使用功能近红外光谱的协作绘图期间的组同步
August 5th, 2022
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。
这种创新的协议与生态环境中群体人际互动的研究有关。它旨在访问不同绘画任务期间四重奏中大脑和行为人际反应的差异。该协议提供了易于实施的程序和可靠的范例，使用fNIRS同时测量一组四个个体相互作用的血流动力学反应。
要为研究做准备，请从场景中移除所有潜在的眼睛干扰因素。在实验条件下关闭空调等所有电气设备。确保房间有足够的照明供人们观察和绘画。
设置后，放置所有fNIRS导线，使其在实验任务期间保持稳定。将四重奏二两放在桌子上，以便每个人都可以观察其他三个人。为了执行绘画范式，这是社会状况，让参与者在所有纸的顶部条上绘制额头和眼睛区域。
让每张纸代表参与者的完整肖像。还要让每个参与者的脸由他们的合作伙伴以协作方式描绘。对于连接点游戏，这是非社会条件，要求参与者以上升的方式连接数字。
选择商用360度场景摄像机并将其放置在桌子上，以便可以同时感知所有参与者的眼睛和头部运动。检查fNIRS接收可能存在的干扰。fNIRS校准前，启动设备，检查接口，设置记录模式。
对于数据分析，请选择允许同时转录和编码多个视频内容的同步视图或分析平台，例如 INTERACT 软件。要优化观察数据，请设置参数以搜索模式或序列，例如个人凝视行为指标、头部和眼睛运动、手部运动、面部表情和说话行为。分析后，首先从所有相机下载MP4格式的视频并将它们加载到INTERACT中。
分割视频数据以进行编码和进一步分析。对于数据提取，请手动标记视频部分并为其提供代码。单击定义代码以通过将块部分划分为社会和非社会条件以及休息时间来创建第一层。
然后通过将参与者的行为数据与社会条件分开来创建第二层。通过计算实验期间绘制的细节来观察细节并确定绘图指标。使用NIRSite工具定位PFC区域上的光器件。
配置盖子上光的分布，使通道位于参与者头部的感兴趣区域上方。将光模块划分为四个参与者以同时采集信号。在设置fNIRS设备之前，测量四个参与者的大脑周长，例如鼻孔和头部周围的离子之间的距离，以确定每个参与者的帽大小。
然后根据预定设置将光源和检测器安装到盖子上。将帽子戴在参与者的头上，并将帽子放在顶部，使中央中线位于头部顶部。通过测量头部顶部上方左耳和右耳之间的距离并将中央中线定位在测量的中间，进一步确保盖子正确定位。
然后将光电器件的电线连接到放大器，并将NIRSport 1和2连接到计算机。设置设备后，启用软件以获取fNIRS数据。单击菜单栏上的配置硬件。
选择硬件规格选项卡上的串联模式选项以执行超扫描。在配置硬件选项卡上，选择蒙太奇并检查通道遮罩、拓扑布局和通道设置中的设置。通过单击显示面板上的校准执行自动校准。
准备好开始该过程时，单击"预览"以预览信号的接收方式。然后通过单击开始记录信号 记录.打开块编程软件NIRStim，然后单击"运行"开始显示已编程的块。
NIRStim将在实验结束时关闭。停止在近红外光谱中记录。关闭软件并验证文件是否已正确保存。
这一方法适用于由24至27岁女研究生组成的四重奏。fNIRS初步结果显示，在社交和非社会绘画条件下，参与者一、二和三的典型大脑激活。在位于左半球和右半球的两个通道中都观察到了这一点，尽管激活模式是不同的。
另一方面，参与者四表现出非典型的大脑激活。仅在任务的最后一部分，在连接点条件和协作绘图条件下，受试者之间的氧合血红蛋白信号显着同步。这种方法可以提供对神经科学、艺术、艺术治疗和社会互动研究领域的见解。
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概述
本研究提出了一个协议，将功能性近红外光谱（fNIRS）和视频观察整合在一起，以评估四重奏在绘画任务中的人际同步性。它旨在阐明在协作和非协作任务中大脑和行为反应的差异。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 行为科学
- 艺术治疗
背景
- 设计研究自然环境中的群体互动。
- 利用fNIRS进行脑活动测量。
- 关注社交和非社交条件。
- 探索协作任务中脑活动的同步性。
研究目的
- 分析协作和非协作环境中的人际互动。
- 评估绘画任务如何引发不同的脑活动模式。
- 开发使用fNIRS进行同步数据收集的可靠协议。
使用的方法
- 功能性近红外光谱（fNIRS）作为主要平台。
- 涉及四人小组参与绘画任务。
- 关注测量任务期间的血流动力学反应。
- 涉及fNIRS的设置步骤和准确数据收集的校准步骤。
- 利用视频分析进行行为观察和编码。
主要结果
- 参与者在社交和非社交条件下表现出典型的脑活动模式。
- 观察到氧血红蛋白信号的同步，特别是在任务的后期。
- 观察到参与者之间不同的活动模式，表明人际同步存在变异性。
- 揭示了艺术、神经科学和社交行为之间的相互作用的洞见。
结论
- 本研究展示了fNIRS结合视频观察用于分析群体动态的有效性。
- 提供了协作艺术任务中人际神经同步的细致理解。
- 研究结果适用于社交互动、艺术治疗和行为神经科学的研究。
常见问题
Executive Industry Relevance
Simultaneous functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) and behavioral video analysis in group settings enables quantitative assessment of interpersonal neural synchronization during collaborative tasks. This protocol advances the ability to interrogate group-level brain-behavior dynamics, supporting predictive confidence in early discovery and translational neuroscience research. Reliable group monitoring paradigms are essential for de-risking mechanistic hypotheses and informing portfolio decisions in neuropsychiatric and behavioral therapeutic development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of group neural synchronization as a functional biomarker for social cognition.
- Supports mechanistic de-risking by distinguishing neural responses in social versus non-social conditions.
- Facilitates hypothesis-driven exploration of brain-behavior relationships in ecologically valid settings.
Screening & Assay Development
- Provides standardized procedures for multi-subject fNIRS data acquisition and behavioral coding.
- Delivers reproducible, quantitative outputs for group-level neural and behavioral metrics.
- Prepares validated paradigms for downstream compound or intervention screening targeting social function.
Translational & Preclinical Research
- Aligns group interaction paradigms with disease-relevant social behavior models.
- Enables continuity from discovery through preclinical validation of social and cognitive endpoints.
- Supports risk-adjusted advancement of candidates affecting group-level neural synchronization.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol positions group fNIRS and behavioral analysis at the interface of early discovery and translational neuroscience, bridging hypothesis testing and preclinical model validation.
- Discovery Biology: Quantifies neural and behavioral synchronization to clarify social pathway mechanisms.
- Screening: Establishes assay readiness for group-based neural and behavioral endpoints.
- Analytics: Enables extraction of quantitative synchronization metrics and behavioral codes for condition comparison.
- Translational Research: Connects group neural activation patterns to disease-relevant social phenotypes.
- Enterprise Reuse: Provides a scalable, adaptable platform for repeated group interaction studies across programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in social cognition target validation and mechanistic de-risking.
- Operational Value: Standardizes multi-subject data acquisition and analysis for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions for assets targeting group-level neural or behavioral endpoints.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidates with translational social function relevance.
Implementation Considerations
- Requires expertise in fNIRS setup, calibration, and multi-subject data management.
- Demands robust video analysis infrastructure for synchronized behavioral coding.
- Necessitates cross-team standardization of paradigm design and data segmentation.
- Adaptation may be needed for different group sizes or behavioral tasks.
- Signal quality can be affected by environmental factors and participant movement.
