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Gruppensynchronisierung während des kollaborativen Zeichnens mit funktioneller Nahinfrarotspektroskopie

DOI:

10.3791/63675

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August 5th, 2022

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1Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE)

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Das vorliegende Protokoll kombiniert funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) und videobasierte Beobachtung, um die interpersonelle Synchronisation in Quartetten während einer kollaborativen Zeichenaufgabe zu messen.

Abstract

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Die funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) ist eine nicht-invasive Methode, die sich besonders für die Messung der Aktivierung der Großhirnrinde bei mehreren Probanden eignet und für die Untersuchung zwischenmenschlicher Interaktionen in der Gruppe in ökologischen Umgebungen relevant ist. Obwohl viele fNIRS-Systeme technisch die Möglichkeit bieten, mehr als zwei Personen gleichzeitig zu überwachen, ist die Etablierung einfach zu implementierender Setup-Verfahren und zuverlässiger Paradigmen zur Verfolgung von hämodynamischen und Verhaltensreaktionen in der Gruppeninteraktion immer noch erforderlich. Das vorliegende Protokoll kombiniert fNIRS und videobasierte Beobachtung, um die interpersonelle Synchronisation in Quartetten während einer kooperativen Aufgabe zu messen. Dieses Protokoll enthält praktische Empfehlungen für die Datenerfassung und das Paradigmendesign sowie Leitprinzipien für ein anschauliches Beispiel für die Datenanalyse. Das Verfahren wurde entwickelt, um Unterschiede in den zwischenmenschlichen Reaktionen des Gehirns und des Verhaltens zwischen sozialen und nicht-sozialen Bedingungen zu bewerten, die von einer bekannten Eisbrecheraktivität, der Collaborative Face Drawing Task, inspiriert wurden. Die beschriebenen Verfahren können zukünftige Studien leiten, um die naturalistischen sozialen Interaktionsaktivitäten der Gruppe an die fNIRS-Umgebung anzupassen.

Introduction

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Zwischenmenschliches Interaktionsverhalten ist ein wichtiger Bestandteil des Prozesses der Verbindung und Schaffung empathischer Bindungen. Frühere Forschungen deuten darauf hin, dass sich dieses Verhalten im Auftreten von Synchronizität ausdrücken kann, wenn biologische und Verhaltenssignale während des sozialen Kontakts übereinstimmen. Es gibt Hinweise darauf, dass Synchronizität zwischen Menschen auftreten kann, die zum ersten Mal interagieren 1,2,3. Die meisten Studien über soziale Interaktionen und die ihnen zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen verwenden einen Single-Person- oder Second-Person-Ansatz2,4, und es ist wenig darüber bekannt, wie dieses Wissen auf die soziale Dynamik von Gruppen übertragen werden kann. Die Auswertung zwischenmenschlicher Reaktionen in Gruppen von drei oder mehr Personen ist immer noch eine Herausforderung für die wissenschaftliche Forschung. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die komplexe Umwelt sozialer Interaktionen im Alltag des Menschen unter naturalistischen Bedingungen ins Labor zu bringen5.

In diesem Zusammenhang ist die Technik der funktionellen Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) ein vielversprechendes Werkzeug, um die Beziehungen zwischen zwischenmenschlicher Interaktion in naturalistischen Kontexten und ihren Gehirnkorrelationen zu bewerten. Sie weist im Vergleich zur funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) weniger Einschränkungen in der Mobilität der Teilnehmer auf und ist widerstandsfähig gegen Bewegungsartefakte 6,7. Die fNIRS-Technik funktioniert durch die Bewertung hämodynamischer Effekte als Reaktion auf die Gehirnaktivierung (Veränderungen der Blutkonzentration von sauerstoffreichem und sauerstoffarmem Hämoglobin). Diese Variationen können durch die Menge der Diffusion von Infrarotlicht durch das Kopfhautgewebe gemessen werden. Frühere Studien haben die Flexibilität und Robustheit der Technik in ökologischen Hyperscanning-Experimenten und das Potenzial zur Erweiterung des Wissens in den angewandten Neurowissenschaften gezeigt 6,8.

Die Wahl einer experimentellen Aufgabe zur naturalistischen Erfassung der neuronalen Korrelate sozialer Interaktionsprozesse in Gruppen ist ein entscheidender Schritt in der Annäherung an angewandte neurowissenschaftliche Studien9. Einige Beispiele, die bereits in der Literatur mit der Verwendung von fNIRS in Gruppenparadigmen berichtet wurden, sind Musikperformance 10, 11, 12, Interaktion im Klassenzimmer8 und Kommunikation 13, 14, 15, 16, 17.

Einer der Aspekte, die in früheren Studien noch nicht untersucht wurden, ist die Verwendung von Zeichenspielen, deren Hauptmerkmal die Manipulation empathischer Komponenten zur Beurteilung der sozialen Interaktion ist. In diesem Zusammenhang ist eines der Spiele, die häufig verwendet werden, um soziale Interaktion in der Dynamik zwischen Fremden zu induzieren, das kollaborative Zeichenspiel18,19. In diesem Spiel werden Blätter in gleiche Teile geteilt und die Gruppenteilnehmer werden aufgefordert, gemeinsame Selbstporträts aller Mitglieder zu zeichnen. Am Ende lässt jedes Mitglied sein Porträt in Zusammenarbeit von mehreren Händen zeichnen.

Ziel ist es, eine schnelle Integration unter Fremden zu fördern, die durch die visuelle Aufmerksamkeit auf die Gesichter der Gruppenpartner gelenkt wird. Es kann aufgrund seiner Fähigkeit, Neugier und daraus resultierende empathische Prozesse unter den Mitgliedern zu unterstützen, als "eisbrechende" Aktivität angesehen werden19.

Einer der Vorteile der Verwendung von Zeichenaufgaben ist ihre Einfachheit und Leichtigkeit der Reproduktion20. Sie erfordern auch keine spezifische technische Ausbildung oder Fähigkeiten, wie in den Studien mit den musikalischen Aufführungsparadigmen 21,22,23,24 zu sehen ist. Diese Einfachheit ermöglicht auch die Wahl eines naturalistischeren Stimulus in einem sozialen Kontext 4,9,25.

Abgesehen davon, dass die Zeichnung ein Instrument zur Induktion von sozialem Verhalten in Gruppen ist, wird sie auch als Werkzeug zur psychologischen Bewertung angesehen26. Einige grafisch-projektive psychologische Tests, wie z.B. House-Tree-Person (HTP)27,28,29, Human Figure Drawing - Sisto Scale 27 und Kinetic Family Drawing30, werden komplementär für qualitative und quantitative Diagnosen verwendet. Ihre Ergebnisse drücken in der Regel unbewusste Prozesse aus, die Hinweise auf das symbolische System des Individuums und damit auf seine Interpretationen der Welt, Erfahrungen, Neigungen usw. geben.

Die Praxis des Zeichnens regt zum Nachdenken an und hilft, einen Sinn für Erfahrungen und Dinge zu schaffen, indem sie Empfindungen, Gefühle, Gedanken und Handlungen hinzufügt31. Es gibt Hinweise darauf, wie diese Lebenserfahrungen wahrzunehmen und zu verarbeitensind 26. Das Zeichnen verwendet visuelle Codes, um Gedanken oder Gefühle zu verstehen und zu kommunizieren, sie für Manipulationen zugänglich zu machen und so die Möglichkeit für neue Ideen und Lesarten zu schaffen31.

In der Kunsttherapie ist das Zeichnen ein Werkzeug, um an Aufmerksamkeit, Gedächtnis und Organisation von Gedanken und Gefühlen zu arbeiten32, und es kann als Mittel verwendet werden, um soziale Interaktion zu erzeugen33.

Diese Studie zielte darauf ab, ein naturalistisches experimentelles Protokoll zu entwickeln, um vaskuläre und verhaltensbezogene Gehirnreaktionen während der zwischenmenschlichen Interaktion in Quartetten unter Verwendung einer kollaborativen Zeichendynamik zu bewerten. In diesem Protokoll wird die Auswertung der Gehirnreaktionen des Quartetts (individuell und die Synchronizität zwischen den Partnern) und der möglichen Ergebnismaße, wie z.B. Verhaltensmaße (Zeichen- und Blickverhalten) vorgeschlagen. Ziel ist es, mehr Informationen über die sozialen Neurowissenschaften bereitzustellen.

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Protocol

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Die Methodik wurde von der Ethikkommission des Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) genehmigt und basiert auf einem Verfahren zur Erfassung neuronaler Daten (fNIRS) sowie von Daten zum Blickverhalten mit jungen Erwachsenen während einer kollaborativen Zeichenerfahrung. Alle gesammelten Daten wurden auf der Redcap-Plattform verwaltet (siehe Materialverzeichnis). Das Projekt wurde vom Wissenschaftlichen Integritätskomitee des Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) geprüft. Junge Erwachsene im Alter von 18 bis 30 Jahren wurden als Probanden für die vorliegende Studie ausgewählt. Von allen Teilnehmern wurde eine schriftliche Einverständniserklärung eingeholt.

1. Vorbereitung auf die Studie

  1. Lehrfächer
    1. Bestimmen Sie die Stichprobe der Zielstudie.
    2. Informieren Sie alle Freiwilligen vor dem Spiel über das Versuchsprotokoll und ihre Rechte. Stellen Sie sicher, dass sie eine Einwilligungserklärung und eine Einwilligungserklärung zur Verwendung von Bildern (nicht obligatorisch) unterschreiben, ein Registrierungsformular ausfüllen und psychologische Fragebögen und Skalen beantworten.
    3. Kontrollieren Sie das Beziehungsniveau zwischen den Teilnehmern des Quartetts (Fremde, Freunde, Partner usw.), da Vorwissen stören kann. In dieser Studie setzten sich die Quartette aus Fremden zusammen.
    4. Komponieren Sie Quartette von gleichgeschlechtlichen Personen.
      HINWEIS: Dieses Gender-Kriterium vermeidet Störungen der sozialen Interaktion34,35.
  2. Einstellung
    1. Entfernen Sie alle potenziellen Augenablenkungen aus der Szene.
    2. Fügen Sie zum Einrichten einen quadratischen Tisch, vier Hocker (18,11 Zoll x 14,96 Zoll) und zwei Drahtstützen (z. B. Stativ) hinzu (Abbildung 1).
    3. Schalten Sie alle elektrischen Geräte, wie z. B. die Klimaanlage, während der Versuchsbedingung aus. Stellen Sie sicher, dass der Raum ausreichend beleuchtet ist, damit die Menschen beobachten und zeichnen können, und dass die Raumtemperatur angenehm ist.
    4. Berücksichtigen Sie die Ausdehnung der fNIRS-Drähte (siehe Materialtabelle) und positionieren Sie alle Kabel so, dass sie während der experimentellen Aufgabe stabil bleiben.
    5. Betrachten Sie Platz für zwei Forscher, um sich entlang der Umgebung zu bewegen.
    6. Stellen Sie sicher, dass die Experimentatoren ihren Skripten und Bewegungsschemata folgen.
    7. Positionieren Sie das Quartett zu zweit auf dem quadratischen Tisch, so dass jeder Einzelne die anderen drei Personen beobachten kann.
    8. Geben Sie jedem Quartettteilnehmer ein Etikett mit einer Nummer (1 bis 4). Stellen Sie sicher, dass Betreff 1 gegenüber von Betreff 3 und neben Betreff 2 steht.
      HINWEIS: Die Tag-Nummer entsprach der Position der Probanden auf dem Tisch und ihrer zuvor vorbereiteten Kappe (Table of Materials).
  3. Zeichnungsparadigma
    1. Kollaboratives Zeichnen von Gesichtern - der soziale Zustand
      HINWEIS: Das Ziel dieses Spiels ist es, die visuelle Aufmerksamkeit der Probanden auf die Gesichter ihrer Partner zu lenken und sie zu einer bewussteren Beobachtung untereinander zu veranlassen. Durch die Verbindung von Gefühlen und visueller Wahrnehmung ist die kollaborative Gesichtszeichnungstechnik ein wertvoller Weg, um empathische Reaktionen, zwischenmenschliche Neugier und Konnektivität zwischen den Teilnehmern zu aktivieren. Es erfordert die Fähigkeit der Theory of Mind, die Nachahmung und Antizipation des Verhaltens anderer einschließt19. Führen Sie die folgenden Schritte aus:
      1. Unterweisen Sie die Teilnehmer über die Spielregeln.
      2. Teilen Sie jedes Papier in drei horizontale Streifen, nämlich Zeichenstreifen.
      3. Jeder Streifen muss einer sozialen Zeichnungsbedingung entsprechen (z. B. C1, C2). Wechseln Sie nach jeder sozialen Zeichnungsbedingung die Papiere unter dem Quartett.
      4. Lassen Sie die Teilnehmer die Stirn und die Augenpartie auf den oberen Streifen aller Papierblätter zeichnen.
        HINWEIS: Der mittlere Streifen dient zur Darstellung des Nasen- und Mundbereichs. Der untere Streifen dient zur Darstellung des Kinn-, Nacken- und Schulterbereichs.
      5. Fügen Sie in alle Papierstreifen Anweisungen hinzu, wer zeichnen soll (z. B. S1 / S3, was bedeutet, dass Teilnehmer 1 Teilnehmer 3 zeichnet und umgekehrt).
      6. Lassen Sie jedes Papier ein vollständig gezeichnetes Porträt eines Teilnehmers darstellen.
        HINWEIS: Berücksichtigen Sie unterschiedliche pastellfarbenes Schreibpapier für die verschiedenen Spielphasen.
      7. Lassen Sie das Gesicht jedes Teilnehmers von seinen Partnern auf kollaborative Weise darstellen. (Abbildung 2)
    2. Verbinden Sie die Punkte Spiel - die nicht-soziale Bedingung
      HINWEIS: Die Bedingung für das Zeichnen des Steuerelements ist ein Spiel, bei dem die Punkte miteinander verbunden werden. Jeder Teilnehmer ist eingeladen, die Punkte der aufsteigenden Seriennummern zu einer Zeichnung zu verbinden. Das Spiel "connect the dots" wird als neuropsychologisches Instrument zur Messung kognitiver Bereiche wie mentale Flexibilität und visuell-motorische Fähigkeiten eingesetzt36. Das Spiel stimuliert visuell-räumliche Fähigkeiten, steigert die geistige Aktivität37 und verbessert die geistigen Fähigkeiten38. Führen Sie die folgenden Schritte aus:
    3. Instruieren Sie die Teilnehmer.
      1. Sobald die Kappe in Position ist, informieren Sie die Teilnehmer über fNIRS, die Ausrüstung, die Kappen, die Drähte und die möglichen Risiken oder Beschwerden, die mit dem Verfahren verbunden sind.
      2. Erinnern Sie sie noch einmal an ihr Recht, das Experiment jederzeit zu verlassen.
      3. Erklären Sie die zwei verschiedenen Zeichenaufgaben.
      4. Erklären Sie für die gemeinsame Zeichnung die horizontalen Streifen und wie Sie wissen, wo und von wem Sie in jedem Streifen zeichnen müssen.
      5. Erklären Sie für das Spiel "Punkte verbinden", dass sie die Zahlen in aufsteigender Reihenfolge verbinden müssen, bis die Zahl aufgedeckt wird.
      6. Erläutern Sie die Ruhezeit und die aufgezeichneten Aufgabenbefehle.
      7. Motivieren Sie die Teilnehmer, ihre Partner und die Details, die sie unterscheiden, zu beobachten. Geben Sie an, dass am Ende der Studie das Quartett belohnt wird, das die Regeln befolgt und die detailliertesten Zahlen zieht.

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Abbildung 1: Die Einstellung. Das Setup besteht aus einem quadratischen Tisch, vier Hockern und zwei Drahtstützen (z. B. Stativ), fNIRS-Geräten, einem Computer und den Kameras. (A) Das Einstellungsschema: Grüne Zahlen (1-4) entsprechen den Etiketten der Teilnehmer und ihren Hockern/Positionen am Tisch während des Versuchslaufs. Gelbe Zahlen: 1 = fNIRS-Verdrahtungsträger, 2 = fNIRS-Signal-Notebook-Empfänger, 3 = NIRS-Port, 4 = 360°-Kamera, 5 = Unterstützungskameras. (B) Vorbereiten für den Versuchslauf. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

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Abbildung 2: Kollaborative Porträts – Beispiele von Porträts, die auf kollaborative Weise gezeichnet wurden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

2. Experimentelles Paradigma

  1. Passen Sie das Spiel für die fNIRS-Erfassung an
    HINWEIS: Passen Sie das Spiel so an, dass es möglich ist, das funktionelle Bild des Gehirns durch fNIRS zu erfassen und dass die Daten eine signifikante Qualität haben.
    1. Definieren Sie die Anzahl der Blöcke.
      HINWEIS: Die Bedingungen müssen so oft wiederholt werden, dass die Fehlerquote in den Ergebnissen reduziert wird. Viele Wiederholungen können jedoch dazu führen, dass die Teilnehmer Aufgaben automatisieren.
    2. Planen Sie die Dauer jedes Blocks.
      HINWEIS: Berücksichtigen Sie die hämodynamische Reaktionszeit der Bildunterschrift (durchschnittlich 6 Sekunden nach Beginn einer Aufgabe). Berücksichtigen Sie auch den Einfluss der Blockgrößen, um den Filter für die folgenden Schritte zu bestimmen.
    3. Fügen Sie am Ende jedes Blocks beider Bedingungen eine Ruhephase hinzu (so dass das hämodynamische Signal vor dem Beginn des nächsten Blocks abklingt).
    4. Planen Sie die Reihenfolge der Blöcke und erstellen Sie pseudo-randomisierte Blocksequenzen, um antizipatorische Effekte zu reduzieren.
    5. Planen Sie die Gesamtdauer des Spiels.
      HINWEIS: Berücksichtigen Sie das mögliche Unbehagen der Teilnehmer in Bezug auf die fNIRS-Kappen und ihre Nähe zueinander. Die in diesem Protokoll verwendeten Blöcke und Bedingungen wurden wie folgt gestaltet: Es wurden neun Blöcke der sozialen Bedingung des kollaborativen Zeichnens (Tabelle 1) und neun Blöcke der nicht-sozialen Bedingung der Verbindungspunkte gebildet (Dauer = jeweils 40 s); Ruhezeit von 20 s zwischen den einzelnen Blöcken; drei verschiedene Sequenzen (Tabelle 2) zum Ausführen der Aufgaben (um zu vermeiden, dass eine Bedingung mehr als zweimal hintereinander ausgeführt wird). Die experimentelle Aufgabendauer betrug ca. 18 min.
  2. Paradigm-Programmiersoftware
    1. Verwenden Sie eine Software, um bei der Erstellung und Organisation von Paradigmenblöcken zu helfen und den Teilnehmern zu signalisieren, wann sie eine neue Aufgabe beginnen sollen.
      HINWEIS: In diesem Fall wurde die Software NIRStim (siehe Materialtabelle) verwendet. Erstellen Sie die Blocksequenzen und programmieren Sie deren Verteilung über die Zeit während des Experiments.
    2. Definieren Sie Ereignisse mit visuellen (Text und Bilder) oder auditiven Inhalten, um den Teilnehmern zu zeigen, wann sie mit jeder Aufgabe beginnen sollen. Klicken Sie im Reiter " Ereignisse" auf die Schaltfläche "Ereignis hinzufügen". Benennen Sie das Ereignis in Ereignisname, wählen Sie den Ereignistyp in Stim-Typ aus und definieren Sie eine Farbe, um das Ereignis in einer Präsentationsübersicht auf Color-ID darzustellen. Erstellen Sie Marker, die zu Beginn dieser Aufgaben auf Event Marker an die Erfassungssoftware gesendet werden.
    3. Legen Sie die Reihenfolge der Aufgabenausführung und die Anzahl der Wiederholungen jeder einzelnen Aufgabe auf der Registerkarte "Versuche" fest. Fügen Sie auch Ruhezeiten ein. Bestimmen Sie die Dauer von beiden. Die Randomisierung oder Nicht-Randomisierung der Studien ist möglich, indem Sie bei der Randomisierung der Präsentation die Option Ein/Aus auswählen. Speichern Sie die Einstellungen auf der Schaltfläche Speichern.
    4. Zeigen Sie während des Versuchslaufs alle programmierten Stimuli in einem schwarzen Fenster an (um eine Ablenkung der Teilnehmer zu verhindern), indem Sie Ausführen drücken.

Tabelle 1: Bedingung für kollaboratives Zeichnen. S1 = Betreff 1, S2 = Betreff 2, S3 = Betreff 3 und S4 = Betreff 4. Zeichnungsdyaden stellen dar, wer wen zeichnet, und der Zeichenstreifen stellt die Position des Schreibpapiers zum Zeichnen in jeder Bedingung dar. Verwenden Sie beispielsweise für den ersten Block ein blaues Papierblatt. C1, C2 und C3 repräsentieren 40 s des Paradigmas der Zeichnung sozialer Bedingungen, die ein Porträt vervollständigen. C1 (Zeichnen des Stirnbereichs, Zeichnen von Dyaden: S2 und S4; S1 und S3), C2 (Zeichnen des Nasenbereichs, Zeichnen von Dyaden: S1 und S4; S2 und S3) und C3 (Zeichnen des Kinnbereichs, Zeichnen von Dyaden: S3 und S4; S1 und S2). Folgen Sie dem Diagramm für die Blöcke 2 und 3. Diese Randomisierung behält die Reihenfolge des Zeichnens unter den Probanden bei (Zeichnen des Frontalpartners, dann des Frontseitenpartners und schließlich des neben ihnen sitzenden Partners) und ändert die Reihenfolge der zu zeichnenden Blattstreifen. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.

Tabelle 2: Sequenz 1-Aufgaben-Randomisierung (sozial, nicht-sozial und Ruhe). Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.

3. Videoaufbau und Datenerfassung

  1. Kameras und Videoaufzeichnungen
    1. Wählen Sie eine handelsübliche Szenenkamera (360°, siehe Materialtabelle). Positionieren Sie es auf dem Tisch, so dass alle Augen- und Kopfbewegungen der Teilnehmer gleichzeitig wahrgenommen werden können.
    2. Reinigen und überprüfen Sie die Speicherkarte und den Akku. Überprüfen Sie die Helligkeit des Bildes. Testen Sie diese Elemente, bevor die Teilnehmer gefunden werden.
    3. Überprüfen Sie, ob der fNIRS-Empfang gestört werden kann. Wenn dies der Fall ist, vergrößern Sie den Abstand zwischen dem Gerät und seinem Empfänger.
    4. Der Geräteempfänger muss unabhängig vom fNIRS-Datenempfänger sein. Stellen Sie sich ein Notebook oder ein Tablet vor, das sich so weit wie möglich von der Tischdekoration entfernt befindet.
    5. Starten Sie das Gerät, überprüfen Sie die Schnittstelle und stellen Sie den Aufnahmemodus vor der fNIRS-Kalibrierung ein.
    6. Betrachten Sie eine oder zwei benachbarte oder unterstützende Kameras, die nach beiden Kanten des Tisches platziert werden können.
  2. Videoanalyse
    1. Um wertvolle statistische Ergebnisse zu erhalten, wählen Sie eine synchronisierte Ansichts-/Analysesoftware oder -plattform, die die gleichzeitige Transkription und Kodierung mehrerer Videoinhalte ermöglicht, wie z.B. INTERACT (siehe Materialverzeichnis).
    2. Legen Sie Parameter fest, die die Suche nach Mustern / Sequenzen ermöglichen, um Beobachtungsdaten auf die Forschungsfragen zu verfeinern, z. B. individuelle Blickverhaltensmetriken, Kopf- und Augenbewegungen, Handbewegungen, Gesichtsausdrücke und Sprechverhalten.
    3. Wenn Sie physiologische Messungen aufzeichnen möchten, sollten Sie eine Software (siehe Materialtabelle) in Betracht ziehen, die die Integration von Messdaten aus anderen Erfassungssystemen ermöglicht.
    4. Berücksichtigen Sie bei der Analyse nicht nur die Dauer der Ereignisse, sondern auch die Abfolge, ihre zeitliche Position und ihre Beziehung zueinander.
  3. Datenextraktion
    1. Beginnen Sie mit dem Herunterladen des Videos von allen Kameras (MP4-Format). Laden Sie sie in INTERACT. Segmentieren Sie die Videodaten für die Codierung und weitere Analyse. Markieren Sie für die Datenextraktion die Videoabschnitte manuell und versehen Sie sie mit Codes.
      HINWEIS: Der Zweck der Segmentierung und Kodierung besteht darin, Datenkategorien bereitzustellen, damit der Forscher verschiedene Zielverhaltensweisen hervorheben und analysieren kann.
    2. Segmentierung
      1. Erstellen Sie durch Drücken von Codeeinstellungen eine erste Ebene, indem Sie die Blockabschnitte in soziale und nicht-soziale Bedingungen und Ruhezeiten unterteilen. Erstellen Sie eine zweite Ebene, indem Sie die Verhaltensdaten der Teilnehmer zusammen mit den sozialen Bedingungen aufteilen (Gesichtszeichnung). Richten Sie sie aus, indem Sie die Audio-Trigger-Timeline verwenden. Markieren Sie manuell den Anfang und das Ende jeder Bedingung. Definieren Sie das Kodierungsschema gemäß den Richtlinien (Schritte 3.3.2.2.-3.3.2.6.).
      2. Stellen Sie sicher, dass das Kodierungsschema Verhaltenshinweise (Dauer und Menge) für jeden Abschnitt der Gesichtszeichnung (soziale Bedingung) von allen Teilnehmern einzeln verfolgt.
      3. Code für den Blick des objektbezogenen Aufmerksamkeitsteilnehmers auf den Zeichenpartner.
        HINWEIS: Das Blickverhalten hat eine doppelte Funktion: Es sammelt Informationen von anderen (Kodierung) und kommuniziert mit anderen (Signalisierung)39,40.
      4. Code für den gegenseitigen Blick (wenn beide Partner, die sich gegenseitig zeichnen, Sichtkontakt haben).
        ANMERKUNG: Neuere Studien zeigten eine erhöhte Aktivität im anterioren rostralen medialen präfrontalen Kortex (arMPFC) und seine Kopplung mit dem Gyrus frontalis inferior (IFG), wenn die Partner einen gegenseitigen Blick aufbauten41.
      5. Code für assoziierte Verhaltensweisen während des Blickverhaltens (einfach oder gegenseitig) wie Lächeln, direkte Rede, Gesichtsausdrücke und Lachen, was auf eine höhere Aufmerksamkeit gegenüber dem Zeichenpartner hinweist (ergänzende Abbildung 1).
      6. Transkribieren und unterteilen Sie die Blickverhaltensdaten der Gruppenteilnehmer in Kategorien. Erstellen Sie Interaktionscodes für jeden Teilnehmer, indem Sie ihn beschriften. Machen Sie das Zielverhalten und die Tag-Nummer während der Codierung deutlich.
    3. Kodierung und Analyse
      HINWEIS: Einer der Forscher muss die Verhaltenskodierungsaufgabe und -analyse durchführen, da sie im Video leicht zu identifizieren sind. Beachten Sie Folgendes:
      1. Die Extraktion der Informationen muss manuell erfolgen; Markieren Sie auf der Zeitachse jeder Bedingung die beobachteten Verhaltensweisen gemäß dem Kodierungsschema. Markieren Sie die Dauer der einzelnen Verhaltensweisen. Tun Sie dies für jeden Teilnehmer separat.
      2. Vergleichen Sie die Zeitachsen der Teilnehmer, um nach gemeinsamen Verhaltensweisen zu suchen. Kehren Sie zur Videobeobachtung zurück, um die Qualität des Teilens zu analysieren (ergänzende Abbildung 2).
      3. Exportieren Sie die Rohdaten mit dem Schlüssel Exportieren als Text- oder Tabellendatei, sodass die Daten entlang der Zeitachse sortiert, ausgewählt, gezählt und in Tabellen aufgelistet werden können.
        ANMERKUNG: In diesem Protokoll wurde die sequentielle Analysefunktion aufgrund der geringen Anzahl von kodierten Ereignissequenzen42 nicht verwendet.
  4. Zeichnen von Metriken
    HINWEIS: Dieses Protokoll verwendet Zeichnungsmetriken, um mögliche Korrelationen zwischen dem Blickverhalten der Teilnehmer und den angewandten psychologischen Tests zu untersuchen. Folgende Kriterien wurden festgelegt:
    1. Strichmenge: Zählen Sie manuell die Anzahl der Zeichnungsstriche, die von jedem Teilnehmer in jedem Flächenzeichnungsabschnitt ausgeführt wurden.
    2. Linienkontinuität: Unterteilen Sie die Kategorien von langen und kurzen gezeichneten Linien. Zählen Sie die langen und kurzen Linien der Teilnehmer manuell.
      ANMERKUNG: Die Beobachtungszeichnung resultiert aus der direkten Beobachtung eines ausgewählten realen Objekts. Einige neuere Studien fanden einen Zusammenhang zwischen der Linienlänge und dem Nachzeichnen oder Zeichnen. Das Verfolgen von Vorgangszeilen ist in der Regel länger als das Zeichnen von Vorgangslinien43. Dieses Protokoll assoziiert das Nachzeichnen mit auswendig gelernten Bildern, die das Individuum stabilisiert hat und als Zeichnungsreferenzen in seinem symbolischen Systemträgt 18.
    3. Zeichnungsmuster: Beziehen Sie sich auf einzelne Zeichnungsmuster18 (Abbildung 3).
      HINWEIS: Dieses Protokoll betrachtet eine binäre Klassifizierung für das Zeichnungsmuster: 0, wenn sich der Teilnehmer im beobachtenden Zeichenmodus befindet (d.h. wenn der Teilnehmer sein Zeichenobjekt beobachtet und kopiert, was er sieht); und 1, wenn die Zeichnung interne stabile gespeicherte Bilder widerspiegelt (wenn es ein Muster von sich wiederholenden Formen wie Augen, Mund und Haaren während der gesamten Zeichnungsbedingungen gibt).
    4. Beobachten Sie Details, einschließlich des Zählens gezeichneter Details während des Experiments (z. B. Falten, Flecken, Augenform und Augenbrauengröße, unter anderem).
      HINWEIS: Gezeichnete Details können auf eine größere Aufmerksamkeit für das Zeichnungsobjekt hinweisen.
  5. Psychologische Tests
    1. Screening auf Symptome von Angstzuständen und Depressionen, Aufmerksamkeitsdefizit- / Hyperaktivitätsstörung und sozialen Fähigkeiten bei der Durchführung von Gruppenstudien. Verwenden Sie kostenlose oder handelsübliche Waagen.
      HINWEIS: Dieses Protokoll schlägt vor, Folgendes zu verwenden: die Krankenhaus-Angst- und Depressionsskala44; das Social Skills Inventory45 (ein Inventar, das das soziale Kompetenzrepertoire des Einzelnen bewertet); und die Adult Self-Report Scale (ASRS-18) zur Beurteilung der Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) bei Erwachsenen46.

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Abbildung 3: Beispiele für einzelne Zeichnungsmuster. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

4. fNIRS-Einrichtung und Datenerfassung

  1. Hardware für die Datenerfassung
    1. Stellen Sie sicher, dass Sie Erfassungshardware für die fNIRS-Registrierungen verwenden. Die Aufnahmen müssen von einer Kombination von Systemen durchgeführt werden, die im selben Aufzeichnungsprogramm gelesen werden können, insgesamt 16 Kanäle.
      ANMERKUNG: Die Datenerfassung wurde mit zwei kontinuierlichen Wellensystemen (NIRSport, siehe Materialtabelle) für die vorliegende Studie durchgeführt. Jedes Gerät verfügt über acht LED-Beleuchtungsquellen, die zwei Wellenlängen des Nahinfrarotlichts (760 nm und 850 nm) emittieren, und acht optische Detektoren (7,91 Hz).
  2. Konfiguration des fNIRS-Optodenkanals
    1. Verwenden Sie das NIRSite-Werkzeug, um die Optoden über den PFC-Bereichen zu lokalisieren (siehe Materialtabelle). Konfigurieren Sie die Verteilung der Optoden auf den Kappen so, dass die Kanäle über den interessierenden Regionen auf den Köpfen aller Teilnehmer positioniert sind.
    2. Teilen Sie die Optoden auf die vier Teilnehmer auf, um gleichzeitig Signale zu erfassen.
      HINWEIS: Die Kappen müssen eine Konfiguration haben, die auf dem internationalen 10-20-System basiert, und die anatomischen Interessengebiete umfassen den vorderen Teil des bilateralen präfrontalen Kortex. Für dieses Protokoll wurde die Optodenplatzierung durch die fNIRS Optodes' Location Decider (fOLD) Toolbox47 gesteuert. Die Parzellierung des ICBM 152-Kopfmodells (siehe Materialtabelle) erzeugte die Montage. Die Rekrutierung der präfrontalen Kortexregion bei sozialen Interaktionsaufgaben wurde als Korrelat von Verhaltenskontrollprozessen, einschließlich der Selbstregulation, erklärt48. Abbildung 4 zeigt die Position der Quellen und Detektoren.
  3. Verhindern von Artefakten
    1. Entfernen Sie Ablenkungen aus dem Raum, in dem das Spiel stattfinden wird.
    2. Raten Sie den Freiwilligen, sich nur bei Bedarf zu bewegen.
    3. Trennen Sie während des Experiments den NIRSport-Verstärker und den Laptop vom Stromnetz.
    4. Schalten Sie alle anderen Geräte aus, die in der Nähe des Infrarotspektrums arbeiten, z. B. Klimaanlagen. Schalten Sie elektrische Geräte aus, die sich in der Umgebung befinden.
  4. Einstellen des fNIRS-Gerätes
    1. Zuvor messen Sie die Gehirnperimeter der vier Teilnehmer wie folgt: Messen Sie die Abstände zwischen dem Nasion und dem Inion um den Kopf herum, um die Kappengröße jedes Teilnehmers zu bestimmen. Verwenden Sie immer eine kleinere Kappe im Verhältnis zum Umfang des Kopfes, um den Optoden mehr Stabilität zu verleihen.
    2. Weisen Sie die Teilnehmer am Tag des Erwerbs an, sich auf den Hocker zu setzen, und erklären Sie dann den erwarteten Prozess des Aufsetzens der Kappe auf den Kopf.
    3. Befestigen Sie die Quellen und Detektoren entsprechend den vorgegebenen Einstellungen an der Kappe. Befolgen Sie aus organisatorischen Gründen das Muster der Verwendung der Optoden 1 bis 4 für Thema 1, von 5 bis 8 für Thema 2, von 9 bis 12 für Thema 3 und von 13 bis 16 für Thema 4.
    4. Setzen Sie die Kappen auf die Köpfe der Teilnehmer und positionieren Sie sie so, dass sich die zentrale Mittellinie (Cz) oben auf dem Kopf befindet. Um zu überprüfen, ob sich Cz an der zentralen Position befindet, bestätigen Sie, dass es sich in der Hälfte des Abstands zwischen dem Nasion und dem Inion befindet.
      1. Messen Sie auch den Abstand zwischen dem linken und rechten Ohr (Crus of Helix) über der Oberseite des Kopfes und der Position Cz.
    5. Verwenden Sie Overcaps, um zu verhindern, dass Umgebungslicht die Datenerfassung stört.
    6. Verbinden Sie die Drähte der Optoden mit den Verstärkern. Befolgen Sie aus organisatorischen Gründen das Muster, die Optoden 1 bis 8 mit NIRSport 1 und die Optoden 9 bis 16 mit NIRSport2 zu verbinden.
    7. Verbinden Sie NIRSport 1 und 2 über ein USB-Kabel mit dem Computer.
  5. Datenerfassungssoftware
    1. Aktivieren Sie nach dem Einrichten des Geräts eine Software, um die fNIRS-Daten zu erfassen. In dieser Studie wurde die Software NIRStar (siehe Materialtabelle) verwendet. Führen Sie auf NIRStar die folgenden Schritte aus:
      1. Klicken Sie in der Menüleiste auf Hardware konfigurieren. Wählen Sie auf der Registerkarte Hardwarespezifikation die Option Tandem-Modus aus, damit das Hyperscanning durchgeführt werden kann.
      2. Wählen Sie auf der Registerkarte " Hardware konfigurieren " eine Montage aus den vordefinierten oder benutzerdefinierten Montagen aus und überprüfen Sie die Einstellungen unter " Kanaleinrichtung " und "Topo-Layout".
      3. Führen Sie eine automatische Kalibrierung durch, indem Sie im Anzeigebereich auf Kalibrieren klicken. Der Signalqualitätsindikator ermöglicht die Überprüfung der Integrität der empfangenen Daten. Beurteilen Sie, ob die Qualität der Daten ausreicht, um mit der Erfassung zu beginnen. Das heißt, prüfen Sie, ob die Kanäle grün oder gelb signalisiert sind.
        HINWEIS: Wenn die gerichteten Kanäle rot oder weiß dargestellt sind, entfernen Sie sie von der Kappe, überprüfen Sie, ob keine Haare vorhanden sind, die das Licht daran hindern, den Kopf zu erreichen, und reinigen Sie die Optoden mit einem Tuch oder Handtuch. Schließen Sie sie wieder an die Kappe an und wiederholen Sie die Kalibrierung.
      4. Wenn Sie bereit sind, den Vorgang zu starten, erhalten Sie eine Vorschau, wie die Signale empfangen werden, indem Sie auf Vorschau klicken. Beginnen Sie dann mit der Aufzeichnung der Signale auf Record.
      5. Öffnen Sie NIRStim, die Blockprogrammiersoftware (siehe Materialverzeichnis), und starten Sie die Präsentation der programmierten Bausteine. Die Marker müssen automatisch registriert werden, und ihre Markierung muss in der fNIRS-Datenerfassungssoftware sichtbar sein.
      6. Beenden Sie nach dem Ende des Vorgangs die Aufnahme, indem Sie auf Stopp klicken, schließen Sie die Software und überprüfen Sie, ob die Datei im gewählten Verzeichnis gespeichert ist.
  6. fNIRS-Datenanalyse
    1. Vorverarbeitung der Signale mit der NIRSLAB-Software49 (siehe Materialtabelle). Führen Sie die folgenden Schritte aus:
      1. Wenden Sie einen Bandpass-Zeitfilter (0,01-0,2 Hz) auf die Rohintensitätsdaten an, um Herz- und Atemfrequenzen sowie sehr niederfrequente Schwingungen zu entfernen.
      2. Legen Sie für die Kontrolle der Signalqualität Ausschlusskriterien für jede Kanalverstärkung über acht und einen Variationskoeffizienten über 7,5 % fest.
      3. Berechnen Sie die Änderungen von HbO2 und HHb, indem Sie das modifizierte Beer-Lambert-Gesetz mit der gesamten Zeitreihe als Basislinie anwenden.
        HINWEIS: In dieser Studie wurden HbO2- und HHb-Zeitreihen in Blöcke (sozial und nicht-sozial) unterteilt und als Textdateien zur anschließenden Analyse in die R-Plattform8 für statistische Berechnungen exportiert (siehe Materialverzeichnis).
      4. Analysieren Sie separat die sozialen und Kontrollbedingungen. Erstellen Sie eine Korrelationsmatrix für jeden der neun Blöcke jeder Bedingung, so dass ihre Elemente der Korrelation (Spearman) zwischen jedem Paar von Probanden im ausgewerteten Kanal entsprechen. Für die statistische Signifikanz der Korrelationen zwischen Individuen über die Aufgabe hinweg verwenden Sie den t-Test8 für einen Mittelwert aus einer Stichprobe unter Berücksichtigung eines Signifikanzniveaus von 5 %.

figure-protocol-4
Abbildung 4: Verteilung der Optoden auf der Kappe von Subjekt 1. Die Buchstaben S und D stehen für die Quellen bzw. Detektoren. S1 auf AF7-Koordinate des 10-20-Systems; S2 auf AF3; S3 auf AF8; S4 auf AF4; D1 auf FP1; D2 auf F5; D3 auf FP2; und D4 auf F6. Die Kanäle befinden sich in der folgenden Konfiguration: Kanal 1 zwischen S1-D1; 2 zwischen S1-D2; 3 zwischen S2-D1; 4 zwischen S2-D2; 5 zwischen S3-D3; 6 zwischen S3-D4; 7 zwischen S4-D3; und 8 zwischen S4-FD4. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

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Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Das Protokoll wurde auf ein Quartett angewendet, das sich aus jungen Frauen (24-27 Jahre alt) zusammensetzte, die alle Studentinnen in Postgraduiertenprogrammen (Hospital Israelita Albert Einstein, São Paulo, Brasilien) mit Master- oder Doktoratsausbildung waren. Alle Teilnehmer waren Rechtshänder, und nur einer berichtete, dass er bereits Erfahrung mit dem Zeichnen hatte. Kein Teilnehmer hatte eine Vorgeschichte von neurologischen Störungen.

Für die Skalen und psychologischen Testergebnisse z...

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Diese Studie zielte darauf ab, ein Protokoll zu erstellen, das Hyperscanning an vier Gehirnen gleichzeitig unter naturalistischen Bedingungen verwendet. Das experimentelle Paradigma verwendete verschiedene Zeichenaufgaben und die Korrelation mehrerer Ergebnismaße, Zeichnungsmetriken, Verhaltensweisen und Gehirnsignale. Die entscheidenden Schritte innerhalb dieses Protokolls sind die Berücksichtigung der Herausforderungen, die sich aus seiner hohen Komplexität ergeben, und die Aufrechterhaltung seiner ökologischen und nat...

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Paulo Rodrigo Bazán hat die NIRx Medizintechnik GmbH und die Brain Support Corporation, ein Distributor der NIRx Medizintechnik GmbH, freiberuflich wissenschaftlich beraten. Die anderen Autoren erklären, dass keine Interessenkonflikte in Bezug auf die Autorenschaft oder die Veröffentlichung dieses Artikels bestehen.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Die Autoren danken dem Instituto do Cérebro (InCe-IIEP) und dem Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) für die Unterstützung der Studie. Besonderer Dank geht an José Belém de Oliveira Neto für das englische Korrekturlesen dieses Artikels.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
2 NIRSport NIRx Medizintechnik GmbH, DeutschlandNirsport 88Die Geräte gehören InCe ( Instituto do Cé rebro - Krankenhaus Israelita Albert Einstein). zwei Dauerstrichsysteme (NIRSport8x8, NIRx Medical Technologies, Glen Head, NY, USA) mit acht LED-Beleuchtungsquellen, die zwei Wellenlängen nahinfrarotes Licht (760 und 850 nm) emittieren, und jeweils acht optischen Detektoren. 7,91 Hz. Die Daten wurden mit der NIRStar-Software Version 15.2 erfasst. (NIRx Medical Technologies, Glen Head, New York) mit einer Abtastrate von 3,472222.
4 fNIRS-KappenNIRx Medizintechnik GmbH, DeutschlandDie in den Aufnahmen verwendeten Schwarzkappen hatten eine Konfiguration, die auf dem internationalen 10-20
Câ Mera 360&Grad; - Kodak Pix Pro SP360KodakKodak PixPro:  https://kodakpixpro.com/cameras/360-vr/sp360
Cameras de suporte - Iphone 8AppleIphone 8Supporting Camera
fOLD toolbox (fNIRS Optodes' ZimeoMorais, G.A., Balardin, J.B. & Sato, J.R. fNIRS Optodes' Location Decider (fOLD): eine Toolbox für die Anordnung von Sonden, die von interessierenden Hirnregionen gesteuert werden. Scientific Reports.  8,  3341 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-21716-zVersion 2.2 (https://github.com/nirx/fOLD-public)Die Platzierung der Optoden wurde durch die fOLD-Toolbox (fNIRS Optodes' Location Decider, der die Platzierung von Quellen und Detektoren in der internationalen 10– 10 System, um anatomische Regionen von Interesse nach mehreren Parzellationatlanten maximal abzudecken. Das Kopfmodell der ICBM 152 Zur Generierung der Montage wurde eine Parzellierung verwendet, die so konzipiert war, dass sie den vordersten Teil des bilateralen präfrontalen Kortex abdeckt
Notebook Microsoft SurfaceMicrosoftNotebook Empfänger der fNIRS-Signale
R-Plattform für statistisches Rechnen https://www.r-project.org R Version 4.2.0R ist eine freie Softwareumgebung für statistische Berechnungen und Grafiken. Es kompiliert und läuft auf einer Vielzahl von UNIX-Plattformen, Windows und MacOS
REDCap REDCapwird teilweise von den National Institutes of Health (NIH/NCATS UL1 TR000445) unterstützt.REDCap ist eine sichere Webanwendung zum Erstellen und Verwalten von Online-Umfragen und Datenbanken.
Software Mangold InteractMangold International GmbH, Hrsg. interact 5.0Mangold:  https://www.mangold-international.com/en/products/software/behavior-research-with-mangold-interact.html. Ermöglicht die Analyse von Videos auf Verhaltensergebnisse und die autonome Überwachung auf emotional motivierte physiologische Veränderungen (möglicherweise ist zusätzliche Software erforderlich, z. B. DataView). Ermöglichen Sie die gleichzeitige Verwendung verschiedener Kameratypen und Hunderte von Variationen von Codierungsmethoden.
Software NIRSiteNIRx Medizintechnik GmbH, DeutschlandNIRSite 2.0Zur Erstellung der Montage und Hilfe bei der Platzierung und Positionierung der Optoden in den Schwarzschnappen.
Software nirsLAB-2014NIRx Medizintechnik GmbH, DeutschlandnirsLAB 2014fNIRS Datenverarbeitungssoftware
NIRStarNIRx Medizintechnik GmbH, DeutschlandVersion 15.2  für fNIRS-Datenerfassung: NIRStar Software Version 15.2  bei einer Abtastrate von 3,4722222
software NIRStimNIRx Medizintechnik GmbH, Deutschland  Zur Erstellung und Organisation von Paradigmenblöcken

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