本方案描述了如何开展功能性近红外光谱（fNIRS）超扫描实验并分析脑-脑同步性，同时讨论了相关挑战及可能的解决方案。
本文内容
摘要
摘要
对两个或多个互动个体进行同步脑部记录（称为超扫描）的方法，正日益增进我们对社会互动乃至人际关系的神经生物学基础的理解。功能性近红外光谱技术（fNIRS）非常适合开展超扫描实验，因为它能够以高采样率测量局部血流动力学变化，更重要的是，它可在自然环境中应用，无需严格限制受试者的运动。本文介绍了一种针对亲子二元组合开展fNIRS超扫描实验并分析脑间同步性的实验方案。此外，我们还讨论了实验设计、fNIRS通道的空间配准、生理因素影响以及数据分析方法等方面的关键问题与未来发展方向。所描述的实验方案并不局限于亲子组合，也可应用于其他多种二元关系组合，例如陌生成人、恋爱伴侣或兄弟姐妹。总之，fNIRS超扫描有望为持续社会互动的动态过程提供新的见解，这些见解可能超越仅通过研究个体大脑活动所能获得的认识。
引言
近年来，神经科学家开始通过同时记录两人或多人的大脑活动来研究社会互动，这种方法被称为超扫描1该技术为阐明这些相互作用背后的神经生物学机制开辟了新的机遇。要充分理解社会互动，仅孤立地研究单个大脑可能并不足够，而应研究互动个体大脑之间的协同活动。2. 采用不同的神经影像技术，超扫描研究已表明，互动个体或群体的大脑活动会出现同步化， 例如，同时协调他们的行动3，制作音乐4，交流5，参与课堂活动6 或合作7.
本文介绍了一种使用功能性近红外光谱成像（fNIRS）进行同步记录的实验方案。与功能性磁共振成像（fMRI）类似，fNIRS通过检测脑活动引起的血流动力学反应来进行测量。基于近红外光在组织中扩散透射的光量，可计算出氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白（oxy-Hb 和 deoxy-Hb）的变化8。fNIRS非常适合开展超扫描（hyperscanning）实验，尤其适用于儿童，因为它可在比fMRI更少限制、更自然的环境中应用。此外，与fMRI和脑电图（EEG）相比，fNIRS对运动伪影的敏感性更低....
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方案
在参与之前，所有家长/儿童均提供了知情同意/同意书。本研究经亚琛工业大学医学院伦理委员会批准。
1. 参试者到达前的准备工作
- 准备近红外光谱（NIRS）帽。
- 选择帽罩尺寸时，应与受试者的头围相同或略大。
- 在2个未经处理的EEG帽的前额区域，分别切割出15个直径约为15 mm的孔洞，排列成水平方向的3×5网格（参见 材料表）。确保各孔之间的间距在任何方向上均为30 mm，中间一列孔位于前额正中央。 即， 鼻梁上方，且底排位于眉毛上方。
- 为使帽具更舒适并尽量减少压痕，可在 holder grid 内侧的探针插座之间及边缘处粘贴软质泡沫材料（例如，粘性窗户密封胶带或类似的扁平泡沫橡胶材料）。必要时可使用双面胶带或缝纫线固定。
- 安装一个空的 3x5 探针支架网格（参见 材料表将 holder 网格本身置于改装后的 EEG 帽内侧，使 holder 插座插入帽上的孔洞中。
注意：近红外光谱测量系统（参见 材料表有两个独立探针组时，每位参与者使用一个探针组。 - 轻轻地将探针插入网格上相应的支架插孔中，使每个探针仅第一个凸缘插入插孔内，插入时会发出一声咔嗒声。
- 在近红外光谱测量系统中打开探头组监控窗口，....
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结果
合作条件下一对亲子组合的代表性数据如图所示 图1协作任务包含三个30秒的休息阶段和两个任务阶段，每个任务阶段包含20次试验，按交替顺序呈现。在每次试验中，参与者需尽可能同时对信号作出反应，以获得一分。11.
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讨论
在本实验方案中，我们展示了如何开展功能性近红外光谱（fNIRS）超扫描实验，以及一种分析脑-脑同步性的可行方法，即同时测量两名受试者前额脑区氧合血红蛋白（oxy-Hb）和脱氧血红蛋白（deoxy-Hb）浓度的变化。fNIRS超扫描技术相对易于实施：仅需一台NIRS设备，通过将光学探头分置于两名受试者之间，即可同时测量两人的脑活动，因此无需对多个设备进行同步1。此外，由于fNIRS不要求严格的运动限制，因此非常适合在自然环境中以及儿童群体中开展超扫描实验。下文将重点讨论设计、分析和解释（fNIRS）超扫描实验时的一些关键问题，并探讨所面临的挑战及可能的解决方案。
实验设计。 超扫描研究中的一个重要问题是实验设计。两名彼此独立完成相同实验任务的参与者可能会表现出相似的大脑活动，这些活动可能被检测为脑间同步性26。为了区分由实验任务引起的脑间同步性与由社会互动引起的脑间同步性，需要设置适当的实验控制条件。一方面，合作与竞争任务非常适合作为对照，因为它们仅在合作.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作由德国联邦州及政府卓越计划（ERS 种子基金，OPSF449）资助。日立近红外光谱系统得到了德国研究基金会 DFG（INST 948/18-1 FUGG）的资金支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 带有探头组和探头固定架网格的近红外光谱测量系统 | Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Japan | ETG-4000 Optical Topography System | 本研究方案需要一个可选的成人探头组，以实现总共52个通道的测量，以及两个3×5探头固定架网格。 |
| 原始EEG帽 | EASYCAP GmbH, Herrsching, Germany | C-SCMS-56; C-SCMS-58 | 实验人员需在EEG帽上为NIRS探头预留孔位。应选择与受试者头围相同或略大的帽型。 |
| 技术计算软件 | The MathWorks, Inc., Natick, MA | MATLAB R2014a（或更高版本） | 作为Psychophysics Toolbox扩展程序（刺激呈现）、SPM for fNIRS工具箱 （fNIRS数据分析）和ASToolbox（WTC计算）的基础平台。 |
参考文献
- Babiloni, F., Astolfi, L. Social neuroscience and hyperscanning techniques: past, present and future. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 44, 76-93 (2014).
- Hari, R., Henriksson, L., Malinen, S., Parkkonen, L. Centrality of social interaction in human brain func....
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