaring. Ingen deltakere hadde en rapportert historie med nevrologiske lidelser.

For skalaene og psykologiske testresultater viste to deltakere (2 og 4) høy skår på angst (17 og 15 mot referanseverdien 9)44 og grenseverdien for depresjon (9)44. Alle deltakernes skalaresultater for oppmerksomhet og hyperaktivitet viste skår under grenseverdiene

Deltakernes sosiale ferdighetsrepertoar ble også målt. Emne 2, 3 og 4 oppnådde score høyere enn 70% (velutviklet repertoar av sosiale ferdigheter). Emne 1 presenterte en score på 25% (relatert til et underskudd i sosiale ferdigheter). Denne testen analyserer også spesifikke sosiale ferdigheter som F1, mestring og selvhevdelse med risiko; F2, selvhevdelse i å uttrykke positive følelser; F3, samtale og sosial ressurssterkhet; F4, selveksponering for fremmede og nye situasjoner; og F5, selvkontroll og aggressivitet. For disse faktorene viste alle deltakerne lave score for F1, F2 og F3 (1% til 3%) og høy score for F4 (20% til 65%) og F5 (65% til 100%).

FNIRs foreløpige resultater (figur 5) viste typisk hjerneaktivering for 1, 2 og 3 i begge, sosiale og ikke-sosiale trekkforhold i begge kanaler lokalisert i venstre og høyre hjernehalvdel; aktiveringsmønstrene var imidlertid tydelige. Deltaker 4 viste derimot atypisk hjerneaktivering.

Figure 5
Figur 5: Resultater fra gruppens gjennomsnitt av fNIRS-data. (A) Blokkgjennomsnitt av fNIRS-signaler over emne 1. Venstre- og høyrekanaler vises separat i x-akser for begge forhold (sosiale og ikke-sosiale). (B) Blokkgjennomsnitt av fNIRS-signaler over emne 2. Venstre- og høyrekanaler vises separat i x-akser for begge forhold (sosiale og ikke-sosiale). (C) Blokkgjennomsnitt av fNIRS-signaler over emne 3. Venstre- og høyrekanaler vises separat i x-akser for begge forhold (sosiale og ikke-sosiale). (D) Blokkgjennomsnitt av fNIRS-signaler over emne 4. Venstre- og høyrekanaler vises separat i x-akser for begge forhold (sosiale og ikke-sosiale). Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Oksyhemoglobinsignalet (figur 6) ble signifikant synkronisert mellom forsøkspersonene bare i siste del av oppgaven for både tilstander, sosial og kontroll (figur 6: median korrelasjon på 0,14; t-verdi = 1,77 og p-verdi = 0,046) og i den samarbeidende tegningstilstanden (median korrelasjon på 0,12; t-verdi = 2,39 og p-verdi = 0,028).

Figure 6
Figur 6: Boxplot av forsøkspersonenes hjernekorrelasjoner (oksyhemoglobin) gjennom hele forsøket. Hver boks inneholder en horisontal linje (som angir medianen). Den øverste kanten representerer 75-prosentilen og den nederste kanten den 25. persentilen. For feilfelt er boxplot basert på 1,5 IQR-verdien, over tredje kvartil og under Q1, den nedre kvartilen. Stjernen (*) indikerer en statistisk signifikant forskjell fra null. Del 1 tilsvarer den første en tredjedel av den eksperimentelle blokken (bestående av C1, C2 og C3 - den første fulle samarbeidsdesignen - ispedd hvileperioder og den ikke-sosiale designtilstanden); Del 2: C4-C6; Del 3: C7-C9. Vennligst klikk her for å se en større versjon av denne figuren.

Videoanalysen viste at deltakerne så på hverandre mens de tegnet partnere og noen ganger delte blikket med hverandre. Som med mengden av totalt blikk, ble det observert en større mengde synkront blikk i stillingene der partneren var i frontal stilling. Fra midten til slutten av forsøket reduserte de synkrone blikkene betydelig, og i C9 skjedde de ikke.

Når det gjelder tegningsanalyse, rapporterte bare emne 3 å ha tidligere tegningserfaring (et 6-årig kurs). Emne 1, 2 og 4 hadde tilsvarende produksjon i mengde og kontinuitet av slag. Deltaker 3 viste en tegnemåte med korte, ikke-kontinuerlige slag og et større antall totale slag. Alle de fire deltakerne hadde tilsynelatende et konstant mønster av figurer i tegningene sine (tidligere tegnemønstre), selv om forsøkspersonene 3 og 4 gjengitte et større antall observerte detaljer. Selv når de tegnet forskjellige partnere, var det øye-, munn- og nesetegningsmønstre som deltakerne gjentok i den sosiale tilstanden. For deltakeren med tidligere tegneerfaring ble det også observert tidligere tegnemønstre (se 3.4.3.) (f.eks. øyenbryn og øyne).

Supplerende figur 1: Kodegrensesnitt og video. Dette tallet representerer videokodifisering, segmentering, tidslinjen for hendelser og kodingsskjemaet. Klikk her for å laste ned denne filen.

Supplerende figur 2: Skjæringspunkt mellom blikk og tegneoppgaver. Tilstand Hvile: hvileperiode på 20 s; Condition Draw: den sosiale tilstanden til eksperimentet (40 s); Tilstandsprikker: kontrollbetingelsen for tilkobling av prikker (40 s); Interaksjon Blikk 1: Emne 1 ser til tegnepartner; Interaksjon Snakk 1: Emne 1 snakker; Interaksjon Kropp 2: Emne 2 som beveger hender, skuldre og hode i ikke-verbal kommunikasjon. Klikk her for å laste ned denne filen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne studien hadde som mål å lage en protokoll ved hjelp av hyperscanning på fire hjerner samtidig under naturalistiske forhold. Det eksperimentelle paradigmet brukte forskjellige tegneoppgaver og korrelasjonen mellom flere utfallsmål, tegningsmålinger, atferd og hjernesignaler. De kritiske trinnene i denne protokollen er vurderingen av utfordringene som følger av dens høye kompleksitet og opprettholdelsen av dens økologiske og naturalistiske forhold.

Videoobservasjon var sentralt i denne studien. Det tillot koding og segmentering av ikke-verbal kommunikasjonsadferd på en tidslinje50. Videoens kvalitative analyse tillot observasjon av blikkadferd i søket etter tegn som kunne indikere kodingens funksjoner (samle informasjon fra den andre) og signalering (kommunisere med andre)39,40. Det bidro også til å avgrense observasjonsinformasjonen ved å fremheve individuelle og gruppemønstre13. Kvantitative mål på blikk alene gir ikke forståelse for blikkets kvalitet. Blikket kan bare representere en automatisk oppførsel av repetisjon eller tenkning i kognitiv modus for sammenligning og strukturering18,19. Det lave antallet hendelsessekvenser tillot imidlertid ikke denne studien å utføre sekvensiell analyse og statistisk validering.42. Resultatene viste en signifikant reduksjon i synkrone og asynkrone blikk i de sosiale forholdene fra midten til slutten av eksperimentet. En av hypotesene for denne oppførselen kan være selve prosessen med visuell oppfatning og dannelsen av symbolske representasjoner som er knyttet til anerkjennelsen av den andre.49,51. Denne hypotesen er i tråd med teorien om ansikt-til-ansikt observasjonstegning19 og med resultatene av studier som har knyttet lengre observasjonstider for et objekt med vanskeligheter med å bestemme hva og hvordan man skal tegne52. En annen mulig hypotese er knyttet til oppkjøpet av visuelt minne om objektene trukket gjennom den eksperimentelle oppgaven.18,53. I resultatene viste blikkatferdsmålingene en avtagende mengde knyttet til tegningspartnerposisjonen. I frontale tegningsposisjoner var mengden asynkron og synkron blikk større enn under forholdene der partneren var til siden. Dette resultatet er i tråd med studier som tyder på at stimulusplassering påvirker visuell oppfatning54. Justeringen mellom oppmerksomhetsfokus og sakkadeadferd ser ut til å antyde en viss "automatisk" komponent for oppmerksomhetsfokus angående nærhet og / eller at bevegelsesbegrensningen fungerer som en distraktor55. Videre har nyere studier vist at interaksjonsperspektivet kan endre blikkmønstre. Når deltakerne er engasjert i en oppgave, reduseres sosial oppmerksomhet på andre; Dette antyder at folk i komplekse sosiale miljøer ser mindre på hverandre, og informasjonsinnsamling bruker ikke nødvendigvis direkte blikk.25. Forskjeller i slag-, tegnings- og blikkadferd ble også observert mellom deltakere som gjorde og ikke hadde tidligere tegningserfaring. Deltakeren med tidligere tegneerfaring viste langt mindre mønsterrepetisjon enn andre deltakere og et større antall tegnede detaljer. Antall tegnestreker var også høyere, og denne trenden ble ledsaget av antall prikker som ble fulgt i sporingsspillet og antall direkte blikk til partnere. Det lille antallet deltakere tillot imidlertid ikke at den resulterende sekvensielle dataanalysen og statistisk validering ble utført. Tegnepraksis innebærer konstante blikkforskyvninger mellom figuren og papiret og bruk av visuell hukommelse56. Tidligere studier tyder på at tegneutøvere har lettere for å kode visuelle former enn ikke-utøvere57. Likevel, resultatene av studien av Miall et al.52 foreslår også at personer med tegnetrening modulerer sin oppfatning til opplevelsen av observasjon, mens forkunnskaper (f.eks. Stabile mentale bilder) ser ut til å lede oppfatningen av ikke-utøvere. Disse aspektene fortjener videre studier, spesielt med hensyn til underliggende nevrale nettverk og forskjeller i oppmerksomhetsbehandling og blikkadferd.25.

Mange utfordringer oppstår ved å utføre hyperscanning på en firepersonsgruppe med fNIRS, spesielt med tanke på et dynamisk paradigme; Derfor ble modifikasjoner og teknikkfeilsøking utført under raffinering av protokollmetodikken. Den første utfordringen var tilstrekkeligheten av målhjerneområdet med begrensningen av antall optoder og vanskeligheten med å håndtere signalfangstkalibrering av fNIRS. Denne protokollen forutsatte undersøkelsen av to hjerneområder, temporo-parietal junction (TPJ) og medial prefrontal cortex (mPFC). Signalopptak av TPJ ble kassert på grunn av den ikke-kontrollerbare vanskeligheten med tetthet og farge på deltakernes hår58 versus antall caps som skal administreres samtidig. Det var også stor bekymring for deltakernes komfort og tilgjengelighet av tid. Den andre utfordringen gjelder innspillingen av eksperimentet. I utgangspunktet forutså protokollen å bruke bare ett 360 ° kamera plassert i midten av bordet for eksperimentet. Bruken av hjelpekameraer viste seg imidlertid å være viktig. En annen vanskelighet var å ta opp tegningsteknikkproblemer for å lage en robust protokoll. De fleste deltakerne representerte kropp og klær, områder som ikke var forutsett i spillets regler, til tross for den forsiktige forklaringen, inkludert eksponering for tidligere tegnede eksempler. Noen av deltakerne verbaliserte at de hadde problemer med å skildre størrelsen på figurene og fortsatte tegningen der den forrige partneren hadde stoppet på grunn av proporsjonene. Denne verbaliseringen er i tråd med resultatene av studier som tyder på at visuell oppfatning reduserer virkningen av perspektiv, noe som forårsaker perceptuelle forvrengninger52. Andre tegningsstudier som fokuserer på forholdet mellom visuell oppfatning og motorkommandoer har også antydet at forvrengninger på grunn av flere faktorer griper inn i blikket / håndprosessen20,43. Gowens studieparadigme43 brukte for eksempel to ekspertskuffer, en kopiering og den andre tegning fra minnet. Resultatene deres antydet bruk av forskjellige nevrale strategier for hver tegneteknikk. Kopiering ser ut til å avhenge av sammenligninger, visuell tilbakemelding og nærmere sporing av pennespissen.

Bekymringer om begrensningene i teknikken involverer også eksperimentets økologiske tilstand, samt bruken av et samarbeidende tegneparadigme. En av dem gjelder deltakernes nærhet (på grunn av fNIRS-ledninger og stabilitetsproblemer) og dens mulige forstyrrelser i blikkmål. Ulike blikkatferdsmønstre kan produseres i sosiale sammenhenger med tvungen nærhet (for eksempel heissituasjoner)59. Likevel ble synkrone blikk observert, ansiktsuttrykk og smil dukket opp gjennom kvartettsamlingen, og de indikerer muligens en følelse av engasjement. Disse resultatene stemmer overens med resultater fra eksperimenter der "bottom-up" stimuli, for eksempel å se på den andres ansikt, provoserte etableringen av delte representasjoner blant deltakerne. Ikke-verbal kommunikasjon kan skyldes den konseptuelle justeringen som skjer gjennom hele samspillet4. Å bruke tegneteknikker "i seg selv" er utfordrende siden de fleste slutter å tegne i den realistiske fasen (etter 11 eller 12 år). Oppfatningen av tegning som ikke uttrykker virkeligheten genererer frustrasjon eller ubehag ved selvbedømmelse og følgelig motstand mot tegningen18. Ansiktstegning kan være enda en faktor for ubehag. Til tross for dette viste betingelsen for samarbeidstegning gjort i 40-årene seg å være effektiv for denne protokollen. På spørsmål om opplevelsen reagerte alle deltakerne positivt, lo og kommenterte de delte portrettene. Den strukturerte formen for den eksperimentelle oppgaven ser ut til å ha redusert byrden av individuell produksjon og gjort det lettere å samhandle mellom deltakerne, som i Hass-Cohen et al.19.

Korrelasjonen av signaler eller synkronitet av hjernesignaler skjedde sterkest i siste del av forsøket for både forhold, sosiale og ikke-sosiale. Hypotesen var at de sosiale (samarbeidende design) og ikke-sosiale (forbinder prikkene) forholdene ville resultere i distinkte hjernesignalsynkroniteter på forskjellige tidspunkter i tidslinjen. I den ikke-sosiale tilstanden ble synkroniteten forventet å skyldes kognitiv korrespondanse av oppgaven som er felles for alle deltakerne8. Selv om de ikke interagerte direkte, ble synkroniteten til signaler forventet å forekomme tidligere i tidslinjen for eksperimentet 8,10,11,12. I den sosiale tilstanden ble det derimot forventet at synkronitet skulle oppstå senere på grunn av en mulig sosial interaksjon mellom forskjellige ukjente individer med ulike personlige strategier13,14,16,49.

Selv om mange faktorer kan bidra til de foreløpige resultatene, er en mulig tolkning av dem knyttet til tiden deltakerne trengte for å bli kjent med hverandre og oppgavene og til slutt skape en følelse av gruppe. Tegning i seg selv kan generere reaktivitet og angst gjennom selvbedømmelse eller følelsen av å bli evaluert18. Tidligere studier har assosiert negative evalueringer med variasjon i gruppeinterpersonell hjernesynkronisering (IBS)17. Også virkningen av nærhet mellom deltakere i denne sammenheng er ikke kjent ennå59. Alternativt kan kjennskapen som er oppnådd individuelt med oppgavene og med gruppen, om enn sent, ha generert en kognitiv korrespondanse av engasjement, som et "automatisk" engasjement som skjedde utover forskjellene mellom de to foreslåtte oppgavene. 60 Oppgavene ser ut til å ha virket i en blokk. Derfor kan en lengre hvileperiode muligens resultere i forskjellige hjerneresponser ved å sikre reduserte hjernesignaler plukket opp av fNIRS mellom forholdene. Et annet resultat som trenger ytterligere oppmerksomhet er det omvendte forholdet mellom mengden synkron og asynkron blikk (som avtok gjennom hele eksperimentell oppgave) versus individuell hjerneaktivitet (som økte gjennom hele eksperimentell oppgave). En mulig tolkning for dette resultatet kan ligge i den høye kognitive etterspørselen av eksperimentell oppgave52, men vi kan ikke unnlate å vurdere de nevrobiologiske prosessene som er involvert i menneskelig empatisk binding1.

Denne protokollen har en nyskapende karakter, først ved å bruke tegneteknikker som brukes i kunstterapi for å provosere empatiske bånd mellom deltakerne; for det andre av den sosiale økologiske situasjonens dynamiske karakter; og tredje ved samtidig måling av fire hoder ved hjelp av fNIRS hyperskanningsteknikk. Tegningens sosiale tilstand fremmet øyekontakt mellom deltakerne, slik at protokollen kunne utforske hvordan blikkadferd støtter mellommenneskelig interaksjonsadferd i naturalistiske situasjoner og de forskjellige personlige strategiene som brukes til å gjenkjenne andre49. Det er også et lovende verktøy for å studere om blikkadferd faktisk er knyttet til prosessen med oppmerksomhet18 og engasjement mellom partnere61 under de samme forholdene. Å relatere alle disse problemene, spesielt i et paradigme utført i en gruppe under naturalistiske forhold, er en utfordring for sosial nevrovitenskap.

Mange faktorer kan ha bidratt til disse foreløpige resultatene. Alle disse forskjellige variablene fortjener videre studier, og bruken av denne protokollen kan gi viktige ledetråder for bedre forståelse av gruppens sosiale relasjoner i en naturalistisk sammenheng.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Paulo Rodrigo Bazán har gitt frilans vitenskapelig rådgivning til NIRx Medizintechnik GmbH og til Brain Support Corporation, som er distributør av NIRx Medizintechnik GmbH. De andre forfatterne erklærer at det ikke er noen interessekonflikter med hensyn til forfatterskapet eller publiseringen av denne artikkelen.

Acknowledgments

Forfatterne takker Instituto do Cérebro (InCe-IIEP) og Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) for denne studiestøtten. Spesiell takk til José Belém de Oliveira Neto for den engelske korrekturlesingen av denne artikkelen.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2 NIRSport  NIRx Medizintechnik GmbH, Germany Nirsport 88 The equipment belong to InCe ( Instituto do Cérebro - 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  (NIRx Medical Technologies, Glen Head, New York) at a sampling rate of 3.472222.
4 fNIRS caps NIRx Medizintechnik GmbH, Germany The blackcaps used in the recordings had a configuration based on the international 10-20
Câmera 360° - Kodak Pix Pro SP360 Kodak Kodak PixPro: https://kodakpixpro.com/cameras/360-vr/sp360
Cameras de suporte - Iphone 8 Apple Iphone 8 Supporting Camera
fOLD toolbox (fNIRS Optodes’ Location Decider) Zimeo Morais, G.A., Balardin, J.B. & Sato, J.R. fNIRS Optodes’ Location Decider (fOLD): a toolbox for probe arrangement guided by brain regions-of-interest. Scientific Reports. 8, 3341 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-21716-z Version 2.2 (https://github.com/nirx/fOLD-public) Optodes placement was guided by the fOLD toolbox (fNIRS Optodes’ Location Decider, which allows placement of sources and detectors in the international 10–10 system to maximally cover anatomical regions of interest according to several parcellation atlases. The ICBM 152 head model  parcellation was used to generate the montage, which was designed to provide coverage of the most anterior portion of the bilateral prefrontal cortex
Notebook Microsoft Surface Microsoft Notebook receiver of the fNIRS signals
R platform for statistical computing  https://www.r-project.org  R version 4.2.0 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
REDCap REDCap is supported in part by the National Institutes of Health (NIH/NCATS UL1 TR000445) REDCap is a secure web application for building and managing online surveys and databases.
software Mangold Interact Mangold International GmbH, Ed.  interact 5.0 Mangold: 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.
software NIRSite NIRx Medizintechnik GmbH, Germany NIRSite 2.0 For creating the montage and help optode placement and location in the blackcaps.
software nirsLAB-2014 NIRx Medizintechnik GmbH, Germany nirsLAB 2014 fNIRS Data Processing
software NIRStar NIRx Medizintechnik GmbH, Germany version 15.2  for fNIRS data aquisition: NIRStar software version 15.2  at a sampling rate of 3.472222
software NIRStim NIRx Medizintechnik GmbH, Germany  For creation and organization of paradigm blocks

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Feldman, R. The neurobiology of human attachments. Trends in Cognitive Sciences. 21 (2), 80-99 (2017).
  2. Hove, M. J., Risen, J. L. It's all in the timing: Interpersonal synchrony increases affiliation. Social Cognition. 27 (6), 949-960 (2009).
  3. Long, M., Verbeke, W., Ein-Dor, T., Vrtička, P. A functional neuro-anatomical model of human attachment (NAMA): Insights from first- and second-person social neuroscience. Cortex. 126, 281-321 (2020).
  4. Redcay, E., Schilbach, L. Using second-person neuroscience to elucidate the mechanisms of social interaction. Nature Reviews Neuroscience. 20 (8), 495-505 (2019).
  5. Babiloni, F., Astolfi, L. Social neuroscience and hyperscanning techniques: Past, present and future. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 44, 76-93 (2014).
  6. Balardin, J. B., et al. Imaging brain function with functional near-infrared spectroscopy in unconstrained environments. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 1-7 (2017).
  7. Scholkmann, F., Holper, L., Wolf, U., Wolf, M. A new methodical approach in neuroscience: Assessing inter-personal brain coupling using functional near-infrared imaging (fNIRI) hyperscanning. Frontiers in Human Neuroscience. 7, 1-6 (2013).
  8. Brockington, G., et al. From the laboratory to the classroom: The potential of functional near-infrared spectroscopy in educational neuroscience. Frontiers in Psychology. 9, 1-7 (2018).
  9. Sonkusare, S., Breakspear, M., Guo, C. Naturalistic stimuli in neuroscience: Critically acclaimed. Trends in Cognitive Sciences. 23 (8), 699-714 (2019).
  10. Duan, L., et al. Cluster imaging of multi-brain networks (CIMBN): A general framework for hyperscanning and modeling a group of interacting brains. Frontiers in Neuroscience. 9, 1-8 (2015).
  11. Ikeda, S., et al. Steady beat sound facilitates both coordinated group walking and inter-subject neural synchrony. Frontiers in Human Neuroscience. 11 (147), 1-10 (2017).
  12. Liu, T., Duan, L., Dai, R., Pelowski, M., Zhu, C. Team-work, team-brain: Exploring synchrony and team interdependence in a nine-person drumming task via multiparticipant hyperscanning and inter-brain network topology with fNIRS. NeuroImage. 237, 118147 (2021).
  13. Jiang, J., et al. Leader emergence through interpersonal neural synchronization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (14), 4274-4279 (2015).
  14. Nozawa, T., et al. Interpersonal frontopolar neural synchronization in group communication: An exploration toward fNIRS hyperscanning of natural interactions. Neuroimage. 133, 484-497 (2016).
  15. Dai, B., et al. Neural mechanisms for selectively tuning in to the target speaker in a naturalistic noisy situation. Nature Communications. 9 (1), 2405 (2018).
  16. Lu, K., Qiao, X., Hao, N. Praising or keeping silent on partner's ideas: Leading brainstorming in particular ways. Neuropsychologia. 124, 19-30 (2019).
  17. Lu, K., Hao, N. When do we fall in neural synchrony with others. Social Cognitive and Affective Neuroscience. 14 (3), 253-261 (2019).
  18. Edwards, B. Drawing on the Right Side of the Brain: The Definitive, 4th Edition. , Penguin Publishing Group. London, UK. (2012).
  19. Hass-Cohen, N., Findlay, J. C. Art Therapy & The Neuroscience of Relationship, Creativity, &Resiliency. Skills and Practices. , W.W. Norton & Company. New York, NY. (2015).
  20. Maekawa, L. N., de Angelis, M. A. A percepção figura-fundo em paciente com traumatismo crânio-encefálico. Arte-Reabilitação. , Memnon Edições Científicas. São Paulo, Brazil. 57-68 (2011).
  21. Babiloni, C., et al. Simultaneous recording of electroencephalographic data in musicians playing in ensemble. Cortex. 47 (9), 1082-1090 (2011).
  22. Babiloni, C., et al. Brains "in concert": Frontal oscillatory alpha rhythms and empathy in professional musicians. NeuroImage. 60 (1), 105-116 (2012).
  23. Müller, V., Lindenberger, U. Cardiac and respiratory patterns synchronize between persons during choir singing. PLoS ONE. 6 (9), 24893 (2011).
  24. Greco, A., et al. EEG Hyperconnectivity Study on Saxophone Quartet Playing in Ensemble. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2018, 1015-1018 (2018).
  25. Osborne-Crowley, K. Social Cognition in the real world: Reconnecting the study of social cognition with social reality. Review of General Psychology. 24 (2), 144-158 (2020).
  26. Kantrowitz, A., Brew, A., Fava, M. Proceedings of an interdisciplinary symposium on drawing, cognition and education. , Teachers College Columbia University. New York, NY. 95-102 (2012).
  27. Petersen, C. S., Wainer, R. Terapias Cognitivo-Comportamentais para Crianças e Adolescentes. , Ciência e Arte. Artmed. Brazil. (2011).
  28. Sheng, L., Yang, G., Pan, Q., Xia, C., Zhao, L. Synthetic house-tree-person drawing test: A new method for screening anxiety in cancer patients. Journal of Oncology. 2019, 5062394 (2019).
  29. Li, C. Y., Chen, T. J., Helfrich, C., Pan, A. W. The development of a scoring system for the kinetic house-tree-person drawing test. Hong Kong Journal of Occupational Therapy. 21 (2), 72-79 (2011).
  30. Ferreira Barros Klumpp, C., Vilar, M., Pereira, M., Siqueirade de Andrade, M. Estudos de fidedignidade para o desenho da família cinética. Revista Avaliação Psicológica. 19 (1), 48-55 (2020).
  31. Adams, E. Drawing to learn learning to draw. TEA: Thinking Expression Action. , https://www.nsead.org/files/f7246b7608216d52696dc3ed81256213.pdf (2013).
  32. Bernardo, P. P. A Prática da Arteterapia. Correlações entre temas e recursos. Vol 1. , Arteterapia. São Paulo, Brazil. (2008).
  33. Staback, D. DRAWN: Exploring Interaction Through Drawing as Collaborative Play. , Available from: gamelab.mit.edu/wp/wp-content/uploads/2016/08/Staback-Drawn-report.pdf (2016).
  34. Cheng, X., Li, X., Hu, Y. Synchronous brain activity during cooperative exchange depends on gender of partner: AfNIRS-based hyperscanning study. Human Brain Mapping. 36 (6), 2039-2048 (2015).
  35. Baker, J., et al. Sex differences in neural and behavioral signatures of cooperation revealed by fNIRS hyperscanning. Scientific Reports. 6, 1-11 (2016).
  36. Bowie, C. R., Harvey, P. D. Administration and interpretation of the Trail Making Test. Nature Protocols. 1 (5), 2277-2281 (2006).
  37. Valenzuela, M. J., Sachdev, P. Brain reserve and dementia: A systematic review. Psychological Medicine. 4 (36), 441-454 (2006).
  38. Johnson, D. K., Storandt, M., Morris, J. C., Galvin, J. E. Longitudinal study of the transition from healthy aging to Alzheimer disease. Archives of Neurology. 66 (10), 1254-1259 (2009).
  39. Risco, E., Richardson, D. C., Kingstone, A. The dual function of gaze. Current Directions in Psychological Science. 25 (1), 70-74 (2016).
  40. Capozzi, F., et al. Tracking the Leader: Gaze Behavior in Group Interactions. iScience. 16, 242-249 (2019).
  41. Cavallo, A., et al. When gaze opens the channel for communication: Integrative role of IFG and MPFC. NeuroImage. 119, 63-69 (2015).
  42. Kauffeld, S., Meyers, R. A. Complaint and solution-oriented circles: Interaction patterns in work group discussions. European Journal of Work and Organizational Psychology. 18 (3), 267-294 (2009).
  43. Gowen, E., Miall, R. C. Eye-hand interactions in tracing and drawing tasks. Human Movement Science. 25 (4-5), 568-585 (2006).
  44. Marcolino, J., Suzuki, F., Alli, L., Gozzani, J., Mathias, L. Medida da ansiedade e da depressão em pacientes no pré-operatório. Estudo comparativo. Revista Brasileira Anestesiologia. 57 (2), 157-166 (2007).
  45. del Prette, Z., del Prette, A. Inventario de Habilidades Sociais. del Prette, Z., del Prette, A. , Casa do Psicólogo. Brazil. (2009).
  46. Mattos, P., et al. Artigo Original: Adaptação transcultural para o português da escala Adult Self-Report Scale para avaliação do transtorno de déficit de atenção/hiperatividade (TDAH) em adultos. Revista de Psiquiatria Clinica. 33 (4), 188-194 (2006).
  47. Zimeo Morais, G. A., Balardin, J. B., Sato, J. R. fNIRS Optodes' Location Decider (fOLD): A toolbox for probe arrangement guided by brain regions-of-interest. Scientific Reports. 8 (1), 3341 (2018).
  48. Davidson, R. J. What does the prefrontal cortex "do" in affect: Perspectives on frontal EEG asymmetry research. Biological Psychology. 67 (1-2), 219-233 (2004).
  49. Hessels, R. S. How does gaze to faces support face-to-face interaction? A review and perspective. Psychonomic Bulletin and Review. 27 (5), 856-881 (2020).
  50. Mangold, P. Discover the invisible through tool-supported scientific observation: A best practice guide to video-supported behavior observation. Mindful Evolution. Conference Proceedings. , Klinkhardt. Bad Heilbrunn, Germany. (2018).
  51. Kandel, E. R. The Age of Insight. The quest to understand the unconscious in art, mind and brain from Vienna 1900 to the present. , Random House Publishing Group. New York, NY. (2012).
  52. Miall, R. C., Nam, S. H., Tchalenko, J. The influence of stimulus format on drawing-A functional imaging study of decision making in portrait drawing. Neuroimage. 102, 608-619 (2014).
  53. Gombrich, E. H. Art and Illusion: A study in the psychology of pictorial representation. 6th ed. , Phaidon. New York, NY. (2002).
  54. Kirsch, W., Kunde, W. The size of attentional focus modulates the perception of object location. Vision Research. 179, 1-8 (2021).
  55. Deubel, H., Schneidert, W. X. Saccade target selection and object recognition: Evidence for a common attentional mechanism. Vision Research. 36 (12), 1827-1837 (1996).
  56. Tchalenko, J. Eye movements in drawing simple lines. Perception. 36 (8), 1152-1167 (2007).
  57. Perdreau, F., Cavanagh, P. The artist's advantage: Better integration of object information across eye movements. iPerceptions. 4 (6), 380-395 (2013).
  58. Quaresima, V., Bisconti, S., Ferrari, M. A brief review on the use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for language imaging studies in human newborns and adults. Brain and Language. 121 (2), 79-89 (2012).
  59. Holleman, G. A., Hessels, R. S., Kemner, C., Hooge, I. T. Implying social interaction and its influence on gaze behavior to the eyes. PLoS One. 15 (2), 0229203 (2020).
  60. Dikker, S., et al. Brain-to-brain synchrony tracks real-world dynamic group interactions in the classroom. Current Biology. 27 (9), 1375-1380 (2017).
  61. Gangopadhyay, N., Schilbach, L. Seeing minds: A neurophilosophical investigation of the role of perception-action coupling in social perception. Social Neuroscience. 7 (4), 410-423 (2012).

Tags

Nevrovitenskap utgave 186
Gruppesynkronisering under samarbeidstegning ved hjelp av funksjonell nær-infrarød spektroskopi
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Gonçalves da Cruz Monteiro, V., … More

Gonçalves da Cruz Monteiro, V., Antunes Nascimento, J., Bazán, P. R., Silva Lacerda, S., Bisol Balardin, J. Group Synchronization During Collaborative Drawing Using Functional Near-Infrared Spectroscopy. J. Vis. Exp. (186), e63675, doi:10.3791/63675 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter