방법 논문

fNIRS 하이퍼스캐닝 연구에서 뇌 간 동기화를 계산하고 검증하는 방법

DOI:

10.3791/62801

⸱

2021년 9월 8일

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Institute of Brain and Education Innovation, School of Psychology and Cognitive Science, East China Normal University, 2Department of Musicology, Harbin Conservatory of Music, 3Department of Clinical Neuroscience, Karolinska Institutet, 4School of Psychology, Shenzhen University

이 논문에서

요약

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개인의 결합 된 두뇌 사이의 역학은 점점 더 뇌 간 동기화에 의해 표현되었습니다 (IBS) 그들은 서로 조정 할 때, 주로 fNIRS와 뇌의 동시 기록 신호를 사용하여 (즉, 하이퍼 스캐닝) fNIRS와. fNIRS 하이퍼스캐닝 연구에서 IBS는 매우 직관적인 방식으로 진동을 볼 수 있는 시간 주파 공간으로 타임시리즈를 확장하는 장점이 있기 때문에 웨이블릿 변환 일관성(WTC) 방법을 통해 일반적으로 평가되었습니다. 관찰된 IBS는 시험, 파트너 및 조건의 순열 기반 무작위 페어링을 통해 더 검증될 수 있습니다. 여기서, fNIRS 기술을 통해 뇌 신호를 얻고, WTC 방법을 통해 IBS를 계산하고, 하이퍼스캐닝 연구에서 순열하여 IBS를 검증하는 방법을 설명하는 프로토콜이 제시된다. 또한 fNIRS 신호 선택, 데이터 전처리 방법 및 계산 옵션 매개 변수를 포함하여 위의 방법을 사용할 때 중요한 문제를 논의합니다. 요약하면 WTC 방법과 순열을 사용하는 것은 fNIRS 하이퍼스캐닝 연구에서 IBS를 분석하기 위한 잠재적으로 표준 파이프라인으로, IBS의 재현성과 신뢰성모두에 기여합니다.

초록

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개인의 결합 된 두뇌 사이의 역학은 점점 더 뇌 간 동기화에 의해 표현되었습니다 (IBS) 그들은 서로 조정 할 때, 주로 fNIRS와 뇌의 동시 기록 신호를 사용하여 (즉, 하이퍼 스캐닝) fNIRS와. fNIRS 하이퍼스캐닝 연구에서 IBS는 매우 직관적인 방식으로 진동을 볼 수 있는 시간 주파 공간으로 타임시리즈를 확장하는 장점이 있기 때문에 웨이블릿 변환 일관성(WTC) 방법을 통해 일반적으로 평가되었습니다. 관찰된 IBS는 시험, 파트너 및 조건의 순열 기반 무작위 페어링을 통해 더 검증될 수 있습니다. 여기서, fNIRS 기술을 통해 뇌 신호를 얻고, WTC 방법을 통해 IBS를 계산하고, 하이퍼스캐닝 연구에서 순열하여 IBS를 검증하는 방법을 설명하는 프로토콜이 제시된다. 또한 fNIRS 신호 선택, 데이터 전처리 방법 및 계산 옵션 매개 변수를 포함하여 위의 방법을 사용할 때 중요한 문제를 논의합니다. 요약하면 WTC 방법과 순열을 사용하는 것은 fNIRS 하이퍼스캐닝 연구에서 IBS를 분석하기 위한 잠재적으로 표준 파이프라인으로, IBS의 재현성과 신뢰성모두에 기여합니다.

서론

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사람들이 다른 사람들과 조율 할 때, 그들의 두뇌와 몸은 지속적인 상호 적응을 통해 결합 된 단위가된다. 뇌 간의 결합은 동시에 두 개 이상의 개인의 뇌 신호1을기록하는 하이퍼 스캐닝 접근법을 통해 뇌 간 동기화 (IBS)로 표현 될 수 있습니다. 실제로, fNIRS/EEG 하이퍼스캐닝 연구의 성장 몸은 손가락 두드리는2,그룹 워킹3,드럼4연주, 기타 연주5,노래 / 허밍6을포함하여 다양한 협력 컨텍스트에서 IBS를 발견했다. fNIRS는 사회적 상호 작용 동안 IBS의 연구에 널리 사용된다, 그것은 덜 상대적으로 자연 설정에서 머리 / 몸 의 움직임을 제한으로 (fMRI / EEG에 비해)7.

이 문서에서는 fNIRS 하이퍼스캐닝 연구에서 웨이블릿 변환 일관성(WTC) 방법을 통해 IBS를 계산하기 위한 프로토콜을 제시합니다. WTC는 시간 주파수 평면에서 두 이동 신호 간의 교차 상관관계를 평가하는 방법이므로, 따라서 시간 도메인

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프로토콜

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여기에 제시 된 프로토콜은 동중국 사범 대학의 인간 연구 보호에 대한 대학위원회에 의해 승인되었다.

1. 실험 준비

  1. 참가자
    1. 캠퍼스 광고로 금전적 보상을 받는 학부 생 및 대학원생 그룹을 모집합니다.
    2. 참가자가 오른손잡이이고 정상 또는 수정된 정상 시력 및 청각을 갖도록 하십시오. 음악을 연구하지 않았거나 3년 미만 동안 음악을 공부하지 않았는지 확인하십시오.
    3. 무작위로 다이드의 학생들과 일치합니다. 사회적 조정에 파트너 친숙의 잠재적 인 효과를 제어하려면18,각 dyad의 구성원이 전에 서로를 보거나 알지 않았는지 확인합니다.
  2. 실험 자극
    1. 무료 음악 작곡 및 표기율 소프트웨어로 청각 자극(440Hz, 660ms 순수 톤)을 만듭니다.
    2. 500-1000 ms의 간격으로 톤을 반복하고 톤 시퀀스로 결합합니다. 각 톤 시퀀스는 12s 더 길고 12 톤으로 구성됩니다.
    3. 원톤 시퀀스의 경우 모든 첫 번째 톤(+6 dB)을 강조하여 미터자극(보조 오디오 1)으로정의된 다운비트와 업비트 패턴을 만듭니다. 두 번째 톤 시퀀스에서,....

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결과

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결과는 미터 조정 조건에서 채널 5에 IBS가 있었다는 것을 보여주었습니다, 반면 어떤 IBS는 그밖 조건 (즉, 미터 독립성, 비 미터 조정, 비 미터 독립성; 그림 2A). 채널 5에서, 미터 조정 조건내의 IBS는 비미터 조정 및 미터 독립조건(도 2B)에서일관성 값보다 현저히 높았다. 채널 5는 대략 왼쪽 등쪽 전두엽 피질(DLPFC;; 브로드만 지역 9). 더욱이, 순열 분석은 관찰된 IBS가 아마 일치하는 시간에 서로 동기화하려고 한 다이드의 두 개인에 제시되는 것으로 나타났지만, 임의로 페어링된 시간, 파트너 또는 조건은 그렇지않다(도 2C). 함께, 이러한 결과 음악 미터 는 대인 관계 조정 하는 동안 DLPFC에서 특권 IBS를 유도 표시. 사회적 상호작용(예를 들어, 다른 사람에 대한 주의를 조절하는사람(예: 28,

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토론

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이 프로토콜은 fNIRS 하이퍼스캐닝 접근 방식을 사용하여 두 참가자의 뇌 신호를 동시에 수집하기 위해 IBS를 계산하고 검증하는 단계별 절차를 제공합니다. fNIRS 데이터 전처리, IBS 계산, 통계 및 IBS 유효성 검사와 관련된 몇 가지 중요한 문제는 다음과 같습니다.

데이터 전처리
가능한 노이즈(예: 모션 아티팩트, 전신 구성 요소)에서 실제 신호를 추출하기 위해 하이퍼스캐닝 연구에서 fNIRS 데이터를 사전 처리할 필요가 있습니다. 이전 fNIRS 하이퍼스캐닝 연구에서 IBS를 분석할 때 사전 처리가 건너뛰었지만10,32,33,최근 의결된 부분입니다. 이 연구에서는 CBSI와 PCA 가 모두 노이즈를 제거하는 데 사용됩니다. 전자는 헤드 모션

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공개 사항

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저자는 공개 할 것이 없습니다.

감사의 글

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이 연구는 중국의 국립 자연 과학 재단 (31872783, 31800951)에 의해 지원되었다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
컴퓨터휴렛 팩커드 개발 회사, L.P.HP S01-pF157mcn
이어폰Royal Philips Electronics, Eindhoven, The NetherlandsSHE2405BK/00
EEG capCompumedics Neuroscan, Charlotte, USA64-channel Quik-Cap
E-Prime softwarePsychology Software Tools, Inc., Pittsburgh, USAE-Prime 3
fNIRS systemHitachi Medical Corporation, Tokyo, JapanETG-7100 광학 지형 시스템
MATLAB 2014bThe MathWorks, Inc., Natick, MAMATLAB 2014b
MuseScoreMusescore Company, BelgiumMuseScore 3.6.2.548021803
수영모Decathlon Group, Villeneuve-d'Ascq, 프랑스1681552

참고문헌

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kingsbury, L., Hong, W. A Multi-Brain Framework for Social Interaction. Trends in Neurosciences. 43 (9), 651-666 (2020).
  2. Konvalinka, I., Bauer, M., Stahlhut, C., Hansen, L. K., Roepstorff, A., Frith, C. D. Frontal alpha oscillations distinguish ....

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재인쇄 및 허가

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