Method Article

Sincronizzazione di gruppo durante il disegno collaborativo mediante spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso

DOI:

10.3791/63675

⸱

August 5th, 2022

 ,  ,  ,  , 
1Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE)

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Il presente protocollo combina la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) e l'osservazione basata su video per misurare la sincronizzazione interpersonale nei quartetti durante un compito di disegno collaborativo.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) è un metodo non invasivo particolarmente adatto per misurare l'attivazione della corteccia cerebrale in più soggetti, che è rilevante per lo studio delle interazioni interpersonali di gruppo in contesti ecologici. Sebbene molti sistemi fNIRS offrano tecnicamente la possibilità di monitorare più di due individui contemporaneamente, è ancora necessario stabilire procedure di configurazione facili da implementare e paradigmi affidabili per tracciare le risposte emodinamiche e comportamentali nell'interazione di gruppo. Il presente protocollo combina fNIRS e osservazione basata su video per misurare la sincronizzazione interpersonale nei quartetti durante un compito cooperativo. Questo protocollo fornisce raccomandazioni pratiche per l'acquisizione dei dati e la progettazione del paradigma, nonché principi guida per un esempio illustrativo di analisi dei dati. La procedura è progettata per valutare le differenze nelle risposte interpersonali del cervello e del comportamento tra condizioni sociali e non sociali ispirate da una nota attività rompighiaccio, il Collaborative Face Drawing Task. Le procedure descritte possono guidare studi futuri per adattare le attività di interazione sociale naturalistica di gruppo all'ambiente fNIRS.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Il comportamento di interazione interpersonale è una componente importante del processo di connessione e creazione di legami empatici. Ricerche precedenti indicano che questo comportamento può essere espresso nel verificarsi di sincronicità, quando i segnali biologici e comportamentali si allineano durante il contatto sociale. L'evidenza mostra che la sincronicità può verificarsi tra le persone che interagiscono per la prima volta 1,2,3. La maggior parte degli studi sulle interazioni sociali e sui loro meccanismi neurali sottostanti utilizza un approccio a persona singola o seconda persona2,4, e poco si sa sulla trasposizione di questa conoscenza alle dinamiche sociali di gruppo. Valutare le risposte interpersonali in gruppi di tre o più individui è ancora una sfida per la ricerca scientifica. Ciò porta alla necessità di portare in laboratorio il complesso ambiente delle interazioni sociali negli esseri umani quotidiani in condizioni naturalistiche5.

In questo contesto, la tecnica della spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) è uno strumento promettente per valutare le relazioni tra l'interazione interpersonale in contesti naturalistici e i suoi correlati cerebrali. Presenta meno restrizioni sulla mobilità dei partecipanti rispetto alla risonanza magnetica funzionale (fMRI) ed è resistente agli artefatti di movimento 6,7. La tecnica fNIRS funziona valutando gli effetti emodinamici in risposta all'attivazione cerebrale (cambiamenti nella concentrazione ematica di emoglobina ossigenata e deossigenata). Queste variazioni possono essere misurate dalla quantità di diffusione della luce infrarossa attraverso il tessuto del cuoio capelluto. Studi precedenti hanno dimostrato la flessibilità e la robustezza della tecnica negli esperimenti di iperscansione ecologica e il potenziale per espandere le conoscenze nelle neuroscienze applicate 6,8.

La scelta di un compito sperimentale per la valutazione naturalistica dei correlati neurali dei processi di interazione sociale in gruppo è un passo cruciale nell'approccio agli studi di neuroscienze applicate9. Alcuni esempi già riportati in letteratura con l'uso di fNIRS nei paradigmi di gruppo includono la performance musicale 10,11,12, l'interazione in classe8 e la comunicazione 13,14,15,16,17.

Uno degli aspetti non ancora esplorati dagli studi precedenti è l'utilizzo di giochi di disegno che hanno come caratteristica principale la manipolazione di componenti empatiche per valutare l'interazione sociale. In questo contesto, uno dei giochi frequentemente utilizzati per indurre l'interazione sociale nelle dinamiche tra estranei è il gioco di disegno collaborativo18,19. In questo gioco, i fogli di carta sono divisi in parti uguali e i partecipanti al gruppo sono sfidati a disegnare autoritratti condivisi di tutti i membri. Alla fine, ogni membro ha il suo ritratto disegnato in modo collaborativo da più mani.

L'obiettivo è quello di promuovere una rapida integrazione tra estranei, provocata dirigendo l'attenzione visiva sui volti dei partner del gruppo. Può essere considerata un'attività "rompighiaccio" per la sua capacità di assecondare la curiosità e i conseguenti processi empatici tra i soci19.

Uno dei vantaggi dell'utilizzo delle attività di disegno è la loro semplicità e facilità di riproduzione20. Inoltre non richiedono alcuna formazione o abilità tecnica specifica, come visto negli studi che utilizzano i paradigmi di performance musicale21,22,23,24. Questa semplicità consente anche la scelta di uno stimolo più naturalistico all'interno di un contesto sociale 4,9,25.

Oltre ad essere uno strumento per indurre comportamenti sociali in gruppo, il disegno è anche considerato uno strumento di valutazione psicologica26. Alcuni test psicologici grafico-proiettivi, come House-Tree-Person (HTP)27,28,29, Human Figure Drawing - Sisto Scale 27 e Kinetic Family Drawing30 sono utilizzati in modo complementare per diagnosi qualitative e quantitative. I loro risultati di solito esprimono processi inconsci, dando indizi sul sistema simbolico dell'individuo e, quindi, sulle loro interpretazioni del mondo, esperienze, affetti, ecc.

La pratica del disegno fa pensare e aiuta a creare significato per esperienze e cose, aggiungendo sensazioni, sentimenti, pensieri e azioni31. Fornisce indizi su come percepire ed elaborare queste esperienze di vita26. Il disegno utilizza codici visivi per consentire di comprendere e comunicare pensieri o sentimenti, rendendoli accessibili alla manipolazione e, quindi, creando la possibilità di nuove idee e letture31.

Nell'arte terapia, il disegno è uno strumento per lavorare sull'attenzione, la memoria e l'organizzazione di pensieri e sentimenti32, e può essere usato come mezzo per produrre interazione sociale33.

Questo studio mirava a sviluppare un protocollo sperimentale naturalistico per valutare le risposte cerebrali vascolari e comportamentali durante l'interazione interpersonale in quartetti utilizzando una dinamica di disegno collaborativo. In questo protocollo, vengono proposte la valutazione delle risposte cerebrali del quartetto (individualmente e la sincronicità tra i partner) e le possibili misure di esito, come le misure comportamentali (disegno e comportamento dello sguardo). L'obiettivo è quello di fornire maggiori informazioni sulle neuroscienze sociali.

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Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

La metodologia è stata approvata dal comitato etico dell'ospedale Israelita Albert Einstein (HIAE) e si basa su una procedura per la raccolta di dati neurali (fNIRS), nonché dati sul comportamento dello sguardo, con giovani adulti durante un'esperienza di disegno collaborativo. Tutti i dati raccolti sono stati gestiti sulla piattaforma Redcap (vedi Tabella dei Materiali). Il progetto è stato verificato dal Comitato per l'integrità scientifica dell'ospedale Israelita Albert Einstein (HIAE). I giovani adulti, di età compresa tra 18 e 30 anni, sono stati selezionati come soggetti per il presente studio. Il consenso informato scritto è stato ottenuto da tutti i partecipanti.

1. Preparazione allo studio

  1. Soggetti
    1. Determinare il campione di studio target.
    2. Informare tutti i volontari sul protocollo sperimentale e sui loro diritti, prima della partita. Assicurati che firmino un modulo di consenso informato e un modulo di consenso all'uso delle immagini (non obbligatorio), compilino un modulo di registrazione e rispondano a questionari e scale psicologiche.
    3. Controlla il livello di relazione tra i partecipanti del quartetto (estranei, amici, partner, ecc.), poiché le conoscenze precedenti possono interferire. In questo studio, i quartetti erano composti da estranei.
    4. Componi quartetti di individui dello stesso sesso.
      NOTA: Questo criterio di genere evita interferenze di interazione sociale34,35.
  2. Impostazione
    1. Rimuovi tutti i potenziali distrattori oculari dalla scena.
    2. Per allestire, includere un tavolo quadrato, quattro sgabelli (che misurano 18,11 pollici x 14,96 pollici) e due supporti in filo (ad esempio, treppiede) (Figura 1).
    3. Spegnere tutti i dispositivi elettrici come l'aria condizionata durante la condizione sperimentale. Assicurarsi che la stanza abbia un'illuminazione sufficiente per consentire alle persone di osservare e disegnare e che la temperatura della stanza sia piacevole.
    4. Considerare l'estensione dei fili fNIRS (vedere Tabella dei materiali), posizionare tutti i cavi in modo che rimangano stabili durante l'attività sperimentale.
    5. Considera lo spazio per due ricercatori per muoversi lungo l'ambientazione.
    6. Assicurati che gli sperimentatori seguano i loro copioni e schemi di movimento.
    7. Posiziona il quartetto sul tavolo quadrato, a due a due, in modo che ogni individuo possa osservare gli altri tre individui.
    8. Assegna a ciascun partecipante al quartetto un tag con un numero (da 1 a 4). Assicurati che il soggetto 1 si trovi di fronte al soggetto 3 e accanto al soggetto 2.
      NOTA: Il numero di tag corrispondeva alla posizione dei soggetti sul tavolo e al loro cappuccio precedentemente preparato (Tabella dei materiali).
  3. Paradigma di disegno
    1. Disegno collaborativo del volto: la condizione sociale
      NOTA: L'obiettivo di questo gioco è quello di dirigere l'attenzione visiva dei soggetti sui volti dei loro partner, inducendoli ad un'osservazione più consapevole tra di loro. Collegando sentimenti e percezione visiva, la tecnica del disegno collaborativo del volto è un modo prezioso per attivare risposte empatiche, curiosità interpersonale e connettività tra i partecipanti. Richiede una teoria della capacità mentale, che include l'imitazione e l'anticipazione del comportamento degli altri19. Attenersi alla seguente procedura:
      1. Istruire i partecipanti sulle regole del gioco.
      2. Dividi ogni carta in tre strisce orizzontali, ovvero strisce da disegno.
      3. Fai in modo che ogni striscia corrisponda a una condizione di disegno sociale (ad esempio, C1, C2.). Dopo ogni condizione di disegno sociale, cambia carta tra il quartetto.
      4. Chiedi ai partecipanti di disegnare la fronte e la zona degli occhi, sulla striscia superiore di tutti i fogli di carta.
        NOTA: La striscia centrale serve per raffigurare la zona del naso e della bocca. La striscia inferiore serve a raffigurare il mento, il collo e l'area delle spalle.
      5. Includi istruzioni su chi disegnare (ad esempio, S1 / S3 significa che il partecipante 1 estrae il partecipante 3 e viceversa) in tutte le strisce di carta.
      6. Chiedi a ogni documento di rappresentare un ritratto completamente disegnato di un partecipante.
        NOTA: considera diversi colori di carta da scrittura pastello per le diverse fasi di gioco.
      7. Fai in modo che il volto di ogni partecipante sia rappresentato in modo collaborativo dai loro partner. (Figura 2)
    2. Collegare il gioco dei puntini: la condizione non sociale
      NOTA: la condizione di disegno del controllo è un gioco di collegamento dei punti. Ogni partecipante è invitato a collegare i punti dei numeri di serie ascendenti per formare un disegno. Il gioco connect the dots è usato come strumento neuropsicologico per misurare domini cognitivi come la flessibilità mentale e le abilità visuo-motorie36. Il gioco stimola le abilità visuospaziali, aumenta l'attività mentale37 e migliora le capacità mentali38. Attenersi alla seguente procedura:
    3. Istruire i partecipanti.
      1. Una volta che il tappo è in posizione, istruire i partecipanti su fNIRS, l'attrezzatura, i tappi, i fili e i possibili rischi o disagi che coinvolgono la procedura.
      2. Ricorda loro di nuovo il loro diritto di lasciare l'esperimento in qualsiasi momento.
      3. Spiegare le due diverse attività di disegno.
      4. Per il disegno collaborativo, spiega le strisce orizzontali e come sapere dove e chi disegnare in ogni striscia.
      5. Per il gioco dei punti di connessione, spiega che dovranno collegare i numeri in ordine crescente fino a quando la cifra non viene rivelata.
      6. Spiegare il periodo di riposo e i comandi delle attività registrate.
      7. Coinvolgere i partecipanti nell'osservare i loro partner e i dettagli che li differenziano. Indica che, alla fine dello studio, verrà premiato il quartetto che segue le regole e disegna le figure più dettagliate.

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Figura 1: L'impostazione. La configurazione include un tavolo quadrato, quattro sgabelli e due supporti per fili (ad esempio, treppiede), apparecchiature fNIRS, un computer e le telecamere. (A) Lo schema di impostazione: i numeri verdi (1-4) corrispondono alle etichette dei partecipanti e alle loro feci/posizionamenti al tavolo durante la corsa sperimentale. Numeri gialli: 1 = supporti di cablaggio fNIRS, 2 = ricevitore notebook dei segnali fNIRS, 3 = NIRSport, 4 = telecamera a 360°, 5 = telecamere di supporto. (B) Preparazione per l'esecuzione sperimentale. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

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Figura 2: Ritratti collaborativi: esempi di ritratti disegnati in modo collaborativo. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

2. Paradigma sperimentale

  1. Adatta il gioco per l'acquisizione fNIRS
    NOTA: Adattare il gioco in modo che sia possibile catturare l'immagine funzionale del cervello attraverso fNIRS e che i dati abbiano una qualità significativa.
    1. Definire il numero di blocchi.
      NOTA: Le condizioni devono essere ripetute un numero adeguato di volte per ridurre il margine di errore nei risultati. Tuttavia, molte ripetizioni possono portare i partecipanti ad automatizzare le attività.
    2. Pianifica la durata di ogni blocco.
      NOTA: Considerare il tempo di risposta emodinamica della didascalia (in media 6 s dopo l'inizio di un'attività). Inoltre, considerare l'influenza delle dimensioni dei blocchi per determinare il filtro per i passaggi seguenti.
    3. Aggiungere un periodo di stato di riposo alla fine di ogni blocco di entrambe le condizioni (in modo che il segnale emodinamico decadichi prima dell'inizio del blocco successivo).
    4. Pianifica l'ordine dei blocchi e crea sequenze di blocchi pseudo-randomizzate per ridurre gli effetti anticipatori.
    5. Pianifica la durata totale del gioco.
      NOTA: Considerare il possibile disagio dei partecipanti per quanto riguarda i tappi stretti fNIRS e la loro vicinanza l'uno all'altro. I blocchi e le condizioni utilizzati in questo protocollo sono stati progettati come segue: sono stati creati nove blocchi della condizione sociale del disegno collaborativo (Tabella 1) e nove blocchi della condizione non sociale dei punti di collegamento (durata = 40 s ciascuno); Un periodo di riposo di 20 s tra ciascuno dei blocchi; tre diverse sequenze (Tabella 2) per eseguire le attività (per evitare che una condizione venga eseguita più di due volte di seguito). La durata del compito sperimentale è stata di circa 18 minuti.
  2. Software di programmazione Paradigm
    1. Utilizzare un software per aiutare a creare e organizzare blocchi di paradigma e segnalare ai partecipanti quando iniziare una nuova attività.
      NOTA: in questo caso è stato utilizzato il software NIRStim (vedere la tabella dei materiali). Creare le sequenze di blocchi e programmarne la distribuzione nel tempo durante l'esperimento.
    2. Definire eventi con contenuti visivi (testo e immagini) o uditivi per indicare ai partecipanti quando iniziare ogni attività. Nella scheda Eventi, fai clic sul pulsante Aggiungi evento. Assegna un nome all'evento in Nome evento, seleziona il tipo di evento in Tipo di evento e definisci un colore per rappresentare l'evento in una panoramica della presentazione su Color-ID. Creare marcatori da inviare al software di acquisizione all'inizio di queste attività su Event Marker.
    3. Determinare l'ordine di esecuzione dell'attività e il numero di ripetizioni di ciascuna di esse nella scheda Prove . Inoltre, inserire periodi di riposo. Determinare la durata di entrambi. Randomizzare o non randomizzare gli studi è possibile selezionando On / Off su Randomize Presentation; salvare le impostazioni sul pulsante Salva .
    4. Durante l'esecuzione sperimentale, visualizzare tutti gli stimoli programmati in una finestra nera (per evitare la distrazione dei partecipanti) premendo Esegui.

Tabella 1: Condizione del disegno collaborativo. S1 = Soggetto 1, S2 = Soggetto 2, S3 = Soggetto 3 e S4 = Soggetto 4. Le diadi di disegno rappresentano chi sta disegnando chi, e la striscia di disegno rappresenta la posizione della carta da lettere per disegnare in ogni condizione. Ad esempio, per il primo blocco, utilizzare un foglio di carta blu. C1, C2 e C3 rappresentano 40 s del paradigma di disegnare condizioni sociali che completano un ritratto. C1 (disegno dell'area della fronte, disegno delle diadi: S2 e S4; S1 e S3), C2 (disegno della zona del naso, disegno delle diadi: S1 e S4; S2 e S3) e C3 (disegno dell'area del mento, disegno delle diadi: S3 e S4; S1 e S2). Seguire lo schema per i blocchi 2 e 3. Questa randomizzazione mantiene l'ordine di disegno tra i volontari (disegnando il partner frontale, poi il partner frontale e, infine, il partner seduto accanto a loro) e altera l'ordine delle strisce di foglio da disegnare. Clicca qui per scaricare questa tabella.

Tabella 2: Randomizzazione della sequenza 1-task (sociale, non sociale e a riposo). Clicca qui per scaricare questa tabella.

3. Configurazione video e acquisizione dati

  1. Telecamere e registrazione video
    1. Selezionare una telecamera di scena disponibile in commercio (360°, vedere Tabella dei materiali). Posizionalo sul tavolo in modo che tutti i movimenti degli occhi e della testa dei partecipanti possano essere percepiti contemporaneamente.
    2. Pulire e controllare la scheda di memoria e la batteria. Controlla la luminosità dell'immagine. Testare questi elementi prima che i partecipanti vengano individuati.
    3. Verificare la presenza di possibili interferenze sulla ricezione di fNIRS. In tal caso, aumentare lo spazio tra l'apparecchiatura e il suo ricevitore.
    4. Il ricevitore dell'apparecchiatura deve essere indipendente dal ricevitore dati fNIRS. Considera un notebook o un tablet situato il più lontano possibile dall'impostazione del tavolo.
    5. Avviare l'apparecchiatura, controllare l'interfaccia e impostare la modalità di registrazione prima della calibrazione fNIRS.
    6. Considera una o due telecamere adiacenti o di supporto che possono essere posizionate dopo entrambi i bordi del tavolo.
  2. Analisi video
    1. Per ottenere risultati statistici validi, selezionare un software o una piattaforma di visualizzazione/analisi sincronizzata che consenta la trascrizione e la codifica di più contenuti video contemporaneamente, come INTERACT (vedi Tabella dei materiali).
    2. Imposta parametri che consentano la ricerca di modelli / sequenze per perfezionare i dati osservativi alle domande di ricerca, ad esempio metriche del comportamento dello sguardo individuale, movimento della testa e degli occhi, movimento della mano, espressioni facciali e comportamento parlante.
    3. Se si prevede di registrare misure fisiologiche, si consideri un software (vedi Tabella dei materiali) che consenta l'integrazione di dati misurati da altri sistemi di acquisizione.
    4. Nel processo di analisi, considera non solo la durata degli eventi, ma anche la sequenza, la loro posizione nel tempo e il modo in cui si relazionano tra loro.
  3. Estrazione dei dati
    1. Inizia scaricando il video da tutte le telecamere (formato MP4). Caricarli in INTERACT. Segmenta i dati video per la codifica e ulteriori analisi. Per l'estrazione dei dati, contrassegnare manualmente le sezioni video e fornire loro i codici.
      NOTA: lo scopo della segmentazione e della codifica è quello di fornire categorie di dati in modo che il ricercatore possa evidenziare e analizzare diversi comportamenti target.
    2. Segmentazione
      1. Premendo Impostazioni codice, creare un primo livello dividendo le sezioni del blocco in condizioni sociali e non sociali e periodo di riposo. Crea un secondo livello dividendo i dati comportamentali dei partecipanti insieme alle condizioni sociali (face drawing). Allineateli utilizzando la timeline del trigger audio. Contrassegnare manualmente l'inizio e la fine di ogni condizione. Definire lo schema di codifica seguendo le linee guida (passi 3.3.2.2.-3.3.2.6.).
      2. Assicurati che lo schema di codifica tenga traccia dei segnali comportamentali (durata e quantità) per ogni sezione di disegno del volto (condizione sociale) da parte di tutti i partecipanti individualmente.
      3. Codice per lo sguardo del partecipante all'attenzione correlato all'oggetto verso il partner di disegno.
        NOTA: Il comportamento dello sguardo ha una duplice funzione: raccogliere informazioni dagli altri (codifica), nonché comunicare con gli altri (segnalazione)39,40.
      4. Codice per lo sguardo reciproco (quando entrambi i partner che si disegnano a vicenda condividono il contatto visivo).
        NOTA: Studi recenti hanno rivelato un aumento dell'attività nella corteccia prefrontale mediale rostrale anteriore (arMPFC) e il suo accoppiamento con il giro frontale inferiore (IFG) quando i partner hanno stabilito lo sguardo reciproco41.
      5. Codice per i comportamenti associati durante il comportamento dello sguardo (singolo o reciproco) come sorridere, parlare diretto, espressioni facciali e ridere, indicando una maggiore attenzione al partner di disegno (Figura supplementare 1).
      6. Trascrivi e suddividi in categorie i dati comportamentali dello sguardo dei partecipanti al gruppo. Crea codici di interazione per ogni partecipante etichettandoli. Rendi esplicito il comportamento di destinazione e il numero di tag durante la codifica.
    3. Codifica e analisi
      NOTA: Uno dei ricercatori deve intraprendere il compito di codifica comportamentale e l'analisi, poiché sono facilmente identificabili nel video. Osservare quanto segue:
      1. L'estrazione delle informazioni deve avvenire manualmente; Segna sulla timeline di ogni condizione i comportamenti osservati secondo lo schema di codifica. Contrassegnare la durata di ogni comportamento. Fallo per ogni partecipante separatamente.
      2. Incrocia le tempistiche dei partecipanti per cercare comportamenti condivisi. Torna alla video osservazione per analizzare la qualità della condivisione (Figura supplementare 2).
      3. Utilizzando la chiave Esporta , esportare i dati non elaborati come file di testo o file di tabella in modo che i dati possano essere ordinati lungo la sequenza temporale, selezionati, contati e tabellati.
        NOTA: in questo protocollo, la funzione di analisi sequenziale non è stata utilizzata a causa del numero limitato di sequenze di eventi codificati42.
  4. Metriche di disegno
    NOTA: Questo protocollo utilizza metriche di disegno per studiare le possibili correlazioni tra il comportamento dello sguardo dei partecipanti e i test psicologici applicati. Sono stati determinati i seguenti criteri:
    1. Quantità di tratti: conta manualmente il numero di tratti di disegno realizzati da ciascun partecipante in ogni sezione di disegno del volto.
    2. Continuità di linea: suddividere le categorie di linee disegnate lunghe e corte. Contare manualmente le linee disegnate lunghe e corte dei partecipanti.
      NOTA: Il disegno osservativo risulta dall'osservazione diretta di un oggetto reale scelto. Alcuni studi recenti hanno trovato una correlazione tra la lunghezza della linea e le attività di tracciamento o disegno. L'analisi delle linee attività tende ad essere più lunga rispetto al disegno delle linee attività43. Questo protocollo associa il tracciamento a immagini memorizzate che l'individuo ha reso stabili e porta come riferimenti di disegno nel suo sistema simbolico18.
    3. Modelli di disegno: si riferiscono a singoli modellidi disegno 18 (Figura 3).
      NOTA: Questo protocollo considera una classificazione binaria per il modello di disegno: 0, quando il partecipante è in modalità di disegno osservativo (cioè, quando il partecipante osserva il suo oggetto di disegno e copia ciò che vede); e 1, quando il disegno riflette immagini memorizzate stabili interne (quando c'è un modello di forme ripetute come occhi, bocca e capelli in tutte le condizioni del disegno).
    4. Osserva i dettagli, incluso il conteggio dei dettagli disegnati durante l'esperimento (ad esempio, rughe, macchie, forma degli occhi e dimensioni delle sopracciglia, tra gli altri).
      NOTA: i dettagli disegnati possono indicare una maggiore attenzione all'oggetto del disegno.
  5. Test psicologici
    1. Screening per sintomi di ansia e depressione, disturbo da deficit di attenzione / iperattività e abilità sociali durante la conduzione di studi di gruppo. Utilizzare bilance gratuite o disponibili in commercio.
      NOTA: Questo protocollo suggerisce di utilizzare quanto segue: la scala di ansia e depressione ospedaliera44; l'inventario delle abilità sociali45 (un inventario che valuta il repertorio delle abilità sociali dell'individuo); e l'Adult Self-Report Scale (ASRS-18) per la valutazione del disturbo da deficit di attenzione / iperattività (ADHD) negli adulti46.

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Figura 3: Esempi di singoli modelli di disegno. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

4. Configurazione fNIRS e acquisizione dati

  1. Hardware di acquisizione dati
    1. Assicurarsi di utilizzare l'hardware di acquisizione per le registrazioni fNIRS. Le registrazioni devono essere eseguite da una combinazione di sistemi che possono essere letti nello stesso programma di registrazione, per un totale di 16 canali.
      NOTA: L'acquisizione dei dati è stata effettuata utilizzando due sistemi ad onda continua (NIRSport, vedi Tabella dei materiali) per il presente studio. Ogni apparecchiatura ha otto sorgenti di illuminazione a LED che emettono due lunghezze d'onda di luce nel vicino infrarosso (760 nm e 850 nm) e otto rilevatori ottici (7,91 Hz).
  2. Configurazione del canale optodico fNIRS
    1. Utilizzare lo strumento NIRSite per localizzare gli optodi sulle regioni PFC (vedere Tabella dei materiali). Configura la distribuzione degli optodi sui cappucci in modo che i canali siano posizionati sopra le regioni di interesse su tutte le teste dei partecipanti.
    2. Dividere gli optodi tra i quattro partecipanti per l'acquisizione simultanea dei segnali.
      NOTA: I cappucci devono avere una configurazione basata sul sistema internazionale 10-20 e le aree anatomiche di interesse includono la porzione più anteriore della corteccia prefrontale bilaterale. Per questo protocollo, il posizionamento degli optodi è stato guidato dal toolbox47 di fNIRS Optodes' Location Decider (fOLD). La parcellazione del modello di testa ICBM 152 (vedi Tabella dei materiali) ha generato il montaggio. Il reclutamento della regione della corteccia prefrontale nei compiti di interazione sociale è stato spiegato come correlato dei processi di controllo del comportamento, inclusa l'autoregolazione48. La figura 4 rappresenta la posizione delle sorgenti e dei rivelatori.
  3. Prevenzione degli artefatti
    1. Rimuovi i distrattori dalla stanza in cui si svolgerà il gioco.
    2. Consiglia ai volontari di muoversi solo se necessario.
    3. Durante l'esperimento, scollegare l'amplificatore NIRSport e il laptop dalla rete elettrica.
    4. Spegnere qualsiasi altra apparecchiatura che funzioni vicino allo spettro infrarosso, come le apparecchiature di condizionamento dell'aria. Spegnere i dispositivi elettrici presenti nell'ambiente.
  4. Impostazione dell'apparato fNIRS
    1. In precedenza, misurare i perimetri cerebrali dei quattro partecipanti come segue: misurare le distanze tra il nasion e l'inion intorno alla testa per determinare la dimensione del cappuccio di ciascun partecipante. Utilizzare sempre un cappuccio di dimensioni inferiori rispetto al perimetro della testa in modo da dare maggiore stabilità agli optodi.
    2. Il giorno dell'acquisizione, istruire i partecipanti a sedersi sullo sgabello e quindi spiegare il processo previsto di posizionamento del cappuccio sulla testa.
    3. Montare le sorgenti e i rilevatori sul tappo in base alle impostazioni predeterminate. Per una questione di organizzazione, seguire lo schema di usare gli optodi da 1 a 4 sul soggetto 1, da 5 a 8 sul soggetto 2, da 9 a 12 sul soggetto 3 e da 13 a 16 sul soggetto 4.
    4. Metti i cappucci sulla testa dei partecipanti e posizionali in modo che la linea mediana centrale (Cz) sia nella parte superiore della testa. Per verificare se Cz è in posizione centrale, certificare che si trova a metà della distanza tra il nasion e l'inion.
      1. Inoltre, misurare la distanza tra l'orecchio sinistro e destro (Crus of Helix) sopra la parte superiore della testa e la posizione Cz.
    5. Utilizzare le cuffie in maiuscolo per evitare che le luci ambientali interferiscano con l'acquisizione dei dati.
    6. Collegare i fili degli optodi agli amplificatori. Per una questione di organizzazione, seguire il modello di collegamento degli optodi da 1 a 8 a NIRSport 1 e degli optodi da 9 a 16 a NIRSport2.
    7. Collegare entrambe le NIRSport 1 e 2 al computer tramite un cavo USB.
  5. Software di acquisizione dati
    1. Dopo aver configurato l'apparecchiatura, consentire a un software di acquisire i dati fNIRS. In questo studio, è stato utilizzato il software NIRStar (vedi Table of Materials). Su NIRStar, eseguire le seguenti operazioni:
      1. Fare clic su Configura hardware nella barra dei menu. Selezionare l'opzione Modalità tandem nella scheda Specifiche hardware in modo da poter eseguire l'hyperscans.
      2. Nella scheda Configura hardware , selezionare un montaggio tra i montaggi comuni predefiniti o tra quelli personalizzati e controllare le impostazioni in Impostazione canale e Layout topo.
      3. Eseguire una calibrazione automatica facendo clic su Calibra (Calibrate ) sul pannello di visualizzazione. L'indicatore di qualità del segnale consente la verifica dell'integrità dei dati ricevuti. Valutare se la qualità dei dati è sufficiente per avviare l'acquisizione; Cioè, vedi se i canali sono segnalati come verdi o gialli.
        NOTA: Se i canali diretti sono rappresentati in rosso o bianco, toglierli dal cappuccio, controllare che non vi siano peli che impediscano alla luce di raggiungere la testa e pulire gli optodi con un panno o un asciugamano. Ricollegarli al tappo e ripetere la calibrazione.
      4. Quando sei pronto per iniziare la procedura, avere un'anteprima di come vengono ricevuti i segnali facendo clic su Anteprima. Quindi, inizia a registrare i segnali su Record.
      5. Aprire NIRStim, il software di programmazione dei blocchi (vedi Tabella dei materiali), e avviare la presentazione dei blocchi programmati. I marcatori devono essere registrati automaticamente e la loro marcatura deve essere visibile sul software di acquisizione dati fNIRS.
      6. Al termine della procedura, interrompere la registrazione facendo clic su Stop, chiudere il software e verificare se il file è stato salvato nella directory scelta.
  6. Analisi dei dati fNIRS
    1. Pre-elaborare i segnali utilizzando il software NIRSLAB49 (vedi Tabella dei materiali). Procedi nel seguente modo:
      1. Applicare un filtro temporale passa-banda (0,01-0,2 Hz) ai dati di intensità grezzi per rimuovere le frequenze cardiache e respiratorie, nonché le oscillazioni a frequenza molto bassa.
      2. Per il controllo della qualità del segnale, determinare i criteri di esclusione per ciascun guadagno di canale superiore a otto e coefficiente di variazione superiore al 7,5%.
      3. Calcola i cambiamenti in HbO2 e HHb applicando la legge di Beer-Lambert modificata con l'intera serie storica come linea di base.
        NOTA: In questo studio, le serie temporali HbO2 e HHb sono state segmentate in blocchi (sociali e non sociali) ed esportate come file di testo per la successiva analisi nella piattaforma R8 per il calcolo statistico (vedi Tabella dei materiali).
      4. Analizzare separatamente le condizioni sociali e di controllo. Costruire una matrice di correlazione per ciascuno dei nove blocchi di ciascuna condizione in modo che i suoi elementi corrispondano alla correlazione (Spearman) tra ogni coppia di soggetti nel canale valutato. Per la significatività statistica delle correlazioni tra gli individui in tutto il compito, utilizzare il t-test8 per una media di un campione, considerando un livello di significatività del 5%.

figure-protocol-4
Figura 4: Distribuzione degli optodi sul Soggetto 1 cap. Le lettere S e D rappresentano rispettivamente le sorgenti e i rivelatori. S1 su coordinate AF7 del sistema 10-20; S2 su AF3; S3 su AF8; S4 su AF4; D1 su Fp1; D2 su F5; D3 su Fp2; e D4 su F6. I canali sono posizionati nella seguente configurazione: canale 1 tra S1-D1; 2 tra S1-D2; 3 tra S2-D1; 4 tra S2-D2; 5 tra S3-D3; 6 tra S3-D4; 7 tra S4-D3; e 8 tra S4-FD4. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

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Results

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Il protocollo è stato applicato a un quartetto composto da giovani donne (24-27 anni), tutte studentesse di programmi post-laurea (Hospital Israelita Albert Einstein, São Paulo, Brasile), con master o dottorato. Tutti i partecipanti erano destrimani e solo uno ha riferito di avere precedenti esperienze di disegno. Nessun partecipante aveva una storia segnalata di disturbi neurologici.

Per le scale e i risultati dei test psicologici, due partecipanti (2 e 4) hanno mostrato punteggi elevati per ...

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Discussion

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Questo studio mirava a creare un protocollo che utilizzasse l'iperscansione su quattro cervelli contemporaneamente in condizioni naturalistiche. Il paradigma sperimentale ha utilizzato diversi compiti di disegno e la correlazione di più misure di risultato, metriche di disegno, comportamenti e segnali cerebrali. I passaggi critici all'interno di questo protocollo sono la considerazione delle sfide derivanti dalla sua elevata complessità e il mantenimento delle sue condizioni ecologiche e naturalistiche.

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Disclosures

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Paulo Rodrigo Bazán ha fornito consulenza scientifica freelance a NIRx Medizintechnik GmbH e a Brain Support Corporation, che è un distributore di NIRx Medizintechnik GmbH. Gli altri autori dichiarano che non ci sono conflitti di interesse rispetto alla paternità o alla pubblicazione di questo articolo.

Acknowledgements

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Gli autori ringraziano l'Instituto do Cérebro (InCe-IIEP) e l'Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) per questo supporto allo studio. Un ringraziamento speciale a José Belém de Oliveira Neto per la correzione di bozze in inglese di questo articolo.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
2 NIRSport NIRx Medizintechnik GmbH, GermaniaNirsport 88L'attrezzatura appartiene a InCe ( Instituto do Cé rebro - Ospedale Israelita Albert Einstein). due sistemi a onda continua (NIRSport8x8, NIRx Medical Technologies, Glen Head, NY, USA) con otto sorgenti di illuminazione a LED che emettono due lunghezze d'onda di luce nel vicino infrarosso (760 e 850 nm) e otto rivelatori ottici ciascuno. 7,91 Hz. I dati sono stati acquisiti con il software NIRStar versione 15.2  (NIRx Medical Technologies, Glen Head, New York) con una frequenza di campionamento di 3,472222.
4 tappi fNIRSNIRx Medizintechnik GmbH, GermaniaLe calotte nere utilizzate nelle registrazioni avevano una configurazione basata sulla certificazione internazionale 10-20
Câ mera 360° - Kodak Pix Pro SP360KodakKodak PixPro:  https://kodakpixpro.com/cameras/360-vr/sp360
Fotocamere - Iphone 8AppleIphone 8Supporto fotocamera
fOLD toolbox (fNIRS Optodes' Zimeo Morais, G.A., Balardin, J.B. & Sato, J.R. fNIRS Optodes' Location Decider (fOLD): una cassetta degli attrezzi per la disposizione delle sonde guidata dalle regioni cerebrali di interesse. Rapporti scientifici.  8.  3341 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-21716-zVersione 2.2 (https://github.com/nirx/fOLD-public)Il posizionamento degli optodi è stato guidato dalla cassetta degli attrezzi fOLD (fNIRS Optodes' Location Decider, che consente il posizionamento di sorgenti e rivelatori nel 10– 10 per coprire al massimo le regioni anatomiche di interesse secondo diversi atlanti di parcellazione. Il modello di testa ICBM 152 La parcellazione è stata utilizzata per generare il montaggio, che è stato progettato per fornire la copertura della porzione più anteriore della corteccia prefrontale bilaterale
Notebook Microsoft SurfaceMicrosoftNotebook ricevitore dei segnali fNIRS
R piattaforma per il calcolo statistico.https://www.r-project.org R versione 4.2.0R è un ambiente software gratuito per il calcolo statistico e la grafica. Compila ed esegue su un'ampia varietà di piattaforme UNIX, Windows e MacOS
REDCapREDCap è supportato in parte dal National Institutes of Health (NIH/NCATS UL1 TR000445)REDCap è un'applicazione web sicura per la creazione e la gestione di sondaggi e database online.
software Mangold InteractMangold International GmbH, Ed.interagire 5.0Mangold:  https://www.mangold-international.com/en/products/software/behavior-research-with-mangold-interact.html. Consente l'analisi dei video per gli esiti comportamentali e il monitoraggio autonomo per i cambiamenti fisiologici guidati dalle emozioni (potrebbe richiedere software aggiuntivo, come DataView). Consente l'uso simultaneo di diversi tipi di telecamere e centinaia di varianti di metodi di codifica.
software NIRSiteNIRx Medizintechnik GmbH, GermaniaNIRSite 2.0Per la creazione del montaggio e l'aiuto optode posizionamento e localizzazione nelle calotte nere.
software nirsLAB-2014NIRx Medizintechnik GmbH, GermanianirsLAB 2014fNIRS Software di elaborazione dati
NIRStarNIRx Medizintechnik GmbH, Germaniaversione 15.2  per l'acquisizione dati fNIRS: software NIRStar versione 15.2  con una frequenza di campionamento di 3,472222
software NIRStimNIRx Medizintechnik GmbH, Germania  Per la creazione e l'organizzazione di blocchi di paradigma

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