Come calcolare e convalidare la sincronizzazione inter-cervello in uno studio di iperscansione fNIRS

Sommario

Le dinamiche tra cervelli accoppiati di individui sono state sempre più rappresentate dalla sincronizzazione inter-cerebrale (IBS) quando si coordinano tra loro, per lo più utilizzando segnali di registrazione simultanea del cervello (vale a dire iperscansione) con fNIRS. Negli studi di iperscansione fNIRS, l'IBS è stato comunemente valutato attraverso il metodo della coerenza della trasformazione wavelet (WTC) a causa del suo vantaggio nell'espandere le serie temporali nello spazio tempo-frequenza in cui le oscillazioni possono essere viste in modo altamente intuitivo. L'IBS osservato può essere ulteriormente convalidato tramite l'accoppiamento casuale basato sulla permutazione dello studio, del partner e della condizione. Qui, viene presentato un protocollo per descrivere come ottenere segnali cerebrali tramite la tecnologia fNIRS, calcolare iBS attraverso il metodo WTC e convalidare l'IBS per permutazione in uno studio di iperscansione. Inoltre, discutiamo le questioni critiche quando si utilizzano i metodi di cui sopra, tra cui la scelta dei segnali fNIRS, i metodi di pre-elaborazione dei dati e i parametri opzionali di calcolo. In sintesi, l'utilizzo del metodo WTC e della permutazione è una pipeline potenzialmente standard per l'analisi dell'IBS negli studi di iperscansione fNIRS, contribuendo sia alla riproducibilità che all'affidabilità dell'IBS.

Abstract

Le dinamiche tra cervelli accoppiati di individui sono state sempre più rappresentate dalla sincronizzazione inter-cerebrale (IBS) quando si coordinano tra loro, per lo più utilizzando segnali di registrazione simultanea del cervello (vale a dire iperscansione) con fNIRS. Negli studi di iperscansione fNIRS, l'IBS è stato comunemente valutato attraverso il metodo della coerenza della trasformazione wavelet (WTC) a causa del suo vantaggio nell'espandere le serie temporali nello spazio tempo-frequenza in cui le oscillazioni possono essere viste in modo altamente intuitivo. L'IBS osservato può essere ulteriormente convalidato tramite l'accoppiamento casuale basato sulla permutazione dello studio, del partner e della condizione. Qui, viene presentato un protocollo per descrivere come ottenere segnali cerebrali tramite la tecnologia fNIRS, calcolare iBS attraverso il metodo WTC e convalidare l'IBS per permutazione in uno studio di iperscansione. Inoltre, discutiamo le questioni critiche quando si utilizzano i metodi di cui sopra, tra cui la scelta dei segnali fNIRS, i metodi di pre-elaborazione dei dati e i parametri opzionali di calcolo. In sintesi, l'utilizzo del metodo WTC e della permutazione è una pipeline potenzialmente standard per l'analisi dell'IBS negli studi di iperscansione fNIRS, contribuendo sia alla riproducibilità che all'affidabilità dell'IBS.

Introduzione

Quando le persone si coordinano con gli altri, i loro cervelli e corpi diventano un'unità accoppiata attraverso un continuo adattamento reciproco. L'accoppiamento tra cervelli può essere rappresentato dalla sincronizzazione inter-cerebrale (IBS) attraverso l'approccio di iperscansione, che registra contemporaneamente i segnali cerebrali di due o più individui¹. In effetti, un numero crescente di studi di iperscansione fNIRS / EEG ha trovato IBS in vari contesti di collaborazione, tra cui finger tapping², group walking³, playing drums⁴, guitar playing⁵

Protocollo

Il protocollo qui presentato è stato approvato dal Comitato universitario per la protezione della ricerca umana della East China Normal University.

1. Preparazione per l'esperimento

1. Partecipanti
   1. Recluta un gruppo di studenti universitari e laureati con compensi monetari dalla pubblicità del campus.
   2. Assicurarsi che i partecipanti siano destrimani e abbiano una visione e un udito normali o corretti a normali. Assicurati che non abbiano studiato musica o l'abbiano studiata per meno di 3 anni prima.
   3. Abbina in modo casuale gli studenti in diadi. Per controllare il potenziale effetto della familiarità del p....

Risultati

I risultati hanno mostrato che c'era IBS al canale 5 nella condizione di coordinamento del contatore, mentre non esisteva alcun IBS in altre condizioni (cioè indipendenza del contatore, coordinamento non del contatore, indipendenza non del contatore; Figura 2A). Al canale 5, l'IBS nella condizione di coordinamento del contatore era significativamente superiore ai valori di coerenza nella condizione di coordinamento e indipendenza del contatore non metrica (Figura 2B

Discussione

Questo protocollo fornisce una procedura passo-passo per calcolare e convalidare l'IBS, utilizzando l'approccio di iperscansione fNIRS per raccogliere contemporaneamente i segnali cerebrali di due partecipanti. Di seguito vengono discussi alcuni problemi critici coinvolti nella pre-elaborazione dei dati fNIRS, nel calcolo IBS, nelle statistiche e nella convalida IBS.

Pre-trattamento dei dati
È necessario pre-elaborare i dati fNIRS negli studi di iperscansione per estrarre s.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Computer	Hewlett-Packard Development Company, L.P.	HP S01-pF157mcn
Auricolare	Royal Philips Electronics, Eindhoven, Paesi Bassi	SHE2405BK/00
Cappuccio EEG	Compumedics Neuroscan, Charlotte, USA	64 canali Quik-Cap
E-Prime software	Psychology Software Tools, Inc., Pittsburgh, USA	Sistema E-Prime 3
fNIRS	Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Giappone	ETG-7100 Sistema
MATLAB 2014b	The MathWorks, Inc., Natick, MA	MATLAB 2014b
MuseScore	Musescore Company, Belgio	MuseScore 3.6.2.548021803
Cuffia da nuoto	Decathlon Group, Villeneuve-d'Ascq, Francia	1681552

di topografia ottica