Questo protocollo descrive la coerenza della trasformazione wavelet parziale (pWTC) per calcolare il modello time-lag della sincronizzazione neurale interpersonale (INS) per dedurre la direzione e il modello temporale del flusso di informazioni durante l'interazione sociale. L'efficacia di pWTC nel rimuovere i confondimenti dell'autocorrelazione del segnale su INS è stata dimostrata da due esperimenti.
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Articolo metodologico
Misurazione del flusso di informazioni direzionali in fNIRS-Hyperscanning Data utilizzando il metodo partial Wavelet Transform Coherence
* These authors contributed equally
In questo articolo
Sommario
Abstract
L'interazione sociale è di vitale importanza per gli esseri umani. Mentre l'approccio di iperscansione è stato ampiamente utilizzato per studiare la sincronizzazione neurale interpersonale (INS) durante le interazioni sociali, la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) è una delle tecniche più popolari per l'iperscansione delle interazioni sociali naturalistiche a causa della sua risoluzione spaziale relativamente elevata, della localizzazione anatomica del suono e della tolleranza eccezionalmente elevata degli artefatti di movimento. Precedenti studi di iperscansione basati su fNIRS di solito calcolano un INS ritardato nel tempo utilizzando la coerenza della trasformata wavelet (WTC) per descrivere la direzione e il modello temporale del flusso di informazioni tra gli individui. Tuttavia, i risultati di questo metodo potrebbero essere confusi dall'effetto di autocorrelazione del segnale fNIRS di ciascun individuo. Per affrontare questo problema, è stato introdotto un metodo chiamato coerenza di trasformazione wavelet parziale (pWTC), che mirava a rimuovere l'effetto di autocorrelazione e mantenere l'elevata risoluzione dello spettro temporale del segnale fNIRS. In questo studio, è stato eseguito prima un esperimento di simulazione per dimostrare l'efficacia del pWTC nel rimuovere l'impatto dell'autocorrelazione sull'INS. Quindi, è stata offerta una guida passo-passo sul funzionamento del pWTC basata sul set di dati fNIRS da un esperimento di interazione sociale. Inoltre, è stato effettuato un confronto tra il metodo pWTC e il metodo WTC tradizionale e quello tra il metodo pWTC e il metodo di causalità Granger (GC). I risultati hanno mostrato che il pWTC potrebbe essere utilizzato per determinare la differenza INS tra diverse condizioni sperimentali e il modello direzionale e temporale di INS tra gli individui durante le interazioni sociali naturalistiche. Inoltre, fornisce una migliore risoluzione temporale e di frequenza rispetto al WTC tradizionale e una migliore flessibilità rispetto al metodo GC. Pertanto, pWTC è un forte candidato per dedurre la direzione e il modello temporale del flusso di informazioni tra gli individui durante le interazioni sociali naturalistiche.
Introduzione
L'interazione sociale è di vitale importanza per gli esseri umani 1,2. Per comprendere il meccanismo neurocognitivo dual-cerebrale dell'interazione sociale, l'approccio di iperscansione è stato recentemente ampiamente utilizzato, dimostrando che i modelli di sincronizzazione neurale interpersonale (INS) possono ben caratterizzare il processo di interazione sociale 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12
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Protocollo
Il protocollo di esperimento umano è stato approvato dall'Institutional Review Board e dal Comitato Etico dello State Key Laboratory of Cognitive Neuroscience and Learning presso l'Università Normale di Pechino. Tutti i partecipanti hanno dato il consenso informato scritto prima dell'inizio dell'esperimento.
1. L'esperimento di simulazione
- Genera due serie temporali di segnali correlati tra loro, con un segnale che ha autocorrelazione a un ritardo di 4 s. Impostare il coefficiente di correlazione di r tra i due segnali su 0,4.
- Inoltre, genera due serie temporali di segnali senza alcuna correlazione ma con autocorrelazion....
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Risultati
Risultati della simulazione
I risultati hanno mostrato che il TIME-lag INSWTC con autocorrelazione era significativamente superiore al TIME-lag INSWTC senza autocorrelazione (t(1998) = 4.696, p < 0.001) e time-lag INSpWTC (t(1998) = 5.098, p < 0.001). Inoltre, non vi è stata alcuna differenza significativa tra INSWTC ritardato nel tempo senza autocorrelazione e INSpWTC (t (1998) = 1.573, p = 0.114.......
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Discussione
Negli studi di iperscansione, di solito è essenziale descrivere i modelli direzionali e temporali del flusso di informazioni tra gli individui. La maggior parte dei precedenti studi di iperscansione fNIRS hanno utilizzato il tradizionale WTC25 per dedurre queste caratteristiche calcolando l'INS time-lag. Tuttavia, come una delle caratteristiche intrinseche del segnale fNIRS20,21, l'effetto di autocorrelazione potrebbe confondere l'INS time.......
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Dichiarazioni
Gli autori non dichiarano interessi finanziari concorrenti.
Ringraziamenti
Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (61977008) e dal Young Top Notch Talents of Ten Thousand Talent Program.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Sistema di topografia fNIRS | Shimadzu Corporation | Sistema Shimadzu LABNIRS Il sistema | LABNIRS contiene 40 emettitori e 40 rivelatori per la misurazione dei segnali fNIRS. In questo protocollo abbiamo utilizzato questi emettitori e rivelatori, creato due set di sonde personalizzati a 26 canali e collegati a due cappucci secondo il sistema 10-20. Inoltre, il sistema LABNIRS contiene anche software GUI integrati per il controllo della qualità dei dati, la conversione dei dati e l'esportazione dei dati. |
| MATLAB | MathWorks, Inc. | MATLAB 2019a | In questo protocollo, sono stati utilizzati diversi toolbox e funzioni in MATLAB: Il toolbox SPM12 è stato utilizzato per normalizzare i dati MRI convalidati attraverso la sua GUI. NIRS_SPM toolbox è stato utilizzato per proiettare le coordinate MNI delle sonde sul modello AAL attraverso la sua GUI. Homer3 toolbox è stato utilizzato per rimuovere gli artefatti di movimento attraverso la sua funzione hmrMotionCorrectWavelet con parametri predefiniti. Wavelet toolbox è stato utilizzato per calcolare WTC e pWTC attraverso la sua funzione wcoherence. |
| Scanner MRI | Siemens Healthineers | TRIO Scanner 3-Tesla | In questo protocollo, lo scanner MRI è stato utilizzato per ottenere le coordinate MNI di ciascun canale e optpde. I parametri di scansione sono descritti nel testo principale. |
| tappi | In questo protocollo, abbiamo prima contrassegnato due tappi in nylon con sistema 10-20. Quindi, abbiamo realizzato due set di sonde optodiche personalizzate a 26 canali. Infine, abbiamo attaccato set di sonde ai cappucci allineati con i punti di riferimento. |
Riferimenti
- Hasson, U., Ghazanfar, A. A., Galantucci, B., Garrod, S., Keysers, C. Brain-to-brain coupling: A mechanism for creating and sharing a social world. Trends in Cognitive Sciences. 16 (2), 114-121 (2012).
- Hasson, U., Frith, C. D.
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Ristampe e permessi
