Spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso per la registrazione dell'attività cerebrale durante le interazioni sociali

Abstract

Fonte: Reindl, V., et al. Conduzione di esperimenti di iperscansione con spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso. J. Vis. Exp. (2019)

Questo video dimostra l'uso della spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) per misurare l'attività cerebrale durante le interazioni sociali. I partecipanti si impegnano in un compito coordinato che aumenta l'attività nella corteccia prefrontale, una regione critica per il comportamento sociale, mentre il sistema rileva i cambiamenti nell'assorbimento della luce dovuti all'ossigenazione del sangue. Analizzando la sincronia dell'attività cerebrale tra i partecipanti, lo studio valuta le dinamiche neurali alla base dell'interazione sociale.

Protocollo

Tutte le procedure che coinvolgono partecipanti umani sono state eseguite in conformità con le linee guida istituzionali, nazionali e internazionali per il benessere umano e sono state esaminate dal comitato di revisione istituzionale locale.

1. Preparazione prima dell'arrivo del partecipante

1. Prepara i tappi NIRS.
   1. Scegli le dimensioni del cappuccio della stessa dimensione o leggermente più grandi della circonferenza della testa del partecipante.
   2. Praticare 15 fori del diametro di circa 15 mm ciascuno, disposti in una griglia orizzontale 3x5, nella zona della fronte di ciascuno dei 2 cappucci grezzi per elettroencefalogramma (EEG). Assicurati che i fori siano distanziati di 30 mm l'uno dall'altro in qualsiasi direzione, che la colonna centrale dei fori si trovi al centro della fronte, cioè sopra il naso e che la riga inferiore si trovi sopra le sopracciglia.
   3. Per rendere i cappucci più comodi e ridurre al minimo i segni di pressione, applicare del materiale espanso morbido (ad es. nastro adesivo sigillante per finestre o materiale simile in gommapiuma piatta) sul lato interno della griglia del supporto tra le prese della sonda e ai bordi. Se necessario, utilizzare nastro biadesivo o filo per cucire.
   4. Montare una griglia portasonda 3x5 vuota su ciascuna delle cappette EEG modificate in modo che la griglia del supporto stessa sia posizionata all'interno della cuffia e le prese del supporto si attacchino nei fori.
      Nota: Il sistema di misurazione NIRS ha due set di sonde separati, utilizza un set di sonde per ogni partecipante.
   5. Inserire delicatamente le sonde nelle apposite prese di supporto sulle griglie in modo che solo la prima cresta di ciascuna sonda sia montata nella presa, il che si traduce in un clic.
   6. Aprire la finestra del monitor del set di sonde sul sistema di misurazione NIRS e selezionare 2 set di sonde disposti in una griglia 3x5 ciascuno, uno per il bambino partecipante e uno per l'adulto. Assicurarsi che le disposizioni delle sonde dei due cappucci corrispondano alle disposizioni nella finestra del set di sonde (ovvero, stessa posizione dei rispettivi numeri di sonda emettitore e ricevitore).
2. Prepara l'esperimento.
   1. Avviare il sistema di misura NIRS con diodi laser accesi 30 minuti prima della misurazione, in modo che il sistema raggiunga una temperatura di esercizio stabile.
   2. Impostare tutte le opzioni necessarie sul sistema di misura NIRS. Assicurarsi che il dispositivo sia impostato per la misura relativa agli eventi e che l'ingresso seriale RS232, necessario per ricevere i trigger dal paradigma sperimentale, sia attivo.
      Nota: L'esperimento è una versione adattata da un paradigma ideato da Cui et al., programmato nelle estensioni non commerciali di Psychophysics Toolbox, versione 3.0.11.
   3. Preparare il paradigma sperimentale avviando il software di calcolo tecnico che funge da base per le estensioni di Psychophysics Toolbox e impostando la directory corrente nella cartella in cui è salvato il paradigma.
   4. Posiziona due mentoniere davanti allo schermo del computer per evitare movimenti della testa durante l'esperimento.

2. Arrivo dei partecipanti in laboratorio

1. Preparare i partecipanti.
   1. Mostra e spiega ai partecipanti la configurazione sperimentale, incluso il sistema di misurazione NIRS. Assicurarsi sempre che i partecipanti non guardino direttamente il raggio laser del sistema di misurazione NIRS in quanto ciò potrebbe essere dannoso per gli occhi.
   2. Far sedere i partecipanti uno accanto all'altro davanti allo schermo del computer. Regolare l'altezza delle mentoniere in modo che entrambi i partecipanti si siedano comodamente.
   3. Istruire i partecipanti e somministrare prove pratiche sia del gioco cooperativo che di quello competitivo. Se necessario, fornire ulteriori istruzioni durante le prove pratiche.
   4. Misurare e segnare il punto Fpz secondo il sistema 10-20, che è il 10% della distanza tra nasion e inion, sulla testa di ciascun partecipante.
   5. Posizionare con cura i cappucci con le sonde sulle teste dei partecipanti, con il laser spento. Posizionare prima la parte anteriore del cappuccio, compresa la griglia della sonda, sulla fronte del partecipante, quindi tirare verso il basso la parte posteriore del cappuccio verso il collo. Assicurarsi che la sonda centrale della riga inferiore sia posizionata su Fpz e che la colonna centrale della sonda sia allineata lungo la curva di riferimento sagittale.
   6. Posizionare le stringhe di fibre sul braccio di supporto fissato al sistema di misurazione NIRS in modo che pendano liberamente senza contatto con il partecipante o la sedia e che non tirino i cappucci. Se necessario, utilizzare un supporto aggiuntivo (, ad esempio ., asta microfonica modificata o simile) per il secondo partecipante.
   7. Spingere ulteriormente ciascuna sonda nella sua presa finché non è visibile il piccolo naso bianco al centro della parte superiore dell'involucro della sonda.
      NOTA: Il naso viene spinto verso l'alto da un meccanismo a molla elicoidale non appena la punta della sonda tocca il cuoio capelluto del partecipante.
   8. Riaccendere il laser e testare la qualità del segnale facendo clic sul pulsante Auto Gain nella finestra del monitor del set di sonde del sistema di misurazione NIRS.
   9. Se un canale non ha un segnale sufficiente (, cioè se è contrassegnato in giallo), mettere delicatamente da parte i capelli sotto la punta della sonda circostante. Se necessario, spingere ulteriormente le sonde nelle loro prese ma garantire il comfort del partecipante. Controlla se la qualità del segnale è migliorata (, cioè il canale è ora contrassegnato in verde) facendo nuovamente clic sul pulsante Auto Gain.
   10. Se il passaggio 2.1.9. non porta a un miglioramento del segnale, regolare l'intensità del segnale. Se c'è troppo segnale (, cioè se il canale è contrassegnato in rosso), modificare l'intensità del segnale in bassa intensità del segnale facendo clic ripetutamente sul simbolo della rispettiva sonda nella finestra del monitor del set di sonde del sistema di misurazione NIRS. Se non c'è abbastanza segnale (, cioè se il canale è contrassegnato in giallo), cambiare l'intensità del segnale in alta intensità del segnale, sempre facendo clic ripetutamente sul simbolo della rispettiva sonda.
2. Esegui l'esperimento
   1. Quando non ci sono domande dopo le prove pratiche e una buona qualità del segnale è garantita, avvia il paradigma sperimentale.
   2. Metti un asciugamano sulle mani dei partecipanti in modo che non possano vedere i movimenti delle mani del rispettivo compagno di gioco.
   3. Dopo l'esperimento, salvare i dati ed esportare i dati grezzi sull'intensità della luce come file di testo facendo clic sul pulsante Text File Out (Uscita file di testo). Non applicare alcun filtro nel sistema di misurazione NIRS.
   4. Pulire tutti i materiali necessari (sonde, supporti per sonde, mentoniere) con etanolo. Lavare i tappi con un ciclo delicato con un detergente delicato.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Sistema di misurazione NIRS con set di sonde e griglie portasonda	Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Giappone	Sistema di topografia ottica ETG-4000	L'attuale protocollo di studio richiede un set opzionale di seconda sonda adulta per un totale di 52 canali di misurazione, nonché due griglie portasonda 3x5.
Condensatori EEG grezzi	EASYCAP GmbH, Herrsching, Germania	C-SCMS-56; I cappucci C-SCMS-58	devono essere dotati di fori per le sonde NIRS dallo sperimentatore. Scegli la dimensione del berretto della stessa dimensione o leggermente più grande della circonferenza della testa del partecipante.
Software tecnico di calcolo	The MathWorks, Inc., Natick, MA	MATLAB R2014a (o versioni successive)	Serve come base per le estensioni Psychophysics Toolbox (presentazione dello stimolo), SPM per fNIRS toolbox (analisi dei dati fNIRS) e ASToolbox (calcolo WTC).