使用功能近红外光谱的协作绘图期间的组同步

Summary

该协议结合了功能性近红外光谱（fNIRS）和基于视频的观察，以在协作绘图任务期间测量四重奏中的人际同步。

Abstract

功能近红外光谱（fNIRS）是一种非侵入性方法，特别适用于测量多个受试者的大脑皮层激活，与研究生态环境中的群体人际互动有关。尽管许多fNIRS系统在技术上提供了同时监测两个以上个体的可能性，但仍需要建立易于实施的设置程序和可靠的范例来跟踪群体互动中的血流动力学和行为反应。该协议结合了fNIRS和基于视频的观察，以测量合作任务期间四重奏中的人际同步。该协议为数据采集和范式设计提供了实用建议，以及说明性数据分析示例的指导原则。该程序旨在评估社会和非社会条件之间大脑和行为人际反应的差异，这些反应受到著名的破冰活动协作面部绘制任务的启发。所描述的程序可以指导未来的研究，使群体自然社会互动活动适应fNIRS环境。

Introduction

人际交往行为是连接和创造移情纽带过程的重要组成部分。先前的研究表明，当生物和行为信号在社会接触期间对齐时，这种行为可以通过同步性的发生来表达。有证据表明，第一次互动的人之间可以发生同步性¹，^2，3。大多数关于社会互动及其潜在神经机制的研究使用单人称或第二人称方法²，4^，并且对将这些知识转化为群体社会动态知之甚少。在三个或更多个体的群体中评估人际反应仍然是科学研究的挑战。这就有必要将^{自然条件下日常}人类社会互动的复杂环境带到实验室5。

在这种情况下，功能近红外光谱（fNIRS）技术是评估自然背景下人际互动与其大脑相关性之间关系的有前途的工具。与功能性磁共振成像（fMRI）相比，它对参与者活动的限制较少，并且对运动伪影具有弹性^6，7。fNIRS技术的工作原理是评估响应大脑激活的血流动力学效应（氧合和脱氧血红蛋白的血液浓度变化）。这些变化可以通过红外光通过头皮组织的扩散量来测量....

Protocol

该方法已获得以色列阿尔伯特·爱因斯坦医院（HIAE）伦理委员会的批准，并基于收集神经数据（fNIRS）以及凝视行为数据的程序，在协作绘画体验期间与年轻人一起。所有收集的数据都在Redcap平台上进行管理（见 材料表）。该项目由以色列阿尔伯特·爱因斯坦医院（HIAE）科学诚信委员会审核。18-30岁的年轻人被选为本研究的对象。获得了所有参与者的书面知情同意。

1. 学习准备

1. 科目
   1. 确定目标研究样本。
   2. 在比赛前告知所有志愿者实验方案及其权利。确保他们签署知情同意书和图像使用同意书（非强制性），填写注册表，并回答心理问卷和量表。
   3. 控制四重奏参与者（陌生人、朋友、伴侣等）之间的关系水平，因为先前的知识可能会干扰。在这项研究中，四重奏由陌生人组成。
   4. 组成同性四重奏。
      注:此性别标准避免了社交互动干扰^34，35。
2. 设置
   1. 从场景中移除所有潜在的眼睛干扰因素。
   2. 要设置，请包括一张方桌、四张凳子（尺寸为 18.11 英寸 x 14.96 英寸）和两个电线支架（例如三脚架）（图 1

Results

该协议适用于由年轻女性（24-27岁）组成的四重奏，她们都是研究生课程的学生（巴西圣保罗以色列阿尔伯特爱因斯坦医院），具有硕士或博士学位。所有参与者都是右撇子，只有一人报告以前有绘画经验。没有受试者有神经系统疾病报告史。

对于量表和心理测试结果，两名受试者（2和4）在焦虑方面得分较高（参考值为17和15）⁴⁴ ，抑郁症的临界值为9）⁴⁴。所有参与者的注意力和多动量表结果显示分数低于临界值

还测量了参与者的社交技能。受试者 2、3 和 4 的分数高于 70%（发达的社交技能）。受试者1的得分为25%（与社交技能不足有关）。该测试还分析了特定的社交技能，例如 F1、应对和自我主张风险;F2，表达积极感受的自我主张;F3，对话和社会足智多谋;F4、自我接触陌生人和新情况;F5，自我控制和攻击性。对于这些因素，所有参与者在F1，F2和F3（1%至3%）方面得分较低，F4（20%至65%）和F5（65%至100%）得分较高。

Discussion

这项研究旨在创建一个在自然条件下同时对四个大脑进行超扫描的方案。实验范式使用了不同的绘图任务以及多个结果测量、绘图指标、行为和大脑信号的相关性。该议定书中的关键步骤是考虑其高度复杂性带来的挑战以及维护其生态和自然条件。

视频观察是这项研究的关键。它允许在时间轴上对非语言交流行为进行编码和分割⁵⁰.视频的定性分析允许观察凝视行为，以寻找可以指示编码（从对方收集信息）和信号（与他人交流）功能的标志^39,40.它还通过突出个人和群体模式来帮助完善观察信息¹³.仅靠凝视的定量测量并不能提供对凝视质量的理解。凝视可能只代表在比较和结构化的认知模式中重复或思考的自动行为^18,19.然而，少量的事件序列不允许本研究进行顺序分析和统计验证。

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
2 NIRS端口	NIRx Medizintechnik GmbH， 德国	Nirsport 88	设备属于 InCe （ Instituto do Cérebro - 以色列阿尔伯特·爱因斯坦医院）。两个连续波系统（NIRSport8x8，NIRx Medical Technologies，Glen Head，NY，USA），八个 LED 照明源，每个光源发射两种波长的近红外光（760 和 850 nm）和 8 个光学探测器。7.91 Hz. 数据是使用 NIRStar 软件版本 15.2 采集的 （NIRx Medical Technologies，纽约格伦海德）采样率为 3.472222。
4 个 fNIRS 帽	NIRx Medizintechnik GmbH，德国		录音中使用的黑帽具有基于国际 10-20
CâMERA 360 度;- 柯达 Pix Pro SP360	柯达		柯达 PixPro： https://kodakpixpro.com/cameras/360-vr/sp360
相机支持 - Iphone 8	Apple	Iphone 8	支持相机
fOLD 工具箱 （fNIRS Optodes'位置决定者）	Zimeo Morais， G.A.， Balardin， J.B. &Sato， J.R. fNIRS Optodes'位置判断器 （fOLD）：由感兴趣大脑区域引导的探针排列工具箱。Scientific Reports. <强>8， 3341 (2018).https://doi.org/10.1038/s41598-018-21716-z	2.2 版 （https://github.com/nirx/fOLD-public）	Optodes 放置由 fOLD 工具箱 （fNIRS Optodes'位置判定器，允许在国际 10&ndash 中放置源和探测器;10 系统根据几个分割图谱最大限度地覆盖感兴趣的解剖区域。洲际弹道导弹 152 头部模型 Parcellation 用于生成蒙太奇，其旨在覆盖双侧前额叶皮层的最前部
Notebook Microsoft Surface	Microsoft		Notebook fNIRS 信号
R 平台用于统计计算	https：//www.r-project.org	R 版本 4.2.0	R 是一个用于统计计算和图形的免费软件环境。它可以在各种 UNIX 平台、Windows 和 MacOS 上编译和运行
REDCap	REDCap 部分受到美国国立卫生研究院 （NIH/NCATS UL1 TR000445） 的支持REDCap		是一个安全的 Web 应用程序，用于构建和管理在线调查和数据库。
软件 Mangold Interact	Mangold International GmbH， ed.	互动 5.0	Mangold： https://www.mangold-international.com/en/products/software/behavior-research-with-mangold-interact.html。允许分析视频的行为结果和自主监测情绪驱动的生理变化（可能需要额外的软件，例如 DataView）。允许同时使用不同的相机类型和数百种不同的编码方法。
软件 NIRSite	NIRx Medizintechnik GmbH，德国	NIRSite 2.0	用于创建蒙太奇并帮助光体在黑帽中的放置和定位。
软件 nirsLAB-2014	NIRx Medizintechnik GmbH，德国	nirsLAB 2014	fNIRS
数据处理软件 NIRStar	NIRx Medizintechnik GmbH，德国	版本 15.2	对于 fNIRS 数据采集：NIRStar 软件版本 15.2 采样率为 3.472222
软件 NIRStim	NIRx Medizintechnik GmbH， Germany		用于创建和组织范式块