機能近赤外分光法を用いた共同描画時のグループ同期
August 5th, 2022
本プロトコルは、機能的近赤外分光法(fNIRS)とビデオベースの観察を組み合わせて、共同描画タスク中のカルテットの対人同期を測定します。
この革新的なプロトコルは、生態学的環境におけるグループの対人相互作用の研究に関連しています。これは、さまざまな描画タスク中にカルテットの脳と行動の対人反応の違いにアクセスするように設計されています。このプロトコルは、fNIRSを使用して、相互作用する4人の個人のグループの血行力学的反応を同時に測定するために、実装が容易な手順と信頼性の高いパラダイムを提供します。
研究の準備をするために、現場からすべての潜在的な目の注意散漫を取り除きます。実験中は、エアコンなどの電気機器をすべてオフにしてください。部屋には、人々が観察したり描いたりするのに十分な照明があることを確認してください。
セットアップ時に、実験作業中に安定した状態を保つようにすべてのfNIRSワイヤーを配置します。カルテットを2つずつテーブルに配置して、各個人が他の3人の個人を観察できるようにします。社会的条件である描画パラダイムを実行するには、参加者にすべての紙の一番上のストリップに額と目の領域を描画させます。
各紙に,参加者の完全に描かれた肖像画を表させる。また、各参加者の顔をパートナーが協力して描いてもらいます。非社会的条件であるドットをつなぐゲームでは、参加者に数字を優勢につなぐように依頼します。
市販の360度シーンカメラを選択し、参加者全員の目と頭の動きを同時に知覚できるようにテーブルに配置します。fNIRS受信で干渉の可能性がないか確認してください。fNIRSキャリブレーションの前に、機器を起動し、インターフェースを確認し、記録モードを設定してください。
データ分析には、Interactソフトウェアなど、複数のビデオコンテンツの文字起こしとコーディングを同時に実行できる同期ビューまたは分析プラットフォームを選択します。観測データを絞り込むには、個々の視線行動メトリック、頭と目の動き、手の動き、表情、会話行動などのパターンまたはシーケンスを検索できるパラメーターを設定します。分析後、まずすべてのカメラからMP4形式でビデオをダウンロードし、INTERACTにロードします。
コーディングとさらなる分析のためにビデオデータをセグメント化します。データを抽出するには、ビデオセクションに手動でマークを付け、コードを提供します。[コードの定義]をクリックして、ブロックセクションを社会的条件と非社会的条件と休息期間に分割して最初の層を作成します。
次に、参加者からの行動データを社会的条件とともに分割することにより、第2層を作成します。詳細を観察し、実験中に描画された詳細をカウントして、描画メトリックを決定します。NIRSite ツールを使用して、PFC 領域上のオプトードを特定します。
チャンネルが参加者の頭の関心領域の上に配置されるように、キャップ上のオプトードの分布を構成します。信号を同時に取得するために、4人の参加者に光を分割します。fNIRS装置を設定する前に、鼻と頭の周りの頭の間の距離など、4人の参加者の脳の周囲を測定して、各参加者のキャップサイズを決定します。
次に、所定の設定に従って、ソースと検出器をキャップに取り付けます。参加者の頭にキャップを置き、中央の正中線が頭のてっぺんになるようにキャップを配置します。さらに、頭のてっぺんから左右の耳の間の距離を測定し、中央の正中線をメジャーの中央に配置して、キャップが正しく配置されていることを確認します。
次に、オプトードのワイヤをアンプに接続し、NIRSポート1と2の両方をコンピューターに接続します。装置のセットアップ後、ソフトウェアがfNIRSデータを取得できるようにしました。メニューバーの[ハードウェアの構成]をクリックします。
ハードウェア仕様タブで[タンデムモード]オプションを選択して、ハイパースキャンを実行します。ハードウェアを設定タブで、モンタージュを選択し、チャンネルマスキング、トポレイアウトおよびチャンネル設定の設定を確認します。自動キャリブレーションを実行するには、ディスプレイパネルの[キャリブレーション]をクリックします。
手順を開始する準備ができたら、[プレビュー]をクリックして、信号がどのように受信されているかをプレビューします。次に、[記録]をクリックして信号の録音を開始します。ブロックプログラミングソフトウェアNIRStimを開き、[実行]をクリックしてプログラムされたブロックのプレゼンテーションを開始します。
NIRStim は実験の終了時に終了します。NIRStar で録音を停止します。ソフトウェアを閉じて、ファイルが正しく保存されていることを確認します。
この方法は、24歳から27歳の大学院生の女性で構成されるカルテットに適用されました。fNIRSの予備結果は、社会的および非社会的描画条件の両方で、参加者1、2、および3の典型的な脳活性化を示しました。これは、活性化パターンは異なっていたが、左半球と右半球に位置する両方のチャネルで観察された。
一方、参加者4は非定型の脳活性化を示した。オキシヘモグロビン信号は、ドットをつなぐ条件と共同描画条件の両方で、タスクの最後の部分でのみ被験者間で有意に同期されました。この方法は、神経科学、芸術、芸術療法、および社会的相互作用の研究分野全般への洞察を提供することができます。
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概要
この研究は、機能的近赤外分光法（fNIRS）とビデオ観察を統合したプロトコルを提示し、描画タスク中のカルテット間の対人同期を評価します。協力的なタスクと非協力的なタスクの間の脳および行動反応の違いを明らかにすることを目的としています。
主要な研究要素
科学分野
- 神経科学
- 行動科学
- アートセラピー
背景
- 自然な環境でのグループ相互作用を調査します。
- 脳活動測定にfNIRSを利用します。
- 社会的および非社会的条件の両方に焦点を当てます。
- 協力的なタスク中の脳活動の同期を探ります。
研究目的
- 協力的および非協力的な設定における対人相互作用を分析します。
- 描画タスクがいかに異なる脳活動パターンを引き起こすかを評価します。
- fNIRSを用いた信頼性の高いプロトコルを開発し、同時にデータ収集を行います。
使用方法
- 主要プラットフォームとして機能的近赤外分光法（fNIRS）を使用します。
- 描画タスクに参加する4人グループを含みます。
- タスク中の血行動態反応の測定に焦点を当てます。
- 正確なデータ収集のためのfNIRSのセットアップ手順と校正ステップを含みます。
- 行動観察とコーディングのためにビデオ分析を利用します。
主要な結果
- 参加者は社会的および非社会的条件で典型的な脳活性化パターンを示しました。
- タスクの後期段階で特に、オキシヘモグロビン信号の同期が確認されました。
- 参加者間で異なる活性化パターンが観察され、対人同期にばらつきがあることが示唆されました。
- 芸術、神経科学、社会行動の相互作用に関する洞察が明らかになりました。
結論
- この研究は、グループダイナミクスを分析するためのfNIRSとビデオ観察の組み合わせの有効性を示しています。
- 協力的なアートタスク中の対人神経同期に関する細かい理解を提供します。
- 社会的相互作用、アートセラピー、行動神経科学の研究に応用できる意味を持ちます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Simultaneous functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) and behavioral video analysis in group settings enables quantitative assessment of interpersonal neural synchronization during collaborative tasks. This protocol advances the ability to interrogate group-level brain-behavior dynamics, supporting predictive confidence in early discovery and translational neuroscience research. Reliable group monitoring paradigms are essential for de-risking mechanistic hypotheses and informing portfolio decisions in neuropsychiatric and behavioral therapeutic development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of group neural synchronization as a functional biomarker for social cognition.
- Supports mechanistic de-risking by distinguishing neural responses in social versus non-social conditions.
- Facilitates hypothesis-driven exploration of brain-behavior relationships in ecologically valid settings.
Screening & Assay Development
- Provides standardized procedures for multi-subject fNIRS data acquisition and behavioral coding.
- Delivers reproducible, quantitative outputs for group-level neural and behavioral metrics.
- Prepares validated paradigms for downstream compound or intervention screening targeting social function.
Translational & Preclinical Research
- Aligns group interaction paradigms with disease-relevant social behavior models.
- Enables continuity from discovery through preclinical validation of social and cognitive endpoints.
- Supports risk-adjusted advancement of candidates affecting group-level neural synchronization.
Pipeline & Workflow Integration
This protocol positions group fNIRS and behavioral analysis at the interface of early discovery and translational neuroscience, bridging hypothesis testing and preclinical model validation.
- Discovery Biology: Quantifies neural and behavioral synchronization to clarify social pathway mechanisms.
- Screening: Establishes assay readiness for group-based neural and behavioral endpoints.
- Analytics: Enables extraction of quantitative synchronization metrics and behavioral codes for condition comparison.
- Translational Research: Connects group neural activation patterns to disease-relevant social phenotypes.
- Enterprise Reuse: Provides a scalable, adaptable platform for repeated group interaction studies across programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in social cognition target validation and mechanistic de-risking.
- Operational Value: Standardizes multi-subject data acquisition and analysis for reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions for assets targeting group-level neural or behavioral endpoints.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidates with translational social function relevance.
Implementation Considerations
- Requires expertise in fNIRS setup, calibration, and multi-subject data management.
- Demands robust video analysis infrastructure for synchronized behavioral coding.
- Necessitates cross-team standardization of paradigm design and data segmentation.
- Adaptation may be needed for different group sizes or behavioral tasks.
- Signal quality can be affected by environmental factors and participant movement.
