사회적 상호 작용 중 뇌 활동을 기록하기 위한 기능적 근적외선 분광법(Functional Near-infrared Spectroscopy)

초록

출처: Reindl, V., et al. 기능적 근적외선 분광법(Functional Near-Infrared Spectroscopy)을 사용한 하이퍼스캐닝 실험 수행. J. Vis. Exp. (2019)

이 비디오는 사회적 상호 작용 중 뇌 활동을 측정하기 위해 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)을 사용하는 방법을 보여줍니다. 참가자들은 사회적 행동에 중요한 영역인 전전두엽 피질의 활동을 증가시키는 조정된 작업에 참여하고, 시스템은 혈액 산소화로 인한 빛 흡수의 변화를 감지합니다. 참가자 간의 뇌 활동의 동기화를 분석함으로써 이 연구는 사회적 상호 작용의 기저에 있는 신경 역학을 평가합니다.

프로토콜

인간 참가자와 관련된 모든 절차는 기관, 국가 및 Human Welfare에 대한 국제 지침이며 지역 기관 검토 위원회에서 검토되었습니다.

1. 참가자가 도착하기 전 준비<

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NIRS 캡을 준비합니다.

1. 참가자의 머리 둘레와 같거나 약간 큰 모자 크기를 선택하십시오.
2. 수평 3x5 그리드로 배열된 직경 약 15mm의 구멍 15개를 2개의 원시 뇌파(EEG) 캡 각각의 이마 부위에 자릅니다. 구멍이 어느 방향으로든 서로 30mm 떨어져 있는지, 구멍의 중간 열이 이마 중앙에 있는지 확인하십시오 (i.e., 코 위, 맨 아래 줄은 눈썹 위에 있습니다.
3. 캡을 더 편안하게 만들고 압력 표시를 최소화하려면 부드러운 폼 재료(예: 접착식 창 밀봉 테이프 또는 이와 유사한 평평한 발포 고무 재료)를 프로브 소켓 사이와 가장자리에 있는 홀더 그리드의 내부에 부착합니다. 필요한 경우 양면 접착 테이프 또는 재봉실을 사용하십시오.
4. 수정된 EEG 캡 각각에 빈 3x5 프로브 홀더 그리드를 장착하여 홀더 그리드 자체가 캡 내부에 배치되고 홀더 소켓이 구멍에 고정되도록 합니다.
   Note: NIRS 측정 시스템에는 두 개의 개별 프로브 세트가 있으며 각 참가자에 대해 하나의 프로브 세트를 사용합니다.
5. 프로브를 그리드의 적절한 홀더 소켓에 부드럽게 삽입하여 각 프로브의 첫 번째 융기만 소켓에 장착되도록 하면 딸깍 소리가 한 번 납니다.
6. NIRS 측정 시스템에서 프로브 세트 모니터 창을 열고 각각 3x5 그리드로 배열된 2개의 프로브 세트(참여 어린이용과 성인용)를 선택합니다. 두 캡의 프로브 배열이 프로브 세트 창의 배열과 일치하는지 확인합니다(i.e., 각 이미터 및 수신기 프로브 번호의 동일한 위치).

실험을 준비합니다.

1. 시스템이 안정적인 작동 온도에 도달하도록 측정하기 30분 전에 레이저 다이오드를 켠 상태에서 NIRS 측정 시스템을 시작합니다.
2. NIRS 측정 시스템에서 필요한 모든 옵션을 설정합니다. 장치가 이벤트 관련 측정으로 설정되어 있고 실험 패러다임에서 트리거를 수신하는 데 필요한 RS232 직렬 입력이 활성화되어 있는지 확인하십시오.
   참고: 이 실험은 Cui et al., 비상업적 Psychophysics Toolbox 확장, 버전 3.0.11에 프로그래밍되어 있습니다.
3. Psychophysics Toolbox 확장의 기반이 되는 테크니컬 컴퓨팅 소프트웨어를 시작하고 현재 디렉토리를 패러다임이 저장된 폴더로 설정하여 실험 패러다임을 준비합니다.
4. 실험 중 머리가 움직이지 않도록 컴퓨터 화면 앞에 두 개의 턱받침대를 놓습니다.

2. 참가자 실험실에 도착

1. 참가자를 준비합니다.
   1. 참가자들에게 NIRS 측정 시스템을 포함한 실험 설정을 보여주고 설명합니다. NIRS 측정 시스템의 레이저 빔은 눈에 해로울 수 있으므로 참가자가 NIRS 측정 시스템의 레이저 빔을 직접 쳐다보지 않도록 항상 확인하십시오.
   2. 참가자들을 컴퓨터 화면 앞에 나란히 앉힙니다. 두 참가자가 편안하게 앉을 수 있도록 턱받침대의 높이를 조정합니다.
   3. 참가자들을 지도하고 협동 게임과 경쟁 게임 모두에 대한 연습 시험을 실시합니다. 필요한 경우 연습 시험 중에 추가 지침을 제공합니다.
   4. 나시온과 이니언 사이의 거리의 10%인 10-20 시스템에 따라 각 참가자의 머리에 Fpz 포인트를 측정하고 표시합니다.
   5. 레이저를 끈 상태에서 프로브가 있는 캡을 참가자의 머리에 조심스럽게 놓습니다. 프로브 그리드를 포함한 캡 전면을 참가자의 이마에 먼저 놓고 캡 뒤쪽을 목 쪽으로 당깁니다. 맨 아래 행의 중간 프로브가 Fpz에 배치되고 중간 프로브 열이 시상 참조 곡선을 따라 정렬되어 있는지 확인합니다.
   6. NIRS 측정 시스템에 부착된 홀더 암에 광섬유 끈을 놓아 참가자나 의자에 닿지 않고 느슨하게 매달려 있고 캡을 당기지 않도록 합니다. 두 번째 참가자에 대해 추가 홀더(e.g., 수정된 마이크 스탠드 또는 이와 유사한) 필요한.
   7. 프로브 케이스 상단 중앙에 있는 작은 흰색 코가 보일 때까지 각 프로브를 소켓에 더 밀어 넣습니다.
      참고: 프로브 팁이 참가자의 두피에 닿자마자 코는 코일 스프링 메커니즘에 의해 위로 밀려납니다.
   8. 레이저를 다시 켜고 NIRS 측정 시스템의 프로브 세트 모니터 창에서 자동 게인 버튼을 클릭하여 신호 품질을 테스트합니다.
   9. 채널에 충분한 신호가 없는 경우(i.e.,노란색으로 표시된 경우) 주변 프로브 팁 아래의 머리카락을 조심스럽게 옆으로 치웁니다. 필요한 경우 프로브를 소켓에 더 밀어 넣되 참가자의 편안함을 보장하십시오. 신호 품질이 향상되었는지 확인합니다(i.e., 채널은 이제 녹색으로 표시됨) 자동 게인 버튼을 다시 클릭합니다.
   10. 2.1.9. 신호 개선으로 이어지지 않으면 신호 강도를 조정하십시오. 신호가 너무 많은 경우 (i.e., 채널이 빨간색으로 표시된 경우) NIRS 측정 시스템의 프로브 세트 모니터 창에서 해당 프로브의 기호를 반복해서 클릭하여 신호 강도를 낮은 신호 강도로 변경합니다. 신호가 충분하지 않은 경우 (i.e.,채널이 노란색으로 표시된 경우) 해당 프로브의 기호를 반복해서 클릭하여 신호 강도를 높은 신호 강도로 변경합니다.
2. 실험 실행
   1. 연습 시험 후 질문이 없고 좋은 신호 품질이 보장되면 실험 패러다임을 시작하십시오.
   2. 참가자의 손에 수건을 씌워 각 게임 파트너의 손 움직임을 볼 수 없도록 합니다.
   3. 실험이 끝나면 데이터를 저장하고 Text File Out 버튼을 클릭하여 원시 광 강도 데이터를 텍스트 파일로 내보냅니다. NIRS 측정 시스템에 필터를 적용하지 마십시오.
   4. 필요한 모든 재료(프로브, 프로브 홀더, 턱 받침대)를 에탄올로 세척합니다. 캡을 중성 세제로 부드러운 주기로 세척하십시오.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
프로브 세트 및 프로브 홀더 그리드가 있는 NIRS 측정 시스템	Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Japan	ETG-4000 광학 지형 시스템	현재 연구 프로토콜에는 총 52개의 측정 채널을 위한 선택적 두 번째 성인 프로브 세트와 2개의 3x5 프로브 홀더 그리드가 필요합니다.
원시 EEG 캡	EASYCAP GmbH, Herrsching, Germany	C-SCMS-56; C-SCMS-58	캡에는 실험자가 NIRS 프로브용 구멍을 제공해야 합니다. 참가자의 머리 둘레와 같거나 약간 큰 모자 크기를 선택하십시오.
테크니컬 컴퓨팅 소프트웨어	The MathWorks, Inc., Natick, MA	MATLAB R2014a (또는 그 이후 버전)	Psychophysics Toolbox 확장 (자극 프레젠테이션), SPM for fNIRS toolbox (fNIRS 데이터 분석) 및 ASToolbox (WTC 계산)의 기반으로 사용됩니다.