Name: Realización de experimentos de Hyperscanning con funcional espectroscopia del infrarrojo cercano (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-19T14:45:00.000+00:00
Duration: 6 min 42 s
Description: Aprenda a realizar experimentos de hyperscanning con espectroscopia funcional de infrarrojo cercano para analizar la sincronía cerebro-cerebro en interacciones adulto-niño. Este protocolo detalla la configuración de equipos, colocación de sondas y análisis de coherencia wavelet.

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

Este trabajo fue financiado por la iniciativa de excelencia del estado federal alemán y los gobiernos (fondo de semilla de ERS, OPSF449). El sistema NIRS de Hitachi fue apoyado por una financiación de la investigación alemán DFG (INST 948/18-1 FUGG).

Antes de la participación, todos los padres / niños proporcionan consentimiento / asentimiento. El estudio fue aprobado por el Comité de ética de la facultad médica de Universidad RWTH de Aquisgrán.
1. preparación antes de que el participante llegue
<ol><li>Preparar tapas de NIRS.<ol>
<li>Elegir los tamaños de la tapa del mismo tamaño o ligeramente más grande que la circunferencia de la cabeza del participante.</li>
		<li>Corte 15 orificios con un diámetro de aproximadamente 15 mm cada una, dispuestas en una cuadrícula de 3 x 5 horizontal, en el área de la frente de cada uno de 2 tapas de EEG sin procesar (véase Tabla de materiales). Asegúrese de que los agujeros están espaciados a 30 mm unos de otros en cualquier dirección, que la columna media de agujeros se encuentra en el centro de la frente, es decir, arriba de la nariz, y que la fila inferior se encuentra por encima de las cejas.</li>
		<li>Para hacer más cómodas las tapas y minimizar marcas de presión, coloque material de espuma suave (por ejemplo, adhesivo ventana plana similar o cinta de cierre material de espuma de goma) en el lado interno de la red de soporte entre las tomas de la sonda y en los bordes. Use cinta adhesiva de doble cara o hilo de coser si es necesario.</li>
		<li>Montar una red de soporte vacío sonda 3 x 5 (véase Tabla de materiales) a cada una de las tapas de EEG modificadas tal que la red de soporte sí mismo se coloca en el interior de la tapa y el soporte zócalos de palo en los agujeros. Nota: El sistema de medición de NIRS (véase Tabla de materiales) tiene dos separados sistemas de la sonda, utilice una sonda para cada participante.</li>
		<li>Suavemente inserte las puntas de prueba en los zócalos soporte apropiado en las rejillas que sólo la primera cresta de cada sonda está montada en el zócalo, que se traduce en un sonido de clic.</li>
		<li>Abierta la sonda ventana monitor en el sistema de medición de NIRS y seleccione sonda 2 conjuntos dispuestos en una cuadrícula de 3 x 5 cada uno, uno para los niños participantes y para el adulto. Asegúrese de que los arreglos de la punta de prueba de las dos tapas corresponde a los arreglos en la ventana de set de sonda (es decir, misma ubicación de los respectivo emisor y receptor sonda números).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Preparar el experimento.<ol>
<li>Inicie el sistema de medición de NIRS con diodos láser encendidos 30 minutos antes de medir, que el sistema alcanza una estable temperatura de funcionamiento.</li>
		<li>Configurar todas las opciones necesarias en el sistema de medición de NIRS. Asegúrese que el dispositivo está configurado a medida relacionados con el evento y que la entrada serial RS232, necesaria para la recepción activa del paradigma experimental, está activa. Nota: El experimento es una versión adaptada por un paradigma ideado por Cui et al. 12, programado en las extensiones de caja de herramientas psicofísica no comercial, versión 3.0.1116.</li>
		<li>Preparar el paradigma experimental por iniciar el software informático técnico (véase Tabla de materiales) que sirve como base para las extensiones de la caja de herramientas de psicofísica y establecer el directorio actual a la carpeta guardada en el paradigma.</li>
		<li>Barbilla de lugar dos descansa frente a la pantalla del ordenador para evitar movimientos de la cabeza durante el experimento.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. llegada participante en el laboratorio
<ol><li>Preparar a los participantes.<ol>
<li>Mostrar y explicar el montaje experimental incluyendo el sistema de medición de NIRS para los participantes. Asegúrese de que los participantes no mire directamente el haz láser del sistema de medición de NIRS como esto puede ser perjudicial para el ojo.</li>
		<li>Asiento de los participantes al lado del otro frente a la pantalla del ordenador. Ajuste la altura de los restos de la barbilla que ambos participantes se sientan cómodamente.</li>
		<li>Instruir a los participantes y administrar pruebas de la práctica de la cooperativa y el juego competitivo. Dar instrucciones adicionales durante los ensayos de práctica si es necesario.</li>
		<li>Mida y marque el punto de Fpz según el sistema 10-20, que es el 10% de la distancia entre el nasion y el inion, en cabeza de cada participante.</li>
		<li>Coloque las tapas de las puntas de prueba cuidadosamente en cabeza de los participantes, con el láser apagado. Coloque la parte delantera de la tapa, incluyendo la red de la sonda, en frente del participante primero y luego tire hacia abajo la parte posterior de la tapa hacia el cuello. Asegúrese de que la sonda media de la fila inferior se coloca en Fpz y la columna del medio de la sonda se alinea a lo largo de la curva de referencia sagital.</li>
		<li>Coloque los hilos de la fibra en el brazo de soporte conectado al sistema de medición de NIRS para que cuelgan libremente sin contacto con el participante o la silla y no tiran de las tapas. Utilice un soporte adicional (por ej., modificado soporte de micrófono o similar) para el segundo participante si fuera necesario.</li>
		<li>Empuje cada sonda más lejos en su toma hasta la nariz blanca pequeña en el centro de la parte superior de la carcasa de la sonda es visible. Nota: La nariz es empujada hacia arriba por un mecanismo de resorte de bobina tan pronto como la punta de la sonda toca el cuero cabelludo de los participantes.</li>
		<li>Vuelva a encender el láser y la calidad de la señal de prueba haciendo clic en el botón Auto del aumento en la ventana de monitor set de sonda del sistema de medición de NIRS.</li>
		<li>Si un canal no tiene señal suficiente (es decir, si está marcado en amarillo), suavemente dejar el pelo por debajo de la punta de prueba circundante. Si es necesario, empuje las sondas más lejos en sus zócalos pero garantizar la comodidad del participante. Compruebe si ha mejorado la calidad de la señal (es decir, que el canal está ahora marcado en verde) haciendo clic en el botón Auto del aumento otra vez.</li>
		<li>Si paso 2.1.9. no conducir a una mejora de la señal, ajustar la intensidad de la señal. Si hay demasiada señal (es decir, si el canal está marcado en rojo), cambiar la intensidad de la señal de baja intensidad de señal por varias veces haciendo clic en el símbolo de la punta de prueba respectivos en la sonda de ajuste ventana del monitor del sistema de medición de NIRS. Si no hay suficiente señal (es decir, si el canal está marcado en amarillo), cambiar la intensidad a la intensidad de la señal de alto, otra vez varias veces haciendo clic en el símbolo de la sonda correspondiente.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ejecutar el experimento<ol>
<li>Cuando no existen preguntas después de los ensayos de práctica y se garantiza una calidad de señal buena, empezar el paradigma experimental.</li>
		<li>Coloque una toalla sobre las manos de los participantes para que no se ven los movimientos de la mano de su pareja de juego respectivo.</li>
		<li>Después del experimento, guardar los datos y exportar los datos de intensidad de la luz cruda como un archivo de texto haciendo clic en el botón archivo de texto hacia fuera. No se aplican los filtros en el sistema de medición de NIRS.</li>
		<li>Limpie los materiales necesarios (sondas, los titulares de la sonda, la barbilla descansa) con etanol. Lave las tapas en un ciclo suave con detergente suave.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Análisis de los datos
<ol><li>Preprocesamiento de datos Nota: Se dispone de diversos paquetes de software no comercial para fNIRS análisis de datos, por ejemplo., HomER17, NIRS cerebro AnalyzIR18 o SPM por fNIRS19. El último fue utilizado para los siguientes pasos de preprocesamiento. Para obtener más información sobre cómo realizar estos pasos, consulte el manual de la caja de herramientas.<ol>
<li>Convertir los archivos de datos para el SPM para formato de datos fNIRS.</li>
		<li>Calcular los cambios de concentración de oxi-Hb y desoxi-Hb usando la ley de Beer-Lambert modificada pulsando el botón de convertir en la ventana principal. Introduzca la edad del sujeto y la distancia entre la fuente y el detector (por ejemplo, 3 cm). Acepte los valores predeterminados de los coeficientes de absorción molar de oxi-Hb y desoxi-Hb en longitud de onda (λ) 1 y λ 2 así como los valores por defecto para el factor de longitud diferencial (PD) en λ 1 y λ 2.</li>
		<li>Preprocesar la serie de tiempo de cambios hemodinámicos para reducir artefactos de movimiento seleccionando el botón MARA (para más información sobre la sede de algoritmo MARA Scholkman et al. 20).</li>
		<li>Preprocesar la serie de tiempo para reducir la deriva lenta seleccionando el botón de la DCT.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Detección de canal mala Nota: Puede realizar detección de canal mala antes y/o después de fNIRS preprocesado de datos. En este protocolo, se combinan diferentes criterios para la detección de canales malos y la inspección visual. Tenga en cuenta que la lista de criterios no es exhaustiva. Para la detección de canales malos, uno mismo-escrita scripts fueron utilizados (por la técnica informática software véase Tabla de materiales).<ol>
<li>Excluir canales en que no hay ningún cambio de la señal para varias muestras de continuo, que es indicado por una línea plana cuando trazar la serie de tiempo.</li>
		<li>Calcular el coeficiente de variación CV = SD/Media * 100 para los datos crudos de la atenuación. Excluir canales en los que el CV está por encima de un porcentaje predefinido (por ejemplo, 10%; ver por ejemplo van der Kant et al. 21).</li>
		<li>Trazar el espectro de energía de la señal. Si no hay ningún latido visible en el espectro de la señal alrededor de 1 Hz, como se indica por una potencia creciente en esta banda de frecuencia, excluir el canal a partir del análisis.</li>
		<li>Inspeccione visualmente todos los datos antes o después de preprocesamiento. Decidir si incluir el canal basado en los criterios objetivos, descritos en 3.2.1, 3.2.3, así como en la detección visual subjetiva de canales ruidosos.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Conectividad de cerebro a cerebro Nota: Dos diferentes estiman tipos de Conectividad del cerebro pueden distinguirse: estimaciones no dirigida, que cuantificar la fuerza de la conectividad, y estimaciones dirigidas, encaminadas a establecer la evidencia estadística de causalidad de datos22 . Aquí el enfoque fue sobre la coherencia de transformación wavelet (WTC), una estimación ampliamente aplicada no dirigida para la conectividad de cerebro a cerebro fNIRS. Existen varias soluciones de software no comercial para el cómputo del WTC, por ejemplo, por Grinsted y colegas23 o el ASToolbox24, que fue utilizado en el presente Protocolo para los siguientes pasos.<ol>
<li>En la función de la ASToolbox de AWCO, especifique la wavelet madre (p. ej., Wavelet generalizado de Morse con sus parámetros beta y gamma), que se utiliza para transformar cada serie temporal en el dominio tiempo y frecuencia de la wavelet continua transformación.</li>
		<li>Especificar el tipo de ventana de suavizado (por ejemplo, ventana de Hanning) y tamaño de la ventana de suavizado para el dominio de tiempo y escala en la función AWCO.</li>
		<li>Para examinar la significación de los coeficientes WTC y calcular su p-valores, especificar el número de serie de tiempo de suplente (n ≥ 300) y el modelo ARMA (p. ej., AR (1)) en la función AWCO.</li>
		<li>Con los parámetros especificados en los pasos 3.3.1 a 3.3.3, calcular la coherencia de la wavelet de dos canales correspondientes (el mismo canal en dos participantes).</li>
		<li>Elegir una banda de frecuencia de interés en que la sincronía de cerebro a cerebro relacionados con la tarea se espera que se producen en base a estudios previos y la inspección visual de los datos (para una sede alternativa Nozawa et al. 25).</li>
		<li>Calcular la media de los coeficientes WTC y/o el porcentaje de coeficientes significativos de WTC en la banda de frecuencia relacionados con la tarea para cada bloque de la tarea en cada canal y de cada díada. Utilice este valor como una medida de resultado de sincronía de cerebro a cerebro para su posterior análisis estadístico (para más información, consulte Reindl et al. 11).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Comparación de pares al azar Nota: Para validar los resultados, se recomienda comparar el WTC de las díadas reales para el WTC de emparejamientos aleatorios de adulto-niño, que no jugaron entre sí, sino realizan la misma tarea experimental de.<ol>
<li>Calcular el WTC, como se describe en 3.3., para los pares participantes que no jugaron juntos, pero realizan la misma tarea experimental (es decir, pares al azar). Elija el número de pares al azar (p. ej., 300 para cada enfermedad) y calcular el WTC para cada par al azar.</li>
		<li>Comparar la coherencia de los pares al azar y reales para evitar la detección de falso sincronicidad.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Babiloni, F., Astolfi, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Social+neuroscience+and+hyperscanning+techniques%3A+past%2C+present+and+future%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+%26+Biobehavioral+Reviews%22%5BJournal%5D)">Social neuroscience and hyperscanning techniques: past, present and future.</a> Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 44, 76-93 (2014).</li>
<li>Hari, R., Henriksson, L., Malinen, S., Parkkonen, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Centrality+of+social+interaction+in+human+brain+function%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Centrality of social interaction in human brain function.</a> Neuron. 88 (1), 181-193 (2015).</li>
<li>Funane, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synchronous+activity+of+two+people%27s+prefrontal+cortices+during+a+cooperative+task+measured+by+simultaneous+near-infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Synchronous activity of two people's prefrontal cortices during a cooperative task measured by simultaneous near-infrared spectroscopy.</a> Journal of Biomedical Optics. 16 (7), 077011(2011).</li>
<li>Lindenberger, U., Li, S. -C., Gruber, W., Müller, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brains+swinging+in+concert%3A+cortical+phase+synchronization+while+playing+guitar%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Brains swinging in concert: cortical phase synchronization while playing guitar.</a> BMC Neuroscience. 10, 22(2009).</li>
<li>Jiang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+synchronization+during+face-to-face+communication%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Neural synchronization during face-to-face communication.</a> Journal of Neuroscience. 32 (45), 16064-16069 (2012).</li>
<li>Dikker, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain-to-brain+synchrony+tracks+real-world+dynamic+group+interactions+in+the+classroom%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Brain-to-brain synchrony tracks real-world dynamic group interactions in the classroom.</a> Current Biology. 27 (9), 1375-1380 (2017).</li>
<li>Liu, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NIRS-based+hyperscanning+reveals+inter-brain+neural+synchronization+during+cooperative+Jenga+game+with+face-to-face+communication%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Human+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">NIRS-based hyperscanning reveals inter-brain neural synchronization during cooperative Jenga game with face-to-face communication.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 10, 82(2016).</li>
<li>Hoshi, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+near-infrared+spectroscopy%3A+current+status+and+future+prospects%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Functional near-infrared spectroscopy: current status and future prospects.</a> Journal of Biomedical Optics. 12 (6), 062106(2007).</li>
<li>Lloyd-Fox, S., Blasi, A., Elwell, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Illuminating+the+developing+brain%3A+the+past%2C+present+and+future+of+functional+near+infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+%26+Biobehavioral+Reviews%22%5BJournal%5D)">Illuminating the developing brain: the past, present and future of functional near infrared spectroscopy.</a> Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 34 (3), 269-284 (2010).</li>
<li>Huppert, T. J., Hoge, R. D., Diamond, S. G., Franceschini, M. A., Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+temporal+comparison+of+BOLD%2C+ASL%2C+and+NIRS+hemodynamic+responses+to+motor+stimuli+in+adult+humans%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">A temporal comparison of BOLD, ASL, and NIRS hemodynamic responses to motor stimuli in adult humans.</a> NeuroImage. 29 (2), 368-382 (2006).</li>
<li>Reindl, V., Gerloff, C., Scharke, W., Konrad, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain-to-brain+synchrony+in+parent-child+dyads+and+the+relationship+with+emotion+regulation+revealed+by+fNIRS-based+hyperscanning%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Brain-to-brain synchrony in parent-child dyads and the relationship with emotion regulation revealed by fNIRS-based hyperscanning.</a> NeuroImage. 178, 493-502 (2018).</li>
<li>Cui, X., Bryant, D. M., Reiss, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NIRS-based+hyperscanning+reveals+increased+interpersonal+coherence+in+superior+frontal+cortex+during+cooperation%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">NIRS-based hyperscanning reveals increased interpersonal coherence in superior frontal cortex during cooperation.</a> NeuroImage. 59 (3), 2430-2437 (2012).</li>
<li>Baker, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sex+differences+in+neural+and+behavioral+signatures+of+cooperation+revealed+by+fNIRS+hyperscanning%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Sex differences in neural and behavioral signatures of cooperation revealed by fNIRS hyperscanning.</a> Scientific Reports. 6, 26492(2016).</li>
<li>Cheng, X., Li, X., Hu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synchronous+brain+activity+during+cooperative+exchange+depends+on+gender+of+partner%3A+a+fNIRS-based+hyperscanning+study%5BTitle%5D)+AND+%22Human+Brain+Mapping%22%5BJournal%5D)">Synchronous brain activity during cooperative exchange depends on gender of partner: a fNIRS-based hyperscanning study.</a> Human Brain Mapping. 36 (6), 2039-2048 (2015).</li>
<li>Pan, Y., Cheng, X., Zhang, Z., Li, X., Hu, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cooperation+in+lovers%3A+an+fNIRS-based+hyperscanning+study%5BTitle%5D)+AND+%22Human+Brain+Mapping%22%5BJournal%5D)">Cooperation in lovers: an fNIRS-based hyperscanning study.</a> Human Brain Mapping. 38 (2), 831-841 (2017).</li>
<li>Kleiner, M., Brainard, D., Pelli, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What%27s+new+in+Psychtoolbox-3%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Perception%22%5BJournal%5D)">What's new in Psychtoolbox-3?</a> Perception. 36, ECVP Abstract Supplement (2007).</li>
<li>Huppert, T. J., Diamond, S. G., Franceschini, M. A., Boas, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((HomER%3A+a+review+of+time-series+analysis+methods+for+near-infrared+spectroscopy+of+the+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">HomER: a review of time-series analysis methods for near-infrared spectroscopy of the brain.</a> Applied Optics. 48 (10), D280-D298 (2009).</li>
<li>Santosa, H., Zhai, X., Fishburn, F., Huppert, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+NIRS+Brain+AnalyzIR+Toolbox%5BTitle%5D)+AND+%22Algorithms%22%5BJournal%5D)">The NIRS Brain AnalyzIR Toolbox.</a> Algorithms. 11 (5), 73(2018).</li>
<li>Tak, S., Uga, M., Flandin, G., Dan, I., Penny, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensor+space+group+analysis+for+fNIRS+data%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Sensor space group analysis for fNIRS data.</a> Journal of Neuroscience Methods. 264, 103-112 (2016).</li>
<li>Scholkmann, F., Spichtig, S., Muehlemann, T., Wolf, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+to+detect+and+reduce+movement+artifacts+in+near-infrared+imaging+using+moving+standard+deviation+and+spline+interpolation%5BTitle%5D)+AND+%22Physiological+Measurement%22%5BJournal%5D)">How to detect and reduce movement artifacts in near-infrared imaging using moving standard deviation and spline interpolation.</a> Physiological Measurement. 31 (5), 649-662 (2010).</li>
<li>van der Kant, A., Biro, S., Levelt, C., Huijbregts, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Negative+affect+is+related+to+reduced+differential+neural+responses+to+social+and+non-social+stimuli+in+5-to-8-month-old+infants%3A+a+functional+near-infrared+spectroscopy-study%5BTitle%5D)+AND+%22Developmental+Cognitive+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Negative affect is related to reduced differential neural responses to social and non-social stimuli in 5-to-8-month-old infants: a functional near-infrared spectroscopy-study.</a> Developmental Cognitive Neuroscience. 30, 23-30 (2018).</li>
<li>Bastos, A. M., Schoffelen, J. -M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+tutorial+review+of+functional+connectivity+analysis+methods+and+their+interpretational+pitfalls%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Systems+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">A tutorial review of functional connectivity analysis methods and their interpretational pitfalls.</a> Frontiers in Systems Neuroscience. 9, 175(2016).</li>
<li>Grinsted, A., Moore, J. C., Jevrejeva, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+the+cross+wavelet+transform+and+wavelet+coherence+to+geophysical+time+series%5BTitle%5D)+AND+%22Nonlinear+Processes+in+Geophysics%22%5BJournal%5D)">Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series.</a> Nonlinear Processes in Geophysics. 11, 561-566 (2004).</li>
<li>Aguiar-Conraria, L., Soares, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+continuous+wavelet+transform%3A+moving+beyond+uni-and+bivariate+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Economic+Surveys%22%5BJournal%5D)">The continuous wavelet transform: moving beyond uni-and bivariate analysis.</a> Journal of Economic Surveys. 28 (2), 344-375 (2014).</li>
<li>Nozawa, T., Sasaki, Y., Sakaki, K., Yokoyama, R., Kawashima, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interpersonal+frontopolar+neural+synchronization+in+group+communication%3A+an+exploration+toward+fNIRS+hyperscanning+of+natural+interactions%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Interpersonal frontopolar neural synchronization in group communication: an exploration toward fNIRS hyperscanning of natural interactions.</a> NeuroImage. 133, 484-497 (2016).</li>
<li>Burgess, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((On+the+interpretation+of+synchronization+in+EEG+hyperscanning+studies%3A+a+cautionary+note%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Human+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">On the interpretation of synchronization in EEG hyperscanning studies: a cautionary note.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 7, 881(2013).</li>
<li>Tsuzuki, D., Dan, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+registration+for+functional+near-infrared+spectroscopy%3A+from+channel+position+on+the+scalp+to+cortical+location+in+individual+and+group+analyses%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Spatial registration for functional near-infrared spectroscopy: from channel position on the scalp to cortical location in individual and group analyses.</a> NeuroImage. 85, 92-103 (2014).</li>
<li>Tachtsidis, I., Scholkmann, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((False+positives+and+false+negatives+in+functional+near-infrared+spectroscopy%3A+issues%2C+challenges%2C+and+the+way+forward%5BTitle%5D)+AND+%22Neurophotonics%22%5BJournal%5D)">False positives and false negatives in functional near-infrared spectroscopy: issues, challenges, and the way forward.</a> Neurophotonics. 3 (3), 031405(2016).</li>
<li>Palumbo, R. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interpersonal+autonomic+physiology%3A+a+systematic+review+of+the+literature%5BTitle%5D)+AND+%22Personality+and+Social+Psychology+Review%22%5BJournal%5D)">Interpersonal autonomic physiology: a systematic review of the literature.</a> Personality and Social Psychology Review. 21 (2), 99-141 (2016).</li>
<li>Pinti, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+present+and+future+use+of+functional+near-infrared+spectroscopy+%28fNIRS%29+for+cognitive+neuroscience%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+the+New+York+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">The present and future use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for cognitive neuroscience.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. , (2018).</li>
<li>Brigadoi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motion+artifacts+in+functional+near-infrared+spectroscopy%3A+a+comparison+of+motion+correction+techniques+applied+to+real+cognitive+data%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Motion artifacts in functional near-infrared spectroscopy: a comparison of motion correction techniques applied to real cognitive data.</a> NeuroImage. 85 (1), 181-191 (2014).</li>
<li>Cooper, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+systematic+comparison+of+motion+artifact+correction+techniques+for+functional+near-infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">A systematic comparison of motion artifact correction techniques for functional near-infrared spectroscopy.</a> Frontiers in Neuroscience. 6, 147(2012).</li>
<li>Hirsch, J., Zhang, X., Noah, J. A., Ono, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frontal+temporal+and+parietal+systems+synchronize+within+and+across+brains+during+live+eye-to-eye+contact%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Frontal temporal and parietal systems synchronize within and across brains during live eye-to-eye contact.</a> NeuroImage. 157, 314-330 (2017).</li>
<li>Scholkmann, F., Holper, L., Wolf, U., Wolf, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+methodical+approach+in+neuroscience%3A+assessing+inter-personal+brain+coupling+using+functional+near-infrared+imaging+%28fNIRI%29+hyperscanning%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Human+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">A new methodical approach in neuroscience: assessing inter-personal brain coupling using functional near-infrared imaging (fNIRI) hyperscanning.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 7, 813(2013).</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

En este protocolo, se muestra cómo llevar a cabo experimentos de hyperscanning fNIRS y una manera posible de analizar sincronía de cerebro a cerebro, medir cambios de concentración de oxi-Hb y desoxi-Hb en regiones del cerebro frontal de dos temas al mismo tiempo. Hyperscanning FNIRS es relativamente fácil de aplicar: un único dispositivo NIRS es suficiente para medir las actividades cerebrales de ambos temas dividiendo las optodes entre ellos. Por lo tanto, no hay sincronización entre diferentes dispositivos es necesari...

En los últimos años, los neurocientíficos han empezado a estudiar las interacciones sociales mediante el registro de las actividades del cerebro de dos o más personas al mismo tiempo, un enfoque llamado hyperscanning1. Esta técnica abre nuevas oportunidades para dilucidar los mecanismos neurobiológicos subyacentes a estas interacciones. Para comprender las interacciones sociales, puede no ser suficiente para el estudio de cerebros individuales en aislamiento sino más bien las actividades conjuntas de los cerebros de las personas interactuantes2. Mediante técnicas de neuroimagen diferentes, hyperscanning estudios han demostrado eso cerebro sincronización actividades de interacción de las personas o grupos, por ejemplo, mientras que coordinan sus acciones3, hacer música4,5, se comunican participar en actividades de aula6 o7de cooperar.
El artículo presenta un protocolo para la realización de grabaciones simultáneas con funcional espectroscopia del infrarrojo cercano (fNIRS). Similar a la proyección de imagen de resonancia magnética funcional (fMRI), fNIRS mide la respuesta hemodinámica a la activación del cerebro. Cambios en la hemoglobina oxigenada y desoxigenada (Oxi-Hb y deoxi-Hb) se calculan basándose en la cantidad de luz infrarroja diffusively transmitida a través de tejido8. fNIRS es idóneo para la realización de experimentos de hyperscanning, especialmente con los niños, porque pueden aplicarse en contextos con menos restricciones y más naturales que el fMRI. Por otra parte, es menos propenso a artefactos de movimiento que fMRI y EEG9. Además, datos fNIRS pueden ser adquiridos en altas frecuencias de muestreo (p. ej., 10 Hz), así muy sobremuestrea la respuesta hemodinámica relativamente lenta y tal modo potencialmente proporciona una imagen temporal más completa de la hemodinámica del cerebro10 .
Este protocolo fue desarrollado dentro del estudio de Reindl et al. 11 y ha sido ligeramente modificado (en particular con respecto a la colocación de la canal y la identificación de canal mala) más recientemente. El objetivo del estudio fue examinar la actividad cerebral sincronizada de díadas de padres e hijos. Utilizando fNIRS hyperscanning, se evaluaron la sincronía de cerebro a cerebro en áreas del cerebro prefrontal de los niños (de cinco a nueve años) y sus padres, sobre todo madres, en una cooperativa y una tarea de equipo competitivo. Regiones prefrontales del cerebro fueron objeto ya había sido identificados como regiones importantes para procesos sociales interactivos en anteriores estudios de hyperscanning1. La tarea de cooperación y competitiva fueron desarrollados originalmente por Cui et al. 12 y recientemente empleado anterior varios estudios13,14,15. Para el estudio de Reindl et al. 11, las tareas fueron modificadas para ser conveniente para los niños. Los participantes fueron instruidos o responder conjuntamente a través de pulsar un botón en respuesta a un objetivo (cooperación) o para responder más rápido que el otro jugador (competencia). Cada niño realiza cada tarea una vez con el padre y una vez con un adulto desconocido del mismo sexo como el padre. Dentro de cada díada niño-adulto, coherencia de wavelet se calculó para las señales de oxi-Hb de canales correspondientes como una medida de la sincronía de cerebro a cerebro.
Este protocolo describe el procedimiento para recopilar fNIRS hyperscanning datos de los padres y el niño durante el juego cooperativo y competitivo. El procedimiento general, sin embargo, no es específico de este diseño de la investigación pero es apropiado para poblaciones diferentes (por ejemplo, adultos extranjeros, socios románticos, hermanos, etc.) y puede ser adaptado para un número de diferentes tareas experimentales. Este protocolo también esboza un procedimiento analítico posible, que cubre los pasos de análisis de datos necesarios y opcionales, incluyendo fNIRS preprocesado de datos, detección de canales malos, wavelet coherencia análisis y validación por análisis par al azar.

<table><tbody><tr><td>Sistema de medición NIRS con juegos de sondas y rejillas de soporte de sondas</td><td>Hitachi Medical Corporation, Tokio, Japón</td><td>ETG-4000 Sistema de topografía óptica&nbsp;</td><td>El protocolo de estudio actual requiere un segundo juego opcional de sondas adultas para 52 canales de medición en total, así como dos rejillas de soporte de sondas de 3x5.</td></tr><tr><td>gorros de electroencefalograma en bruto</td><td>EASYCAP GmbH, Herrsching, Alemania</td><td>C-SCMS-56; El</td><td>experimentador debe proporcionar orificios para las tapas C-SCMS-58 para sondas NIRS. Elija el tamaño de la gorra del mismo tamaño o un poco más grande que la circunferencia de la cabeza del participante.</td></tr><tr><td>Software de computación técnica</td><td>The MathWorks, Inc., Natick, MA</td><td>MATLAB R2014a (o versiones posteriores)</td><td>Sirve como base para las extensiones de Psychophysics Toolbox (presentación de estímulos), SPM para la caja de herramientas fNIRS&nbsp; (análisis de datos fNIRS), y ASToolbox (cálculo WTC).</td></tr></tbody></table>

realización de experimentos de hyperscanning con funcional espectroscopia del infrarrojo cercano

Conducting Hyperscanning Experiments with Functional Near-Infrared Spectroscopy

Grabaciones de cerebro concurrente de dos o más personas interactúan, un enfoque llamado hyperscanning, están ganando cada vez mayor importancia para la comprensión de las bases neurobiológicas de las interacciones sociales y relaciones interpersonales posiblemente . Funcional espectroscopia del infrarrojo cercano (fNIRS) es idóneo para la realización de experimentos de hyperscanning porque mide los efectos hemodinámicos locales con una alta velocidad de muestreo y, lo que es importante, puede aplicarse en escenarios naturales, que no requieren movimiento estricto restricciones. En este artículo, presentamos un protocolo para realizar fNIRS hyperscanning experimentos con díadas de padres e hijos y para análisis sincronía de cerebro a cerebro. Además, discutimos los asuntos críticos y direcciones futuras, en relación con el diseño experimental, registro espacial de los canales de fNIRS, influencias fisiológicas y métodos de análisis de datos. El protocolo descrito no es específico de díadas de padres e hijos, pero se puede aplicar a una variedad de diferentes constelaciones de dos días, como adultos extraños, pareja romántica o hermanos. Para concluir, fNIRS hyperscanning tiene el potencial para producir nuevos conocimientos sobre la dinámica de la interacción social permanente, que posiblemente vayan más allá de lo que puede ser estudiada examinando las actividades de los cerebros individuales.

Datos representativos de una díada padre-hijo durante la condición cooperativa se muestran en la figura 1. La tarea cooperativa consiste en tres 30 s resto bloques y bloques de dos tareas, con 20 ensayos cada uno, presentados en orden de alternancia. En cada ensayo, los participantes tienen que reaccionar tan simultáneamente como sea posible a la señal para ganar un punto11.
...

El presente Protocolo describe cómo realizar fNIRS hyperscanning experimentos y analizar la sincronía de cerebro a cerebro. Además, discutimos los retos y posibles soluciones.

Realización de experimentos de Hyperscanning con funcional espectroscopia del infrarrojo cercano

Concurrent brain recordings of two or more interacting persons, an approach termed hyperscanning, are gaining increasing importance for our understanding ...

Mediante la medición de las actividades cerebrales de dos o más personas simultáneamente, este método puede arrojar luz sobre los mecanismos neurobiológicos subyacentes a las interacciones sociales. La espectroscopia funcional de infrarrojo cercano, o fNIRS, es muy adecuada para llevar a cabo este tipo de experimentos de hiperescaneo porque mide la respuesta hemodinámica cerebral con una alta frecuencia de muestreo y se puede aplicar en entornos relativamente naturales. Si bien este protocolo muestra cómo llevar a cabo grabaciones fNIRS simultáneas de diadas de adultos y niños, se puede adaptar a diferentes constelaciones dyadic como parejas románticas y a diferentes tareas experimentales.Comience eligiendo un tamaño de tapa que tenga el mismo tamaño o ligeramente mayor que la circunferencia de la cabeza del participante. Corte 15 agujeros con un diámetro de aproximadamente 15 milímetros cada uno, dispuestos en una rejilla horizontal de tres por cinco en el área de la frente de cada una de las dos tapas EEG crudas. Asegúrese de que los agujeros estén espaciados a 30 milímetros entre sí en cualquier dirección, de que la columna central de los agujeros se encuentre en el centro de la frente.Para hacer las tapas más cómodas y minimizar las marcas de presión, coloque material de espuma suave en el lado interno de la rejilla del soporte entre las tomas de la sonda y en los bordes. A continuación, monte una rejilla vacía de tres por cinco del soporte de la sonda en cada una de las tapas EEG modificadas de tal manera que la rejilla del soporte se coloque en el interior de la tapa y las tomas del soporte se peguen en los orificios. A continuación, inserte suavemente las sondas en las tomas de soporte adecuadas en la rejilla de tal manera que sólo la primera cresta de cada sonda se monte en el zócalo, lo que da como resultado un sonido de clic.Abra la ventana del monitor del conjunto de sondas en el sistema de medición más cercano y seleccione dos conjuntos de sondas dispuestos en una cuadrícula de tres por cinco cada uno, uno para el niño participante y otro para el adulto. Asegúrese de que las disposiciones de la sonda de las dos tapas correspondan a las disposiciones en la ventana del conjunto de sondas. A continuación, encienda los diodos láser del sistema de medición más cercano 30 minutos antes de medir para que el sistema alcance una temperatura de funcionamiento estable.Establezca todas las opciones necesarias en el sistema de medición más cercano. Asegúrese de que el dispositivo está configurado en la medición relacionada con eventos y de que la entrada serie RS232 necesaria para recibir desencadenadores del paradigma experimental está activa. A continuación, prepare el paradigma experimental iniciando el software de computación técnica que sirve como base para las extensiones de Psychophysics Toolbox y estableciendo el directorio actual en la carpeta en la que se guarda el paradigma.Por último, coloque dos mentóns frente a la pantalla del ordenador para evitar movimientos de la cabeza durante el experimento. Comience escoltando a los dos participantes a la sala de pruebas y explicando la configuración experimental. A continuación, siéntese uno al lado del otro frente a la pantalla del ordenador.Ajuste la altura de los reposa menos de manera que ambos participantes se sienten cómodamente. Proporcionar instrucciones y administrar ensayos de práctica tanto de la cooperativa como del juego competitivo. A continuación, mida y marque el punto Fpz de acuerdo con el sistema 10-20, que es el 10% de la distancia entre nasion e inion en la cabeza de cada participante.A continuación, apague el láser y coloque las tapas con las sondas cuidadosamente en las cabezas de los participantes. Asegúrese de que la sonda central de la fila inferior se coloca en Fpz y la columna de la sonda central está alineada a lo largo de la curva de referencia sagital. Coloque las cuerdas de fibra en el brazo del soporte unido al sistema de medición más cercano para que cuelguen libremente sin contacto con el participante o la silla y no tiren de las tapas.A continuación, empuje cada sonda más lejos en su zócalo hasta que la pequeña nariz blanca en el centro de la parte superior de la carcasa de la sonda sea visible. A continuación, vuelva a encender el láser y pruebe la calidad de la señal haciendo clic en el botón Ganancia automática en la ventana del monitor del conjunto de sondas del sistema de medición más cercano. Si un canal está marcado en amarillo, lo que significa señal insuficiente, deje suavemente el cabello debajo de la punta de la sonda circundante a un lado.Realice ajustes de sonda y haga clic de nuevo en el botón Ganancia automática para ver si la calidad de la señal ha mejorado o está marcada en verde. Una vez que la calidad de la señal sea satisfactoria, coloque una toalla sobre las manos de los participantes para que no puedan ver los movimientos de la mano de su respectivo compañero de juego. A continuación, inicie el experimento.A continuación, una vez completado el experimento, guarde los datos y exporte los datos de intensidad de luz sin procesar como un archivo de texto haciendo clic en el botón Salida de archivo de texto. Por último, limpie las sondas, los soportes de sonda y los reposa mentón con etnol, y lave las tapas con detergente suave. Como medida de la sincronía de cerebro a cerebro, la coherencia de las ondas se calcula entre las señales fNIRS de los sujetos que interactúan.Los coeficientes de coherencia de las ondas se visualizan utilizando un mapa de color que va desde el azul, la poca o ninguna coherencia, hasta el rojo, lo que significa una coherencia fuerte o máxima. Los resultados muestran una fuerte coherencia a lo largo del experimento en una banda de alta frecuencia hasta una duración del período de aproximadamente un segundo, lo que probablemente resulta de los ritmos cardíacos de los sujetos. Además, una fuerte coherencia aparece en una banda de frecuencia más baja entre la longitud del período de dos y ocho segundos.La coherencia en este rango de baja frecuencia probablemente refleja una sincronización de las actividades cerebrales de ambos sujetos durante la tarea. Al intentar este procedimiento, es importante comprobar que las tapas se colocan correctamente en los cabezales de los participantes y para garantizar una buena calidad de la señal. Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que los investigadores en el campo de la neurociencia social exploraran la sincronía de cerebro a cerebro en una variedad de tareas diferentes, examinando los correlatos de comportamiento y las asociaciones con las características de los individuos y su relación.

conducting-hyperscanning-experiments-with-functional-near-infrared

Research

Investigación

JoVE Journal

Neuroscience

Neurociencia

Aquí se describe un método de recolección de datos y análisis de datos para funcionales espectroscopia de infrarrojo cercano (fNIRS), una novela de sistema no invasivo usa imágenes del cerebro en la neurociencia cognitiva, especialmente en el estudio del desarrollo del cerebro del niño. Este método proporciona un estándar universal de adquisición de datos y el análisis fundamental para la interpretación de datos y descubrimientos científicos.

Explorar las funciones cognitivas en bebés, niños y adultos con Espectroscopia de Infrarrojo Cercano

Fuente: Reindl, V., et al. Realización de experimentos de hiperbarrido con espectroscopia funcional de infrarrojo cercano. J. Vis. Exp. (2019) Este video demuestra el uso de la espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) para medir la actividad cerebral durante las interacciones sociales. Los participantes participan en una tarea coordinada que aumenta la actividad en la corteza prefrontal, una región crítica para el comportamiento social, mientras que el sistema detecta cambios en...

Espectroscopia funcional de infrarrojo cercano para registrar la actividad cerebral durante las interacciones sociales

La monitorización de la actividad cerebral durante las tareas motoras verticales es de gran valor cuando se investiga la fuente neural de los trastornos del movimiento. Aquí, demostramos un protocolo que combina la espectroscopia funcional de infrarrojo cercano con el monitoreo continuo de la actividad muscular y cinemática durante 4 tipos de tareas motoras.

Funcional Espectroscopia de Infrarrojo Cercano de las Regiones sensoriales y motoras del cerebro con simultánea cinemática y EMG Supervisión Durante las tareas motoras

El protocolo actual describe cómo realizar grabaciones simultáneas DeEEG y fNIRS y cómo inspeccionar la relación entre los datos EEG y fNIRS.

Realización de electroencefalografía concurrente y grabaciones funcionales de espectroscopia de infrarrojo cercano con una tarea de flanqueador

Se describe el protocolo para realizar experimentos de hiperescaneo fNIRS en díadas de aprendizaje colaborativo en un entorno de aprendizaje naturalista. Además, se presenta una tubería para analizar la sincronía intercerecere (SII) de las señales de hemoglobina oxigenada (Oxy-Hb).

Sincronización intercerebros en el aprendizaje colaborativo abierto: un estudio fNIRS-Hyperscanning

El presente protocolo combina espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) y observación basada en vídeo para medir la sincronización interpersonal en cuartetos durante una tarea de dibujo colaborativo.

Sincronización de grupos durante el dibujo colaborativo mediante espectroscopia funcional de infrarrojo cercano

La coherencia de la transformada wavelet (WTC) es una metodología común para evaluar el acoplamiento entre señales que se utiliza en los estudios de hiperbarrido de espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS). En este trabajo se presenta una caja de herramientas para evaluar la direccionalidad de la interacción de la señal.

Nuevo marco para comprender la coherencia entre cerebros en estudios de hiperexploración de espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS)

El protocolo tiene como objetivo proporcionar una descripción detallada de la metodología para llevar a cabo un estudio de hiperescaneo fNIRS en asesoramiento psicológico. Esto incluye los preparativos para el experimento, el procedimiento para recopilar datos y el posterior proceso de análisis de datos.

Estudio funcional de espectroscopia de infrarrojo cercano con hiperbarrido en asesoramiento psicológico

Usamos la magnetoencefalografía (MEG) y la electroencefalografía (EEG) para mapear áreas del cerebro involucradas en el procesamiento de los estímulos sensoriales simples.

Mapeo funcional con MEG y EEG simultáneo

Procedimientos para la grabación de alta densidad de datos de EEG y la mirada en equipo basado en juego de las tareas cognitivas se describen. El uso de un juego de vídeo para presentar las tareas cognitivas mejora validez ecológica sin sacrificar el control experimental.

La combinación de PC del juego basado en experimentos del comportamiento de alta densidad de seguimiento de mirada EEG e infrarrojo

Aprenda a realizar experimentos de hyperscanning con espectroscopia funcional de infrarrojo cercano para analizar la sincronía cerebro-cerebro en interacciones adulto-niño. Este protocolo detalla la configuración de equipos, colocación de sondas y análisis de coherencia wavelet.

Realización de experimentos de Hyperscanning con funcional espectroscopia del infrarrojo cercano

Explorar más videos