Esperimenti di Hyperscanning con spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso

Il presente protocollo descrive come condurre esperimenti hyperscanning fNIRS e analizzare la sincronia di cervello al cervello. Ulteriormente, discutiamo le sfide e le possibili soluzioni.

Misurando le attività cerebrali di due o più persone contemporaneamente, questo metodo può far luce sui meccanismi neurobiologici alla base delle interazioni sociali. La spettroscopia funzionale vicino all'infrarosso, o fNIRS, è adatta per condurre tali esperimenti di ipersonizzazione perché misura la risposta emodinamica cerebrale con un alto tasso di campionamento e può essere applicata in contesti relativamente naturali. Mentre questo protocollo mostra come condurre registrazioni fNIRS simultanee di diadi adulti-bambini, può essere adattato a diverse costellazioni diadiche come partner romantici e a diversi compiti sperimentali.

Inizia scegliendo una dimensione del cappuccio della stessa dimensione o leggermente superiore alla circonferenza della testa del partecipante. Tagliare 15 fori con un diametro di circa 15 millimetri ciascuno, disposti in una griglia orizzontale tre per cinque nell'area della fronte di ciascuno dei due tappi EEG grezzi. Assicurarsi che i fori siano distanziati a 30 millimetri l'uno dall'altro in qualsiasi direzione, che la colonna centrale dei fori si trovi al centro della fronte.

Per rendere i tappi più confortevoli e ridurre al minimo i segni di pressione, attaccare materiale espanso morbido sul lato interno della griglia del supporto tra le prese della sonda e ai bordi. Successivamente, montare una griglia vuota di supporto della sonda tre per cinque su ciascuno dei tappi EEG modificati in modo che la griglia del supporto stesso sia posizionata all'interno del cappuccio e le prese del supporto si attacchino nei fori. Quindi, inserire delicatamente le sonde nelle prese portanti appropriate sulla griglia in modo tale che solo la prima cresta di ogni sonda sia montata nella presa, il che si traduce in un suono di clic.

Aprire la finestra del monitor del set di sonde nel sistema di misurazione più vicino e selezionare due set di sonde disposti in una griglia tre per cinque ciascuno, uno per il bambino partecipante e uno per l'adulto. Assicurarsi che le disposizioni della sonda dei due tappi corrispondano alle disposizioni nella finestra del set di sonde. Successivamente, accendere i diodi laser del sistema di misurazione più vicino 30 minuti prima della misurazione in modo che il sistema raggiunga una temperatura operativa stabile.

Impostare tutte le opzioni necessarie nel sistema di misurazione più vicino. Assicurarsi che il dispositivo sia impostato sulla misurazione relativa agli eventi e che sia attivo l'ingresso seriale RS232 necessario per ricevere trigger dal paradigma sperimentale. Quindi, preparare il paradigma sperimentale avviando il software di calcolo tecnico che funge da base per le estensioni della Casella degli strumenti di psicofisica e impostando la directory corrente sulla cartella in cui viene salvato il paradigma.

Infine, posizionare due poggiamenti davanti allo schermo del computer per evitare movimenti della testa durante l'esperimento. Inizia scortando i due partecipanti nella sala prove e spiegando l'impostazione sperimentale. Quindi, seduti i partecipanti uno accanto all'altro davanti allo schermo del computer.

Regolare l'altezza dei poggiamenti del mento in modo che entrambi i partecipanti si sieda comodamente. Fornire istruzioni e amministrare prove pratiche sia della cooperativa che del gioco competitivo. Successivamente, misurare e contrassegnare il punto Fpz secondo il sistema 10-20, che è il 10% della distanza tra nasion e inion sulla testa di ogni partecipante.

Quindi spegnere il laser e posizionare i tappi con le sonde con attenzione sulla testa dei partecipanti. Assicurate 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. Posizionare le corde in fibra sul braccio portante collegato al sistema di misurazione più vicino in modo che si appenda liberamente senza contatto con il partecipante o la sedia e che non tirno sui tappi.

Quindi, spingere ulteriormente ogni sonda nella sua presa fino a quando il piccolo naso bianco al centro della parte superiore dell'involucro della sonda è visibile. Quindi, ria riascinde il laser e testa la qualità del segnale facendo clic sul pulsante Guadagno automatico nella finestra del monitor del set di sonde del sistema di misurazione più vicino. Se un canale è contrassegnato in giallo, il che significa segnale insufficiente, mettere delicatamente da parte i capelli sotto la punta della sonda circostante.

Effettuare le regolazioni della sonda e fare di nuovo clic sul pulsante Guadagno automatico per verificare se la qualità del segnale è migliorata o è contrassegnata in verde. Una volta che la qualità del segnale è soddisfacente, posizionare un asciugamano sulle mani dei partecipanti in modo che non possano vedere i movimenti delle mani del rispettivo partner di gioco. Quindi, inizia l'esperimento.

Quindi, al termine dell'esperimento, salvare i dati ed esportare i dati di intensità della luce non elaborati come file di testo facendo clic sul pulsante Text File Out. Infine, pulire le sonde, i supporti della sonda e il mento poggia con etnolo e lavare i tappi con detersivo delicato. Come misura della sincronia cervello-cervello, la coerenza wavelet è calcolata tra i segnali fNIRS dei soggetti interagenti.

I coefficienti di coerenza wavelet sono visualizzati usando una mappa dei colori che va dal blu, poca o nessuna coerenza, al rosso, il che significa coerenza forte o massima. I risultati mostrano una forte coerenza durante l'esperimento in una banda ad alta frequenza fino a una durata di circa un secondo, che probabilmente deriva dai ritmi cardiaci dei soggetti. Inoltre, una forte coerenza appare in una banda di frequenza inferiore tra la durata del periodo di due e otto secondi.

La coerenza in questo intervallo di bassa frequenza riflette probabilmente una sincronizzazione delle attività cerebrali di entrambi i soggetti durante il compito. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricontrollare che i tappi siano posizionati correttamente sulla testa dei partecipanti e garantire una buona qualità del segnale. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica ha spianato la strada ai ricercatori nel campo delle neuroscienze sociali per esplorare la sincronia cervello-cervello in una varietà di compiti diversi, esaminando i comportamenti correlati e le associazioni alle caratteristiche degli individui e alla loro relazione.