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方法論記事

社会的相互作用における脳活動を記録するための機能的近赤外分光法

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2025年5月29日

この記事について

要約

出典:Reindl, V., et al.機能的近赤外分光法によるハイパースキャニング実験の実施。J. Vis. Exp. (2019)

}このビデオは、社会的相互作用中の脳活動を測定するための機能的近赤外分光法(fNIRS)の使用を示しています。参加者は、社会的行動に重要な領域である前頭前皮質の活動を増加させる協調的なタスクに従事し、システムは血液の酸素化による光吸収の変化を検出します。この研究では、参加者間の脳活動の同期性を分析することにより、社会的相互作用の根底にある神経ダイナミクスを評価します。

プロトコル

人間の参加者が関与するすべての手順は、人間の福祉に関する制度的、国内的、および国際的なガイドラインに準拠して実施され、地元の施設審査委員会によって審査されています。

1. 参加者が到着する前の準備

  1. NIRSキャップを準備します。
    1. キャップのサイズは、参加者の頭囲と同じサイズまたは少し大きいサイズを選択してください。
    2. 直径約 15 mm の穴をそれぞれ 15 mm ずつ切り取り、水平 3x5 グリッドに配置して、2 つの生脳波 (EEG) キャップのそれぞれの額領域に切り込みます。穴が任意の方向に互いに30mm間隔で配置されていること、穴の中央の列が額の中央、つまり、つまり、鼻の上に位置していること、および下の列が眉毛の上に位置していることを確認してください。
    3. キャップをより快適にし、圧力マークを最小限に抑えるために、柔らかいフォーム素材(粘着性の窓シーリングテープまたは同様のフラットフォームゴム素材)をホルダーグリッドの内側、プローブソケットの間と端に取り付けます。必要に応じて、両面粘着テープまたはミシン糸を使用してください。
    4. 空の3x5プローブホルダーグリッドを変更されたEEGキャップのそれぞれに取り付けて、ホルダーグリッド自体がキャップの内側に配置され、ホルダーソケットが穴にくっつくようにします。
      : NIRS測定システムには2つの別々のプローブセットがあり、参加者ごとに1つのプローブセットを使用します。
    5. 各プローブの最初の隆起部のみがソケットに取り付けられるように、プローブをグリッドの適切なホルダーソケットにそっと挿入します。これにより、カチッという音が1回鳴ります。
    6. NIRS測定システムでプローブセットモニターウィンドウを開き、参加する子供用と大人用と、それぞれ3x5グリッドに配置された2つのプローブセットを選択します。2つのキャップのプローブ配置が、プローブセットウィンドウの配置に対応していることを確認します(、つまり、、それぞれのエミッターとレシーバーのプローブ番号と同じ位置)。
  2. 実験を準備します。
    1. 測定の30分前にレーザーダイオードをオンにした状態でNIRS測定システムを起動し、システムが安定した動作温度に達するようにします。
    2. NIRS測定システムで必要なすべてのオプションを設定します。デバイスがイベント関連の測定に設定されていること、および実験パラダイムからのトリガーを受信するために必要なRS232シリアル入力がアクティブであることを確認してください。
      注: この実験は、Cui et al. によって考案されたパラダイムによる適応バージョンであり、非商用の Psychophysics Toolbox 拡張機能、バージョン 3.0.11 でプログラムされています。
    3. Psychophysics Toolbox 拡張機能のベースとして機能するテクニカル コンピューティング ソフトウェアを起動し、現在のディレクトリをパラダイムが保存されているフォルダーに設定することで、実験パラダイムを準備します。
    4. 実験中に頭が動かないように、コンピューター画面の前に2つのあご当てを置きます。

2. 研究室到着

  1. 準備をする。
    1. NIRS測定システムを含む実験装置を参加者に見せ、説明します。NIRS測定システムのレーザービームを直接見ないように、常に注意してください。
    2. 参加者をコンピューター画面の前に並べて座らせます。あご当ての高さを調整して、両方の参加者が快適に座るようにします。
    3. 参加者を指導し、協力ゲームと競争ゲームの両方の模擬試験を実施します。必要に応じて、模擬試験中に追加の指示を出します。
    4. 各参加者の頭に、nasionとinionの間の距離の10%である10-20システムに従ってFpzポイントを測定し、マークします。
    5. レーザーをオフにした状態で、プローブ付きのキャップを参加者の頭に慎重に置きます。プローブグリッドを含むキャップの前面を最初に参加者の額に置き、次にキャップの背面を首に向かって引き下げます。一番下の行の中央のプローブがFpzに配置され、中央のプローブ列が矢状参照曲線に沿って位置合わせされていることを確認してください。
    6. NIRS測定システムに取り付けられたホルダーアームにファイバーストリングを配置して、参加者や椅子に接触せずに緩くぶら下がったり、キャップを引っ張ったりしないようにします。必要に応じて、2人目の参加者に追加のホルダー(、例:、改造されたマイクスタンドなど)を使用してください。
    7. プローブケーシングの上部の中央にある小さな白い鼻が見えるまで、各プローブをソケットにさらに押し込みます。
      注:プローブの先端が参加者の頭皮に触れるとすぐに、コイルスプリング機構によって鼻が上に押し上げられます。
    8. レーザーを再度オンにし、NIRS測定システムのプローブセットモニターウィンドウにある[Auto Gain]ボタンをクリックして信号品質をテストします。
    9. チャンネルに十分な信号がない場合(、つまり、黄色でマークされている場合は)、周囲のプローブチップの下の髪をそっと脇に置きます。必要に応じて、プローブをソケットにさらに押し込みますが、参加者の快適さを確保します。信号品質が改善されたかどうかを確認します(、つまり、チャンネルは緑色でマークされています)をもう一度クリックしてください。
    10. ステップ2.1.9の場合。信号の改善につながらない場合は、信号強度を調整します。信号が多すぎる場合(、つまり、チャンネルが赤でマークされている場合は)、NIRS測定システムのプローブセットモニターウィンドウでそれぞれのプローブの記号を繰り返しクリックして、信号強度を低信号強度に変更します。十分な信号がない場合(、つまり、チャンネルが黄色でマークされている場合は)、それぞれのプローブの記号を繰り返しクリックして、信号強度を高信号強度に変更します。
  2. 実験
    1. 練習後に問題がなく、良好な信号品質が確保されたら、実験パラダイムを開始します。
    2. 参加者の手にタオルをかぶせて、それぞれのゲームパートナーの手の動きが見えないようにします。
    3. 実験後、データを保存し、[Text File Out]ボタンをクリックして、生の光強度データをテキストファイルとしてエクスポートします。NIRS測定システムにフィルターを適用しないでください。
    4. 必要なすべての材料(プローブ、プローブホルダー、あご当て)をエタノールで洗浄します。キャップは中性洗剤で穏やかなサイクルで洗います。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
プローブセットとプローブホルダーグリッドを備えたNIRS測定システム日立メディコ株式会社、東京ETG-4000 光学トポグラフィーシステム 現在の研究プロトコルでは、合計52チャンネルの測定が可能なオプションの2番目の成人用プローブセットと、2つの3x5プローブホルダーグリッドが必要です。
生のEEGキャップEASYCAPGmbH, Herrsching, GermanyC-SCMS-56;C-SCMS-58キャップには、実験者がNIRSプローブ用の穴を空ける必要があります。キャップサイズは、参加者の頭囲と同じサイズまたは少し大きいサイズを選択します。
テクニカル コンピューティング ソフトウェアThe MathWorks, Inc., Natick, MAMATLAB R2014a (またはそれ以降のバージョン)Psychophysics Toolbox extensions (stimulus presentation)、fNIRS toolbox の SPM (fNIRS データ解析)、ASToolbox (WTC 計算) のベースとして機能します。

タグ

fNIRS