Name: סנכרון בין מוחות בלמידה שיתופית פתוחה: מחקר על היפר-סריקה של fNIRS (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-07-21T14:00:00.000+00:00
Duration: 4 min 44 s
Description: חקור סנכרון בין-מוחי בלמידה שיתופית באמצעות טכניקת היפר-סריקת fNIRS. פרוטוקול זה מאפשר ניתוח דינמיקה בזמן אמת של אותות המוגלובין המחומצן בזוגות מתמודדים.

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

עבודה זו נתמכת על ידי התוכנית לקידום חדשנות אקדמית ECNU לדוקטורנטים מצוינים (YBNLTS2019-025) והקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (31872783 71942001).

כל המשתתפים המגויסים (40 דיאדים, גיל ממוצע 22.1 ± 1.2 שנים; 100% ימניים; ראייה נורמלית או מתוקנת לנורמלית) היו בריאים. לפני הניסוי, המשתתפים נתנו הסכמה מדעת. המשתתפים קיבלו פיצוי כספי על השתתפותם. המחקר אושר על ידי הוועדה האוניברסיטאית להגנה על מחקר אנושי (HR-0053-2021), אוניברסיטת מזרח סין נורמלית.
1. צעדי הכנה לפני אימוץ נתונים
<ol><li>כובעי NIRS תוצרת בית<ol>
<li>יש לאמץ כובע שחייה אלסטי כדי למקם את רשת מחזיק האופטודה. הערה: בהתחשב בכך שגודל הראש של המשתתפים שונה, נעשה שימוש בשני גדלים של כובעים. כובעים קטנים מוכנים למשתתפים עם היקף ראש של 55.4 ± 1.1 ס"מ, וכובעים גדולים מיועדים למשתתפים עם היקף ראש של 57.9 ± 1.2 ס"מ.</li>
		<li>עוגן את המיקום של אלקטרודות EEG (inion, Cz, T3, T4, Fpz, ו- P5) כאופודודות התייחסות על פי מערכת 10-10 הבינלאומית הסטנדרטית על כובעי שחייה אלסטיים (ראה טבלה של חומרים).<ol>
<li>ראשית, מניחיםאת מכסה ה- EEG הסטנדרטי 10-10 (ראה שולחן חומרים ) על תבנית הראש, ומניחים את מכסה השחייה האלסטי על מכסה ה- EEG. שנית, סמן אופטודות הפניה (inion, Cz, T3, T4, Fpz ו- P5) עם גיר בכל מכסה. לבסוף, חתכו שני חורים בקוטר של כ-15 מ"מ כדי למקם את שתי ההתייחסויות (כלומר, Fpz ו-P5, איור 1). הערה: באופן ספציפי, ערכת בדיקה 3 x 5 optode ו- 4 x 4 optode probe ממוקמים בנפרד מעל האזור הקדם-מצחי (optode הפניה ממוקמת באזורים Fpz, איור 1B) ואזורים טמפורופאריטלים שמאליים (optode התייחסות ממוקמת ב- P5, איור 1B).</li>
		</ol>
</li>
		<li>חותכים חורים כדי למקם את האופטודות האחרות. מסדרים כובע שחייה עם שני מחזיקי רשת ישירות על תבנית הראש. לאחר מכן, סמן את המיקום של optodes אחרים עם גיר. לאחר מכן, לחתוך את חורי המנוחה כדי לוודא מחזיק הרשת משתלב.</li>
		<li>הר שתי ערכות בדיקה (כלומר, 3 x 5 ו- 4 x 4) לכובעי השחייה (ראה טבלת חומרים). הערה: מערכת המדידה NIRS (ראה טבלת חומרים ) מספקת ערכות בדיקה סטנדרטיותאלה (כלומר, 3 x 5 ו- 4 x 4) עם שקעי מחזיק סטנדרטיים המבטיחים הפרדת אופטודה של 30 מ"מ.</li>
		<li>פתח את חלון הצג של ערכת הבדיקה במערכת המדידה NIRS ובחר ארבע ערכות בדיקה המסודרות ב- 3 x 5 ו- 4 x 4 עבור כל אדם, בנפרד. הערה: סידורי הבדיקה של שני הכובעים צריכים להתאים למבנים בחלון ערכת הבדיקה (כלומר, המיקום המדויק של מספרי הבדיקה של המקלט והפולט המתאים).</li>
	</ol>
</li>
	<li>הכנת הניסוי<ol>
<li>לפני הקלטת נתונים, ודא שמערכת NIRS שומרת על טמפרטורת הפעלה יציבה על-ידי הפעלת המערכת למשך 30 דקות לפחות. הערה: טמפרטורת ההפעלה היציבה נעה בין 5 °C (5 °F) ל -35 °C (5 °F).</li>
		<li>הגדר את מצב המדידה למדידה הקשורה לאירוע. ודא שמקלט הגורמים המפעילים פעיל (כלומר, הקלט הסידורי של RS232). הערה: הניסוי מתוכנת בתוכנת פסיכולוגיה זמינה מסחרית (ראה טבלת חומרים). ספיגת אור כמעט אינפרא אדום (שני אורכי גל: 695 ו- 830 ננומטר) נמדדת בקצב דגימה של 10 הרץ.</li>
		<li>הכן את הבדיקה סיב אופטי מואר, אשר ניתן להשתמש כדי להזיז את השיער הצידה.</li>
		<li>הגדר את סביבת הניסוי עם שולחן אחד עם שני כיסאות כדי לשמור על מושבי המשתתפים פנים אל פנים.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. אימוץ נתונים על ידי הנחיית המשתתפים
<ol><li>הכנת המשתתפים<ol>
<li>הנח את המשתתפים, כולל הפרטים של שיטות המדידה של NIRS. הערה: כל המשתתפים היו בריאים ופוצו כלכלית על השתתפותם. אף אחד מהמשתתפים לא פרש מהניסוי באמצע הדרך. קרן הלייזר של ה-NIRS עלולה להזיק לעיני המשתתפים, והם הונחו לא להסתכל ישירות לתוך קרני הלייזר הללו.</li>
		<li>גרום למשתתפים לשבת פנים אל פנים (מלבד שולחן (0.8 מ')) כדי לוודא שהם יכולים לראות זה את זה ישירות. התאם את מרחק הכיסא לשולחן (כלומר, כמעט 0.3 מ') כדי לגרום למשתתפים לשבת בנוחות.</li>
		<li>הפעל את לחצן הלייזר, והצב את הכובעים עם ערכות הבדיקה על ראשיהם של המשתתפים. הערה: ערכות הבדיקה 3 x 5 מכסות את המצח של המשתתפים (בדיקה אמצעית של השורה התחתונה ממוקמת על Fpz); ערכות הגשושית 4 x 4 מכסות את קליפת המוח הטמפורופרית השמאלית (הבדיקה השלישית של השורה השלישית ממוקמת על P5).</li>
		<li>שים את ארבע חבילות הסיבים האופטיים באופן רופף על זרועות המחזיק ללא מגע עם המשתתפים או הכיסאות. הערה: כאן, מערכת המדידה NIRS יש ארבע חבילות של סיבים אופטיים. בנוסף, ודא כי המשתתפים לא מרגישים כבדים מדי כדי למשוך את הכובעים.</li>
		<li>תן לטיפים של הבדיקה לגעת בקרקפת של המשתתפים על ידי דחיפת כל גשושית עומס קפיץ בזהירות לתוך השקע שלה.</li>
		<li>בצע כיול אותות.<ol>
<li>ראשית, בדוק את איכות האות על-ידי לחיצה על הרווח האוטומטי בחלון הצג של ערכת הבדיקה של מכונת fNIRS. לאחר מכן, האות המסכן והאות המספיק של ערוץ מסומנים בצהוב וירוק בחלון צג ערכת הבדיקה, בהתאמה. הערה: עבור ערוץ עם אותות לא מספיקים, בדיקות סיבים אופטיים מוארים משמשים כדי להזיז את השיער מתחת לקצה הגשושית לצד אחד.</li>
			<li>לאחר מכן, לדחוף את הבדיקות עוד יותר לתוך השקעים שלהם כדי לקבל אותות מספיקים. חזור על תהליך זה עד שכל הערוצים מסומנים בירוק בחלון הצג של ערכת הבדיקה של מערכת המדידה NIRS, המציין כי איכות האותות נגישה.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>תריץ את הניסוי<ol>
<li>התחל את הניסוי עם מצב מנוחה של 5 דקות, המשמש כבסיס. לאחר מכן, שני משתתפים נדרשים ללמוד במשותף את חומרי הלמידה.</li>
		<li>לאחר הניסוי, לחץ על Text File Out כדי לייצא את נתוני עוצמת האור הגולמי ולשמור את הנתונים כקובץ טקסט. הערה: לא מוחלים מסננים במערכת המדידה NIRS.</li>
		<li>השתמש בדיגיטייזר התלת-ממדי (3D) (ראה טבלת חומרים) כדי לקבוע את מיקומם של פולטים, מקלטים והפניות אחרות (כלומר, איון, nasion, Cz ואוזניים שמאל וימין) עבור כל משתתף.<ol>
<li>השג את קואורדינטות MNI עבור ערוצי ההקלטה באמצעות פלטפורמת המחשוב המספרית הזמינה מסחרית21 (ראה טבלת חומרים). טבלה משלימה S1 מציגה את המיקומים האנטומיים המתאימים של כל ערוץ.</li>
		</ol>
</li>
		<li>בדיקות נקיות ומחזיקי בדיקה עם אתנול. לשטוף את הכובעים עם חומר ניקוי עדין ולתת את הכובעים אוויר יבש.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. ניתוח נתונים
<ol><li>עיבוד מקדים של נתונים הערה: מחקרים קודמים אימצו חבילות תוכנה משתנות שאינן מסחריות (למשל, Homer222AnalyzIR,23או NIRS LAB,24) עם פלטפורמות מחשוב מספריות (ראה רשימת חומרים) על ניתוח נתונים fNIRS, וכולם זמינים באתר. כאן Homer2 שימש לביצוע עיבוד מקדים של נתוני NIRS. בנוסף, הן נתוני הקלטת fNIRS שנאספו בשאר ושלבי הלמידה השיתופית חולקים את אותו צינור עיבוד וניתוח מקדים.<ol><li>העתק את ערכת הנתונים ממכונת fNIRS. המר את היווצרות הנתונים המקורית להיווצרות הנכונה (כלומר, המר קובץ קורות קורות לב לקובץ nirs).</li>
		<li>המרת נתונים גולמיים לנתוני צפיפות אופטית (OD) עם הפונקציה "hmrIntensity2OD" המסופקת בפלטפורמת המחשוב המספרית (ראה טבלת חומרים).</li>
		<li>מחק את הערוצים הרעים. לאחר מכן ממוצע ערך OD עבור כל משתתף בכל ערוץ ונקודות מדגם מלא, בהתאמה. הערה: כאן מתקבלים 46 ערכי OD ממוצעים.<ol>
<li>חשב את סטיית התקן (SD) עבור כל משתתף.</li>
			<li>סמן כבלתי שמיש והסר את הערוצים עם OD נמוך מאוד או גבוה (אשר חרג 5 SDs) מהניתוח עבור כל משתתף. הערה: ניתן לבצע שלב זה לפני ו/או לאחר עיבוד קדם של נתוני fNIRS. בצבר ניתוח נתונים זה, הערוצים התת-פגומים מזוהים לפני עיבוד קדם של נתוני fNIRS.</li>
		</ol>
</li>
		<li>המר את נתוני זמן מנת המעודדות לאוקסי-Hb, DeOxy-Hb ואות משולב המבוסס על חוק באר-למברט25ששונה . הערה: התייחסות25 אומר, "כל שלבי ניתוח הנתונים מתבצעים על נתוני Oxy-Hb, המהווה אינדיקטור לשינוי בזרימת הדם המוחית האזורית שיש יחס אות לרעש גבוה יותר26. בנוסף, מחקרים קודמים השתמשו בהיפר-סריקות fNIRS בתרחישי הוראה ולמידה שהתמקדו בעיקר בריכוז אוקסיו-Hb11,12,13,14."</li>
		<li>כייל סדרת זמן Oxy-Hb מממצאי תנועה בשיטה מבוססת גל ערוץ אחר ערוץ. הערה: באופן ספציפי, גל Daubechies 5 (db5) עם פרמטר כוונון ב 0.1 (ראה פרטים במדריך Homer2)27,28 מאומץ בהסרת חפצי תנועה.</li>
		<li>החל את מסנן מעבר הרצועה (כלומר, 0.01-1 הרץ) על נתוני Oxy-Hb המכוילים כדי להפחית את הרעש בתדר גבוה ואת הסחף האיטי.</li>
		<li>לבצע ניתוח רכיבים עיקריים (PCA) על אות OxyHb כדי להסיר רכיבים גלובליים שאינם עצביים (למשל, לחץ דם, נשימה, וריאציה זרימת הדם)29. הערה: ניתוח PCA המוצע על ידי ג'אנג ועמיתיו29 מאומץ כאן.<ol>
<li>ראשית, לפרק את האות. הערה: הנוסחה הספציפית של פירוק אות fNIRS היא: H = UΣVT. כאן, דפוסים זמניים ומרחביים של נתוני fNIRS מוצגים בשתי מטריצות (כלומר, אתה ו- V). U היא מטריצה 2D (נקודה מדגם x רכיב ראשי). V הוא גם מטריצה 2D (רכיב ראשי x רכיב ראשי). העמודה ב- V מציינת רכיב ראשי אחד (PC), והעוצמה של מחשב זה עבור ערוץ מסוים מוערכת בכל ערך של העמודה. החשיבות היחסית של כל מחשב מיוצגת על ידי הערך של מטריצה אלכסונית Σ.</li>
			<li>שנית, נהל החלקה מרחבית. הערה: פיתול ליבה גאוסי משמש להסרת אותות מקומיים ולקבל את הרכיב הגלובלי.</li>
			<li>שלישית, לשחזר את האות. הערה: כדי לחשב את הרכיב הגלובלי של נתוני fNIRS, מטריצת התבנית המרחבית החלקה V* מחוברת בחזרה לנוסחת הפירוק: HGlobal = UΣ(V*)T. לאחר מכן, אות עצבי נגזר מקומי ניתן להשיג באמצעות נתונים מקוריים H כדי להחסיר Hגלובלי: HNeuronal = H - HGlobal.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>סינכרוניה בין-מוחית הערה: כדי לחשוף צימוד מוח במדעי המוח בגוף שני, קוהרנטיות שינוי גלים (WTC) מאומצת כאן. בקצרה, WTC מודד את המתאם בין סדרות פעמיים כפונקציה של תדירות וזמן. הנוסחה הספציפית של קוהרנטיות גל של שתי סדרות x ו- Y היא: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62777/62777eq01.jpg"> T ו- s מציינים את קנה המידה של הזמן והגל בנפרד, ‹·› מציין פעולת החלקה בקנה מידה ובזמן. W מייצג את התמרת הגל המתמשכת. לאחר מכן, מטריצת WTC 2D (תדר x זמן) נוצרת30. מספר ארגזי כלים משמשים לחישוב ערך WTC. כאן נעשה שימוש בארגז הכלים שנוצר על ידי Grinsted ועמיתיו30.<ol>
<li>אמץ את הפונקציה WTC של פלטפורמת המחשוב המספרית (ראה טבלת חומרים). הערה: כאן, הגדרת ברירת המחדל של גל האם (כלומר, גל מורס כללי עם הפרמטרים שלה בטא וגמא) משמש. גל האם ממיר כל סידרה לתחום התדרים והזמן.</li>
		<li>הגדר את הגדרת ברירת המחדל בפרמטרים האחרים (כלומר, MonteCarloCount, המייצג את מספר ערכות הנתונים הפונדקאיות בחישוב המשמעות).</li>
		<li>חשב את ערך WTC עבור שני ערוצים מתאימים (אותו ערוץ בשני משתתפים) בפלטפורמת מחשוב מספרית (ראה טבלת חומרים). בעקבות אותו הליך, 46 מטריצות WTC נוצרות מ -46 ערוצים.</li>
		<li>קבע את רצועת התדירות של העניין (FOI), הרגישה ללמידה שיתופית. הערה: כאן, גישה תמורות מבוסס אשכול מאומץ כדי לזהות FOI31כזה , אשר מציע פתרון השוואות מרובות בנתוני רב ערוצים ורב תדרים.<ol>
<li>בצע את ממוצע הזמן של ערכי WTC בשלבי הלמידה המנוחים והשיתופיים, בהתאמה, עבור כל שילוב ערוצים. לאחר מכן, לבצע t-בדיקות מדגםמזווג יחד עם כל התדר (טווח תדרים: 0.01-1Hz32) על ערכי WTC אלה בממוצע הזמן (למידה שיתופית לעומת מנוחה). לאחר מכן, זהה פחי תדר שבהם אפקט המשימה הוא משמעותי (למידה שיתופית &gt; מנוחה, p &lt; 0.05).</li>
			<li>השג נקודות שכנות בתדירות משמעותית (≥2) כאשכולות שנצפו וערכי T תואמים.</li>
			<li>ערוך סדרה של בדיקות tמדגם מזווגות על נתונים שעברו תמורות כדי ליצור את ערכי T עבור כל אשכול המוסמך בשלב 3.2.4.2 עבור 1000 פעמים. הערה: ליצירת נתונים שעברו תמורות, המשתתפים מוקצים באופן אקראי ליצירת זוגות חדשים של שני חברים. מכיוון שאורך ערכות הנתונים השתנה בין דיאדות עבור כל זוג אקראי, ערכת הנתונים הארוכה יותר נחתכת לאותו אורך כמו ערכת הנתונים הקצרה יותר33.</li>
			<li>השווה את ערכי T מבוססי האשכול הממוצעים מהזוגות המקוריים לערכי T של 1000 תמורות. הערה: ערכי p המוערכים על-ידי נוסחהזו 34: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/62777/62777eq02.jpg">כאשר S 0 מצייןערך t-cluster שנצפו, μp ו- σp מציינים את הממוצע ואת סטיית התקן של ערכי התמורות.,</li>
			<li>ערכי WTC ממוצעים ב- FOI המזוהה בכל ערוץ בכל דיאד. לאחר מכן, החל שינוי פישר z על ערכי WTC כדי לקבל התפלגות נורמלית של ערכי WTC. השתמש בערך זה כדי ליצור אינדקס ל- IBS לניתוח סטטיסטי נוסף.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

ראשית, בפרוטוקול הנוכחי, נאמרים השלבים הספציפיים של עריכת ניסויי היפר-סריקה של fNIRS בתרחיש למידה שיתופית. שנית, מוצג גם צינור ניתוח הנתונים המעריך את ה- IBS של אותות המודינמיים בדיאדות למידה שיתופית. המבצע המפורט על עריכת ניסויי סריקת יתר fNIRS יקדם את הפיתוח של מדע פתוח. יתר על כן, צינור הניתוח מסופק כאן כדי להגדיל את יכולת הרבייה של מחקר סריקת יתר. להלן, הנושאים הקריטיים של תכנון ניסוי, עריכת ניסוי, ניתוח נתונים בניסויי היפר-סריקה (fNIRS) מודגשים כולם. בנוסף, נדונים גם פתרונות אפשריים להצגת מגבלות.
<p class="jove_...

לאחרונה, כדי לחשוף את הפעילות המוחית בו זמנית על פני dyads אינטראקטיבי או חברים בקבוצה, החוקרים להשתמש בגישה hyperscanning1,2. באופן ספציפי, אלקטרואנצפלוגרמה (EEG), הדמיית תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) וספקטרוסקופיה כמעט אינפרא אדום תפקודית (fNIRS) משמשים לתיעוד הפעילות העצבית והמוחית משני נושאים או יותר בו זמנית3,4,5. חוקרים לחלץ אינדקס עצבי כרוך צימוד המוח בו זמנית המבוסס על טכניקה זו, המתייחס סינכרוניה בין המוח (IBS) (כלומר, שלב ו /או יישור משרעת של אותות עצביים או המומינמיים לאורך זמן). מגוון גדול של מחקרי היפר-סריקה מצאו IBS במהלך אינטראקציה חברתית בין אנשים מרובים (למשל, שחקן-קהל, מדריך-לומד, ומוביל-חסיד)6,7,8. יתר על כן, IBS מחזיק השלכות ספציפיות של למידה יעילה והוראה9,10,11,12,13,14. עם העלייה הגוברת של מחקר hyperscanning בתרחישי למידה נטורליסטיים, הקמת פרוטוקול סטנדרטי של ניסויי hyperscanning ואת הצינור של ניתוח נתונים בתחום זה הוא הכרחי.
לפיכך, מאמר זה מספק פרוטוקול לביצוע היפר-סריקה מבוססת fNIRS של דיאדות למידה שיתופית וצינור לניתוח IBS. fNIRS הוא כלי הדמיה אופטי, אשר מקרין אור כמעט אינפרא אדום כדי להעריך את הספיגה הספקטרלית של המוגלובין בעקיפין, ולאחר מכן פעילות המודינמית / חמצוןנמדדת 15,16,17. בהשוואה ל- fMRI, fNIRS נוטה פחות לממצאי תנועה, ומאפשר מדידות מנושאים שעושים ניסויים בחיים האמיתיים (למשל, חיקוי, דיבור ותקשורת לא מילולית)18,7,19. בהשוואה ל- EEG, fNIRS מחזיק ברזולוציה מרחבית גבוהה יותר, ומאפשר לחוקרים לזהות את מיקום הפעילות המוחית20. לכן, יתרונות אלה ברזולוציה מרחבית, לוגיסטיקה והיתכנות מסמיכים את fNIRS לבצע מדידת היפר-סריקה1. באמצעות טכנולוגיה זו, גוף מחקר מתפתח מזהה מונח אינדקס כמו IBS-היישור העצבי של שני (או יותר) פעילות המוח של אנשים בצורות שונות של הגדרות חברתיות נטורליסטיות9,10,11,12,13,14. במחקרים אלה, שיטות שונות (כלומר, ניתוח מתאם וניתוח קוהרנטיות של שינוי Wavelet (WTC) מוחלים כדי לחשב מדד זה; בינתיים, צינור סטנדרטי על ניתוח כזה הוא חיוני אבל חסר. כתוצאה מכך, מוצג בעבודה זו פרוטוקול לביצוע היפר-סריקת יתר מבוססת fNIRS וצינור המשתמש בניתוח WTC לזיהוי IBS
מחקר זה נועד להעריך IBS בדיאדות למידה שיתופית באמצעות טכניקת סריקת יתר fNIRS. ראשית, תגובה המודינמית נרשמת בו זמנית באזורים הטרמפורופריאנטליים הקדם-מצחיים והשמאליים של dyads במהלך משימת למידה משותפת. אזורים אלה זוהו כמזוהים עם הוראה אינטראקטיבית ולמידה9,10,11,12,13,14. שנית, IBS מחושב בכל ערוץ מתאים. תהליך הקלטת הנתונים של fNIRS מורכב משני חלקים: הפעלת מצב מנוחה והפעלה שיתופית. מפגש מצב המנוחה נמשך 5 דקות, שבמהלכן שני המשתתפים (יושבים פנים אל פנים, מלבד אחד את השני על ידי שולחן (0.8 מ ')) נדרשים להישאר בשקט ולהירגע. הפעלה זו של מצב מנוחה משמשת כקווי הבסיס. לאחר מכן, במפגש המשותף, נאמר למשתתפים ללמוד את כל חומרי הלמידה יחד, לעורר הבנה, לסכם את הכללים ולוודא שכל חומרי הלמידה שולטים. כאן מוצגים השלבים הספציפיים של ביצוע הניסוי וניתוח נתוני fNIRS.

<table><tbody><tr><td>כובעי EEG</td><td>Compumedics Neuroscan, שארלוט, ארה"ב</td><td>64 ערוצים Quik-Cap</td><td>אנו בוחרים שני גדלים של כובע (כלומר בינוני וגדול).</td></tr><tr><td>מערכת מדידה NIRS עם ערכות בדיקה ורשתות מחזיקי בדיקה</td><td>Hitachi Medical Corporation, טוקיו, יפן</td><td>ETG-7100 מערכת טופוגרפיה אופטית</td><td>פרוטוקול המחקר הנוכחי דורש סט בדיקה שני אופציונלי למבוגרים עבור 92 ערוצי מדידה בסך הכל.</td></tr><tr><td>פלטפורמת מחשוב נומרי</td><td>The MathWorks, Inc., Natick, MA</td><td>MATLAB R2020a</td><td>משמש כבסיס להרחבות ארגז הכלים של פסיכופיזיקה (הצגת גירויים), Homer2&nbsp; (ניתוח קדם-תהליך fNIRS), ופונקציית "wtc" (חישוב WTC).</td></tr><tr><td>תוכנת</td><td>פסיכולוגיה כלי תוכנה לפסיכולוגיה, שארפסבורג, פנסילבניה, ארה"ב</td><td>E-prime 2.0</td><td>אנו מיישמים E-prime כדי להפעיל את מערכת המדידה של fNIRS ולשלוח טריגרים המסמנים את שלב המנוחה ושלב הלמידה השיתופית עבור נתוני הקלטת fNIRS.</td></tr><tr><td>כובעי שחייה</td><td>תאגיד Zoke, שנחאי, סין</td><td>611503314</td><td>הנחנו תחילה את כובע ה-EEG הסטנדרטי של 10-20 על תבנית הראש, והנחנו את כובע השחייה על כובע ה-EEG. שנית, סימנו (inion, Cz, T3, T4, PFC ו-P5) בגיר.</td></tr><tr><td>דיגיטייזר תלת מימדי (תלת-ממדי)</td><td>Polhemus, קולצ'סטר, VT, ארה"ב;</td><td>דיגיטייזר תלת מימדי (3-D)</td><td>מיקומים אנטומיים של אופטודות ביחס לציוני דרך סטנדרטיים נקבעו עבור כל משתתף באמצעות דיגיטייזר תלת מימד של פטריוט</td></tr></tbody></table>

סנכרון בין מוחות בלמידה שיתופית פתוחה: מחקר על היפר-סריקה של fnirs

Inter-Brain Synchrony in Open-Ended Collaborative Learning: An fNIRS-Hyperscanning Study

סריקת יתר של fNIRS נמצאת בשימוש נרחב כדי לזהות את היסודות הנוירוביולוגיים של אינטראקציה חברתית. עם טכניקה זו, החוקרים להסמיך את הפעילות המוחית בו זמנית של שני אנשים אינטראקטיביים או יותר עם אינדקס חדשני הנקרא סינכרוניה בין מוח (IBS) (כלומר, יישור שלב ו /או משרעת של אותות עצביים או המודינמיים לאורך זמן). פרוטוקול לעריכת ניסויי סריקת יתר של fNIRS על דיאדות למידה שיתופית בסביבת למידה נטורליסטית מוצג כאן. כמו כן, צינור של ניתוח IBS של אות המוגלובין מחומצן (Oxy-Hb) מוסבר. באופן ספציפי, התכנון הניסיוני, תהליך הקלטת הנתונים של NIRS, שיטות ניתוח נתונים וכיוונים עתידיים נדונים כולם. בסך הכל, יישום צינור היפר-סריקה מתוקננת של fNIRS הוא חלק מהותי במדעי המוח בגוף שני. כמו כן, זה עולה בקנה אחד עם הקריאה למדע פתוח כדי לסייע לשחזור של המחקר.

איור 1 ממחיש את הפרוטוקול הניסיוני ואת מיקום הבדיקה. תהליך הקלטת הנתונים של fNIRS מורכב משני חלקים: הפעלת מצב מנוחה (5 דקות) והפעלה שיתופית (15-20 דקות). דיאדות הלמידה השיתופיות נדרשות להירגע ולשמור על שקט בישיבה של מצב המנוחה. לאחר מכן, נאמר למשתתפים ללמוד במשותף את חומר הלמידה (איור 1A). האזורים הקדם-מצחיים והשמאליים שלהם מכוסים על ידי מערך הבדיקות המתאים(איור 1B).
איור 2 מ...

הפרוטוקול לעריכת ניסויי סריקת יתר של fNIRS על דיאדות למידה שיתופית בסביבת למידה נטורליסטית מתואר. יתר על כן, צינור לנתח סינכרוני בין המוח (IBS) של אותות המוגלובין מחומצן (Oxy-Hb) מוצג.

סנכרון בין מוחות בלמידה שיתופית פתוחה: מחקר על היפר-סריקה של fNIRS

fNIRS hyperscanning is widely used to detect the neurobiological underpinnings of social interaction. With this technique, researchers qualify the ...

פרוטוקול זה חושף סנכרון בין-מוחי בדיאדות השיתופיות בסביבה הנטורליסטית על-ידי טכניקת סריקת היתר של fNIRS. היתרון המשמעותי של טכניקה זו הוא שהיא מאפשרת חקירה של דינמיקה בזמן אמת של שני מוחות אינטראקציה או יותר. לפני תחילת הניסוי, התחל את מערכת הספקטרוסקופיה הקרובה לאינפרא-אדום להשגת טמפרטורת הפעלה יציבה, ולאחר מכן אמץ כובע שחייה אלסטי כדי למקם את רשת מחזיק האופטודה ולהכין את כובעי NIRS כמתואר בכתב היד של הטקסט.עבור ערוץ עם אותות לא מספיקים, השתמש בבדיקות סיבים אופטיים מוארים כדי להזיז את השיער מתחת לקצה הגשושית לצד אחד. לאחר שטמפרטורת ההפעלה מתייצבת, ודא שמקלט הגורם המפעיל פעיל והגדר את מצב המדידה למדידה הקשורה לאירוע. הכן את הבדיקה סיב אופטי מואר להזיז את השיער הצידה.להנחות את המשתתפים לגבי הפרטים של שיטות המדידה NIRS ולא להסתכל ישירות לתוך קרני הלייזר כמו קרן הלייזר עלולה להזיק לעיניו של המשתתף. גרום למשתתפים לשבת פנים אל פנים כדי לוודא שהם יכולים לראות אחד את השני ישירות ולהתאים את מרחק הכיסא לשולחן כדי לגרום למשתתפים לשבת בנוחות. הפעילו את כפתור הלייזר, הניחו את ארבע חבילות הסיבים האופטיים באופן רופף על זרועות המחזיק ללא מגע עם המשתתפים או הכיסאות והנחו את המכסה עם ערכות הבדיקה על ראשיהם של המשתתפים, והבטיחו כי ערכות הבדיקה של שלוש על חמש יכסו את מצחו של המשתתף וערכות הבדיקה של ארבע על ארבע מכסות את קליפת המוח הטמפורופרית השמאלית, לאחר מכן, בזהירות לדחוף כל בדיקה מעמיס קפיץ עוד יותר לתוך שקע הבדיקה, כך קצה הגשושית נוגע הקרקפת של המשתתף.לאחר מכן אפשר לשני משתתפים ללמוד במשותף את חומרי הלמידה עם מצב מנוחה של חמש דקות, המשמש כבסיס. ראשית, כדי לבדוק את איכות האות, לחץ על הרווח האוטומטי בחלון צג ערכת הבדיקה של מכונת NIRS פונקציונלית, ולאחר מכן לסמן את האות המסכן של הערוץ בצהוב ואת האות מספיק בירוק ולחזור על הליך זה עד שכל הערוצים מסומנים ירוקים. לאחר הניסוי, לחץ על קובץ הטקסט החוצה כדי לייצא את נתוני עוצמת האור הגולמי ולשמור את הנתונים כקובץ טקסט.השתמש בדיגיטציה התלת-ממדית כדי לקבוע את מיקומם של פולטים, מקלטים והפניות אחרות עבור כל משתתף, ולאחר מכן השג את קואורדינטות ה- MNI של ערוצי ההקלטה באמצעות פלטפורמת המחשוב המספרית הזמינה מסחרית. הנתונים מכל משתתף בכל ערוץ נותחו. ההסכמה בערוץ 33 לדיאד מסוים הייתה דמיונית.הנתונים חולצו בשיטת הסרת ממצאי תנועה מבוססי גל, לבדם ויחד עם ניתוח הרכיבים העיקרי. ההבדל בין העקומות מצביע על כך PCA יעיל בהסרת אותות שאינם עצביים. מטריצת העקביות של שינוי הגלים הייתה חזותית.מפת הצבעים השתנתה מכחול לצהוב, המייצגת ערכים בין-מוחיים הנעים בין אפס לאחד, כאשר אחד מהם מציין את העקביות הגדולה ביותר בין שני אותות ואפס אינו מציין קוהרנטיות. בנוסף, הושגו גם מקדמים משמעותיים, העקביות החזקה סביב הרץ אחד המייצגת את קוהרנטיות קצב הלב של הדיאדה. ההשוואה בין ערך T שנצפה לבין ההתפלגות של ערך T אקראי מציגה תוצאות משמעותיות ב- FOI מזוהה.חשוב לוודא שסט הבדיקות מכסה את אזור האינטרסים ולנסות להפחית את הסטייה.

inter-brain-synchrony-open-ended-collaborative-learning-an-fnirs

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

בפרוטוקול הנוכחי מתאר כיצד לערוך ניסויים hyperscanning fNIRS וניתוח synchrony למוח. יתר על כן, נדון אתגרים ופתרונות אפשריים.

ניסויים Hyperscanning עם ספקטרוסקופיית אינפרא אדום הפונקציונליים

הדינמיקה בין מוחות מצמידים של אנשים מיוצגת יותר ויותר על ידי סנכרון בין מוחות (IBS) כאשר הם מתאמים זה עם זה, בעיקר באמצעות אותות הקלטה בו זמנית של מוח (כלומר היפר-סריקה) עם fNIRS. במחקרי סריקת יתר של fNIRS, IBS נבחן בדרך כלל באמצעות שיטת קוהרנטיות טרנספורמציה גל (WTC) בגלל היתרון שלה על הרחבת סדרות זמן לתוך מרחב תדר זמן שבו תנודות ניתן לראות בצורה אינטואיטיבית מאוד. ניתן לאמת עוד יותר את ה- IBS הנצפה באמצעות השיוך האקראי מבוסס התמורות של גירסת הניסיון, השותף והמצב. כאן, מוצג פרוטוקול כדי לתאר...

כיצד לחשב ולאמת סינכרון בין-מוחי במחקר היפר-סריקה של fNIRS

פרוטוקול זה מתאר קוהרנטיות של התמרת גלים חלקית (pWTC) לחישוב התבנית המפגרת בזמן של סנכרון עצבי בין-אישי (INS) כדי להסיק את הכיוון ואת התבנית הזמנית של זרימת המידע במהלך אינטראקציה חברתית. היעילות של pWTC בהסרת הבלבולים של תיקון אוטומטי של אותות ב- INS הוכחה על ידי שני ניסויים.

מדידת זרימת המידע הכיווני בנתוני fNIRS-Hyperscanning באמצעות שיטת הקוהרנטיות של התמרת גלים חלקית

הפרוטוקול הנוכחי משלב ספקטרוסקופיה פונקציונלית של אינפרה-אדום קרוב (fNIRS) ותצפית מבוססת וידאו כדי למדוד סנכרון בין-אישי ברביעיות במהלך משימת ציור שיתופית.

סנכרון קבוצתי במהלך ציור שיתופי באמצעות ספקטרוסקופיה פונקציונלית של אינפרה-אדום קרוב

Wavelet transform coherence (WTC) היא מתודולוגיה נפוצה להערכת הצימוד בין אותות המשמשת במחקרי היפר-סריקה פונקציונליים של ספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה (fNIRS). בעבודה זו מוצג ארגז כלים להערכת הכיווניות של אינטראקציית האות.

מסגרת חדשה להבנת קוהרנטיות בין-מוחית במחקרי היפר-סריקה תפקודית של ספקטרוסקופיה תת-אדומה קרובה (fNIRS)

פרוטוקול זה מתאר כיצד אלקטרואנצפלוגרפיה, אלקטרוקרדיוגרפיה ורישומים התנהגותיים מסונכרנים נלכדו מדיאדות מטפלות בתינוקות בסביבה ביתית.

סריקת EEG ביתית לאינטראקציות חברתיות בין תינוק למטפל

הפרוטוקול נועד לספק תיאור מפורט של המתודולוגיה לביצוע מחקר היפר-סריקה של fNIRS בייעוץ פסיכולוגי. זה כולל את ההכנות לניסוי, הליך איסוף הנתונים ותהליך ניתוח הנתונים שלאחר מכן.

מחקר היפר-סריקה פונקציונלית של ספקטרוסקופיה קרובה לאינפרא אדום בייעוץ פסיכולוגי

MazeSuite הוא ערכת הכלים השלמה להכין, להציג ולנתח ניסויים ניווט מרחבית. ספקטרוסקופיה פונקציונלית קרוב אינפרא אדום (fNIR) הוא המוח הדמיה אופטית טכניקה המאפשרת ניטור פולשני ונייד של שינויים חמצון הדם המוחיים. מאמר זה מסכם להשתמש הקולקטיבי של MazeSuite ו fNIR בתוך פרדיגמה עיבוד קוגניטיבי למידה.

שימוש MazeSuite והתפקודי ליד ספקטרוסקופית אינפרא אדום כדי ללמוד למידה מרחבית ניווט

הבנת התפקוד של מערכת העצבים מרכזי החוליות דורשת הקלטות מנוירונים רבים בגלל תפקוד קליפת המוח מתעורר ברמה של אוכלוסיות של נוירונים. כאן אנו מתארים שיטה אופטית להקלטת פעילות עצבית suprathreshold עם רזולוצית תא בודד ויחיד ספייק, התלבטה סריקה בגישה אקראית. זה מסמל שיטה רשום סומטיות קרינת סיד מעד 100 נוירונים עם רזולוציה גבוהה זמנית. אלגוריתם מקסימאלי סבירות deconvolves הפעילות העצבית suprathreshold הבסיסית מאותות סיד הקרינה סומטיות. שיטה זו אמינה מזהה קוצים עם איתור יעיל גבוהים ושיעור נמוך של תוצאות...

הקלטה אופטית של פעילות עצבית suprathreshold עם רזולוצית תא בודד ויחיד ספייק

אנו משתמשים במגנטים וelectroencephalography (מג / EEG), בשילוב עם מידע האנטומי שנתפס על ידי הדמיית תהודה מגנטית (MRI), כדי למפות את הדינמיקה של רשת קליפת המוח הקשורה לתשומת לב שמיעתי.

Dynamics מיפוי קליפתיים באמצעות MEG סימולטאני / אומדני EEG ומוגבלים מבחינה אנטומית, מינימום-נורמה: דוגמא קשב שמיעתי

חקור סנכרון בין-מוחי בלמידה שיתופית באמצעות טכניקת היפר-סריקת fNIRS. פרוטוקול זה מאפשר ניתוח דינמיקה בזמן אמת של אותות המוגלובין המחומצן בזוגות מתמודדים.

סנכרון בין מוחות בלמידה שיתופית פתוחה: מחקר על היפר-סריקה של fNIRS

גלה סרטונים נוספים