Gruppensynchronisierung während des kollaborativen Zeichnens mit funktioneller Nahinfrarotspektroskopie
August 5th, 2022
Das vorliegende Protokoll kombiniert funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) und videobasierte Beobachtung, um die interpersonelle Synchronisation in Quartetten während einer kollaborativen Zeichenaufgabe zu messen.
Dieses innovative Protokoll ist relevant für die Untersuchung von zwischenmenschlichen Interaktionen in der Gruppe in ökologischen Umgebungen. Es wurde entwickelt, um auf Unterschiede in Gehirn und Verhalten zwischenmenschliche Reaktionen in Quartetten während verschiedener Zeichenaufgaben zuzugreifen. Dieses Protokoll bietet einfach zu implementierende Verfahren und ein zuverlässiges Paradigma, das fNIRS verwendet, um gleichzeitig die hämodynamischen Reaktionen einer Gruppe von vier interagierenden Personen zu messen.
Um sich auf die Studie vorzubereiten, entfernen Sie alle potenziellen Augenablenkungen von der Szene. 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.
Positionieren Sie nach dem Einrichten alle fNIRS-Drähte so, dass sie während der experimentellen Aufgabe stabil bleiben. Positionieren Sie das Quartett zu zweit auf dem Tisch, so dass jede Person die anderen drei Personen beobachten kann. Um das Zeichenparadigma, das die soziale Bedingung ist, durchzuführen, lassen Sie die Teilnehmer die Stirn und die Augenpartie auf den oberen Streifen aller Papierblätter zeichnen.
Lassen Sie jedes Papier ein vollständig gezeichnetes Porträt eines Teilnehmers darstellen. Lassen Sie auch das Gesicht jedes Teilnehmers von seinen Partnern auf kollaborative Weise darstellen. Für das "Connect the Dots"-Spiel, bei dem es sich um die nicht-soziale Bedingung handelt, bitten Sie die Teilnehmer, die Zahlen aufsteigend zu verbinden.
Wählen Sie eine handelsübliche 360-Grad-Szenenkamera aus und positionieren Sie diese so auf dem Tisch, dass die Augen- und Kopfbewegungen aller Teilnehmer gleichzeitig wahrgenommen werden können. Überprüfen Sie, ob der fNIRS-Empfang gestört werden kann. Starten Sie vor der fNIRS-Kalibrierung das Gerät, überprüfen Sie die Schnittstelle und stellen Sie den Aufnahmemodus ein.
Wählen Sie für die Datenanalyse eine synchronisierte Ansichts- oder Analyseplattform, die die Transkription und Kodierung mehrerer Videoinhalte gleichzeitig ermöglicht, wie z.B. die INTERACT Software. Um Beobachtungsdaten zu verfeinern, legen Sie Parameter fest, die die Suche nach Mustern oder Sequenzen ermöglichen, z. B. individuelle Blickverhaltensmetriken, Kopf- und Augenbewegungen, Handbewegungen, Gesichtsausdrücke und Sprechverhalten. Laden Sie nach der Analyse zunächst das Video von allen Kameras im MP4-Format herunter und laden Sie es in INTERACT ein.
Segmentieren Sie die Videodaten für die Codierung und weitere Analyse. Markieren Sie für die Datenextraktion die Videoabschnitte manuell und versehen Sie sie mit Codes. Klicken Sie auf Codes definieren, um die erste Ebene zu erstellen, indem Sie die Blockabschnitte in soziale und nicht-soziale Bedingungen und Ruhezeiten unterteilen.
Erstellen Sie dann eine zweite Ebene, indem Sie die Verhaltensdaten der Teilnehmer zusammen mit den sozialen Bedingungen aufteilen. Beobachten Sie Details und bestimmen Sie Zeichnungsmetriken, indem Sie die während des Experiments gezeichneten Details zählen. Verwenden Sie das NIRSite-Werkzeug, um die Optoden über den PFC-Bereichen zu lokalisieren.
Konfigurieren Sie die Verteilung der Optoden auf den Kappen so, dass die Kanäle über den interessierenden Bereichen auf dem Kopf des Teilnehmers positioniert sind. Teilen Sie die Optoden auf vier Teilnehmer auf, um gleichzeitig Signale zu erfassen. Bevor Sie das fNIRS-Gerät einstellen, messen Sie die Gehirnperimeter der vier Teilnehmer, wie die Abstände zwischen dem Nasion und dem Inion um den Kopf herum, um die Kappengröße jedes Teilnehmers zu bestimmen.
Passen Sie dann die Quellen und Detektoren gemäß den vorgegebenen Einstellungen an der Kappe an. Setzen Sie die Kappen auf den Kopf des Teilnehmers und positionieren Sie die Kappe so, dass sich die mittlere Mittellinie oben auf dem Kopf befindet. Stellen Sie außerdem sicher, dass die Kappe richtig positioniert ist, indem Sie den Abstand zwischen dem linken und rechten Ohr über der Oberseite des Kopfes messen und die mittlere Mittellinie in der Mitte des Maßes positionieren.
Verbinden Sie dann die Drähte der Optoden mit den Verstärkern und verbinden Sie sowohl NIRSport 1 als auch 2 mit dem Computer. Nach dem Einrichten des Geräts konnte die Software die fNIRS-Daten erfassen. Klicken Sie in der Menüleiste auf Hardware konfigurieren.
Wählen Sie die Option Tandem-Modus auf der Registerkarte Hardware-Spezifikation, um das Hyper-Scanning durchzuführen. Wählen Sie auf der Registerkarte "Hardware konfigurieren" eine Montage aus und überprüfen Sie die Einstellungen in den Bereichen Kanalmaskierung, Topo-Layout und Kanaleinrichtung. Führen Sie eine automatische Kalibrierung durch, indem Sie im Anzeigefeld auf Kalibrieren klicken.
Wenn Sie bereit sind, den Vorgang zu starten, klicken Sie auf Vorschau, um eine Vorschau zu erhalten, wie die Signale empfangen werden. Starten Sie dann die Aufzeichnung der Signale, indem Sie auf Aufnehmen klicken. Öffnen Sie die Bausteinprogrammiersoftware NIRStim und starten Sie die Darstellung der programmierten Bausteine mit einem Klick auf Ausführen.
NIRStim wird am Ende des Experiments geschlossen. Beenden Sie die Aufnahme in NIRStar. Schließen Sie die Software und überprüfen Sie, ob die Datei korrekt gespeichert wurde.
Diese Methode wurde auf ein Quartett angewendet, das sich aus Doktorandinnen im Alter von 24 bis 27 Jahren zusammensetzte. Die vorläufigen fNIRS-Ergebnisse zeigten eine typische Gehirnaktivierung für die Teilnehmer eins, zwei und drei sowohl unter den sozialen als auch unter den nicht-sozialen Zeichenbedingungen. Dies wurde in beiden Kanälen in der linken und rechten Hemisphäre beobachtet, obwohl die Aktivierungsmuster unterschiedlich waren.
Auf der anderen Seite zeigte Teilnehmer vier eine atypische Gehirnaktivierung. Das Oxyhämoglobin-Signal wurde nur während des letzten Teils der Aufgabe signifikant zwischen den Probanden synchronisiert, sowohl in der Bedingung zum Verbinden der Punkte als auch in der kollaborativen Zeichnungsbedingung. Diese Methode kann Einblicke in die Bereiche Neurowissenschaften, Kunst, Kunsttherapie und soziale Interaktion im Allgemeinen geben.
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Übersicht
Diese Studie präsentiert ein Protokoll, das funktionelle nahe-Infrarot-Spektroskopie (fNIRS) und Videobeobachtung integriert, um die interpersonelle Synchronisation unter Quartetten während einer Zeichenaufgabe zu bewerten. Es zielt darauf ab, die Unterschiede sowohl in den Gehirn- als auch in den Verhaltensreaktionen während kollaborativer und nicht-kollaborativer Aufgaben zu verdeutlichen.
Wichtige Studienkomponenten
Wissenschaftsbereich
- Neurowissenschaft
- Verhaltenswissenschaft
- Kunsttherapie
Hintergrund
- Das Design untersucht Gruppeninteraktionen in naturalistischen Umgebungen.
- Verwendet fNIRS zur Messung der Gehirnaktivität.
- Konzentriert sich auf soziale und nicht-soziale Bedingungen.
- Erforscht die Synchronisation der Gehirnaktivität während kollaborativer Aufgaben.
Zweck der Studie
- Um interpersonelle Interaktionen sowohl in kollaborativen als auch in nicht-kollaborativen Umgebungen zu analysieren.
- Um zu beurteilen, wie Zeichenaufgaben unterschiedliche Gehirnaktivitätsmuster hervorrufen können.
- Um ein zuverlässiges Protokoll unter Verwendung von fNIRS für gleichzeitige Datenerfassung zu entwickeln.
Verwendete Methoden
- Funktionelle nahe-Infrarot-Spektroskopie (fNIRS) als primäre Plattform.
- Beteiligt Gruppen von vier Personen, die an Zeichenaufgaben teilnehmen.
- Konzentriert sich auf die Messung hämodynamischer Reaktionen während Aufgaben.
- Bezieht Einrichtungsverfahren für fNIRS und Kalibrierungsschritte für genaue Datenerfassung ein.
- Nutzt Videoanalyse für Verhaltensbeobachtung und Kodierung.
Hauptergebnisse
- Die Teilnehmer zeigten typische Gehirnaktivierungsmuster in sozialen und nicht-sozialen Bedingungen.
- Synchronisation von Oxyhämoglobin-Signalen wurde festgestellt, insbesondere in den späteren Phasen der Aufgaben.
- Unterschiedliche Aktivierungsmuster wurden bei den Teilnehmern beobachtet, was auf Variabilität in der interpersonellen Synchronisation hinweist.
- Offenbarte Einblicke in die Interaktion zwischen Kunst, Neurowissenschaften und sozialem Verhalten.
Schlussfolgerungen
- Diese Studie zeigt die Wirksamkeit von fNIRS in Kombination mit Videobeobachtung zur Analyse von Gruppendynamiken.
- Bietet ein nuanciertes Verständnis der interpersonellen neuronalen Synchronisation während kollaborativer Kunstaufgaben.
- Die Implikationen erstrecken sich auf die Forschung in sozialen Interaktionen, Kunsttherapie und Verhaltensneurowissenschaften.
Häufig gestellte Fragen
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.
