Name: 使用功能近红外光谱的协作绘图期间的组同步 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-08-05T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 53 s
Description: 了解如何使用功能近红外光谱技术测量四人小组协作绘图期间的脑血流动力学反应。本协议结合视频观察，为研究人际神经同步和群体动态提供可靠方法。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

作者感谢脑研究所（InCe-IIEP）和以色列阿尔伯特·爱因斯坦医院（HIAE）对本研究的支持。&#160;特别感谢José Belém de Oliveira Neto对本文的英文校对。

Paulo Rodrigo Bazán 已向 NIRx Medizintechnik GmbH 和 NIRx Medizintechnik GmbH 的经销商 Brain Support Corporation 提供过自由职业形式的科学咨询服务。其他作者声明，在本文的作者身份或发表方面不存在利益冲突。

本研究旨在建立一种在自然条件下同时对四个大脑进行超扫描的实验方案。该实验范式采用了不同的绘画任务，并对多种结果指标、绘画参数、行为和脑信号进行了相关性分析。该方案中的关键步骤是考虑其高度复杂性所带来的挑战，并维持其生态性和自然性条件。
视频观察是本研究的关键。&#160;实现了在时间轴上对非语言交流行为进行编码与分割50视频的定性分析有助于观察在寻找可能表明编码功能（从他人获取信息）和信号功能（与他人交流）的迹象时的注视行为。39,40它还有助于通过突出个体和群体模式来完善观察信息13仅靠定量的眼动测量无法理解注视质量。这种注视可能仅表现为一种自动化的重复行为，或处于认知层面的比较与结构化思维模式。18,19然而，由于事件序列的数量较少，本研究无法进行序列...

人际互动行为是建立共情联结过程中的重要组成部分。先前研究表明，这种行为可表现为同步性现象，即在社会接触期间，个体的生理和行为信号趋于一致。有证据表明，同步性可发生在初次互动的个体之间1,2,3。目前大多数关于社会互动及其潜在神经机制的研究采用单人或双人研究范式2,4，而将这些发现推广至群体社会动态中的研究仍十分有限。对三人或更多个体组成群体中的人际反应进行评估，目前仍是科学研究面临的一项挑战。因此，有必要在接近自然条件的情况下，将日常人类社交互动的复杂环境引入实验室进行研究5。
在此背景下，功能性近红外光谱技术（fNIRS）是一种有前景的工具，可用于评估自然情境下人际互动与其脑机制之间的关系。与功能性磁共振成像（fMRI）相比，该技术对受试者活动的限制更少，且对运动伪影具有较强抗干扰能力6,7。fNIRS技术通过检测脑激活引起的血流动力学变化（氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度的变化）来实现测量，这些变化可通过近红外光在头皮组织中的扩散程度进行量化。既往研究已证明，该技术在生态化超扫描实验中具有良好的灵活性和稳健性，并有望推动应用神经科学领域的知识拓展6,8。
在采用群体范式进行社会互动过程神经相关性的自然主义评估时，实验任务的选择是开展应用神经科学研究的关键步骤9。&#160;已有文献报道了一些在群体范式中使用功能性近红外光谱成像（fNIRS）的研究实例，包括音乐表演10,11,12、课堂互动8以及交流过程13,14,15,16,17。
以往研究尚未探索的方面之一，是利用以操控共情成分为主要特征的绘画游戏来评估社会互动。在此背景下，一种常用于在陌生人之间激发社会互动的游戏是协作绘画游戏18,19。该游戏将若干纸张均分为若干部分，要求小组成员共同绘制包含所有成员的集体自画像。最终，每位成员的肖像均由多人协作完成。
该实验的目的是通过引导参与者将视觉注意力集中在小组成员的面部，促进陌生人之间的快速融合。由于此活动能够激发成员间的好奇心以及随之产生的共情过程，因此可被视为一种&#34;破冰&#34;活动19。
使用绘图任务的一个优势在于其简单性以及易于重复实施20。此外，这类任务不需要任何特定的技术训练或技能，这一点不同于采用音乐表演范式的研究21,22,23,24。这种简单性还使得在社会情境中选择更为自然的刺激材料成为可能4,9,25。
除了作为促进群体社会行为的工具外，绘画还被认为是一种心理评估工具26。一些图形投射性心理测验，如房-树-人测验（House-Tree-Person, HTP）27,28,29、人物画测验—Sisto量表27以及动态家庭画测验30&#160;，常被用于辅助进行定性和定量诊断。这些测验的结果通常反映个体的无意识过程，提供有关其象征体系的线索，从而揭示个体对世界、经历、情感等方面的理解与诠释。
绘画实践能够促使人进行思考，并帮助为经验和事物赋予意义，增添感受、情感、思想和行动31。它提供了关于如何感知和处理这些生活经验的线索26。绘画利用视觉符号使人能够理解并传达思想或情感，使其易于被操作，从而为新想法和新解读的产生创造可能31。
在艺术治疗中，绘画是一种用于改善注意力、记忆力以及思维和情感组织能力的工具32，也可作为促进社会互动的手段33。
本研究旨在开发一种自然情境下的实验方案，通过四人协作绘画的互动模式，评估四人小组在人际互动过程中的血管反应和大脑行为反应。在该方案中，可对四人小组的大脑反应（包括个体反应及伙伴间的同步性）以及可能的结局指标（如行为指标：绘画行为和注视行为）进行评估。&#160;提出了旨在提供更多社会神经科学相关信息的方法。

<table><tbody><tr><td>2 NIRSport&amp;nbsp;</td><td>NIRx Medizintechnik GmbH, Germany</td><td>Nirsport 88</td><td>设备隶属于InCe（中国台湾 Instituto do C&amp;eacute;rebro - Hospital Israelita Albert Einstein）。两套连续波系统（NIRSport8x8，NIRx Medical Technologies，Glen Head，NY，USA），每套包含八个发射两种近红外光波长（760 和 850 nm）的LED光源以及八个光学探测器。7.91 Hz。数据使用NIRStar软件15.2版&amp;nbsp;（NIRx Medical Technologies，Glen Head，New York）以3.472222的采样率采集。</td></tr><tr><td>4 套fNIRS帽</td><td>NIRx Medizintechnik GmbH, Germany</td><td></td><td>记录中使用的黑色帽具基于国际10-20系统配置</td></tr><tr><td>C&amp;acirc;mera 360&amp;deg; - Kodak Pix Pro SP360</td><td>Kodak</td><td></td><td>Kodak PixPro：&amp;nbsp;https://kodakpixpro.com/cameras/360-vr/sp360</td></tr><tr><td>辅助摄像机 - Iphone 8</td><td>Apple</td><td>Iphone 8</td><td>辅助摄像设备</td></tr><tr><td>fOLD工具箱（fNIRS Optodes&amp;rsquo; Location Decider）</td><td>Zimeo Morais, G.A., Balardin, J.B. &amp; Sato, J.R. fNIRS Optodes&amp;rsquo; Location Decider (fOLD): 一个由感兴趣脑区引导探头排布的工具箱。&amp;nbsp;&lt;em&gt;Scientific Reports.&lt;/em&gt;&amp;nbsp;&lt;strong&gt;8,&lt;/strong&gt;&amp;nbsp;3341 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-21716-z</td><td>版本 2.2 (https://github.com/nirx/fOLD-public)</td><td>探头的放置由fOLD工具箱（fNIRS Optodes&amp;rsquo; Location Decider）指导，该工具箱可在国际10&amp;ndash;10系统中布置光源和探测器，以根据多个分区图谱最大程度覆盖目标解剖区域。采用ICBM 152头部模型&amp;nbsp;的分区方法生成蒙太奇布局，设计目标为充分覆盖双侧前额叶皮层最前部区域</td></tr><tr><td>微软Surface笔记本电脑</td><td>Microsoft</td><td></td><td>fNIRS信号接收用笔记本电脑</td></tr><tr><td>统计计算R平台&amp;nbsp;</td><td>https://www.r-project.org&amp;nbsp;</td><td>R 4.2.0版</td><td>R是一种用于统计计算和图形的自由软件环境，可在多种UNIX平台、Windows和macOS上编译和运行</td></tr><tr><td>REDCap</td><td>REDCap部分由美国国立卫生研究院（NIH/NCATS UL1 TR000445）支持</td><td></td><td>REDCap是一款安全的网络应用程序，用于构建和管理在线调查及数据库</td></tr><tr><td>Mangold Interact软件</td><td>Mangold International GmbH, Ed.&amp;nbsp;</td><td>interact 5.0</td><td>Mangold：&amp;nbsp;https://www.mangold-international.com/en/products/software/behavior-research-with-mangold-interact.html。可用于行为结果的视频分析以及自主神经监测中情绪驱动的生理变化分析（可能需要DataView等附加软件）。支持同时使用多种类型的摄像机，并提供数百种编码方法的变体</td></tr><tr><td>NIRSite软件</td><td>NIRx Medizintechnik GmbH, Germany</td><td>NIRSite 2.0</td><td>用于创建蒙太奇布局，并辅助黑色帽具上的探头排布与定位</td></tr><tr><td>nirsLAB-2014软件</td><td>NIRx Medizintechnik GmbH, Germany</td><td>nirsLAB 2014</td><td>fNIRS数据处理</td></tr><tr><td>NIRStar软件</td><td>NIRx Medizintechnik GmbH, Germany</td><td>版本 15.2</td><td>&amp;nbsp;用于fNIRS数据采集：使用NIRStar软件15.2版&amp;nbsp;，采样率为3.472222</td></tr><tr><td>NIRStim软件</td><td>NIRx Medizintechnik GmbH, Germany</td><td></td><td>&amp;nbsp;用于创建和组织实验范式模块</td></tr></tbody></table>

使用功能性近红外光谱技术研究协作绘画过程中的群体同步性

Group Synchronization During Collaborative Drawing Using Functional Near-Infrared Spectroscopy

功能性近红外光谱成像（fNIRS）是一种非侵入性方法，特别适用于在多种被试中测量大脑皮层的激活状态，这对于在生态学情境下研究群体人际互动具有重要意义。尽管许多fNIRS系统在技术上已具备同时监测两名以上个体的能力，但仍需建立易于实施的实验设置流程以及可靠的实验范式，以追踪群体互动中的血流动力学和行为反应。本方案结合fNIRS与基于视频的观察法，用于测量四人小组在合作任务期间的人际同步性。该方案提供了数据采集与范式设计的实用建议，以及示例性数据分析的指导原则。该实验流程旨在评估在社会性与非社会性条件下，人际脑活动与行为反应的差异，其设计灵感来源于一种广为人知的破冰活动——协作画脸任务。所描述的流程可为未来研究将群体自然社交互动活动适配至fNIRS环境提供参考。

该方案应用于一组由年轻女性（24-27岁）组成的四人小组，她们均为圣保罗阿尔伯特·爱因斯坦以色列医院的研究生项目学生，具有硕士或博士学位教育背景。所有参与者均为右利手，仅一人报告有绘画经验。所有参与者均无神经系统疾病史。
在量表和心理测试结果方面，两名参与者（2号和4号）的焦虑得分较高（分别为17和15，参考值为9）44，且均达到抑郁症的临界值（9）44。所有参与者在注意力和多动方面的量表得分均低于临界值
还对参与者的社交技能库进行了测量。被试2、3和4的得分高于70%（社交技能库发育良好）。被试1的得分为25%（提示存在社交技能缺陷）。该测试还分析了特定的社交技能，包括F1：应对风险和自我肯定；F2：表达积极情绪时的自我肯定；F3：交谈与社交应变能力；F4：在陌生人和新情境中的自我表露；以及F5：自我控制与攻击性。在这些因子中，所有参与者在F1、F2和F3上的得分均较低（1%至3%），而在F4（20%至65%）和F5（65%至10...

本实验方案结合功能性近红外光谱成像（fNIRS）与基于视频的观察，用于测量四人小组在协作绘图任务中的人际同步性。

功能性近红外光谱成像（fNIRS）是一种非侵入性方法，特别适用于测量多名受试者的大脑皮层激活情况，……

这一创新性方案适用于在生态学环境中研究群体人际互动。该方案旨在探究四人小组在执行不同绘画任务期间，其大脑与行为层面人际反应的差异。本方案提供了易于实施的操作流程，以及一种可靠的实验范式，利用功能性近红外光谱技术（fNIRS）同步测量四名个体在互动过程中的血流动力学反应。为准备研究，移除场景中所有可能干扰视线的物体。在实验条件下关闭空调等所有电子设备。确保房间内有充足的照明，以便人们进行观察和绘图。设置完成后，调整所有fNIRS导线的位置，确保其在实验任务期间保持稳定。将四名参与者两人一组地安排在桌旁，使每位参与者均能观察到其余三人。为实施绘画范式（即社会条件），要求参与者在每张纸张的顶部条带上绘制前额和眼部区域。让每张纸代表一位参与者完成的肖像画。同时，让每位参与者的面部由其同伴以协作的方式共同绘制。对于“连点成线”游戏（即非社交条件），要求参与者按升序连接数字。选择一款市售的360度全景摄像机，并将其放置在桌面上，以便同时观察所有参与者的头部和眼部运动。检查可能对fNIRS信号接收造成的干扰。在进行fNIRS校准前，启动设备，检查接口连接，并设置记录模式。进行数据分析时，选择一个同步视图或分析平台，该平台能够同时转录和编码多个视频内容，例如 INTERACT 软件。为了细化观察数据，设置参数以支持查找特定模式或序列，如个体的注视行为指标、头部和眼部运动、手部运动、面部表情以及言语行为。分析完成后，首先以 MP4 格式从所有摄像机下载视频，并将其加载到 INTERACT 中。对视频数据进行分段，以便编码和进一步分析。在数据提取过程中，手动标记视频片段并为其添加编码。单击“定义编码”以创建第一级编码，将片段划分为社交、非社交条件以及休息时段。然后，根据参与者的社会条件对其行为数据进行划分，建立第二层级。观察绘图细节，并通过统计实验过程中绘制的细节数量来确定绘图指标。使用 NIRSite 工具将光学探头定位在前额叶皮层（PFC）区域上方。在帽具上配置 optode 的分布，使通道位于受试者头部感兴趣区域的上方。将 optode 分配给四位受试者，以同时采集信号。在设置 fNIRS 设备之前，测量四位受试者的脑周长，例如鼻根点与枕外隆突之间沿头部的间距，以确定每位受试者的帽具尺寸。然后根据预设的设置将光源和探测器安装到帽上。将帽子戴在受试者头部，并调整帽子位置，使中央中线位于头顶正上方。为进一步确保帽子位置正确，测量左耳与右耳在头顶上方的距离，并将中央中线置于该距离的中点处。然后将光学探头的导线连接到放大器，并将 NIRSport 1 和 2 均连接至计算机。设备设置完成后，启动软件以采集 fNIRS 数据。在菜单栏上点击“配置硬件”。在硬件规格选项卡中选择“串联模式”以执行超扫描。在配置硬件选项卡中，选择一个蒙太奇图并检查通道屏蔽、地形图布局和通道设置中的参数。在显示面板上点击“校准”以执行自动校准。准备开始实验时，单击“预览”以查看信号接收情况的实时预览，然后单击“记录”开始采集信号。打开模块化编程软件NIRStim，单击“运行”以开始呈现预设的实验模块。实验结束时，NIRStim 将自动关闭。在 NIRStar 中停止记录，关闭软件，并确认文件已正确保存。该方法应用于一组由24至27岁女性研究生组成的四人小组。fNIRS初步结果显示，在社交和非社交绘画条件下，参与者一、二、三均表现出典型的大脑激活模式。在位于左右半球的两个通道中均观察到该激活现象，但激活模式存在差异。另一方面，参与者四表现出非典型的脑部激活模式。在连线任务条件和协作绘画任务条件下，受试者之间的氧合血红蛋白信号仅在任务的最后阶段才表现出显著的同步性。该方法可为神经科学、艺术、艺术治疗以及社会互动等研究领域提供新的见解。

group-synchronization-during-collaborative-drawing-using-functional

Research

科研

JoVE Journal

Neuroscience

神经科学

使用功能近红外光谱的协作绘图期间的组同步

MazeSuite 是一套完整的工具集，用于准备、呈现和分析导航与空间实验。功能性近红外光谱成像（fNIR）是一种光学脑成像技术，可实现对大脑血氧变化的无创、便携式监测。本文总结了在认知加工学习范式中联合使用 MazeSuite 与 fNIR...

使用MazeSuite和功能性近红外光谱技术研究空间导航中的学习过程

来源： Reindl, V., 等. 使用功能性近红外光谱进行超扫描实验。J. Vis. Exp. (2019)...

功能性近红外光谱技术用于记录社交互动过程中的大脑活动

在研究运动障碍的神经机制时，监测直立姿势下运动任务期间的大脑活动具有重要价值。本文展示了一种结合功能性近红外光谱成像与肌肉及运动学活动连续监测的技术方案，用于四种类型运动任务中的脑功能研究。...

运动任务期间同步监测运动学与肌电图的感官及运动脑区功能近红外光谱成像

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。...

使用功能性近红外光谱技术进行超扫描实验

本方案介绍了如何同步进行脑电图（EEG）和功能性近红外光谱（fNIRS）记录，以及如何分析EEG与fNIRS数据之间的关系。...

使用Flanker任务同步进行脑电图与功能性近红外光谱记录

我们描述了使用区组设计结合感觉运动任务的连续波功能近红外光谱实验的分析方法。为了提高数据分析的可靠性，我们采用了基于定性一般线性模型的统计参数映射方法，以及用于多通道数据比较的分层混合模型。...

基于区组设计的功能性近红外光谱实验中的定性与比较性皮层活动数据分析

本文概述了在自然学习环境中对协作学习对组进行功能性近红外光谱（fNIRS）超扫描实验的操作方案，并提出了一种用于分析氧合血红蛋白（Oxy-Hb）信号的脑间同步性（IBS）的数据处理流程。...

开放性协作学习中的脑间同步性：一项基于fNIRS超扫描的研究

小波变换相干性（WTC）是功能近红外光谱（fNIRS）超扫描研究中用于评估信号间耦合的常用方法。本文介绍了一种用于评估信号相互作用方向性的工具箱。...

功能近红外光谱（fNIRS）超扫描研究中跨脑相干性理解的新框架

本方案旨在详细描述在心理咨询中开展fNIRS超扫描研究的方法学，包括实验准备、数据采集过程以及后续的数据分析流程。...

功能性近红外光谱超扫描在心理咨询中的研究

便携式神经影像技术（功能性近红外光谱成像）推动了对以往难以触及地区人脑研究的发展，此处指位于农村的科特迪瓦。方法学上的创新以及文化适配性神经影像方案的开发，使得研究人员能够在贫困与逆境程度较高的环境中，开展关于大脑发育及儿童学习成果的全新研究。...

利用功能性近红外光谱（fNIRS）神经影像技术研究全球儿童发育：以撒哈拉以南非洲农村地区为例

了解如何使用功能近红外光谱技术测量四人小组协作绘图期间的脑血流动力学反应。本协议结合视频观察，为研究人际神经同步和群体动态提供可靠方法。

使用功能性近红外光谱技术研究协作绘画过程中的群体同步性

探索更多视频