Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Gruppsynkronisering under samarbetsritning med funktionell nära-infraröd spektroskopi

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

Summary

Detta protokoll kombinerar funktionell nära-infraröd spektroskopi (fNIRS) och videobaserad observationför att mäta interpersonell synkronisering i kvartetter under en samarbetsritningsuppgift.

Abstract

Funktionell nära-infraröd spektroskopi (fNIRS) är en icke-invasiv metod som är särskilt lämplig för att mäta hjärnbarkaktivering hos flera ämnen, vilket är relevant för att studera gruppinterpersonella interaktioner i ekologiska miljöer. Även om många fNIRS-system tekniskt sett erbjuder möjligheten att övervaka mer än två individer samtidigt, krävs det fortfarande att upprätta enkla att implementera installationsprocedurer och tillförlitliga paradigmer för att spåra hemodynamiska och beteendemässiga svar i gruppinteraktion. Detta protokoll kombinerar fNIRS och videobaserad observation för att mäta interpersonell synkronisering i kvartetter under en samarbetsuppgift. Detta protokoll ger praktiska rekommendationer för datainsamling och paradigmdesign, samt vägledande principer för ett illustrativt dataanalysexempel. Förfarandet är utformat för att bedöma skillnader i hjärn- och beteendeinterpersonella svar mellan sociala och icke-sociala förhållanden inspirerade av en välkänd isbrytaraktivitet, Collaborative Face Drawing Task. De beskrivna förfarandena kan vägleda framtida studier för att anpassa gruppnaturalistiska sociala interaktionsaktiviteter till fNIRS-miljön.

Introduction

Interpersonellt interaktionsbeteende är en viktig del av processen att ansluta och skapa empatiska bindningar. Tidigare forskning tyder på att detta beteende kan uttryckas i förekomsten av synkronicitet, när biologiska och beteendemässiga signaler anpassar sig under social kontakt. Bevis visar att synkronicitet kan uppstå mellan personer som interagerar för första gången 1,2,3. De flesta studier om sociala interaktioner och deras underliggande neurala mekanismer använder en enda person eller andra person tillvägagångssätt2,4, och lite är känt om att överföra denna kunskap till gruppsocial dynamik. Att utvärdera interpersonella svar i grupper om tre eller flera individer är fortfarande en utmaning för vetenskaplig forskning. Detta leder till nödvändigheten av att föra till laboratoriet den komplexa miljön av sociala interaktioner i vardagliga människor under naturalistiska förhållanden5.

I detta sammanhang är den funktionella nära-infraröda spektroskopitekniken (fNIRS) ett lovande verktyg för att bedöma relationerna mellan interpersonell interaktion i naturalistiska sammanhang och dess hjärnkorrelat. Den har färre begränsningar för deltagarnas rörlighet jämfört med funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) och är motståndskraftig mot rörelseartefakter 6,7. fNIRS-tekniken fungerar genom att bedöma hemodynamiska effekter som svar på hjärnaktivering (förändringar i blodkoncentrationen av syresatt och deoxygenerat hemoglobin). Dessa variationer kan mätas med mängden diffusion av infrarött ljus genom hårbottenvävnad. Tidigare studier har visat teknikens flexibilitet och robusthet i ekologiska hyperscanningsexperiment och potentialen att utöka kunskapen inom tillämpad neurovetenskap 6,8.

Valet av en experimentell uppgift för den naturalistiska bedömningen av de neurala korrelaten av sociala interaktionsprocesser i grupper är ett avgörande steg för att närma sig tillämpade neurovetenskapliga studier9. Några exempel som redan rapporterats i litteraturen med användning av fNIRS i gruppparadigmer inkluderar musikprestanda 10,11,12, klassrumsinteraktion8 och kommunikation 13,14,15,16,17.

En av de aspekter som ännu inte utforskats av tidigare studier är användningen av ritspel som har som huvudfunktion manipulering av empatiska komponenter för att bedöma social interaktion. I detta sammanhang är ett av de spel som ofta används för att inducera social interaktion i dynamik bland främlingar det kollaborativa ritspelet18,19. I det här spelet är pappersark uppdelade i lika delar, och gruppdeltagarna utmanas att rita delade självporträtt av alla medlemmar. I slutändan har varje medlem sitt porträtt ritat på ett samarbetsvilligt sätt av flera händer.

Målet är att främja snabb integration bland främlingar, provocerad genom att rikta visuell uppmärksamhet mot grupppartnernas ansikten. Det kan betraktas som en "isbrytande" aktivitet på grund av dess förmåga att stödja nyfikenhet och därmed empatiska processer bland medlemmarna19.

En av fördelarna med att använda ritningsuppgifter är deras enkelhet och lätthet att reproducera20. De kräver inte heller någon specifik teknisk utbildning eller färdigheter, vilket framgår av studierna med musikaliska prestationsparadigmer21,22,23,24. Denna enkelhet möjliggör också valet av en mer naturalistisk stimulans inom ett socialt sammanhang 4,9,25.

Förutom att vara ett instrument för att inducera socialt beteende i grupper anses ritning också vara ett verktyg för psykologisk utvärdering26. Vissa grafiskt projektiva psykologiska tester, såsom House-Tree-Person (HTP)27,28,29, Human Figure Drawing - Sisto Scale 27 och Kinetic Family Drawing 30 används på ett kompletterande sätt för kvalitativa och kvantitativa diagnoser. Deras resultat uttrycker vanligtvis omedvetna processer, vilket ger ledtrådar om individens symboliska system och därmed deras tolkningar av världen, erfarenheter, känslor etc.

Övningen av teckning får en att tänka och hjälper till att skapa mening för upplevelser och saker, lägga till känslor, känslor, tankar och handlingar31. Den ger ledtrådar om hur man uppfattar och bearbetar dessa livserfarenheter26. Ritning använder visuella koder för att låta en förstå och kommunicera tankar eller känslor, vilket gör dem tillgängliga för manipulation och därmed skapar möjlighet till nya idéer och avläsningar31.

I konstterapi är teckning ett verktyg för att arbeta med uppmärksamhet, minne och organisering av tankar och känslor32, och det kan användas som medel för att producera social interaktion33.

Denna studie syftade till att utveckla ett naturalistiskt experimentellt protokoll för att bedöma vaskulära och beteendemässiga hjärnsvar under interpersonell interaktion i kvartetter med hjälp av en samarbetsritningsdynamik. I detta protokoll föreslås utvärderingen av kvartettens hjärnsvar (individuellt och synkroniciteten mellan partners) och möjliga resultatmått, såsom beteendemått (ritning och blickbeteende). Syftet är att ge mer information om social neurovetenskap.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Metoden godkändes av Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) etikkommitté och bygger på ett förfarande för insamling av neurala data (fNIRS), samt blickbeteendedata, med unga vuxna under en samarbetsupplevelse. All insamlad data hanterades på Redcap-plattformen (se Materialförteckning). Projektet granskades av den vetenskapliga integritetskommittén vid sjukhuset Israelita Albert Einstein (HIAE). Unga vuxna, 18-30 år, valdes ut som försökspersoner för den aktuella studien. Skriftligt informerat samtycke erhölls från alla deltagare.

1. Förberedelse för studien

  1. Ämnen
    1. Bestäm målstudieprovet.
    2. Informera alla volontärer om experimentprotokollet och deras rättigheter före spelet. Se till att de undertecknar ett formulär för informerat samtycke och ett formulär för bildanvändning (inte obligatoriskt), fyller i ett registreringsformulär och svarar på psykologiska frågeformulär och skalor.
    3. Kontrollera nivån på förhållandet mellan deltagarna i kvartetten (främlingar, vänner, partners etc.), eftersom tidigare kunskaper kan störa. I denna studie bestod kvartetterna av främlingar.
    4. Komponera kvartetter av individer av samma kön.
      OBS: Detta könskriterium undviker störningar i social interaktion34,35.
  2. Inställning
    1. Ta bort alla potentiella ögondistraktorer från scenen.
    2. För att ställa in, inkludera ett fyrkantigt bord, fyra pallar (mäter 18,11 tum x 14,96 tum) och två trådstöd (t.ex. stativ) (figur 1).
    3. Stäng av alla elektriska apparater som luftkonditionering under experimentellt tillstånd. Se till att rummet har tillräcklig belysning för att människor ska kunna observera och rita och att rumstemperaturen är behaglig.
    4. Tänk på omfattningen av fNIRS-ledningar (se materialtabell), placera alla kablar så att de förblir stabila under experimentuppgiften.
    5. Tänk på utrymme för två forskare att röra sig längs inställningen.
    6. Se till att experimenterare följer sina skript och rörelsescheman.
    7. Placera kvartetten på det fyrkantiga bordet, två och två, så att varje individ kan observera de andra tre individerna.
    8. Ge varje kvartettdeltagare en tagg med ett nummer (1 till 4). Se till att ämne 1 sitter mittemot ämne 3 och bredvid ämne 2.
      OBS: Taggnumret motsvarade motivens position på bordet och deras tidigare förberedda lock (Materialförteckning).
  3. Ritning paradigm
    1. Kollaborativt ansikte som ritar - det sociala tillståndet
      OBS: Detta spels mål är att rikta försökspersonernas visuella uppmärksamhet mot sina partners ansikten och få dem till mer medveten observation bland dem själva. Genom att koppla samman känslor och visuell perception är den kollaborativa ansiktsteckningstekniken ett värdefullt sätt att aktivera empatiska svar, interpersonell nyfikenhet och anslutning bland deltagarna. Det kräver teori om sinneskapacitet, vilket inkluderar imitation och förutse andras beteende19. Använd följande steg:
      1. Instruera deltagarna om spelreglerna.
      2. Dela upp varje papper i tre horisontella remsor, nämligen ritningsremsor.
      3. Låt varje remsa motsvara ett socialt ritningsvillkor (t.ex. C1, C2.). Efter varje socialt ritande tillstånd, byt papper bland kvartetten.
      4. Låt deltagarna rita pannan och ögonområdet, på den övre remsan av alla pappersark.
        OBS: Den mellersta remsan är för att avbilda näsan och munområdet. Den nedre remsan är för att avbilda hakan, nacken och axelområdet.
      5. Inkludera instruktioner om vem som ska ritas (t.ex. S1/S3 vilket innebär att deltagare 1 drar deltagare 3 och vice versa) i alla pappersremsor.
      6. Låt varje papper representera ett fullständigt ritat porträtt av en deltagare.
        OBS: Tänk på olika pastellfärger för de olika spelfaserna.
      7. Låt varje deltagares ansikte avbildas på ett samarbetsinriktat sätt av sina partners. (Figur 2)
    2. Anslut prickarna spel - det icke-sociala tillståndet
      OBS: Kontrollritningsvillkoret är ett spel för att ansluta prickarna. Varje deltagare uppmanas att ansluta prickarna i stigande serienummer för att bilda en ritning. Connect the dots-spelet används som ett neuropsykologiskt instrument för att mäta kognitiva domäner som mental flexibilitet och visuell-motoriska färdigheter36. Spelet stimulerar visuospatiala färdigheter, ökar mental aktivitet37 och förbättrar mentala förmågor38. Använd följande steg:
    3. Instruera deltagarna.
      1. När locket är på plats, instruera deltagarna om fNIRS, utrustningen, locken, ledningarna och eventuella risker eller obehag som involverar proceduren.
      2. Påminn dem igen om deras rätt att lämna experimentet när som helst.
      3. Förklara de två olika ritningsuppgifterna.
      4. För den gemensamma ritningen, förklara de horisontella remsorna och hur man vet var och vem man ska rita i varje remsa.
      5. För connect dots-spelet, förklara att de måste ansluta siffrorna i stigande ordning tills figuren avslöjas.
      6. Förklara viloperioden och de inspelade uppgiftskommandona.
      7. Engagera deltagarna att observera sina partners och de detaljer som skiljer dem åt. Ange att i slutet av studien kommer kvartetten som följer reglerna och drar de mest detaljerade siffrorna att belönas.

Figure 1
Bild 1: Inställningen. Installationen innehåller ett fyrkantigt bord, fyra pallar och två trådstöd (t.ex. stativ), fNIRS-utrustning, en dator och kamerorna. (A) Inställningsschemat: Gröna siffror (1-4) motsvarar deltagarnas etiketter och deras pallar/placering vid bordet under försökskörningen. Gula siffror: 1 = fNIRS ledningsstöd, 2 = fNIRS-signalers bärbara mottagare, 3 = NIRSport, 4 = 360 ° kamera, 5 = stödkameror. (B) Ställa in redo för experimentkörningen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: Kollaborativa porträtt - exempel på porträtt ritade på ett samarbetsvilligt sätt. Klicka här för att se en större version av denna figur.

2. Experimentellt paradigm

  1. Anpassa spelet för fNIRS-förvärv
    OBS: Anpassa spelet så att det är möjligt att fånga den funktionella bilden av hjärnan genom fNIRS och att data har en betydande kvalitet.
    1. Definiera antalet block.
      OBS: Villkoren måste upprepas ett tillräckligt antal gånger för att minska felmarginalen i resultaten. Många repetitioner kan dock leda till att deltagarna automatiserar uppgifter.
    2. Planera varaktigheten för varje block.
      OBS: Tänk på den hemodynamiska bildtextens svarstid (i genomsnitt 6 s efter början av en uppgift). Tänk också på påverkan av blockstorlekar för att bestämma filtret för följande steg.
    3. Lägg till en vilotillståndsperiod i slutet av varje block av båda villkoren (så att den hemodynamiska signalen sönderfaller före början av nästa block).
    4. Planera ordningen på block och skapa pseudo-randomiserade blocksekvenser för att minska förväntande effekter.
    5. Planera spelets totala varaktighet.
      OBS: Tänk på deltagarnas eventuella obehag när det gäller fNIRS tighta kepsar och deras närhet till varandra. Blocken och villkoren som användes i detta protokoll utformades enligt följande: nio block av det sociala tillståndet för samarbetsritning (tabell 1) och nio block av det icke-sociala tillståndet för anslutande prickar skapades (varaktighet = 40 s vardera); En viloperiod på 20 s mellan vart och ett av blocken; tre olika sekvenser (tabell 2) för att utföra uppgifterna (för att undvika att ett villkor utförs mer än två gånger i rad). Den experimentella uppgiftens varaktighet var cirka 18 min.
  2. Paradigm programmering programvara
    1. Använd en programvara för att hjälpa till att skapa och organisera paradigmblock och signalera till deltagarna när de ska starta en ny uppgift.
      OBS: NIRStim-programvaran (se materialförteckningen) användes i detta fall. Skapa blocksekvenserna och programmera deras distribution över tiden under experimentet.
    2. Definiera händelser med visuellt (text och bilder) eller auditivt innehåll för att indikera för deltagarna när varje uppgift ska påbörjas. På fliken Händelser klickar du på knappen Lägg till händelse. Namnge händelsen i Händelsenamn, välj händelsetyp i Stim Type och definiera en färg som representerar händelsen i en presentationsöversikt på Color-ID. Skapa markörer som ska skickas till förvärvsprogramvaran i början av dessa uppgifter på Händelsemarkör.
    3. Bestäm uppgiftens körningsordning och antalet repetitioner för var och en av dem på fliken Försök . Sätt också in viloperioder. Bestäm varaktigheten för båda. Randomisering eller inte randomisering av studierna är möjlig genom att välja På / Av vid randomiseringspresentation; spara inställningarna på Knappen Spara .
    4. Under experimentkörningen visar du alla stimuli som programmerats i ett svart fönster (för att förhindra deltagarnas distraktion) genom att trycka på Kör.

Tabell 1: Villkor för samarbetsritning. S1 = Ämne 1, S2 = Ämne 2, S3 = Ämne 3 och S4 = Ämne 4. Ritningsdyader representerar vem som ritar vem, och ritningsremsan representerar skrivpapperets position för ritning i varje villkor. Använd till exempel ett blått pappersark för det första blocket. C1, C2 och C3 representerar 40 s av paradigmet att rita sociala förhållanden som kompletterar ett porträtt. C1 (rita pannområdet, rita dyader: S2 och S4; S1 och S3), C2 (rita näsområdet, rita dyader: S1 och S4; S2 och S3) och C3 (ritning av hakområdet, ritning av dyader: S3 och S4; S1 och S2). Följ diagrammet för block 2 och 3. Denna randomisering upprätthåller ritningsordningen bland volontärer (ritar frontpartnern, sedan frontsidespartnern och slutligen partnern som sitter bredvid dem) och ändrar ordningen på arkremsorna som ska ritas. Klicka här för att ladda ner den här tabellen.

Tabell 2: Sekvens 1-uppgift randomisering (social, icke-social och vila). Klicka här för att ladda ner den här tabellen.

3. Videoinstallation och datainsamling

  1. Kameror och videoinspelning
    1. Välj en kommersiellt tillgänglig scenkamera (360°, se Materialförteckning). Placera det på bordet så att alla deltagares ögon- och huvudrörelser kan uppfattas samtidigt.
    2. Rengör och kontrollera minneskortet och batteriet. Kontrollera bildens ljusstyrka. Testa dessa objekt innan deltagarna befinner sig.
    3. Kontrollera om det finns eventuella störningar på fNIRS-mottagningen. Om så är fallet, öka utrymmet mellan utrustningen och dess mottagare.
    4. Utrustningsmottagaren måste vara oberoende av fNIRS-datamottagaren. Tänk på en anteckningsbok eller en surfplatta som ligger så långt som möjligt från bordsinställningen.
    5. Starta utrustningen, kontrollera gränssnittet och ställ in inspelningsläget före fNIRS-kalibrering.
    6. Tänk på en eller två intilliggande eller stödjande kameror som kan placeras efter båda kanterna på bordet.
  2. Video analys
    1. För värdefulla statistiska resultat, välj en synkroniserad vy/analysprogramvara eller plattform som tillåter transkription och kodning av flera videoinnehåll samtidigt, som INTERACT (se Materialförteckning).
    2. Ställ in parametrar som gör det möjligt att söka efter mönster /sekvenser för att förfina observationsdata till forskningsfrågorna, t.ex. individuella blickbeteendemått, huvud- och ögonrörelse, handrörelse, ansiktsuttryck och samtalsbeteende.
    3. Om man planerar att registrera fysiologiska mått, överväg en programvara (se Materialförteckning) som möjliggör integration av uppmätta data från andra förvärvssystem.
    4. I analysprocessen bör du inte bara överväga händelsernas varaktighet utan också sekvensen, deras position i tid och hur de relaterar till varandra.
  3. Extrahering av data
    1. Börja med att ladda ner videon från alla kameror (MP4-format). Ladda dem i INTERACT. Segmentera videodata för kodning och vidare analys. För datautvinning, markera videosektionerna manuellt och ge dem koder.
      OBS: Syftet med segmentering och kodning är att tillhandahålla datakategorier så att forskaren kan markera och analysera olika målbeteenden.
    2. Segmentering
      1. Genom att trycka på Kodinställningar skapar du en första nivå genom att dela upp blocksektionerna i sociala och icke-sociala förhållanden och viloperiod. Skapa en andra nivå genom att dela deltagarnas beteendedata tillsammans med sociala förhållanden (ansiktsteckning). Justera dem med hjälp av tidslinjen för ljudutlösaren. Markera manuellt början och slutet av varje villkor. Definiera kodningsschemat enligt riktlinjerna (steg 3.3.2.2-3.3.2.6.).
      2. Se till att kodningsschemat spårar beteendekoder (varaktighet och kvantitet) för varje ansiktsritningsavsnitt (socialt tillstånd) från alla deltagare individuellt.
      3. Kod för objektrelaterad uppmärksamhet-deltagares blick mot ritningspartnern.
        OBS: Blickbeteende har en dubbel funktion: samla in information från andra (kodning), samt kommunicera med andra (signalering)39,40.
      4. Kod för ömsesidig blick (när båda parter som ritar varandra delar visuell kontakt).
        OBS: Nya studier avslöjade ökad aktivitet i den främre rostrala mediala prefrontala cortexen (arMPFC) och dess koppling till den underlägsna frontala gyrusen (IFG) när partners etablerade ömsesidig blick41.
      5. Kod för associerade beteenden under blickbeteende (singel eller ömsesidig) som leende, direkttal, ansiktsuttryck och skratt, vilket indikerar högre uppmärksamhet på ritningspartnern (kompletterande figur 1).
      6. Transkribera och dela upp gruppdeltagarnas blickbeteendedata i kategorier. Skapa interaktionskoder för varje deltagare genom att märka dem. Gör målbeteendet och taggnumret tydligt när du kodar.
    3. Kodning och analyser
      OBS: En av forskarna måste utföra beteendekodningsuppgiften och analysen, eftersom de lätt kan identifieras i videon. Observera följande:
      1. Extraktionen av informationen måste ske manuellt; Markera på tidslinjen för varje tillstånd de observerade beteendena enligt kodningsschemat. Markera varaktigheten för varje beteende. Gör detta för varje deltagare separat.
      2. Korsreferera deltagarnas tidslinjer för att leta efter delade beteenden. Gå tillbaka till videoobservationen för att analysera kvaliteten på delningen (kompletterande figur 2).
      3. Använd exportnyckeln och exportera rådata som en textfil eller tabellfil så att data kan sorteras längs tidslinjen, markeras, räknas och tabellföras.
        OBS: I detta protokoll användes inte den sekventiella analysfunktionen på grund av det lilla antalet kodade händelsesekvenser42.
  4. Rita mätvärden
    OBS: Detta protokoll använder ritningsmått för att studera möjliga korrelationer mellan deltagarnas blickbeteende och de tillämpade psykologiska testerna. Följande kriterier bestämdes:
    1. Linjekvantitet: Räkna manuellt antalet ritlinjer som gjorts av varje deltagare i varje ansiktsritningsavsnitt.
    2. Linjekontinuitet: Dela upp kategorier av långa och korta ritade linjer. Räkna deltagarnas långa och korta ritade linjer manuellt.
      OBS: Observationsritning är resultatet av direkt observation av ett valt verkligt objekt. Vissa nyligen genomförda studier fann en korrelation mellan linjelängd och spårnings- eller ritningsuppgifter. Att spåra aktivitetsrader tenderar att vara längre än att rita aktivitetslinjer43. Detta protokoll associerar spårning med memorerade bilder som individen har gjort stabila och bär som ritreferenser i sitt symboliska system18.
    3. Ritmönster: Relatera till enskilda ritmönster18 (figur 3).
      OBS: Detta protokoll tar hänsyn till en binär klassificering för ritningsmönster: 0, när deltagaren är i observationsritningsläge (dvs. när deltagaren observerar sitt ritobjekt och kopierar vad han / hon ser); och 1, när ritningen återspeglar interna stabila memorerade bilder (när det finns ett mönster av upprepande former som ögon, mun och hår under ritningsförhållandena).
    4. Observera detaljer, inklusive att räkna ritade detaljer under experimentet (exempel.g., rynkor, fläckar, ögonform och ögonbrynsstorlek, bland andra).
      OBS: Ritade detaljer kan indikera större uppmärksamhet åt föremålet för ritning.
  5. Psykologiska tester
    1. Screena för symtom på ångest och depression, uppmärksamhetsunderskott / hyperaktivitetsstörning och sociala färdigheter när du utför gruppstudier. Använd gratis eller kommersiellt tillgängliga vågar.
      OBS: Detta protokoll föreslår att du använder följande: Hospital Anxiety and Depression Scale44; Social Skills Inventory45 (en inventering som utvärderar individens sociala kompetensrepertoar); och Adult Self-Report Scale (ASRS-18) för bedömning av attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) hos vuxna46.

Figure 3
Figur 3: Exempel på enskilda ritningsmönster. Klicka här för att se en större version av denna figur.

4. fNIRS-installation och datainsamling

  1. Hårdvara för datainsamling
    1. Se till att använda anskaffningsmaskinvara för fNIRS-registreringarna. Inspelningarna måste utföras av en kombination av system som kan läsas i samma inspelningsprogram, totalt 16 kanaler.
      OBS: Datainsamlingen utfördes med hjälp av två kontinuerliga vågsystem (NIRSport, se materialförteckning) för denna studie. Varje utrustning har åtta LED-belysningskällor som avger två våglängder av nära infrarött ljus (760 nm och 850 nm) och åtta optiska detektorer (7.91 Hz).
  2. fNIRS optodkanalkonfiguration
    1. Använd NIRSite-verktyget för att lokalisera optoderna över PFC-regionerna (se Materialförteckning). Konfigurera fördelningen av optoder på locken på ett sätt så att kanalerna är placerade ovanför de intressanta regionerna på alla deltagares huvuden.
    2. Dela optoderna mellan de fyra deltagarna för samtidig insamling av signaler.
      OBS: Kepsarna måste ha en konfiguration baserad på det internationella 10-20-systemet, och de anatomiska intresseområdena inkluderar den mest främre delen av den bilaterala prefrontala cortexen. För detta protokoll styrdes optodplaceringen av fNIRS Optodes Location Decider (fOLD) verktygslåda47. ICBM 152-huvudmodellen (se materialtabell) paketering genererade montaget. Rekryteringen av prefrontal cortexregionen i sociala interaktionsuppgifter har förklarats som en korrelat av beteendekontrollprocesser, inklusive självreglering48. Figur 4 representerar källornas och detektorernas position.
  3. Förhindra artefakter
    1. Ta bort distraktorer från rummet där spelet kommer att äga rum.
    2. Råda volontärerna att flytta endast vid behov.
    3. Under experimentet kopplar du bort NIRSport-förstärkaren och den bärbara datorn från det elektriska nätverket.
    4. Stäng av all annan utrustning som fungerar nära det infraröda spektrumet, till exempel luftkonditioneringsutrustning. Stäng av elektriska apparater som finns i miljön.
  4. Ställa in fNIRS-apparaten
    1. Mät tidigare hjärnomkretsarna för de fyra deltagarna enligt följande: mät avstånden mellan nasion och inion runt huvudet för att bestämma varje deltagares kepsstorlek. Använd alltid ett lock av mindre storlek i förhållande till huvudets omkrets för att ge mer stabilitet till optoderna.
    2. På förvärvsdagen, instruera deltagarna att sitta på pallen och förklara sedan den förväntade processen att placera locket på huvudet.
    3. Montera källorna och detektorerna på locket enligt de förutbestämda inställningarna. Som en fråga om organisation, följ mönstret att använda optoderna 1 till 4 på ämne 1, från 5 till 8 på ämne 2, från 9 till 12 om ämne 3 och från 13 till 16 om ämne 4.
    4. Sätt kepsarna på deltagarnas huvuden och placera dem så att den centrala mittlinjen (Cz) är högst upp på huvudet. För att kontrollera om Cz är i det centrala läget, intyga att det ligger på halva avståndet mellan nasion och inion.
      1. Mät också avståndet mellan vänster och höger öra (Crus of Helix) ovanför toppen av huvudet och position Cz.
    5. Använd overcaps för att förhindra att omgivande ljus stör datainsamlingen.
    6. Anslut optodernas ledningar till förstärkarna. Som en fråga om organisation, följ mönstret att ansluta optoderna 1 till 8 till NIRSport 1 och optoderna 9 till 16 till NIRSport2.
    7. Anslut både NIRSport 1 och 2 till datorn via en USB-kabel.
  5. Programvara för datainsamling
    1. När du har konfigurerat utrustningen aktiverar du en programvara för att hämta fNIRS-data. I denna studie användes programvaran NIRStar (se materialförteckning). På NIRStar, utför följande steg:
      1. Klicka på Konfigurera hårdvara i menyraden. Välj alternativet Tandemläge på fliken Maskinvaruspecifikation så att hyperskanningen kan utföras.
      2. På fliken Konfigurera maskinvara väljer du ett montage bland de fördefinierade vanliga montagen eller bland de anpassade och kontrollerar inställningarna i Kanalinställningar och Topo-layout.
      3. Utför en automatisk kalibrering genom att klicka på Kalibrera på bildskärmspanelen. Signalkvalitetsindikatorn möjliggör verifiering av integriteten hos de mottagna uppgifterna. Bedöm om kvaliteten på uppgifterna är tillräcklig för att starta förvärvet. det vill säga se om kanalerna signaleras som gröna eller gula.
        OBS: Om de riktade kanalerna representeras i rött eller vitt, ta bort dem från locket, kontrollera att det inte finns något hår som hindrar ljuset från att nå huvudet och rengör optoderna med en trasa eller handduk. Anslut dem igen till locket och upprepa kalibreringen.
      4. När du är redo att starta proceduren kan du förhandsgranska hur signalerna tas emot genom att klicka på Förhandsgranska. Börja sedan spela in signalerna på Spela in.
      5. Öppna NIRStim, blockprogrammeringsprogrammet (se Materialförteckning) och starta presentationen av de programmerade blocken. Markörerna måste registreras automatiskt och deras märkning måste ses på fNIRS-datainsamlingsprogramvaran.
      6. Efter avslutad procedur, stoppa inspelningen genom att klicka på Stopp, stäng programvaran och kontrollera om filen är sparad i den valda katalogen.
  6. fNIRS-dataanalys
    1. Förbehandla signalerna med hjälp av NIRSLAB-programvara49 (se materialförteckning). Följ stegen nedan:
      1. Applicera ett tidsfilter för bandpass (0,01-0,2 Hz) på råintensitetsdata för att ta bort hjärt- och andningsfrekvenser samt mycket lågfrekventa svängningar.
      2. För signalkvalitetskontroll, bestäm uteslutningskriterier för varje kanalförstärkning över åtta och variationskoefficient över 7,5%.
      3. Beräkna ändringarna i HbO2 och HHb genom att tillämpa den modifierade Beer-Lambert-lagen med hela tidsserien som baslinje.
        OBS: I denna studie segmenterades HbO2- och HHb-tidsserier i block (sociala och icke-sociala) och exporterades som textfiler för efterföljande analys i R-plattformen8 för statistisk databehandling (se Materialförteckning).
      4. Analysera separat de sociala och kontrollförhållandena. Konstruera en korrelationsmatris för vart och ett av de nio blocken i varje villkor så att dess element motsvarar korrelationen (Spearman) mellan varje par ämnen i den utvärderade kanalen. För den statistiska signifikansen av korrelationerna mellan individer över uppgiften, använd t-test8 för ett medelvärde med ett prov, med tanke på en signifikansnivå på 5%.

Figure 4
Figur 4: Fördelning av optoder på ämne 1-locket. Bokstäverna S och D representerar källorna respektive detektorerna. S1 på AF7-koordinat för 10-20-systemet; S2 på AF3; S3 på AF8; S4 på AF4; D1 på Fp1; D2 på F5; D3 på Fp2; och D4 på F6. Kanalerna placeras i följande konfiguration: kanal 1 mellan S1-D1; 2 mellan S1-D2; 3 mellan S2-D1; 4 mellan S2-D2; 5 mellan S3-D3; 6 mellan S3-D4; 7 mellan S4-D3; och 8 mellan S4-FD4. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Protokollet tillämpades på en kvartett bestående av unga kvinnor (24-27 år), alla studenter på forskarutbildning (Hospital Israelita Albert Einstein, São Paulo, Brasilien), med magister- eller doktorandutbildning. Alla deltagare var högerhänta och endast en rapporterade att de hade tidigare riterfarenhet. Inga deltagare hade en rapporterad historia av neurologiska störningar.

För skalorna och de psykologiska testresultaten visade två deltagare (2 och 4) höga poäng för ångest (17 och 15 mot referensvärdet 9)44 och brytpunkten för depression (9)44. Alla deltagares skalresultat för uppmärksamhet och hyperaktivitet visade poäng under brytvärdena

Deltagarnas sociala kompetensrepertoar mättes också. Ämnen 2, 3 och 4 fick poäng högre än 70% (välutvecklad repertoar av sociala färdigheter). Ämne 1 presenterade en poäng på 25% (relaterad till ett underskott i sociala färdigheter). Detta test analyserar också specifika sociala färdigheter som F1, hantering och självhävdelse med risk; F2, självhävdelse när det gäller att uttrycka positiva känslor; F3, konversation och social uppfinningsrikedom; F4, självexponering för främlingar och nya situationer; och F5, självkontroll och aggressivitet. För dessa faktorer visade alla deltagare låga poäng för F1, F2 och F3 (1% till 3%) och höga poäng för F4 (20% till 65%) och F5 (65% till 100%).

De preliminära resultaten av fNIR (figur 5) visade typisk hjärnaktivering för försökspersoner 1, 2 och 3 i både sociala och icke-sociala ritningsförhållanden i båda kanalerna i vänster och höger halvklot; aktiveringsmönstren var dock distinkta. Deltagare 4, å andra sidan, visade atypisk hjärnaktivering.

Figure 5
Figur 5: Resultat av gruppgenomsnittet för fNIRS-data . (A) Blockgenomsnitt för fNIRS-signaler över ämne 1. Kanaler på vänster och höger sida visas separat i x-axlar för båda villkoren (sociala och icke-sociala). (B) Blockmedelvärde för fNIRS-signaler över ämne 2. Kanaler på vänster och höger sida visas separat i x-axlar för båda villkoren (sociala och icke-sociala). (C) Blockmedelvärde för fNIRS-signaler över ämne 3. Kanaler på vänster och höger sida visas separat i x-axlar för båda villkoren (sociala och icke-sociala). (D) Blockmedelvärde för fNIRS-signaler över ämne 4. Kanaler på vänster och höger sida visas separat i x-axlar för båda villkoren (sociala och icke-sociala). Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Oxyhemoglobinsignalen (figur 6) synkroniserades signifikant mellan försökspersoner endast under den sista delen av uppgiften för båda förhållandena, sociala och kontroll (Figur 6: mediankorrelation på 0,14; t-värde = 1,77 och p-värde = 0,046) och i samarbetsritningstillståndet (mediankorrelation på 0,12; t-värde = 2,39 och p-värde = 0,028).

Figure 6
Figur 6: Boxplot av försökspersonernas hjärna (oxihemoglobin) korrelationer under hela experimentet. Varje ruta innehåller en vågrät linje (som anger medianen). Den övre kanten representerar den 75:e percentilen och den nedre kanten den 25:e percentilen. För felstaplar baseras boxplot på 1,5 IQR-värdet, ovanför den tredje kvartilen och under Q1, den nedre kvartilen. Asterisken (*) indikerar en statistiskt signifikant skillnad från noll. Del 1 motsvarar den första tredjedelen av experimentblocket (bestående av C1, C2 och C3 - den första fullständiga kollaborativa designen - varvat med viloperioder och det icke-sociala designvillkoret); Del 2: C4-C6; Del 3: C7-C9. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Videoanalysen visade att deltagarna tittade på varandra medan de ritade partners och ibland delade sina blickar med varandra. Som med mängden total blick observerades en större mängd synkron blick i de positioner där partnern var i frontposition. Från mitten till slutet av experimentet minskade de synkrona blickarna avsevärt, och i C9 inträffade de inte.

När det gäller ritningsanalys rapporterade endast ämne 3 att de hade tidigare riterfarenhet (en 6-årig kurs). Försökspersonerna 1, 2 och 4 hade liknande produktion i kvantitet och kontinuitet av stroke. Deltagare 3 visade ett ritande sätt med korta, icke-kontinuerliga slag och ett större antal totala slag. Alla fyra deltagarna upprätthöll tydligen ett konstant mönster av figurer i sina ritningar (tidigare ritningsmönster), även om motiv 3 och 4 reproducerade ett större antal observerade detaljer. Även när man ritade olika partners fanns det ögon-, mun- och näsritningsmönster som deltagarna upprepade i det sociala tillståndet. För deltagaren med tidigare teckningserfarenhet observerades också tidigare ritmönster (se 3.4.3.) (t.ex. ögonbryn och ögon).

Kompletterande figur 1: Kodgränssnitt och video. Denna siffra representerar videokodifiering, segmentering, tidslinjen för händelser och kodningsschemat. Klicka här för att ladda ner den här filen.

Kompletterande figur 2: Skärningspunkt mellan blick- och rituppgifter. Tillstånd vila: viloperiod på 20 s; Villkorsdragning: experimentets sociala tillstånd (40 s); Villkorsprickar: kontrolltillståndet för anslutande prickar (40 s); Interaktion Blick 1: Ämne 1 ser till ritpartner; Interaktionssamtal 1: Ämne 1 talar; Interaktionskropp 2: Ämne 2 rörliga händer, axlar och huvud i icke-verbal kommunikation. Klicka här för att ladda ner den här filen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denna studie syftade till att skapa ett protokoll med hyperscanning på fyra hjärnor samtidigt under naturalistiska förhållanden. Det experimentella paradigmet använde olika rituppgifter och korrelationen mellan flera resultatmått, ritningsmått, beteenden och hjärnsignaler. De kritiska stegen i detta protokoll är övervägandet av de utmaningar som uppstår på grund av dess höga komplexitet och upprätthållandet av dess ekologiska och naturalistiska förhållanden.

Videoobservation var nyckeln till denna studie. Det möjliggjorde kodning och segmentering av icke-verbala kommunikationsbeteenden på en tidslinje50. Videons kvalitativa analys möjliggjorde observation av blickbeteende i sökandet efter tecken som kan indikera funktionerna för kodning (insamling av information från den andra) och signalering (kommunicera med andra)39,40. Det hjälpte också till att förfina observationsinformationen genom att lyfta fram individuella och gruppmönster13. Enbart kvantitativa mått på blick ger inte en förståelse för blickens kvalitet. Blicken kan representera endast ett automatiskt beteende av upprepning eller tänkande i det kognitiva sättet att jämföra och strukturera18,19. Det lilla antalet händelsesekvenser tillät dock inte denna studie att utföra sekventiell analys och statistisk validering42. Resultaten visade en signifikant minskning av synkrona och asynkrona blickar i de sociala förhållandena från mitten till slutet av experimentet. En av hypoteserna för detta beteende kan vara själva processen med visuell uppfattning och bildandet av symboliska representationer som är inneboende för erkännandet av den andra49,51. Denna hypotes är i linje med teorin om observationsritning ansikte mot ansikte19 och med resultaten av studier som har associerat längre observationstider för ett objekt med svårigheter att bestämma vad och hur man ritar52. En annan möjlig hypotes är förknippad med förvärvet av visuellt minne av objekten som dras under hela experimentuppgiften18,53. I resultaten visade blickbeteendemåtten en minskande kvantitet associerad med ritningspartnerns position. I frontala ritningspositioner var mängden asynkron och synkron blick större än under de förhållanden där partnern var åt sidan. Detta resultat är i linje med studier som tyder på att stimulansplats påverkar visuell uppfattning54. Anpassningen mellan uppmärksamhetsfokus och saccadebeteende verkar föreslå en viss "automatisk" komponent till uppmärksamhetsfokus angående närhet och / eller att rörelsebegränsningen fungerar som en distraktor55. Dessutom har nyligen genomförda studier visat att interaktionsperspektivet kan förändra blickmönster. När deltagarna är engagerade i en uppgift minskar den sociala uppmärksamheten på andra; Detta tyder på att människor i komplexa sociala miljöer tittar mindre på varandra, och informationsinsamling använder inte nödvändigtvis direkt blick25. Skillnader i stroke, teckning och blickbeteende observerades också mellan deltagare som hade och inte hade tidigare teckningserfarenhet. Deltagaren med tidigare teckningserfarenhet visade mycket mindre mönsterrepetition än andra deltagare och ett större antal ritade detaljer. Antalet ritslag var också högre, och denna trend åtföljdes av antalet prickar som följdes i spårningsspelet och antalet direkta blickar till partners. Det lilla antalet deltagare gjorde det dock inte möjligt att utföra den resulterande sekventiella dataanalysen och statistiska valideringen. Teckningsövning innebär ständiga blickförskjutningar mellan figuren och papperet och användningen av visuellt minne56. Tidigare studier tyder på att ritare har lättare att koda visuella former än icke-utövare57. Ändå är resultaten av studien av Miall et al.52 föreslår också att personer med ritningsträning modulerar sin uppfattning till upplevelsen av observation, medan förkunskaper (t.ex. stabila mentala bilder) verkar styra uppfattningen av icke-utövare. Dessa aspekter förtjänar ytterligare studier, särskilt när det gäller underliggande neurala nätverk och skillnader i uppmärksamhetsbehandling och blickbeteende25.

Många utmaningar uppstår genom att utföra hyperscanning på en grupp med fyra personer med fNIRS, särskilt med tanke på ett dynamiskt paradigm; Därför utfördes modifieringar och teknikfelsökning under raffinering av protokollmetoden. Den första utmaningen var målhjärnområdets tillräcklighet med begränsningen av antalet optoder och svårigheten att hantera signalfångstkalibreringen av fNIRS. Detta protokoll förutsåg undersökningen av två hjärnområden, den temporo-parietala korsningen (TPJ) och den mediala prefrontala cortexen (mPFC). Signalfångst av TPJ kasserades på grund av den icke-kontrollerbara svårigheten med densiteten och färgen på deltagarnas hår58 jämfört med antalet kepsar som ska administreras samtidigt. Det fanns också en stor oro för deltagarnas komfort och tillgång till tid. Den andra utmaningen gäller inspelningen av experimentet. Inledningsvis förutsåg protokollet att endast en 360 ° -kamera som ligger i mitten av bordet för experimentet skulle användas. Användningen av hjälpkameror visade sig dock vara nödvändig. En annan svårighet var att ta itu med problem med ritteknik för att skapa ett robust protokoll. De flesta deltagarna representerade kropp och kläder, områden som inte förutsågs i spelets regler, trots den noggranna förklaringen, inklusive exponering för tidigare ritade exempel. Några av deltagarna verbaliserade att de hade svårt att skildra formernas storlek och fortsatte teckningen där den tidigare partnern hade slutat på grund av proportionerna. Denna verbalisering är i linje med resultaten av studier som tyder på att visuell uppfattning minskar effekten av perspektiv, vilket orsakar perceptuella snedvridningar52. Andra ritningsstudier som fokuserar på förhållandet mellan visuell uppfattning och motorkommandon har också föreslagit att snedvridningar på grund av flera faktorer ingriper i blicken / handprocessen20,43. Gowens studieparadigm43 använde till exempel två expertlådor, en kopiering och den andra ritning från minnet. Deras resultat föreslog användningen av olika neurala strategier för varje ritningsteknik. Kopiering verkar bero på jämförelser, visuell feedback och närmare spårning av pennspetsen.

Oro över teknikens begränsningar involverar också experimentets ekologiska tillstånd, liksom användningen av ett samarbetsritningsparadigm. En av dem gäller deltagarnas närhet (på grund av fNIRS-ledningar och stabilitetsproblem) och dess möjliga inblandning i blickåtgärder. Olika blickbeteendemönster kan produceras i sociala sammanhang med påtvingad närhet (t.ex. hisssituationer)59. Ändå observerades synkrona blickar, ansiktsuttryck och leenden framträdde genom hela kvartettsamlingen, och de indikerar möjligen en känsla av engagemang. Dessa resultat överensstämmer med resultat från experiment där "bottom-up" stimuli, som att titta på den andras ansikte, provocerade skapandet av delade representationer bland deltagarna. Icke-verbal kommunikation kan bero på den konceptuella anpassningen som sker under hela interaktionen4. Att använda rittekniker "i sig" är utmanande eftersom de flesta slutar rita i den realistiska fasen (efter 11 eller 12 års ålder). Uppfattningen om att rita som att inte uttrycka verkligheten genererar frustration eller obehag av självbedömning och följaktligen motstånd mot ritningen18. Ansiktsteckning kan vara ännu en faktor för obehag. Trots detta visade sig villkoret för samarbetsritning som gjordes i 40-talssessioner vara effektivt för detta protokoll. På frågan om upplevelsen svarade alla deltagare positivt, skrattade och kommenterade de delade porträtten. Den strukturerade formen för den experimentella uppgiften verkar ha minskat bördan av individuell produktion och underlättat interaktion mellan deltagarna, som i Hass-Cohen et al.19.

Korrelationen mellan signaler eller synkronicitet hos hjärnsignaler inträffade starkast i den sista delen av experimentet för både tillstånd, sociala och icke-sociala. Hypotesen var att de sociala (kollaborativa design) och icke-sociala (anslutande prickarna) förhållanden skulle resultera i distinkta hjärnsignalsynkroniciteter vid olika tidpunkter i tidslinjen. I det icke-sociala tillståndet förväntades synkroniciteten bero på den kognitiva korrespondensen mellan uppgiften som är gemensam för alla deltagare8. Även om de inte interagerade direkt förväntades signalernas synkronicitet inträffa tidigare i tidslinjen för experimentet 8,10,11,12. I det sociala tillståndet, å andra sidan, förväntades synkronicitet inträffa senare på grund av en möjlig social interaktion mellan olika okända individer med olika personliga strategier13,14,16,49.

Även om många faktorer kan bidra till de preliminära resultaten, avser en möjlig tolkning av dem den tid deltagarna behöver för att bli bekanta med varandra och uppgifterna och slutligen skapa en känsla av grupp. Att rita i sig kan generera reaktivitet och ångest genom självbedömning eller känslan av att bli utvärderad18. Tidigare studier har associerat negativa utvärderingar med variation i gruppinterpersonell hjärnsynkronisering (IBS)17. Effekten av närhet mellan deltagare i detta sammanhang är inte heller känd ännu59. Alternativt kan den förtrogenhet som förvärvats individuellt med uppgifterna och med gruppen, om än sent, ha genererat en kognitiv korrespondens av engagemang, som ett "automatiskt" engagemang som inträffade utöver skillnaderna mellan de två föreslagna uppgifterna. 60 Uppgifterna verkar ha fungerat i ett block. Därför kan en längre viloperiod möjligen resultera i olika hjärnsvar genom att säkerställa minskade hjärnsignaler som plockas upp av fNIRS mellan tillstånden. Ett annat resultat som behöver ytterligare uppmärksamhet är det omvända förhållandet mellan mängden synkron och asynkron blick (som minskade under hela den experimentella uppgiften) kontra individuell hjärnaktivitet (som ökade under hela den experimentella uppgiften). En möjlig tolkning för detta resultat kan ligga i den höga kognitiva efterfrågan på den experimentella uppgiften52, men vi kan inte låta bli att överväga de neurobiologiska processerna som är involverade i mänsklig empatisk bindning1.

Detta protokoll har en innovativ karaktär, först genom att tillämpa ritningstekniker som används i konstterapi för att provocera empatiska bindningar mellan deltagarna; för det andra av den social-ekologiska situationens dynamiska karaktär; och tredje genom samtidig mätning av fyra huvuden med hjälp av fNIRS hyperskanningsteknik. Det ritande sociala tillståndet främjade ögonkontakt mellan deltagarna, vilket gjorde det möjligt för protokollet att utforska hur blickbeteende stöder interpersonellt interaktionsbeteende i naturalistiska situationer och de olika personliga strategierna som används för att känna igen andra49. Det är också ett lovande verktyg för att studera om blickbeteende verkligen är förknippat med uppmärksamhetsprocessen18 och engagemang mellan partners61 under samma förhållanden. Att relatera alla dessa frågor, särskilt i ett paradigm som utförs i en grupp under naturalistiska förhållanden, är en utmaning för social neurovetenskap.

Många faktorer kan ha bidragit till dessa preliminära resultat. Alla dessa olika variabler förtjänar ytterligare studier, och användningen av detta protokoll kan ge viktiga ledtrådar för att bättre förstå gruppsociala relationer i ett naturalistiskt sammanhang.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Paulo Rodrigo Bazán har tillhandahållit frilansande vetenskaplig rådgivning till NIRx Medizintechnik GmbH och till Brain Support Corporation, som är en distributör av NIRx Medizintechnik GmbH. De andra författarna förklarar att det inte finns några intressekonflikter med avseende på författarskapet eller publiceringen av denna artikel.

Acknowledgments

Författarna tackar Instituto do Cérebro (InCe-IIEP) och Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) för detta studiestöd. Särskilt tack till José Belém de Oliveira Neto för den engelska korrekturläsningen av denna artikel.

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

Neurovetenskap utgåva 186
Gruppsynkronisering under samarbetsritning med funktionell nära-infraröd 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