Funktionelle Nahinfrarotspektroskopie zur Aufzeichnung der Gehirnaktivität bei sozialen Interaktionen

Zusammenfassung

Quelle: Reindl, V., et al. Durchführung von Hyperscanning-Experimenten mit funktioneller Nahinfrarotspektroskopie. (2019)

Dieses Video demonstriert den Einsatz der funktionellen Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) zur Messung der Gehirnaktivität während sozialer Interaktionen. Die Teilnehmer nehmen an einer koordinierten Aufgabe teil, die die Aktivität im präfrontalen Kortex, einer für das Sozialverhalten kritischen Region, erhöht, während das System Veränderungen der Lichtabsorption aufgrund der Sauerstoffversorgung des Blutes erkennt. Durch die Analyse der Synchronität der Gehirnaktivität zwischen den Teilnehmern bewertet die Studie die neuronale Dynamik, die der sozialen Interaktion zugrunde liegt.

Protokoll

<

p style='line-height:1.2;margin-bottom:0pt;margin-top:0pt;' dir='ltr'>Alle Verfahren, an denen menschliche Teilnehmer beteiligt sind, wurden in Übereinstimmung mit den institutionellen, nationalen und Internationale Leitlinien für das Wohlergehen des Menschen und wurden vom lokalen institutionellen Prüfungsausschuss überprüft.

1. Vorbereitung vor der Ankunft des Teilnehmers

1. Bereiten Sie NIRS-Verschlüsse vor.
   1. Wählen Sie die Kappengrößen in der gleichen Größe oder etwas größer als der Kopfumfang des Teilnehmers.
   2. Schneiden Sie 15 Löcher mit einem Durchmesser von jeweils ca. 15 mm, die in einem horizontalen 3x5-Raster angeordnet sind, in den Stirnbereich von je 2 Roh-Elektroenzephalogramm-Kappen (EEG). Stellen Sie sicher, dass die Löcher in beliebiger Richtung 30 mm voneinander entfernt sind, dass sich die mittlere Spalte der Löcher in der Mitte der Stirn befindet, d.h., über der Nase und dass sich die untere Reihe über den Augenbrauen befindet.
   3. Um die Verschlüsse komfortabler zu gestalten und Druckstellen zu minimieren, befestigen Sie an der Innenseite des Haltergitters zwischen den Sondenhülsen und an den Rändern weiches Schaumstoffmaterial (z. B. Fensterabdichtungsband oder ähnliches flaches Moosgummimaterial). Verwenden Sie bei Bedarf doppelseitiges Klebeband oder Nähgarn.
   4. Montieren Sie an jeder der modifizierten EEG-Kappen ein leeres 3x5-Sondenhaltergitter, so dass das Haltergitter selbst auf der Innenseite der Kappe platziert wird und die Halterbuchsen in den Löchern stecken bleiben.
      Note: Das NIRS-Messsystem verfügt über zwei separate Sondensets, wobei für jeden Teilnehmer ein Sondenset verwendet wird.
   5. Stecken Sie die Sonden vorsichtig in die entsprechenden Halterbuchsen auf den Gittern, so dass nur der erste Grat jeder Sonde in der Buchse montiert ist, was zu einem Klickgeräusch führt.
   6. Öffnen Sie das Monitorfenster des Sondensets am NIRS-Messsystem und wählen Sie jeweils 2 Sondensets aus, die in einem 3x5-Raster angeordnet sind, eines für das teilnehmende Kind und eines für den Erwachsenen. Stellen Sie sicher, dass die Sondenanordnungen der beiden Kapitälchen mit den Anordnungen im Sondensatzfenster übereinstimmen (d.h., gleiche Position der jeweiligen Sender- und Empfängersondennummern).
2. Bereiten Sie das Experiment vor.
   1. Starten Sie das NIRS-Messsystem mit eingeschalteten Laserdioden 30 Minuten vor der Messung, so dass das System eine stabile Betriebstemperatur erreicht.
   2. Stellen Sie alle notwendigen Optionen am NIRS-Messsystem ein. Stellen Sie sicher, dass das Gerät auf ereignisbezogene Messung eingestellt ist und dass der serielle RS232-Eingang, der für den Empfang von Triggern aus dem experimentellen Paradigma erforderlich ist, aktiv ist.
      Note: Das Experiment ist eine angepasste Version nach einem Paradigma, das von Cui et al. entwickelt wurde., programmiert in den nicht-kommerziellen Psychophysics Toolbox-Erweiterungen, Version 3.0.11.
   3. Bereiten Sie das experimentelle Paradigma vor, indem Sie die technische Rechensoftware starten, die als Basis für die Psychophysics Toolbox-Erweiterungen dient, und das aktuelle Verzeichnis auf den Ordner setzen, in dem das Paradigma gespeichert ist.
   4. Platzieren Sie zwei Kinnstützen vor dem Computerbildschirm, um Kopfbewegungen während des Experiments zu vermeiden.

2. Ankunft der Teilnehmer im Labor

1. Bereiten Sie die Teilnehmer vor.
   1. Zeigen und erklären Sie den Teilnehmern den Versuchsaufbau einschließlich des NIRS-Messsystems. Achten Sie immer darauf, dass die Teilnehmer nicht direkt in den Laserstrahl des NIRS-Messsystems blicken, da dies für das Auge schädlich sein kann.
   2. Setzen Sie die Teilnehmer nebeneinander vor den Computerbildschirm. Stellen Sie die Höhe der Kinnstützen so ein, dass beide Teilnehmer bequem sitzen.
   3. Instruieren Sie die Teilnehmer und führen Sie Übungsversuche sowohl für das kooperative als auch für das kompetitive Spiel durch. Geben Sie bei Bedarf während der Übungsversuche zusätzliche Anweisungen.
   4. Messen und markieren Sie den Fpz-Punkt nach dem 10-20-System, das 10 % des Abstands zwischen Nasion und Inion entspricht, auf dem Kopf jedes Teilnehmers.
   5. Setzen Sie die Kappen mit den Sonden vorsichtig auf die Köpfe der Teilnehmer, während der Laser ausgeschaltet ist. Legen Sie zuerst die Vorderseite der Kappe inklusive Sondengitter auf die Stirn des Teilnehmers und ziehen Sie dann die Rückseite der Kappe in Richtung Hals nach unten. Stellen Sie sicher, dass die mittlere Sonde der unteren Reihe auf Fpz und die mittlere Sondensäule entlang der sagittalen Referenzkurve ausgerichtet ist.
   6. Legen Sie die Faserfäden so auf den am NIRS-Messsystem befestigten Halterarm, dass sie lose ohne Kontakt mit dem Teilnehmer oder dem Stuhl hängen und nicht an den Kappen ziehen. Verwenden Sie einen zusätzlichen Halter (z.B., modifizierter Mikrofonständer oder ähnliches), wenn notwendig.
   7. Schieben Sie jede Sonde weiter in ihre Steckdose, bis die kleine weiße Nase in der Mitte der Oberseite des Sondengehäuses sichtbar ist.
      Hinweis: Die Nase wird durch einen Schraubenfedermechanismus nach oben gedrückt, sobald die Sondenspitze die Kopfhaut des Teilnehmers berührt.
   8. Schalten Sie den Laser wieder ein und testen Sie die Signalqualität, indem Sie auf die Schaltfläche Auto Gain im Monitorfenster des Sondensatzes des NIRS-Messsystems klicken.
   9. Wenn ein Kanal kein ausreichendes Signal hat (d.h., wenn es gelb markiert ist), legen Sie das Haar unter der umgebenden Sondenspitze vorsichtig beiseite. Schieben Sie die Sonden bei Bedarf weiter in ihre Steckdosen, sorgen Sie jedoch für den Komfort des Teilnehmers. Überprüfen Sie, ob sich die Signalqualität verbessert hat (d.h., der Kanal ist jetzt grün markiert) Klicken Sie erneut auf die Schaltfläche Auto Gain.
   10. Wenn Schritt 2.1.9. führt nicht zu einer Signalverbesserung, passen Sie die Signalintensität an. Wenn es zu viel Signal gibt (d.h., wenn der Kanal rot markiert ist), ändern Sie die Signalintensität auf niedrige Signalintensität, indem Sie wiederholt auf das Symbol der jeweiligen Sonde im Monitorfenster des Sondensatzes des NIRS-Messsystems klicken. Wenn nicht genügend Signal vorhanden ist (d.h., wenn der Kanal gelb markiert ist), ändern Sie die Signalintensität auf hohe Signalintensität, indem Sie erneut auf das Symbol der jeweiligen Sonde klicken.
2. Führen Sie das Experiment aus
   1. Wenn nach den Übungsversuchen keine Fragen mehr auftauchen und eine gute Signalqualität sichergestellt ist, starten Sie das experimentelle Paradigma.
   2. Legen Sie den Teilnehmern ein Handtuch über die Hände, so dass sie die Handbewegungen ihres jeweiligen Spielpartners nicht sehen können.
   3. Speichern Sie nach dem Experiment die Daten und exportieren Sie die Rohdaten zur Lichtintensität als Textdatei, indem Sie auf die Schaltfläche Textdatei ausgeben klicken. Wenden Sie keine Filter im NIRS-Messsystem an.
   4. Reinigen Sie alle notwendigen Materialien (Sonden, Sondenhalter, Kinnhalter) mit Ethanol. Waschen Sie die Verschlüsse im Schonwaschgang mit Feinwaschmittel.

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
NIRS-Messsystem mit Sondensets und Sondenhaltergittern	Hitachi Medical Corporation, Tokio, Japan	ETG-4000 Optisches Topographiesystem	Das aktuelle Studienprotokoll erfordert ein optionales zweites Sondenset für Erwachsene für insgesamt 52 Messkanäle sowie zwei 3x5 Sondenhaltergitter.
Rohe EEG-Kappen	EASYCAP GmbH, Herrsching, Deutschland	C-SCMS-56; C-SCMS-58	Kappen müssen vom Experimentator mit Löchern für NIRS-Sonden versehen werden. Wählen Sie die Mützengröße in der gleichen Größe oder etwas größer als der Kopfumfang des Teilnehmers.
Software für technische Datenverarbeitung	The MathWorks, Inc., Natick, MA	MATLAB R2014a (oder spätere Versionen)	Dient als Basis für Psychophysics Toolbox-Erweiterungen (Stimulus-Präsentation), SPM für die fNIRS-Toolbox (fNIRS-Datenanalyse) und ASToolbox (WTC-Berechnung).