心理カウンセリングにおける機能的近赤外分光法ハイパースキャニング研究

サマリー

このプロトコルは、心理カウンセリングにおける fNIRS ハイパースキャン研究を実施するための方法論の詳細な説明を提供することを目的としています。これには、実験の準備、データ収集の手順、およびその後のデータ分析プロセスが含まれます。

要約

機能的近赤外分光法(fNIRS)ハイパースキャニングは、社会的相互作用に従事する複数の個人の脳活動をリアルタイムでモニタリングすることを可能にする革新的な技術です。この分野の研究者は、脳間同期(IBS)の指標を通じて、同時進行する脳活動を定量化します。心理カウンセリング研究では、fNIRSを使用してIBSを測定することは、カウンセラーとクライアントの相互作用のダイナミクスを明らかにする可能性として注目を集めています。それにもかかわらず、この分野には現在、カウンセラーとクライアント間のIBSを正確に測定するための標準化されたプロトコルがなく、カウンセリングセッション中のリアルタイムの相互作用パターンの発見が容易になります。このニーズに対応するために、この論文では、心理カウンセリング環境でfNIRSハイパースキャンを実施するための手順を概説し、脳信号の取得、カウンセラーとクライアント間のIBSの計算、およびカウンセリングセッション全体のIBSのリードラグパターンの分析に焦点を当てて、詳細な標準化されたプロトコルを提案します。この標準化されたfNIRSハイパースキャニングパイプラインを実装することで、心理カウンセリング研究におけるIBS測定の再現性と信頼性が向上するだけでなく、ワーキングアライアンスの根底にある神経メカニズムへのより深い洞察も促進されます。fNIRSハイパースキャンを自然主義的なカウンセリング環境に統合することで、研究者はIBSがカウンセリング結果とどのように相関しているかについての理解を深めることができ、メンタルヘルス治療への個別化されたアプローチに情報を提供できる可能性があります。

概要

近年、ハイパースキャン技術を使用して、二者間またはグループの相互作用中に共有される脳活動を調査することが一般的な研究の方向性になっています。研究者は、脳波図(EEG)¹、機能的磁気共鳴画像法(fMRI)^2、または機能的近赤外分光法(fNIRS)³を使用して、複数の被験者の神経活動と脳活動を同時に監視することがよくあります。したがって、脳間同期(IBS)⁴の神経科学指標は^、時間5にわたる神経信号または血行動態信号の位相と振幅の整列を綿密に分析することにより、人々の間の脳活動結合の程度を定量化するために導入されます。IBSとは、社会的相互作用の中で、2人以上の個人の脳活動が整列または同期する現象を指します。この同期は、脳の振動^6,7,8の位相、周波数、または振幅など、さまざまな形で起こり得る。

複数の参加者が関与する自然主義的な社会的相互作用の領域では、特に親子ダイナミクス⁹、教育者と生徒の交流¹⁰、ロマンチックなパートナーシップ¹¹、観客とパフォーマーの関与¹²など、さまざまな文脈でIBSの現象が明らかにされています。特に、IBSは、親子や恋愛関係などの親密な関係において、見知らぬ人との交流に比べて高いレベルを示しており^13,14、感情的なつながりの深さに対するIBSの感受性を強調しています。同時に、このIBSの増加は、コラボレーション効率の向上と行動の改善としばしば一致しており、肯定的な社会的結果を促進する機能的な役割を示唆しています¹⁵。

カウンセリングの文脈では、ワーキング・アライアンス(カウンセリングの有効性¹⁶と密接に結びついた極めて重要な構成概念)は、治療過程でカウンセラーとクライエントの間で徐々に進化する明確な対人関係の力学を体現している。その本質は、この同盟は、深い感情的なつながりの育成と効率的な協力的枠組みの確立にかかっている¹⁷。したがって、カウンセリングの相互作用の中でIBSを探求することは、これらの治療関係の複雑さと質の理解を深める新しい視点を提供します。

カウンセラーの共感は、クライアントが認識するように、働く同盟の発展に貢献します¹⁸。これは、ワーキングアライアンスの確立が、カウンセラーとクライアントとの間の相互理解と対応する神経活動から生じる可能性があることを示しています。共感は、感情的共感と認知的共感の2つの要素に分解できます。下前頭回(IFG)は、感情的共感に関与しており、対面コミュニケーションの根底にある神経プロセスにも関連している¹⁹。右側頭頭頂接合部(rTPJ)は、Theory of Mindネットワークの重要な部分であり、特に他者の精神状態を理解する上で、認知的共感と密接に関連している²⁰。その結果、カウンセリングにおける初期の脳同期研究では、これら2つの領域を関心領域(ROI)として優先順位付けし、主にrTPJ²¹でIBSを特定しました。したがって、その後の研究は主にrTPJ²²に焦点を当ててきました。研究によると、カウンセリング中のクライアントとセラピストの間のrTPJの神経同期は、会話の文脈よりも有意に高いことがわかっています。rTPJにおける同期神経活動の増加と治療同盟の強さとの間には正の相関関係がある²¹。カウンセリングにおけるユニークな活動パターンは、感情表現や個人的な経験を深く探求することから生じる可能性があります。これは、IBSがカウンセリング内でさらなる調査を正当化することを示唆しています。さらに、rTPJ活性の向上とワーキングアライアンスの強さとの相関関係は、IBSがカウンセリングの関係を評価するための神経生物学的基盤として機能し、新しい評価指標を提供する可能性があることを示しています。

これらの知見は、カウンセラーとクライエントのダイナミクスにおけるIBSの有望な役割を強調する一方で、脳の同期、カウンセリングの有効性、およびワーキングアライアンスとの間の直接的な因果関係について、さらなる解明の必要性を強調しています。この急成長分野を前進させるには、標準化されたハイパースキャンプロトコルと厳密なデータ分析方法論を開発することが最も重要です。方法論のツールキットを洗練させることで、効果的なカウンセリングの神経基盤をより正確にマッピングすることが可能になり、最終的には治療介入の質とその結果を向上させることができる。

この記事では、fNIRSベースのハイパースキャン研究を実施する方法と、カウンセラーとクライアントのペア間のIBSを観察および分析する方法に関するプロトコルを提供します。fNIRSは、脳活動の測定に使用される非侵襲的なイメージング技術です。これは、神経活動の間接的なマーカーである脳内の血中酸素化と血液量の変化を検出することによって機能します。これは、近赤外光を脳に放射し、血球²³によって吸収または散乱される光の量を測定することによって達成される。したがって、血行動態/酸素化活性が測定されます。一方、fNIRSはfMRIよりも時間分解能が高く、EEGよりも運動アーチファクトの影響を受けにくいため、心理カウンセリングなどの自然環境での社会的相互作用の研究に適しています⁸。

この記事では、ウェーブレット変換コヒーレンス (WTC) ²⁴ の方法を使用して IBS を計算する具体的な手順についても説明します。WTCは、異なる周波数にわたる2つの信号間の関係を経時的に測定する解析手法です。これは、脳領域間または研究の参加者間の同期領域を特定するのに役立ちます。ウェーブレット変換を使用して 2 つの時系列のクロススペクトルを解析することにより、2 つの時系列間のコヒーレンスを計算します。WTCの重要性を理解するためには、まず、ウェーブレット変換(WT)²⁵、コヒーレンス²⁶の基本概念、およびそれらがWTC27のフレームワークにどのように収束するかを理解することが不可欠です。

数学的ツールであるウェーブレット変換は、複雑な信号をそれらの構成時間-周波数成分に分解することに優れており、時間の経過に伴う周波数の局所的な変化と信号の全体的な周波数成分の両方の分析を可能にする²⁷。この特性は、本質的に非定常的であり、異なる周波数間で動的な変化を示す神経活動を研究する場合に特に有利です。一方、コヒーレンスは、2つの信号が類似した周波数成分と位相関係を共有する程度を定量化し、それらの間の同期の指標として機能します²⁶。これら2つの概念を組み合わせることにより、WTCはIBSを評価するための強力な手段を提供し、個人間の神経結合の時間的進化と周波数特異性の両方を捉え、脳または脳のさまざまな部分がタスクまたは刺激を通じて動的にどのように相互作用するかについての洞察を提供する²⁴。

従来のWTCの枠組みは、単に異なる個人の脳信号間の相関性をテストするだけであるが、ここでは、カウンセラーとクライエントとの間の相互作用の方向性を考慮した方法を提示する。さまざまなリードラグパターンがあり、1つの信号が特定の時間間隔で他の信号の変動に一貫して先行し、以前の研究^28,29によるとIBSの時間的関係を示しています。IBSは、カウンセリング中にカウンセラーとクライアントの間で同時に発生するわけではありません。したがって、IBSの方向性を探求するための包括的な方法が必要です。この方法は、カウンセリングのさまざまなフェーズ(IBSをリードする、クライアントとのフェーズ内IBS、またはクライアントによってリードする)を通じてカウンセラーが果たす役割を明確にします。

この研究は、カウンセラーとクライアントの間のIBSスコアが、さまざまな成人の愛着スタイルを持つクライアント間の同盟の質または結果を評価するための潜在的なバイオマーカーとして役立つかどうかという研究課題に基づいて、詳細で実装可能なプロトコルを提案しています。このプロトコルは、カウンセリングの文脈で心理カウンセラーとクライアントの間のIBSを調査するためのfNIRSハイパースキャン技術の利用を概説しています。実験手順、各ステップの注意事項、およびその後のデータ処理方法について包括的に説明しています。このプロトコルは、心理カウンセリングの領域内でIBSを探求することに関心のある将来の学者に貴重な洞察とガイダンスを提供することが期待されています。データの収集と処理のための具体的なプロトコルは、以下のとおりです。

プロトコル

すべての参加者は、参加前に書面によるインフォームドコンセントフォームに署名し、実験後に約60元(中国通貨)が報酬されました。上記の研究手順は、華東師範大学の人間研究保護に関する大学委員会(HR 425-2020)によって承認されました。

1. 実験の準備

1. 研究に含まれる対策
   1. 大人の愛着スタイル
      1. Wenjuanxing(世界の他の地域のSurveyMonkeyやQualtricsに類似、資料表を参照)と呼ばれる中国のオンライン調査プラットフォームで、Experiences in Close Relationships-Revised(ECR-R^30,31)の改訂版中国語版を準備し、参加者を事前に選別します。
         注:中国語版のECR-Rは、愛着スタイル(愛着回避と愛着不安)の2つの次元を測定する18の項目で構成されています。1 (強く同意しない) から 7 (強く同意する) までの 7 段階の自己報告リッカート尺度を使用します。このスケールは中国語を話す参加者向けです。研究者は、参加者の言語と文化的背景に基づいて、ECR³² または適切な改訂版を選択できます。
      2. Relationship Questionnaire (RQ)³⁰ の中国語改訂版を準備し、参加者が典型的な愛着スタイルに適合することを確認します。
         注:RQは、4つの異なる添付ファイルスタイルを説明する4つの短い段落で構成されています。参加者に、1(強く同意しない)から7(強く同意する)までの7段階の自己報告リッカート尺度を使用して、自分に最も適した段落を選択するように要求します。典型的な参加者が必要なため、参加者の愛着スタイルを明確にするために、同じ寸法を測定する2番目のスケールを見つける必要があります。このアンケートは中国語を話す参加者を対象としています。研究者は、参加者の言語と文化的背景に基づいて、RQ³³ または適切な改訂バージョンを選択できます。
   2. ワーキングアライアンス
      1. 実験後にクライアントから報告されたワーキングアライアンスを測定するために、Working Alliance Inventory-Short Form Revised (client version)^34,35 (WAI-SR)の中国語版を準備します。
         注:中国語版のWAI-SRは、(a)治療課題に関する合意、(b)治療目標に関する合意、(c)感情的な絆の発達など、治療ワーキングアライアンスの3つの側面を測定する合計12の項目で構成されています。このスケールは、1 = 「まったくない」から 5 = 「常に」までの 5 段階のリッカート スケールに基づいており、スコアが高いほど、より適切に機能する同盟を表します。このアンケートは中国語を話す参加者を対象としています。研究者は、参加者の言語と文化的背景に基づいて、WAI-SR³⁶ または適切な改訂バージョンを選択できます。
   3. 臨床アウトカム
      1. 参加者を募集するために、Clinical Outcomes in Routine Evaluation-Outcome Measure(CORE-OM)^37,38の中国語改訂版を準備します。
         (注)中国語改訂版のCORE-OMは、主観的な健康状態、問題・症状、生活・社会機能、自己や他者へのリスクの4つの項目から構成され、合計34項目となっています。これらのドメインが苦痛と機能不全のさまざまな領域を反映していることを確認し、「アイテムクラスター」は不安、うつ病、身体問題、トラウマなどの症状ドメインに対処します。このアンケートは中国語を話す参加者を対象としています。研究者は、参加者の言語や文化的背景に基づいて、CORE-OM³⁷ または適切に改訂されたバージョンを選択できます。
      2. 改訂版の中国語版「Clinical Outcomes in Routine Evaluation-10 (CORE-10)38」を使用して、実験前後の症状の重症度を評価し、参加者の認知負荷を軽減する。
         注:CORE-10はCORE-OMの短縮版で、0から4までの5段階評価で10項目で構成され、スコアが高いほど心理的苦痛のレベルが高いことを示します。カウンセリングプロセスの前後の事前テストと事後テストでクライアントを評価し、テスト前とテスト後のスコアの違いが最初のカウンセリングセッションの臨床的有効性を示していることに注意してください。CORE-10の変化量(テスト前のスコアからテスト後のスコアを差し引いたもの)を計算して、クライアントの症状の改善を実証します。このアンケートは中国語を話す参加者を対象としています。研究者は、参加者の言語と文化的背景に基づいて、CORE-10³⁸ または適切な改訂バージョンを選択できます。
2. 参加者
   1. クライアント
      1. 以前の調査結果によると、同期脳活動における性別の影響^39,40を避けるために、同性(女性)のクライアントとカウンセラーを募集します。
      2. Wenjuanxingプラットフォーム( 資料の表を参照)を通じて、キャンパスで心理的苦痛を経験している女子大生を募集し、参加者にカウンセリングのために主な苦情を報告するように依頼します。彼らが自分で助けを求める意欲を持っていることを確認してください。
      3. 学生のクライアントが右利きで、視力と聴力が正常または正常に矯正されていることを確認してください。学生のクライアントが、以前または現在の精神医学的または身体的診断を受けていないことを確認します。彼らが進行中の他の心理カウンセリングを持っていないことを確認してください。
      4. 確立されたカットオフスコアを使用して、女性サンプルのCORE-OMスコアが1.17未満に保たれていることを確認し、過去1週間の心理的苦痛の臨床診断基準を満たしていないことを確認し、クライアントのメンタルヘルスレベルの制御を維持します。クライアントを、中国語版のRQに対する自己評価に基づいて、添付ファイルのカテゴリをセキュアまたは却下に分類します。
      5. ECR-R のスコアに従って、解雇愛着カテゴリで回避のレベルが高いすべての参加者の上位 27% を選択して、解雇グループを形成します。「セキュア・アタッチメント」カテゴリーで、不安のレベルが低い参加者の上位27%を選択して、セキュア・グループに参加します。
      6. 参加者の募集が成功したら、セッションが参加者から報告された問題に焦点を当てているかどうかをカウンセラーに確認し、報告された問題の深刻度を評価します。
         注:事前スクリーニングプロセスには252人の大学生クライアントが参加し、最終的に、中程度の学業ストレス、学校の適応問題、または対人関係の困難に直面している37人の参加者が正式な実験に選ばれました。クライアント参加者の平均年齢は20.46歳(SD=2.17)で、全員が女子大生であった。退出中のクライアント(n = 16)とセキュアなクライアント(n = 21)の間には、年齢(t(35) = 0.51、 p = 0.62)またはCORE-OMの問題/症状領域(t(35) = −1.76、 p = 0.09)に関して有意差は観察されませんでした。
   2. カウンセラー
      1. 大学のメンタルヘルスセンターから数人のカウンセラーを募集します。
      2. カウンセラーが右利きで、視力と聴力が正常または矯正され、中国心理学会に登録されており、2〜10年のカウンセリング経験があることを確認してください。
      3. カウンセラーが大学のカウンセリングトレーニングプログラムを受けていることを確認し、訪問者の感情状態、現在の苦痛、およびカウンセリングの目標に焦点を当てた半構造化カウンセリングに同じカウンセリング統合オリエンテーションセラピー方法⁴¹ を使用します。
         注:中国心理学会(CPS)から合計7人の女性カウンセラーがこの研究に参加し、平均年齢は34.42歳(SD = 5.09)でした。カウンセラーのうち、6人はしっかりと取り付けられていると自己認識され、1人は解雇されたと自己認識されていました。しかし、アライアンス、BS、IBSに対する解任カウンセラーの評価は、他の6人のカウンセラーと有意差はなかった(すべて p > .05)。
   3. カウンセラーとクライアントのランダムマッチング
      1. カウンセラーと学生のクライアントをペアでランダムに一致させます。カウンセラーの数が少ないため、各カウンセラーは異なる時間に複数のクライアントとペアを組みます。カウンセラーが一度に1人の訪問者だけを見るようにします。
3. 自家製fNIRSキャップ
   注:fNIRSシステムに適切な標準キャップがある場合、自家製のfNIRSキャップは不要です。
   1. ナイロン生地で作られた中型のスイミングキャップを2つ用意して、オプトデスクホルダーグリッドを配置し、関心のある脳領域をカバーします( 材料の表を参照)。実験のニーズを満たすために、次の手順を使用してスイミングキャップを修理します。
      注: 参加者の頭のサイズが異なることを考えると、実験プロセス中にオプトデスを参加者の頭に近づけるために、さまざまなサイズのバインダー クリップを準備する必要があります。
   2. 標準的な国際10-20システム⁴²に従って基準オプトをスイミングキャップに固定するには、標準の10-20 EEGキャップを使用します( 材料の表 を参照)。EEGキャップをヘッドモールドに置き、次に水泳キャップの1つをEEGキャップに置きます。
      注意: スイミングキャップとEEGキャップはまったく同じサイズではない可能性があるため、どちらのキャップも曲がった状態で装着されていないことを確認してください。
   3. リファレンスオプト(Cz、T3、T4)を、EEGキャップ電極を介してスイミングキャップに赤いマーカーでマークします。次に、関心領域(ROI)の参照オプトをマークします。
      注:この研究では、右側頭頭頂接合部(rTPJ)がROIとして選択され、4 x 4オプトードプローブパッチが右側頭頭頂領域上に配置されます。ROIの基準光はP6に配置されます。
   4. スイミングキャップのP6のパッチを参照してください。P6 を、パッチの T4 付近のカラムの背面から 2 番目のオプトードに配置します。他のオプトの位置に印を付け、印を付けた位置に直径約15mmの小さな穴を開けて、グリッドホルダーが収まるようにします。
      注:4 x 4パッチには、8つのエミッタと8つの検出器が含まれており、24の測定チャンネル(CH1-CH24)で構成されています。fNIRSシステムは、酸素化ヘモグロビン(oxy-Hb)と脱酸素化ヘモグロビン(deoxy-Hb)( 材料表参照)の濃度変化を同時に測定することでfNIRSデータを収集するように設計された光トポグラフィーシステムで、標準間隔は30mmです。さらに、各チャネルの対応する解剖学的構造( 図1を参照)は、後のSPM8のMATLAB( 材料の表を参照) ツールボックスを使用して、標準のモントリオール神経学研究所の座標空間で決定されます。
   5. プローブを穴に埋め込んで、パッチを変更したスイミングキャップに適切に取り付けます。上記の手順に従って、もう一方のスイミングキャップを修理します。最後に、fNIRS測定システムを使用して、2つのキャップのプローブ配置に対応する4 x 4プローブセットのレイアウトを設定します。

2. 参加者が到着する前に

1. 実験中に5°Cから35°Cの安定した常温範囲を確保するために、少なくとも30分前にfNIRSシステムを起動してください。
   注意: レーザーをオンにする必要はありません。
2. fNIRSシステムでは、イベント関連の測定モードをアクティブにし、特定のキーを押すことでさまざまな状態の記録をトリガーできることを確認します。被験者IDなどの他のパラメータをチェックして、適切なfNIRS測定を確認します。対応するオプトプローブをキャップのオプトードプローブパッチに挿入して、fNIRSキャップをfNIRSシステムに接続します。
   1. 具体的には、ここでの実験手順を、安静時セッションとカウンセリングセッションの 2 つの部分を含むイベント関連デザインとして設定します。NIRSPortシステム(NIRx)で、 F1 キーを安静時セッションのマーカーとして、 F2 キーをカウンセリングセッションのマーカーとして設定します。
      メモ: 他の fNIRS システムのユーザーの場合、セッションをマーキングする手順は異なる場合があるため、特定のシステムのマニュアルまたは設定を参照して、セッションのマーキングが正しいことを確認することが重要です。
3. インフォームド コンセント フォームと、ステップ 1.1 で説明した参加者向けのアンケートを準備します。休憩状態が終わったことを参加者に思い出させるために、ストップウォッチを準備します。カウンセラーにカウンセリングの時間制限を思い出させるために時計を準備してください。髪の毛が信号を遮った場合に備えて、参加者の髪の毛を脇に移動させるために、照明付きのプローブを準備します。
4. 実験室を実際のシナリオの標準的なカウンセリングルームとして設定し、カウンセラーとクライアントが両方のグループで互いに90°離れて座り、2つの椅子の間に40cmの距離を置きます。カウンセラーは右側に座り、クライアントは左側に座ります。

3. データ収集プロセス

1. 参加者に指示を与える
   1. 両方の参加者が到着したら、彼らが再びお互いを知らないことを確認してください。参加者に携帯電話を無音に保つように注意を促します。
   2. クライアントの参加者に、インフォームド コンセント フォームを読んで署名し、一部の人口統計情報を記入し、CORE-10 に記入して、ラボに到着したときに心理的な健康状態を評価するように依頼します。このプロセスには通常約5分かかります。
   3. 参加者を着席させます。レーザーをオンにします。次に、参加者にfNIRSキャップを装着します。
      注意: キャップの中心を参加者の頭のCZに配置し、4 x 4パッチでrTPJを覆います。
   4. オプトデスを調整するときに不快に感じる場合は、姿勢を調整できることを参加者に思い出させます。光ファイバーの束を整理し、参加者が重くなったり疲れたりした場合に備えて、参加者に触れないように椅子の肘掛けに置きます。
      1. 実験中は、光ファイバーの損傷やオプトデスの位置の変更を防ぐために、キャップの位置を調整したり、激しい頭の動きをしたりしないように参加者に思い出させてください。
   5. 信号をキャリブレーションします。fNIRSシステムの AUTO GAIN をクリックして、信号の品質を確認します。信号が不十分な場合は、まずプローブの先端が完全に装着されていることを確認してください。次に、バインダークリップを使用して帽子の隙間を埋め、照明付きのプローブを使用して、髪の毛が信号をブロックした場合に備えて髪の障害物を取り除きます。すべてのチャンネルが緑で表示され、許容できる信号品質を示すまで繰り返します。
      注:NIRSPortシステム(NIRx)では、チャネルでの信号が不十分な場合は黄色で示され、十分な信号は緑色で示されます。他のfNIRSシステムのユーザーは、適切な調整のために特定のシステム手順を参照する必要があります。
2. 実験を実行する
   1. 参加者の同意を得てから、カメラをオンにしてカウンセリングの過程を記録します。
   2. 信号品質を確認し、fNIRS記録を開始します。参加者に目を閉じて5分間休むように指示し、あらかじめ設定されたキー( F1など)でスタートをマークし、ストップウォッチを使用して休息時間の時間を計ります。
   3. 5分後に休むのをやめるように参加者に思い出させます。 もう一度 F1 を押すと、静止状態が終了したことを示します。信号の品質を再確認してください。
   4. 参加者に、それが40分間のカウンセリングであり、時計がどこにあるかを思い出させます。参加者にカウンセリングを開始できることを伝えます。前に設定したように F2 を押して、カウンセリングの開始をマークします。
   5. 参加者を40分後まで実験室に残します。
3. 実験を終えて
   1. 研究室のドアをノックして、参加者が会話を終えたことを確認します。 F2 キーを押して、実験の終了をマークします。カメラの録画を終了します。参加者がキャップを脱ぐのを手伝ってください。
      注:後でビデオを確認して、カウンセリングが期待どおりに進行したことを確認します。
   2. クライアントに WAI-SR と CORE-10 に記入するように依頼します。このプロセスには通常約5分かかります。参加者に感謝し、金銭的な補償を提供します。
   3. データを保存します。ディスクを使用して [Text File Out ] をクリックし、生の fNIRS データをエクスポートします。fNIRSシステムの電源を切ります。オプトプローブのプラグを抜きます。
      注: この手順は、NIRSPort システム (NIRx) に固有です。その他のシステムについては、システムの指示に従って必要な調整を行ってください。
   4. プローブとプローブホルダーをエタノールで拭きます。キャップ(プローブホルダーを抜いた状態で)を定期的に中性洗剤で洗い、風乾します。

4. データ分析

1. データの前処理
   注: ソフトウェア MATLAB ( 資料表 )を使用して、次のツールボックスですべてのデータ分析を実行しました:Homer 2⁴³ とHitachi2nirs⁴⁴.ホーマー2は、時間情報が関心のあるとき、すなわち、活性化が両方の条件に存在するときに、平均振幅および待ち時間の観点から2つの条件の応答関数間の差を比較するために使用される。Hitachi2nirsは、生の.csv日立ETG4000出力ファイルをHomer2で使用するために.nirsファイルに変換するMATLABスクリプトです⁴⁴.
   1. ディスクからデータセットをコピーし、生の.csvファイルをに変換します。Hitachi2nirsでcsv2nirsを使用したnirs形式。次に、MATLAB で Homer2 ツールボックスを「Homer2_UI」と入力して起動し、関数 hmrIntensity2OD を使用して光強度データを光学密度 (OD) 測定値に変換します。各参加者の各チャネルのODポイントを平均化します。OD信号が強すぎるまたは弱すぎる(5標準偏差(SD)を超える)チャネルを拒否します。
   2. 関数 hmrMotionArtifact を使用して、Daubechies 5 (db5) ウェーブレットによるウェーブレット変換と、最適な感度のための調整パラメーター 0.1^45,46 を使用してモーション アーティファクトを検出します。アーティファクトを検出したら、hmrMotionCorrectSpline を使用してスプライン補間によってアーティファクトを補正し、信号を平滑化し、モーション関連のノイズを低減してデータ品質を向上させます。
   3. hmrBandpassFilt 関数を使用して、選択した周波数範囲 0.01 〜 0.1 Hz で OD 信号をバンドパス フィルタリングし、低周波ドリフトと高周波ノイズを除去します。
   4. Homer2の hmrR_OD2conc 機能を使用して、ODデータを修正されたランベルトベールの法則⁴⁷に従って、ODデータを酸素化ヘモグロビン(Oxy-Hb)および脱酸素化ヘモグロビン(DeOxy-Hb)の値に変換します。
      注:Oxy-HB濃度の変化は、指標が脳活動中の血流の変化を反映することができ、^48,49、高い信号対雑音比を持ち、fNIRSハイパースキャン^50,51に基づく社会的相互作用研究でより広く使用されているため、すべてのデータ分析の実施に焦点を当てています。
   5. 関数 hmrMotionCorrectGlobal を使用して、ウェーブレット変換ベース (WT ベース) の手法で、血圧などのグローバルな生理学的ノイズを除去します。
      注: WT ベースの方法は、データの時間的プロパティに対してより敏感です。各時点での詳細な変化ではなく、参加者間の全体的な交互作用パターンに焦点が当てられている場合は、主成分分析 (PCA)³ の方が適しています。Zhangらが提案したPCA法は、主に、信号の分解、空間平滑化の実施、非神経グローバル成分を除去するための信号の再構成など、いくつかのステップを伴います。 enPCAFilter 関数を使用すると、PCA を使用して fNIRS データからグローバルな生理学的ノイズを除去できます。Duanと同僚²⁷ によって提案されたWTベースの方法がここで採用されています。
      1. ウェーブレット変換コヒーレンス (WTC) ^24,52 を使用して、全球的な生理学的ノイズによって汚染された時間-周波数点を検出します。この手法は、異なる時間スケール上の2つの信号のコヒーレンスを検出でき、時系列データの複雑な動的関係の解析に適しています。
         注:具体的には、現在のチャネル信号と他のすべてのチャネルからのフィルタリングされていない信号との間の時間-周波数分布WTCマップ(スカログラム⁵³とも呼ばれる)が最初に計算されます。次に、これらの WTC マップを、各時間-周波数ピクセルでの WTC 値の有意性に基づいてバイナリ形式に変換します。その後、これらのWTCマップが平均化され、全球的に共変する時間-周波数マップが作成されます。この複合マップの各ピクセルの値は、現在のチャネルがその特定の時間周波数ポイントで他のチャネルとグローバルに同期されている度合いを示します。最終的に、現在のチャネルのノイズ除去マスクは、このグローバルに共変する時間-周波数マップにしきい値 k を設定することによって生成されます。
      2. WT を使用して、現在のノイズ除去チャネルの信号を時間-周波数空間に分解します。
      3. ウェーブレット係数に導出されたマスクを適用して、ノイズによって汚染された時間-周波数点でのウェーブレット エネルギーを抑制します。
      4. 逆 WT を使用して信号を再構成します。
      5. チャネルごとに上記の手順を繰り返して、全体的な生理学的ノイズ除去を完了します。
2. クライアントとカウンセラーの脳間同期性の計算
   1. 2 つの参加要素の各チャネルで測定された時間-周波数領域の信号間の相関を計算するには、 ウェーブレット変換コヒーレンスの関数を使用します。
   2. マザーウェーブレットのデフォルト設定(すなわち、パラメータbetaとgammaを持つ一般化モールスウェーブレット)を使用し、その基本波形は、ウェーブレットのファミリーを拡張(スケーリング)および並進⁵⁴によって導出することができる。連続ウェーブレット変換を実行して、時系列データを時間-周波数空間に変換します。
   3. 有意性検定に使用される代理データセットの数の表現として MonteCarloCount を設定し、 Auto AR1 を使用して時系列の自己相関係数を計算します。
   4. ウェーブレット コヒーレンス関数を使用して、時間-周波数空間内の 2 つの信号間の相関を計算します。24 個の記録チャネルから 24 個の WTC マトリックスが生成されるまで、この手順を繰り返します。
   5. 心理カウンセリングに敏感な関心の頻度(FOI)を決定します。
      1. 心理カウンセリング課題⁵⁵に焦点を当てた以前のfNIRSハイパースキャン研究で利用された周波数範囲に基づいて、0.01Hzから0.1Hzまでの周波数範囲(それぞれ100秒と10秒の周期に対応)のコヒーレンス値を選択し、平均化します。
         注:選択した周波数帯域を単に制限するのではなく、さらに統計的な確認を行う必要があります。
      2. 各チャネルの組み合わせについて、休息段階とカウンセリング段階のWTC値の時間平均をそれぞれ実施することにより、WTC値を標準化し、データの標準化と比較の準備を支援します。この標準化は、ばらつきを減らし、タスク固有の影響に焦点を当てるために重要です。
      3. レスト・ステージ WTC 値をベースライン・レベルの WTC として設定し、タスク・ステージの WTC 値をタスク・レベルの WTC として設定します。
         注: レストステージ WTC 値は、タスクに関連しない正常な状態を表すためのベースラインとして使用されます。対照的に、タスクステージのWTC値は、心理カウンセリング中の状態を反映しています。この区別により、カウンセリングが脳活動に与える特定の影響を分離することができます。
      4. Groppeの作品 のmult_comp_perm_t1 機能を使用してください。対応のあるサンプルの t 検定を実施して、各周波数ポイントでベースライン レベルの WTC とタスク レベルの WTC を比較します。
         注: この手順は、ベースラインとタスクの状態との間に有意な違いを示す頻度ポイントを統計的に判断するのに役立ちます。この比較は、カウンセリングが測定可能な効果を持つ特定の周波数範囲を特定するのに役立ちます。
      5. タスクの影響が有意な頻度ビンを決定します (カウンセリング>休息、 p < 0.0005⁵⁶)。
         注:この手順では、安静時と比較してカウンセリング中にコヒーレンスが大幅に増加したことを示す頻度ビンを特定します。0.0005 <しきい値 p は、多重比較を制御し、結果の頑健性を確保するために使用されます。
      6. FOI は、 p 値が 0.0005 未満の周波数ポイントと、それらに最も近い周波数ポイント (p < 0.01) として求めます。
         注:この基準は、選択した周波数帯域が有意であるだけでなく、観察されたカウンセリング効果にも関連していることを保証します。
      7. スタディの各ペアのチャネルの指定されたFOI内の平均WTC値を計算します。
      8. 被験者の2つのグループの各期間について得られた脳間同期値に対してFisher-Z統計変換を行い、IBSを分析するための指標となるWTC値の正規分布を取得します。
3. その他の統計
   1. タスク関連のチャネルを決定します。
      1. タスク・レベルの WTC からベースライン・レベルの WTC を差し引くことにより、タスク関連の WTC 値を取得します。
      2. 各チャネルに対して 1 サンプルの t 検定を実行し、対象の指定された周波数にわたるタスク関連の WTC 値の平均を利用します。
      3. 関数 mafdr を使用して、False Discovery Rate ( p < 0.05 ) ⁵⁷ 補正の方法を多重比較に適用します。
      4. タスク関連のチャネルを、 調整された p 値が 0.05 未満のチャネルとして決定します。
   2. 異なるタスク条件間でIBSを比較します。各タスク関連チャネルで、異なる条件付けグループ(つまり、セキュアグループと却下グループ)のWTC値間で1サンプルのt検定を実施します。
   3. さらに、心理カウンセリングのプロセス全体を通じて、2つのグループ間のIBSの違いを特定します。カウンセリングを初期段階(0〜15分)と後期段階(15〜35分)の2つの段階に分けます。
   4. 対応するステージのタスク関連の WTC 値と、異なるタスク条件にわたるタスク関連の WTC の増分 (後期ステージの値を差し引いた値として計算) に対して、1 サンプル t 検定を別々に実行します。
   5. IBSのタイムラグ効果を確認します。カウンセラーの脳活動をクライアントに対して2〜12秒前後にシフトし(ステップ= 2秒)、上記の手順に従ってタスク関連のWTC値を再計算します。カウンセラー主導のIBS、クライアント主導のIBS、および同相IBSに違いがあるかどうかを確認します。
   6. 重回帰分析を使用して、IBSと行動データとの関係を評価します。
      注:WTC計算コードは 補足ファイル1として提供されています。

結果

その結果、角度回(ANG)のチャネル19(ANG)で、セキュアグループが棄却グループ(t = 2.50、調整済みp = 0.07)よりもタスク関連のWTC増分が高いという、わずかに有意な影響があることが示されました。CH19のWTC値は、IBSのさらなる分析のために選択されました。IBSにおけるタイムラグ効果については、解雇群(M = 0.04、SD = 0.07)で、セキュア群(M = -0.02、SD = 0.07)、t(31)=6.18、p = 0.018、Cohenのd=0.86と比較して、後期カウンセラー主導のIBSが有意に高かった。同様に、レイトステージのクライアント主導IBSは、セキュアグループ(M = -0.02、SD = 0.07)、t(31)= 5.97、p =...

ディスカッション

本プロトコルでは、心理カウンセリングの自然な環境でfNIRSハイパースキャニング実験を実施する方法、カウンセラーとクライアント間のIBSを計算する方法、およびカウンセリング全体のIBSのリードラグパターンを決定する方法の具体的な手順について説明します。詳細な操作は、研究者がfNIRSハイパースキャン実験とオープンサイエンスでのさらなる研究を繰り返すのに役立ちます。実験の設計、実験の実施、およびデータ分析に関するいくつかの重要な問題について、以下で説明します。

fNIRS実験は、ブロックデザイン、イベント関連デザイン、または両方の混合デザインを使用して設計できます。現在の研究では、イベント関連デザインを採用して、自然環境で行われるカウンセリングセッション中のカウンセラーとクライアントの間のリアルタイムの神経ダイナミクスを調査します。このデザインでは、刺激や課題(カウンセラーやクライアントの反応など)が離散的かつランダムに提示されるため、研究者は個々のイベントに対する反応を捉えることができます。このアプローチは、実験計...

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
中国のオンライン調査プラットフォーム	ランスター・テクノロジー・カンパニー(中国長沙)	文娟星の無料版
脳波キャップ	コンピュメクス・ニューロスキャン、シャーロット、アメリカ	64チャンネルクイックキャップ
fNIRSシステム	日立医療株式会社、東京、日本	ETG-7100 光学地形システム	NIRSportは  を発信・収集していました;近赤外線は2つの波長  (760および850 nm)サンプリングレート10.1725Hz.nbsp;
MATLAB 2018a	マサチューセッツ州ナティック、MathWorks, Inc.	MATLAB 2018a
水泳帽	デカスロングループ、フランス・ヴィルヌーヴ・ダスク	1681552	中型