التحليل الطيفي الوظيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة لتسجيل نشاط الدماغ أثناء التفاعلات الاجتماعية

الملخص

المصدر: Reindl, V., {{{}}{. إجراء تجارب المسح الفائق باستخدام التحليل الطيفي الوظيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة. J. Vis. Exp. (2019)

يوضح هذا الفيديو استخدام التحليل الطيفي الوظيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة (fNIRS) لقياس نشاط الدماغ أثناء التفاعلات الاجتماعية. ينخرط المشاركون في مهمة منسقة تزيد من النشاط في قشرة الفص الجبهي ، وهي منطقة حاسمة للسلوك الاجتماعي ، بينما يكتشف النظام التغيرات في امتصاص الضوء بسبب أكسجة الدم. من خلال تحليل تزامن نشاط الدماغ بين المشاركين ، تقيم الدراسة الديناميكيات العصبية الكامنة وراء التفاعل الاجتماعي.

البروتوكول

تم تنفيذ جميع الإجراءات التي تشمل المشاركين البشريين وفقا للمبادئ التوجيهية المؤسسية والوطنية والدولية لرعاية الإنسان وتم مراجعتها من قبل مجلس المراجعة المؤسسية المحلية.

1. التحضير قبل وصول المشارك

1. إعداد قبعات NIRS.
   1. اختر أحجام الأغطية بنفس الحجم أو أكبر قليلا من محيط رأس المشارك.
   2. قم بقطع 15 ثقبا بقطر 15 مم تقريبا لكل منها ، مرتبة في شبكة أفقية 3 × 5 ، في منطقة الجبهة لكل من أغطية مخطط كهربية الدماغ الخام (EEG). تأكد من أن الثقوب متباعدة بمقدار 30 مم عن بعضها البعض في أي اتجاه ، وأن العمود الأوسط من الثقوب يقع في وسط الجبهة ، أي فوق الأنف ، وأن الصف السفلي يقع فوق الحاجبين.
   3. من أجل جعل الأغطية أكثر راحة وتقليل علامات الضغط ، قم بإرفاق مادة رغوية ناعمة (على سبيل المثال ، شريط ختم النافذة اللاصق أو مادة مطاطية رغوية مسطحة مماثلة) بالجانب الداخلي لشبكة الحامل بين مآخذ المسبار وعند الحواف. استخدم شريطا لاصقا مزدوج الوجه أو خيط خياطة إذا لزم الأمر.
   4. قم بتركيب شبكة حامل مسبار فارغة مقاس 3 × 5 على كل من أغطية EEG المعدلة بحيث يتم وضع شبكة الحامل نفسها داخل الغطاء وتلتصق مآخذ الحامل في الثقوب.
      ملاحظة : يحتوي نظام قياس NIRS على مجموعتين منفصلتين من المجسات ، واستخدم مجموعة مسبار واحدة لكل مشارك.
   5. أدخل المجسات برفق في مآخذ الحامل المناسبة على الشبكات بحيث يتم تثبيت التلال الأولى فقط لكل مسبار في المقبس ، مما ينتج عنه صوت نقر واحد.
   6. افتح نافذة شاشة مجموعة المسبار في نظام قياس NIRS وحدد مجموعتين من المجسات مرتبة في شبكة 3 × 5 لكل منهما ، واحدة للطفل المشارك وواحدة للبالغين. تأكد من أن ترتيبات المسبار للسحرين تتوافق مع الترتيبات الموجودة في نافذة مجموعة المسبار ( أي { نفس موقع أرقام مسبار الباعث والمستقبل المعنية).
2. جهز التجربة.
   1. ابدأ نظام قياس NIRS بتشغيل ثنائيات الليزر لمدة 30 دقيقة قبل القياس ، بحيث يصل النظام إلى درجة حرارة تشغيل ثابتة.
   2. قم بتعيين جميع الخيارات اللازمة في نظام قياس NIRS. تأكد من ضبط الجهاز على القياس المرتبط بالحدث وأن الإدخال التسلسلي RS232، الضروري لتلقي المشغلات من النموذج التجريبي، نشط.
      ملاحظة: التجربة عبارة عن نسخة معدلة من نموذج ابتكره Cui et al. ، مبرمجة في امتدادات Psychophysical Toolbox غير التجارية ، الإصدار 3.0.11.
   3. قم بإعداد النموذج التجريبي عن طريق بدء تشغيل برنامج الحوسبة التقنية الذي يعمل كأساس لملحقات Psychophysical Toolbox وتعيين الدليل الحالي على المجلد الذي تم حفظ النموذج فيه.
   4. ضع مساحتين للذقن أمام شاشة الكمبيوتر لمنع حركات الرأس أثناء التجربة.

2. وصول المشارك إلى المختبر

1. إعداد المشاركين.
   1. عرض وشرح الإعداد التجريبي بما في ذلك نظام قياس NIRS للمشاركين. تأكد دائما من أن المشاركين لا ينظرون مباشرة إلى شعاع الليزر لنظام قياس NIRS لأن هذا قد يكون ضارا للعين.
   2. اجلس المشاركين بجانب بعضهم البعض أمام شاشة الكمبيوتر. اضبط ارتفاع مساند الذقن بحيث يجلس كلا المشاركين بشكل مريح.
   3. إرشاد المشاركين وإدارة التجارب التدريبية لكل من اللعبة التعاونية والتنافسية. أعط تعليمات إضافية أثناء التجارب التدريبية إذا لزم الأمر.
   4. قم بقياس ووضع علامة على نقطة Fpz وفقا لنظام 10-20 ، وهي 10٪ من المسافة بين nasion و inion ، على رأس كل مشارك.
   5. ضع الأغطية مع المجسات بعناية على رؤوس المشاركين ، مع إيقاف تشغيل الليزر. ضع الجزء الأمامي من الغطاء ، بما في ذلك شبكة المسبار ، على جبهة المشارك أولا ثم اسحب الجزء الخلفي من الغطاء باتجاه الرقبة. تأكد من وضع المسبار الأوسط للصف السفلي على Fpz وأن عمود المسبار الأوسط محاذاة على طول المنحنى المرجعي السهمي.
   6. ضع خيوط الألياف على ذراع الحامل المتصل بنظام قياس NIRS بحيث تتدلى بشكل فضفاض دون ملامسة المشارك أو الكرسي وألا تسحب الأغطية. استخدم حاملا إضافيا ( على سبيل المثال .، حامل ميكروفون معدل أو ما شابه) للمشارك الثاني إذا لزم الأمر.
   7. ادفع كل مسبار إلى مقوفه حتى يظهر الأنف الأبيض الصغير في وسط الجزء العلوي من غلاف المسبار.
      ملاحظة: يتم دفع الأنف لأعلى بواسطة آلية زنبركية لولبية بمجرد أن يلمس طرف المسبار فروة رأس المشارك.
   8. قم بتشغيل الليزر مرة أخرى واختبر جودة الإشارة بالنقر فوق الزر Auto Gain في نافذة شاشة مجموعة المسبار لنظام قياس NIRS.
   9. إذا لم يكن لدى القناة إشارة كافية ( أي إذا تم تمييزها باللون الأصفر) ، ضع الشعر برفق أسفل طرف المسبار المحيط جانبا. إذا لزم الأمر ، ادفع المجسات إلى مآخذها ولكن تأكد من راحة المشارك. تحقق مما إذا كانت جودة الإشارة قد تحسنت ( أي تم تمييز القناة الآن باللون الأخضر) بالنقر فوق الزر Auto Gain مرة أخرى.
   10. إذا كانت الخطوة 2.1.9. لا يؤدي إلى تحسين الإشارة ، اضبط شدة الإشارة. إذا كان هناك الكثير من الإشارة ( أي { إذا تم تمييز القناة باللون الأحمر) ، فقم بتغيير شدة الإشارة إلى شدة إشارة منخفضة عن طريق النقر بشكل متكرر على رمز المسبار المعني في نافذة مراقبة مجموعة المسبار لنظام قياس NIRS. إذا لم تكن هناك إشارة كافية ( أي إذا كانت القناة مميزة باللون الأصفر) ، فقم بتغيير شدة الإشارة إلى شدة إشارة عالية ، مرة أخرى عن طريق النقر بشكل متكرر على رمز المسبار المعني.
2. قم بتشغيل التجربة
   1. عندما لا تكون هناك أسئلة بعد تجارب التدريب وضمان جودة إشارة جيدة ، ابدأ النموذج التجريبي.
   2. ضع منشفة على أيدي المشاركين حتى يتمكنوا من رؤية حركات يد شريكهم في اللعبة.
   3. بعد التجربة ، احفظ البيانات وقم بتصدير بيانات شدة الضوء الخام كملف نصي بالنقر فوق الزر "إخراج ملف النصي". لا تقم بتطبيق أي مرشحات في نظام قياس NIRS.
   4. نظف جميع المواد الضرورية (المجسات ، حاملات المسبار ، مساند الذقن) بالإيثانول. اغسل الأغطية في دورة لطيفة بمنظف معتدل.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
نظام قياس NIRS مع مجموعات مسبار وشبكات حامل مسبار	شركة هيتاشي الطبية ، طوكيو ، اليابان	نظام التضاريس البصرية ETG-4000	يتطلب بروتوكول الدراسة الحالي مجموعة مسبار ثانية اختيارية للبالغين ل 52 قناة قياس إجمالا بالإضافة إلى شبكتين لحامل المسبار 3x5.
أغطية مخطط كهربية الدماغ الخام	EASYCAP GmbH, Herrsching, Germany	C-SCMS-56; C-SCMS-58	يجب تزويد الأغطية بثقوب لمجسات NIRS من قبل المجري. اختر حجم الغطاء بنفس الحجم أو أكبر قليلا من محيط رأس المشارك.
برامج الحوسبة التقنية	The MathWorks, Inc., Natick, MA	MATLAB R2014a (أو الإصدارات الأحدث)	بمثابة قاعدة لامتدادات Psychophysical Toolbox (عرض التحفيز) ، SPM لصندوق أدوات fNIRS (تحليل بيانات fNIRS) ، و ASToolbox (حساب WTC).