פרוטוקול זה מתאר כיצד אלקטרואנצפלוגרפיה, אלקטרוקרדיוגרפיה ורישומים התנהגותיים מסונכרנים נלכדו מדיאדות מטפלות בתינוקות בסביבה ביתית.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
פרוטוקול זה מתאר כיצד אלקטרואנצפלוגרפיה, אלקטרוקרדיוגרפיה ורישומים התנהגותיים מסונכרנים נלכדו מדיאדות מטפלות בתינוקות בסביבה ביתית.
מחקרי היפר-סריקה קודמים המתעדים את פעילות המוח של מטפלים וילדים נערכו במקביל בעיקר בתחומי המעבדה, ובכך הגבילו את יכולת ההכללה של התוצאות לסביבות בחיים האמיתיים. כאן מוצע פרוטוקול מקיף ללכידת אלקטרואנצפלוגרפיה מסונכרנת (EEG), אלקטרוקרדיוגרפיה (ECG) ורישומים התנהגותיים מדיאדות תינוק-מטפל במהלך משימות אינטראקטיביות שונות בבית. פרוטוקול זה מדגים כיצד לסנכרן את זרמי הנתונים השונים ולדווח על שיעורי שמירת נתוני EEG ובדיקות איכות. בנוסף, נדונים נושאים קריטיים ופתרונות אפשריים ביחס למערך הניסוי, המשימות ואיסוף הנתונים בהגדרות הבית. הפרוטוקול אינו מוגבל לדיאדות מטפלות-תינוקות, אלא ניתן ליישם אותו על קונסטלציות דיאדיות שונות. בסך הכל, אנו מדגימים את הגמישות של מערכי היפר-סריקה של EEG, המאפשרים לערוך ניסויים מחוץ למעבדה כדי ללכוד את פעילויות המוח של המשתתפים בסביבות סביבתיות תקפות יותר מבחינה אקולוגית. עם זאת, תנועה וסוגים אחרים של חפצים עדיין מגבילים את המשימות הניסיוניות שניתן לבצע בסביבה הביתית.
באמצעות הקלטה סימולטנית של פעילויות מוחיות משני נבדקים או יותר המקיימים אינטראקציה, הידועה גם בשם היפר-סריקה, ניתן להבהיר את הבסיס העצבי של אינטראקציות חברתיות בדינמיקה המורכבת, הדו-כיוונית והמהירה שלהן1. טכניקה זו הסיטה את המוקד מלימוד אנשים בסביבה מבודדת ומבוקרת היטב לבחינת אינטראקציות נטורליסטיות יותר, כגון אינטראקציות הורה-ילד במהלך משחק חופשי 2,3, פתרון חידות4 ומשחקי מחשב שיתופיים 5,6. מחקרים אלה מראים כי פעילויות מוחיות מסתנכרנות במהלך אינטראקציות חברתיות, כלומר מראות דמיון בין זמנים, תופעה המכונה סנכרון עצבי בין-אישי (INS). עם זאת, הרוב הגדול של מחקרי היפר-סריקה הוגבלו לסביבות מעבדה. בעוד שזה מאפשר שליטה ניסיונית טובה יותר, זה עלול לבוא על חשבון אובדן חלק מהתוקף האקולוגי. התנהגויות שנצפו במעבדה עשויות שלא לייצג את ההתנהגויות האינטראקטיביות היומיומיות הטיפוסיות של המשתתפים בשל הסביבה הלא מוכרת והמלאכותית ואופי המשימות המוטלות7.
ההתקדמות האחרונה במכשירי דימות מוחי ניידים, כגון אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG) או ספקטרוסקופיה תפקודית של אינפרא אדום קרוב (fNIRS), מקלה על בעיות אלה על ידי הסרת הדרישה מהמשתתפים להישאר מחוברים פיזית למחשב ההקלטה. לכן, הם מאפשרים לנו למדוד את פעילויות המוח של המשתתפים בזמן שהם מתקשרים בחופשיות בכיתה או בבתיהם 8,9. היתרון של EEG בהשוואה לשיטות דימות מוחי אחרות, כגון fNIRS, הוא שיש לו רזולוציה טמפורלית מצוינת, מה שהופך אותו מתאים במיוחד לחקר דינמיקה חברתית מהירה10. עם זאת, הוא מגיע עם האזהרה כי אות EEG הוא פגיע מאוד לתנועה וממצאים פיזיולוגיים ולא פיזיולוגיים אחרים11.
למרות זאת, המחקרים הראשונים יישמו בהצלחה מערכי היפר-סריקה של EEG בסביבות ובתנאים מציאותיים. לדוגמה, Dikker et al.12 מדדו את אות ה-EEG של קבוצת תלמידים בזמן שהם עסקו בפעילויות שונות בכיתה, כולל השתתפות בהרצאות, צפייה בסרטונים והשתתפות בדיונים קבוצתיים. מחקר זה, יחד עם מחקרים אחרים 8,9, השתמש בעיקר אלקטרודות EEG יבשות כדי להקל על תהליך ביצוע מדידות בסביבות שאינן מעבדה. בהשוואה לאלקטרודות רטובות, הדורשות יישום של ג'ל מוליך או הדבקה, אלקטרודות יבשות מציעות יתרונות בולטים מבחינת שימושיות. הם הוכחו כבעלי ביצועים דומים לאלקטרודות רטובות באוכלוסיות בוגרות ובתנאים נייחים; עם זאת, הביצועים שלהם עשויים לרדת בתרחישים הקשורים לתנועה עקב רמות עכבה מוגברות13.
כאן, אנו מציגים פרוטוקול עבודה ללכידת הקלטות מסונכרנות ממערכת EEG ג'ל נוזלי בצפיפות נמוכה בת שבעה ערוצים עם אלקטרוקרדיוגרפיה עופרת יחידה (ECG) המחוברת לאותו מגבר אלחוטי (קצב דגימה: 500 הרץ) של דיאדות מטפלות-תינוקות בסביבה ביתית. בעוד אלקטרודות אקטיביות שימשו למבוגרים, אלקטרודות פסיביות שימשו במקום לתינוקות מכיוון שהאחרונה מגיעה בדרך כלל בצורה של אלקטרודות טבעתיות, ובכך הקלה על תהליך מריחת הג'ל. בנוסף, הקלטות EEG-ECG סונכרנו לשלוש מצלמות ומיקרופונים כדי ללכוד את התנהגויות המשתתפים מזוויות שונות. במחקר, תינוקות בני 8-12 חודשים והמטפלים שלהם עסקו במטלת קריאה ומשחק בזמן שתועדו EEG, אק"ג והתנהגויות שלהם. כדי למזער את ההשפעה של תנועה מוגזמת על איכות אות ה-EEG, המשימות נערכו בסביבה של שולחן עליון (למשל, שימוש בשולחן המטבח ובכיסא גבוה לתינוק), ודרשו מהמשתתפים להישאר יושבים לאורך כל משימת האינטראקציה. למטפלים סופקו שלושה ספרים המתאימים לגיל וצעצועי שולחן (מצוידים בכוסות יניקה כדי למנוע מהם ליפול). הם הונחו להקריא לילדם במשך כ -5 דקות, ולאחר מכן מפגש משחק של 10 דקות עם הצעצועים.
פרוטוקול זה מפרט את השיטות לאיסוף נתוני EEG-ECG, וידאו ושמע מסונכרנים במהלך משימות הקריאה וההפעלה. עם זאת, ההליך הכולל אינו ספציפי לתכנון מחקר זה, אך מתאים לאוכלוסיות שונות (למשל, דיאדות הורה-ילד, דיאדות חבר) ולמשימות ניסוי. תוצג שיטת הסנכרון של זרמי נתונים שונים. יתר על כן, יתואר צינור עיבוד מקדים בסיסי של EEG המבוסס על Dikker et al.12, וידווחו שיעורי שמירת נתוני EEG ומדדי בקרת איכות. מכיוון שהבחירות האנליטיות הספציפיות תלויות במגוון גורמים (כגון תכנון משימות, שאלות מחקר, מונטאז' EEG), ניתוח היפר-סריקה EEG לא יפורט בהמשך, אלא במקום זאת, הקורא יופנה להנחיות ולארגז כלים קיימים (למשל, 14 להנחיות;15,16 עבור ארגזי כלים לניתוח היפר-סריקה). לבסוף, הפרוטוקול דן באתגרים ובפתרונות אפשריים להיפר-סריקה של EEG-ECG בבית ובסביבה אחרת בעולם האמיתי.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הפרוטוקול המתואר אושר על ידי מועצת הביקורת המוסדית (IRB) של האוניברסיטה הטכנולוגית נניאנג, סינגפור. הסכמה מדעת התקבלה מכל המשתתפים הבוגרים ומהורים בשם תינוקותיהם.
1. שיקולים של ציוד ומקום בבית הפעלות
2. הכנות לפני הפגישה
3. הכנת הניסוי בבית המשתתף

איור 1: תצוגה מלמעלה למטה של ההגדרה. (1) מצלמת וידיאו הפונה לתינוקות. (2) מצלמת וידאו בתצוגה משולבת. (3) מצלמת וידיאו הפונה למטפל. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
4. יישום חיישן EEG ואק"ג עבור המטפל
5. יישום חיישן EEG ואק"ג לתינוק
6. יצירת תיבת טריגר לסנכרון נתונים רב-מודאלי
הערה: מאחר שזרמי נתוני חיישנים שונים (כלומר, EEG, אק"ג, וידאו ושמע) יתחילו להקליט בנקודות זמן שונות במהלך ההפעלה, יש לסנכרן אותם ידנית כדי ליצור ציר זמן יחיד של אירועים. לכן, יש צורך באירוע משותף שניתן ללכוד הן על ידי מצלמת הווידאו (כלומר, אור LED) והן על ידי המגבר (כלומר, אות דיגיטלי או אנלוגי). כדי להשיג זאת, נעשה שימוש בתיבת טריגר סינכרון פנימית, אשר ניתן לבנות באמצעות תוכנית יחידת מיקרו-בקר פשוטה, כמפורט להלן.

איור 2: בניית תיבת טריגר. (A) דיאגרמת מעגל מיקרו-בקר עבור תיבת טריגר; (ב) פנים תיבת ההדק הבנויה; (C) תיבת הדק המחוברת למגברי EEG-ECG למבוגרים ולתינוקות, ללחצן לחיצת ההדק ולבנק החשמל. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: הגדרות יציאת טריגר פעילה גבוהה ופעילה נמוכה. בהתאם למצב ההתחלתי של פין ההדק (0 או 1), הגדרת יציאת ההדק (פעיל גבוה, HA או פעיל נמוך, LA) נבחרת כך שהסמן מופק בסוף הפעימה (כאשר לחצן ההדק משתחרר). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
7. סנכרון זרמי חיישנים
8. ניסוי אינטראקציה הורה-תינוק
9. הבהרה בסוף הניסוי
10. אבטחת איכות נתונים
11. עיבוד נתונים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המשתתפים במחקר זה היו בני 8 עד 12 חודשים, בדרך כלל תינוקות מתפתחים ואמם ו / או סבתם שדיברו אנגלית או אנגלית ושפה שנייה בבית. מכשירי EEG בעלי 7 אלקטרודות ואק"ג חד-ראשי של מבוגרים ותינוקות, כמו גם הקלטות וידאו ושמע משלוש מצלמות ומיקרופונים, נרכשו בו זמנית במהלך המשימות. הפעילות העצבית נמדדה על פני F3, F4, C3, Cz, C4, P3 ו-P4 על פי מערכת 10-20 הבינלאומית. זרמי הנתונים השונים היו מיושרים באופן זמני ונחתכו בתחילת הניסוי ובסופו, כך שכל ההקלטות התחילו בנקודת זמן t = 0 (איור 4).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בפרוטוקול זה, אנו מבצעים מדידות בבתי המשתתפים שבהם תינוקות ומטפלים עשויים להרגיש נוח יותר והתנהגותם עשויה לייצג יותר את האינטראקציות שלהם בחיים האמיתיים לעומת סביבת מעבדה, ובכך להגדיל את התוקף האקולוגי7. יתר על כן, הקלטות בסביבה הביתית עשויות להקל על העומס על המשתתפים, למשל ביחס לזמני הנסיעה, ובכך עשויות להפוך קבוצות משתתפים מסוימות לנגישות יותר. עם זאת, יחד עם יתרונות אלה, הקלטות היפר-סריקה נטורליסטיות של EEG בהקשרים בעולם האמיתי מציבות מערך אתגרים ומגבלות משלהן ביחס לתכנון ופרוטוקול ניסוי, כמו ג...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
אין להצהיר על ניגוד עניינים.
העבודה מומנה על ידי מענק פוסט-דוקטורט נשיאותי מהאוניברסיטה הטכנולוגית נניאנג שהוענק למציאות מדומה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מזרק 10 סמ"ק Luer Lock Tip ללא מחט | Terumo Corporation | ||
| actiCAP סט אלקטרודות דק 8 ערוצים (LiveAMP8) | Brain Products GmbH | ||
| Arduino Software (IDE) | Arduino | Arduino IDE 1.8.19 | התוכנה המשמשת לכתיבת הקוד עבור המיקרו-בקר Arduino. ניתן להשתמש בתוכנת תכנות חלופית כדי ללוות את יחידת המיקרו-בקר שנבחרה. |
| לוח Arduino Uno | Arduino | משמש לבניית המעגל של תיבת ההדק. ניתן להשתמש בלוחות מיקרו-בקר חלופיים. | |
| מחברי | מחברי BNC לחיבור החלקים השונים של הגדרת תיבת ההדק. | ||
| כפתור BNC | Brain Products GmbH | BP-345-9000 | BNC לחצן לחיצה על ההדק לשליחת טריגרים. |
| כבל הדק שקע BNC לשקע 2.5 מ"מ (80 ס"מ) | כבלי BNC מבית Brain Products GmbH | BP-245-1200 | המחברים את 2 ה-LiveAmps לתיבת ההדק. |
| מנתח BrainVision גרסה 2.2.0.7383 | תוכנת ניתוח EEG | של Brain Products GmbH | |
| רישיון מקליט BrainVision עם דונגל | מוצרי מוח GmbH | S-BP-170-3000 | |
| מקליט BrainVision גרסה 1.23.0003 | תוכנת הקלטת EEG | של Brain Products GmbH | |
| כובע LiveAmp מותאם אישית 8Ch פסיבי (כובעי EEG לתינוקות) | מוצרי מוח GmbH | LC-X6-SAHS-44, LC-X6-SAHS-46, LC-X6-SAHS-48 | למידות ראש תינוקות 44, 46, 48 . ניתן להשתמש במכסי EEG חלופיים. |
| מחשבים ניידים מדגם Latitude 3520 של Dell | של Dell | , אחד להקלטת EEG למבוגרים ואחד להקלטת EEG לתינוקות. ניתן להשתמש במחשבים חלופיים. | |
| מזרקי השקיה דנטליים | |||
| LiveAmp 8-CH מגבר אלחוטי | BrainProducts GmbH | BP-200-3020 | שני LiveAmps, אחד ל-EEG למבוגרים ואחד ל-EEG לתינוקות. ניתן להשתמש במגבר חלופי. |
| ניתן להשתמש בחצובה Manfrotto MT190X3 עם ראש וידאו 128RC Micro Fluid | Manfrotto | MT190X3 | חצובות חלופיות. |
| Matlab Software | The MathWorks, Inc. | R2023a | ניתן להשתמש בתוכנת ניתוח והצגה חלופית. |
| בנק כוח (10000 מיליאמפר / שעה) | להשתמש בבנקים חשמליים חלופיים | פיליפס | DLP6715NB/69 |
| כובעי EEG גולמיים | EASYCAP GmbH | למידות ראש למבוגרים 52, 54, 56, 58. ניתן להשתמש במכסי EEG חלופיים. | |
| Rode Wireless Go II סט יחיד | Rø de מיקרופונים | ניתן להשתמש במיקרופונים חלופיים. | |
| Sony FDR-AX700 מצלמת וידיאו | FDR-AX700 | ניתן להשתמש במצלמות וידיאו או מצלמות אינטרנט חלופיות. | |
| ג'ל SuperVisc בעל צמיגות גבוהה | EASYCAP GmbH | NS-7907 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.