자연주의 학습 환경에서 협업 학습 dyads에 대한 fNIRS 하이퍼스캐닝 실험을 수행하기 위한 프로토콜이 설명되어 있습니다. 또한, 산소헤모글로빈(Oxy-Hb) 신호의 뇌 간 싱크로니(IBS)를 분석하는 파이프라인이 제시된다.
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이 논문에서
요약
초록
fNIRS 과초 스캐닝은 사회적 상호 작용의 신경 생물학적 기초를 검출하기 위하여 널리 이용됩니다. 이 기술을 사용하여, 연구원은 뇌 간 동기화 (IBS)에게 불린 새로운 색인을 가진 2 개 이상의 대화 형 개별의 동시 두뇌 활동을 자격 (즉, 단계 및/또는 시간에 걸쳐 신경 또는 혈역학 신호의 진폭 정렬). 자연주의 학습 환경에서 협업 학습 다이드에 대한 fNIRS 하이퍼스캐닝 실험을 수행하기 위한 프로토콜이 여기에 제시되어 있습니다. 또한, 산소헤모글로빈(Oxy-Hb) 신호의 IBS를 분석하는 파이프라인이 설명된다. 구체적으로는 실험 설계, NIRS 데이터 기록 프로세스, 데이터 분석 방법 및 향후 방향에 대해 모두 설명합니다. 전반적으로 표준화된 fNIRS 하이퍼스캐닝 파이프라인을 구현하는 것은 2인칭 신경 과학의 근본적인 부분입니다. 또한, 이것은 연구의 재현성을 돕기 위해 오픈 사이언스에 대한 요구와 일치합니다.
서론
최근에는 대화형 다이드 또는 그룹의 구성원에 걸쳐 동시 뇌 활동을 밝히기 위해 연구자들은 하이퍼스캐닝 접근법1,2를사용합니다. 구체적으로, 뇌전도(EEG), 기능성 자기 공명 영상(fMRI), 및 기능적인 근적외선 분광법(fNIRS)은 2개 이상의 피험자로부터 신경 및 뇌 활동을 동시에 기록하는 데 사용된다3,4,5. 연구원은 이 기술에 근거를 둔 동시 두뇌 결합을 수반하는 신경 색인을 추출합니다, 이는 뇌 간 동기화를 지칭합니다 (IBS) (즉, 단계 및/또는 시간에 걸친 신경 또는 혈역학 신호의 진폭 정렬). 다양한 하이퍼스캐닝 연구는 여러 개인(예: 플레이어-청중, 강사-학습자 및 리더-추종자) 간의 사회적 상호 작용 중에IBS를발견6,7,8. 또한 IBS는 효과적인 학습 및 교육9,
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프로토콜
모든 모집 참가자 (40 dyads, 평균 연령 22.1 ± 1.2 년, 100 % 오른손잡이; 정상 또는 정상 시현)은 건강했습니다. 실험 전에 참가자들은 정보에 입각한 동의를 했습니다. 참가자들은 그들의 참여에 대해 재정적으로 보상을 받았습니다. 연구 결과는 인간 연구 보호의 대학 위원회에 의해 승인되었습니다 (HR-0053-2021), 동중국 사범 대학.
1. 데이터를 채택하기 전에 준비 단계
- 수제 NIRS 캡
- 탄성 수영 캡을 채택하여 광엽 홀더 그리드를 배치합니다.
참고: 참가자의 머리 크기가 다르다는 점을 고려하면 두 가지 크기의 캡이 사용됩니다. 작은 캡은 55.4 ± 1.1cm의 머리 둘레를 가진 참가자를 위해 준비되어 있으며, 큰 모자는 57.9 ± 1.2cm의 머리 둘레를 가진 참가자를위한 것입니다. - EEG 전극(이온, Cz, T3, T4, Fpz 및 P5)의 위치를 탄성 수영 캡의 표준 국제 10-10 시스템에 따라 참조 검소장치로 고정합니다(재료표참조).
- 먼저, 표준 10-10 EEG 캡(재료표참조)을 헤드 몰드에 놓고, EEG 캡에 탄성 수영 캡을 놓습니다. 둘째, 각 캡에 분필이 있는 참조....
- 탄성 수영 캡을 채택하여 광엽 홀더 그리드를 배치합니다.
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결과
도 1은 실험 프로토콜 및 프로브 위치를 보여 줍니다. fNIRS 데이터 기록 프로세스는 휴식 상태 세션(5분)과 공동 작업 세션(15-20분)의 두 부분으로 구성됩니다. 협업 학습 dyads는 휴식을 취하고 휴식 상태 세션에서 계속 유지해야합니다. 그 후, 참가자는 학습 자료(그림 1A)를공동 학습하라는 말을들었다. 이들의 전두엽 및 좌측 템포로파리탈 영역은 해당 프로브세트(도 1B)에의해 덮여 있다.
그림 2는 fNIRS 데이터 분석 파이프라인을 보여 줍니다. fNIRS 데이터 분석은 각 참가자및 각 채널에서 기록된 모든 fNIRS 데이터에 적용됩니다. 먼저, 특정 다이드에 대한 채널(33)의 검소 밀도는 도 2A에서
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토론
첫째, 본 프로토콜에서 공동 학습 시나리오에서 fNIRS 하이퍼스캐닝 실험을 수행하는 구체적인 단계가 명시되어 있다. 둘째, 협업 학습 다이드에서 혈역학 신호의 IBS를 평가하는 데이터 분석 파이프라인도 제시됩니다. fNIRS 하이퍼스캐닝 실험 수행에 대한 상세한 작업은 개방형 과학의 개발을 촉진할 것입니다. 또한, 분석 파이프라인은 하이퍼스캐닝 연구의 재현성을 높이기 위해 여기에 제공됩니다. 다음에서 실험 설계, 실험 수행, (fNIRS) 하이퍼스캐닝 실험의 데이터 분석의 중요한 문제가 모두 강조표시됩니다. 또한 현재 제한 사항에 대한 가능한 솔루션도 논의됩니다.
실험 설계
fNIRS 하이퍼스캐닝 스터디를 위한 실험 설계는 유연합니다. 여기서 fNIRS 하이퍼스캐닝 기술은 공동 학습 시나리오에 적용됩니다. 두 참가자는 함께 그림 매트릭스의 특정 규칙을 배울 것을 요청받았고, 그들의 두뇌 활동은 fNIRS에 의해 동시에 기록되었습니다. 이 접근.......
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공개 사항
저자는 공개 할 것이 없습니다.
감사의 글
이 작품은 우수한 박사 과정 학생들을위한 ECNU 학술 혁신 진흥 프로그램 (YBNLTS2019-025)과 중국 국립 자연 과학 재단 (31872783 및 71942001)에 의해 지원됩니다.
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재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| EEG 캡 | Compumedics Neuroscan, 샬럿, 미국 | 64 채널 Quik-Cap | 우리는 두 가지 크기의 캡 (즉, 중간 및 대형)을 선택합니다. |
| 프로브 세트 및 프로브 홀더 그리드가 있는 NIRS 측정 시스템 | Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Japan | ETG-7100 광학 지형 시스템 | 현재 연구 프로토콜에는 총 92개의 측정 채널을 위한 선택적 두 번째 성인 프로브 세트가 필요합니다. |
| 숫자 컴퓨팅 플랫폼 | The MathWorks, Inc., Natick, MA | MATLAB R2020a | Psychophysics Toolbox 확장(자극 프레젠테이션)의 기반 역할, Homer2 (fNIRS 전처리 분석) 및 "wtc" 기능(WTC 계산). |
| 심리학 소프트웨어 | 심리학 소프트웨어 도구,Sharpsburg, PA, USA | E-prime 2.0 | E-prime을 적용하여 fNIRS 측정 시스템을 시작하고 fNIRS 기록 데이터를 위한 휴식 단계와 협업 학습 단계를 표시하는 트리거를 보냅니다. |
| 수영 모자 | Zoke corporation, 상하이, 중국 | 611503314 | 우리는 먼저 헤드 몰드에 표준 10-20 EEG 캡을 배치하고 EEG 캡에 수영 캡을 배치했습니다. 둘째, 분필로 (inion, Cz, T3, T4, PFC 및 P5)를 표시했습니다. |
| 3차원(3D) 디지타이저 | Polhemus, Colchester, VT, USA; | 3차원(3D) 디지타이저: | 표준 헤드 랜드마크와 관련된 옵토드의 해부학적 위치는 Patriot 3D 디지타이저를 사용하여 각 참가자에 대해 결정되었습니다 |
참고문헌
- Babiloni, F., Astolfi, L. Social neuroscience and hyperscanning techniques: past, present and future. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 44, 76-93 (2014).
- Schilbach, L., et al. Toward a second-person neuroscience. Behavior Brain Science.
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재인쇄 및 허가
