Articolo metodologico

Inter-Brain Synchrony in Open-Ended Collaborative Learning: uno studio fNIRS-Hyperscanning

DOI:

10.3791/62777

⸱

21 luglio 2021

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1School of Psychology and Cognitive Science, East China Normal University, 2Shanghai Key Laboratory of Mental Health and Crisis Intervention, East China Normal University

In questo articolo

Sommario

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Viene delineato il protocollo per condurre esperimenti di iperscanning fNIRS su diadi di apprendimento collaborativo in un ambiente di apprendimento naturalistico. Inoltre, viene presentata una pipeline per analizzare la sincronia inter-cerebrale (IBS) dei segnali di emoglobina ossigenata (Oxy-Hb).

Abstract

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L'iperscanning fNIRS è ampiamente utilizzato per rilevare le basi neurobiologiche dell'interazione sociale. Con questa tecnica, i ricercatori qualificano l'attività cerebrale simultanea di due o più individui interattivi con un nuovo indice chiamato sincronia inter-cerebrale (IBS) (cioè allineamento di fase e / o ampiezza dei segnali neuronali o emodinamici nel tempo). Qui viene presentato un protocollo per condurre esperimenti di iperscanning fNIRS su diadi di apprendimento collaborativo in un ambiente di apprendimento naturalistico. Inoltre, viene spiegata una pipeline di analisi IBS del segnale di emoglobina ossigenata (Oxy-Hb). In particolare, vengono discussi il design sperimentale, il processo di registrazione dei dati NIRS, i metodi di analisi dei dati e le direzioni future. Nel complesso, l'implementazione di una pipeline di iperscanning fNIRS standardizzata è una parte fondamentale delle neuroscienze in seconda persona. Inoltre, questo è in linea con la richiesta di scienza aperta per aiutare la riproducibilità della ricerca.

Introduzione

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Recentemente, per rivelare l'attività cerebrale simultanea attraverso le diadi interattive o i membri di un gruppo, i ricercatori impiegano l'approccio di iperscanning1,2. Nello specifico, l'elettroencefalogramma (EEG), la risonanza magnetica funzionale (fMRI) e la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) vengono utilizzati per registrare le attività neurali e cerebrali da due o più soggetti contemporaneamente3,4,5. I ricercatori estraggono un indice neurale che comporta l'accoppiamento cerebrale simulta....

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Protocollo

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Tutti i partecipanti reclutati (40 diadi, età media 22,1 ± 1,2 anni; 100% destrimani; visione normale o corretta a normale) erano sani. Prima dell'esperimento, i partecipanti hanno dato il consenso informato. I partecipanti sono stati compensati finanziariamente per la loro partecipazione. Lo studio è stato approvato dal Comitato universitario per la protezione della ricerca umana (HR-0053-2021), East China Normal University.

1. Fasi di preparazione prima dell'adozione dei dati

  1. Tappi NIRS fatti in casa
    1. Adottare una cuffia elastica per posizionare la griglia portaodi.
      NOTA: Considerando che le dimensioni della testa dei ....

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Risultati

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La Figura 1 illustra il protocollo sperimentale e la posizione della sonda. Il processo di registrazione dei dati fNIRS è costituito da due parti: sessione di stato di riposo (5 min) e sessione collaborativa (15-20 min). Le diadi di apprendimento collaborativo sono necessarie per rilassarsi e per rimanere fermi nella sessione dello stato di riposo. Successivamente, ai partecipanti viene detto di co-apprendere il materiale didattico (Figura 1A). Le loro regioni t.......

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Discussione

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In primo luogo, nel presente protocollo, vengono indicate le fasi specifiche della conduzione di esperimenti di iperscanning fNIRS in uno scenario di apprendimento collaborativo. In secondo luogo, viene presentata anche la pipeline di analisi dei dati che valuta l'IBS dei segnali emodinamici nelle diadi di apprendimento collaborativo. L'operazione dettagliata sulla conduzione di esperimenti di iperscanning fNIRS promuoverebbe lo sviluppo della scienza aperta. Inoltre, la pipeline di analisi è fornita qui per aumentare la.......

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Dichiarazioni

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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

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Questo lavoro è supportato dal programma di promozione dell'innovazione accademica ECNU per studenti di dottorato eccellenti (YBNLTS2019-025) e dalla National Natural Science Foundation of China (31872783 e 71942001).

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Cuffie EEGCompumedics Neuroscan, Charlotte, USAQuik-Cap a 64 canaliScegliamo due misure di cuffia (media e grande).
Sistema di misura NIRS con set di sonde e griglie portasondaHitachi Medical Corporation, Tokyo, GiapponeETG-7100 Sistema di topografia otticaL'attuale protocollo di studio richiede un secondo set di sonde adulto opzionale per un totale di 92 canali di misura.
Piattaforma di calcolo numericoThe MathWorks, Inc., Natick, MAMATLAB R2020aFunge da base per le estensioni Psychophysics Toolbox (presentazione dello stimolo), Homer2  (analisi pre-processo fNIRS) e funzione "wtc" (calcolo WTC).
Software di psicologiastrumenti software di psicologia,Sharpsburg, PA,USAE-prime 2.0Applichiamo E-prime per avviare il sistema di misurazione fNIRS e inviare trigger che contrassegnano la fase di riposo e la fase di apprendimento collaborativo per i dati di registrazione fNIRS.
Cuffie da nuoto Zokecorporation, Shanghai, Cina611503314Abbiamo prima posizionato il cappuccio EEG standard 10-20 sullo stampo della testa e posizionato la cuffia da nuoto sul cappuccio EEG. In secondo luogo, abbiamo segnato (inion, Cz, T3, T4, PFC e P5) con il gesso.
Digitalizzatore tridimensionale (3D)Polhemus, Colchester, VT, USA;Digitalizzatore tridimensionale (3D)Le posizioni anatomiche degli optodi in relazione ai punti di riferimento standard della testa sono state determinate per ciascun partecipante utilizzando un digitalizzatore 3D Patriot

Riferimenti

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  1. Babiloni, F., Astolfi, L. Social neuroscience and hyperscanning techniques: past, present and future. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 44, 76-93 (2014).
  2. Schilbach, L., et al. Toward a second-person neuroscience. Behavior Brain Science.

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Inter Brain SynchronyCollaborative LearningFNIRS HyperscanningSocial InteractionOxygenated HemoglobinWavelet TransformPrincipal Components AnalysisMotion Artifact RemovalDyad Brain ActivityNaturalistic Learning

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