심리 상담에서의 기능적 근적외선 분광법 하이퍼스캐닝 연구

요약

이 프로토콜은 심리 상담에서 fNIRS 하이퍼스캐닝 연구를 수행하기 위한 방법론에 대한 자세한 설명을 제공하는 것을 목표로 합니다. 여기에는 실험 준비, 데이터 수집 절차 및 후속 데이터 분석 프로세스가 포함됩니다.

초록

fNIRS(Functional Near-Infrared Spectroscopy) 하이퍼스캔은 사회적 상호 작용에 참여하는 여러 개인의 뇌 활동을 실시간으로 모니터링할 수 있는 혁신적인 기술입니다. 이 분야의 연구자들은 뇌 간 동기화(IBS) 지수를 통해 동시 뇌 활동을 정량화합니다. 심리 상담 연구에서 IBS를 측정하기 위해 fNIRS를 사용하는 것은 상담자와 내담자 간의 상호 작용의 역학을 조명할 수 있는 잠재력으로 주목을 받았습니다. 그럼에도 불구하고, 이 분야는 현재 상담자와 내담자 간의 IBS를 정확하게 측정하기 위한 표준화된 프로토콜이 부족하여 상담 세션 중에 실시간 상호 작용 패턴을 쉽게 밝힐 수 있습니다. 이러한 요구를 해결하기 위해 본 논문은 심리 상담 환경에서 fNIRS 하이퍼스캔을 수행하기 위한 절차적 단계를 개략적으로 설명하고, 뇌 신호 수집, 상담자와 내담자 간의 IBS 계산, 상담 세션 전반에 걸친 IBS의 선행-지연 패턴 분석에 중점을 두고 세부적으로 표준화된 프로토콜을 제안합니다. 이 표준화된 fNIRS 하이퍼스캐닝 파이프라인을 구현하면 심리 상담 연구에서 IBS 측정의 재현성과 신뢰성이 향상될 뿐만 아니라 작업 동맹의 기저에 있는 신경 메커니즘에 대한 더 깊은 통찰력을 얻을 수 있습니다. fNIRS 하이퍼스캔을 자연주의적 상담 환경에 통합함으로써 연구자들은 IBS가 상담 결과와 어떤 상관관계가 있는지에 대한 이해를 높일 수 있으며, 잠재적으로 정신 건강 치료에 대한 개인화된 접근 방식을 알릴 수 있습니다.

서론

최근 몇 년 동안 하이퍼스캔 기술을 사용하여 다이애딕 또는 그룹 상호 작용 중에 공유된 뇌 활동을 탐색하는 것이 인기 있는 연구 방향이 되었습니다. 연구자들은 종종 뇌파(EEG)¹, 기능적 자기공명영상(fMRI)² 또는 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)³을 사용하여 여러 피험자의 신경 및 뇌 활동을 동시에 모니터링합니다. 따라서 뇌간 동기화(Inter-Brain Synchrony, IBS)⁴의 신경과학 메트릭은 시간에 따른 신경 또는 혈류역학적 신호의 위상 및 진폭 정렬에 대한 세심한 분석을 통해 사람들 간의 뇌 활동 커플링 정도를 정량화하기 위해 도입되었습니다⁵. IBS는 둘 이상의 개인의 뇌 활동이 사회적 상호 작용 중에 정렬되거나 동기화되는 현상을 말합니다. 이러한 동기화는 뇌 진동의 위상, 주파수 또는 진폭과 같은 다양한 형태로 발생할 수 있습니다 ^6,7,8.

여러 참가자가 참여하는 자연스러운 사회적 상호작용의 영역에서, 특히 부모-자녀 역학^{9, 교육}자-학생 교환¹⁰, 로맨틱한 파트너십¹¹, 관객-공연자 참여¹²와 같은 다양한 맥락에서 IBS 현상을 조명했습니다. 특히, IBS는 낯선 사람과의 상호 작용에 비해 부모-자녀 및 낭만적 인 파트너십과 같은 친밀한 관계에서 높은 수준을 보여 주며^{13, 14} 이는 정서적 연결의 깊이에 대한 민감성을 강조합니다. 동시에, 이렇게 높아진 IBS는 협업 효율성 향상 및 행동 개선과 자주 일치하며, 이는 긍정적인 사회적 결과를 촉진하는 데 기능적 역할을 한다는 것을 시사합니다¹⁵.

상담의 맥락에서, 상담 효능감¹⁶과 밀접하게 연결된 중추적인 구조인 작업 동맹(working alliance)은 치료 과정에서 상담자와 내담자 사이에서 점진적으로 진화하는 뚜렷한 대인관계 역학을 구현한다. 이 동맹의 본질은 깊은 정서적 유대를 육성하고 효율적인 협력 체계를 구축하는 데 달려 있다¹⁷. 따라서 상담 상호 작용에서 IBS를 탐구하는 것은 이러한 치료 관계의 복잡성과 질에 대한 이해를 향상시키는 새로운 관점을 제공합니다.

내담자가 인식하는 상담자의 공감은 실무 동맹의 발전에 기여한다¹⁸. 이것은 작업 동맹의 확립이 상담자와 내담자 사이의 상호 이해와 그에 상응하는 신경 활동에서 발생할 수 있음을 나타냅니다. 공감은 정서적 공감(affective empathy)과 인지적 공감(cognitive empathy)의 두 가지 요소로 분리될 수 있습니다. 하전두회(inferior frontal gyrus, IFG)는 정서적 공감(affective empathy)과 관련이 있으며, 대면 의사소통의 기저에 있는 신경 과정과도 관련이 있다¹⁹. 마음 이론 네트워크의 중요한 부분인 우측 측두정연접(right temporal-parietal junction, rTPJ)은 인지적 공감, 특히 타인의 정신 상태를 이해하는 데 밀접하게 연결되어 있다²⁰. 결과적으로, 상담에서의 초기 뇌 동기화 연구는 이 두 영역을 관심 영역(ROI)으로 우선순위를 정하고 주로 rTPJ²¹에서 IBS를 식별했습니다. 따라서 후속 연구는 주로 rTPJ²²에 초점을 맞췄습니다. 연구에 따르면 상담 중 내담자와 치료사 간의 rTPJ의 신경 동기화는 대화 상황보다 훨씬 높다. rTPJ에서 증가된 동기 신경 활동과 치료 동맹의 강도 사이에는 양의 상관관계가 있다²¹. 상담의 독특한 활동 패턴은 감정적 표현과 개인적 경험에 대한 심층적인 탐구의 결과일 수 있다. 이는 IBS가 상담 과정에서 추가 조사가 필요하다는 것을 시사합니다. 또한, 향상된 rTPJ 활동과 작업 동맹의 강도 사이의 상관관계는 IBS가 상담 관계를 평가하기 위한 신경생물학적 기초 역할을 할 수 있음을 나타내며, 새로운 평가 척도를 제공할 수 있습니다.

이러한 발견은 상담자-내담자 역학에서 IBS의 유망한 역할을 강조하는 한편, 뇌 동기화, 상담 효과 및 작업 동맹 사이의 직접적인 인과 관계에 대한 추가 설명의 필요성을 강조합니다. 이 급성장하는 분야를 발전시키기 위해서는 표준화된 하이퍼스캐닝 프로토콜과 엄격한 데이터 분석 방법론을 개발하는 것이 가장 중요합니다. 방법론적 툴킷을 개선함으로써 효과적인 상담의 신경 토대를 보다 정확하게 매핑할 수 있으며, 궁극적으로 치료적 개입의 질과 결과를 향상시킬 수 있습니다.

이 논문은 fNIRS 기반 하이퍼스캐닝 연구를 수행하는 방법과 상담자-내담자 간의 IBS를 관찰하고 분석하는 방법에 대한 프로토콜을 제공합니다. fNIRS는 뇌 활동을 측정하는 데 사용되는 비침습적 영상 기법입니다. 그것은 신경 활동의 간접적인 지표인 뇌 내 혈액 산소화와 혈액량의 변화를 감지하여 작동합니다. 이것은 뇌로 근적외선을 방출하고 혈액 세포에 의해 흡수되거나 산란되는 빛의 양을 측정함으로써 달성됩니다²³. 따라서 혈역학적/산소화 활성이 측정됩니다. 이에 비해 fNIRS는 fMRI보다 시간적 해상도가 높고, EEG보다 움직임 인공물에 덜 취약하기 때문에 심리 상담과 같은 자연 환경에서의 사회적 상호작용을 연구하는 데 적합하다⁸.

이 기사에서는 또한 WTC(wavelet transform coherence) 방법을 통해 IBS를 계산하는 구체적인 단계를 제시합니다⁽²⁴). WTC는 시간이 지남에 따라 서로 다른 주파수에서 두 신호 간의 관계를 측정하는 분석 기술입니다. 뇌 영역 사이 또는 연구 참가자 간의 동기화 영역을 식별하는 데 유용합니다. 웨이블릿 변환을 사용하여 교차 스펙트럼을 분석하여 두 시계열 간의 일관성을 계산합니다. WTC의 중요성을 맥락화하기 위해서는 먼저 웨이블릿 변환(WT)²⁵, 일관성²⁶의 기본 개념과 WTC²⁷의 프레임워크에서 이들이 어떻게 수렴하는지 이해하는 것이 중요합니다.

수학적 도구인 웨이블릿 변환(Wavelet Transform)은 복잡한 신호를 구성하는 시간-주파수 성분으로 분해하는 데 탁월하며, 이에 따라 주파수의 국부적인 변화와 신호의 전체 주파수 성분을 모두 분석할 수 있습니다⁽²⁷). 이러한 특성은 본질적으로 고정되어 있지 않고 서로 다른 주파수에 걸쳐 동적 변화를 나타내는 신경 활동을 연구할 때 특히 유리합니다. 반면에, 일관성(Coherence)은 두 신호가 유사한 주파수 성분 및 위상 관계를 공유하는 정도를 정량화하며, 이들 사이의 동기화의 척도 역할을 합니다⁽²⁶). WTC는 이 두 가지 개념을 결합함으로써 IBS를 평가할 수 있는 강력한 수단을 제공하며, 개인 간 신경 결합의 시간적 진화와 빈도 특이성을 모두 포착하고 뇌 또는 뇌의 다른 부분이 작업이나 자극 전반에 걸쳐 어떻게 동적으로 상호 작용하는지에 대한 통찰력을 제공합니다²⁴.

전통적인 WTC 프레임워크는 단순히 서로 다른 개인의 뇌 신호 간의 상관 관계를 테스트하는 반면, 상담자와 내담자 간의 상호 작용의 방향성을 고려하는 방법이 여기에 제시됩니다. 여러 가지 선행-지연 패턴이 있는데, 한 신호가 특정 시간 간격만큼 다른 신호의 변동보다 일관되게 선행하며, 이는 이전 연구에 따르면 IBS의 시간적 관계를 나타냅니다^28,29. IBS는 상담 중에 상담자와 내담자 간에 동시에 발생하지 않을 수 있습니다. 따라서 IBS의 방향성을 탐구하기 위해 포괄적인 방법이 필요합니다. 이 방법은 상담의 다양한 단계(IBS를 이끄는 것, 내담자와 함께 하는 IBS를 주도하는 것, 내담자가 이끄는 것)에서 상담자가 수행하는 역할을 명확히 합니다.

본 연구는 상담자와 내담자 간의 IBS 점수가 서로 다른 성인 애착 스타일을 가진 내담자들 간의 동맹의 질이나 결과를 평가하기 위한 잠재적인 바이오마커 역할을 할 수 있는지에 대한 연구 질문을 기반으로 상세하고 실행 가능한 프로토콜을 제안합니다. 이 프로토콜은 상담 맥락에서 심리 상담자와 내담자 간의 IBS를 조사하기 위해 fNIRS 하이퍼스캔 기술을 활용하는 방법을 설명합니다. 실험 절차, 각 단계에 대한 주의 사항 및 후속 데이터 처리 방법에 대한 포괄적인 설명을 제공합니다. 이 프로토콜은 심리 상담 영역에서 IBS를 탐구하는 데 관심이 있는 미래의 학자들에게 귀중한 통찰력과 지침을 제공할 것으로 예상됩니다. 데이터 수집 및 처리를 위한 구체적인 프로토콜은 다음과 같습니다.

프로토콜

모든 참가자는 참여하기 전에 서면 동의서에 서명했으며 실험 후 약 60위안(중국 통화)을 보상으로 받았습니다. 위에 요약된 연구 절차는 화동사범대학의 인간 연구 보호 대학위원회(HR 425-2020)의 승인을 받았습니다.

1. 실험 준비

1. 연구에 포함된 측정
   1. 성인 애착 스타일
      1. 참가자를 사전 검열하기 위해 Wenjuanxing(전 세계 다른 지역의 SurveyMonkey 또는 Qualtrics와 유사, 자료 표 참조)이라는 중국 온라인 설문조사 플랫폼에서 긴밀한 관계에서의 경험 개정판(ECR-R^30,31)의 중국어 개정판을 준비합니다.
         참고: ECR-R의 중국어 버전은 애착 스타일(애착 회피 및 애착 불안)의 두 가지 차원을 측정하는 18개 항목으로 구성되어 있습니다. 1(매우 동의하지 않음)에서 7(매우 동의함)까지의 7점 자가 보고 리커트 척도를 사용합니다. 이 척도는 중국어를 사용하는 참가자를 위한 것입니다. 연구자는 참가자의 언어 및 문화적 배경에 따라 ECR³² 또는 적절한 개정판을 선택할 수 있습니다.
      2. 참가자들이 일반적인 애착 스타일에 맞는지 확인하기 위해 관계 설문지(RQ)³⁰ 의 중국어 개정판을 준비한다.
         참고: RQ는 4가지 다른 부착 스타일을 설명하는 4개의 짧은 단락으로 구성되어 있습니다. 참가자들이 1(매우 동의하지 않음)에서 7(매우 동의함)까지의 7점 자가 보고 리커트 척도를 사용하여 자신에게 가장 적합한 단락을 선택하도록 요구합니다. 전형적인 참가자가 필요하기 때문에 참가자의 애착 스타일을 명확히하기 위해 동일한 치수를 측정하는 두 번째 척도를 찾을 필요가 있습니다. 이 설문지는 중국어를 사용하는 참가자를 위한 것입니다. 연구자는 참가자의 언어 및 문화적 배경에 따라 RQ³³ 또는 적절한 개정판을 선택할 수 있습니다.
   2. 실무 동맹
      1. 실험 후 고객이 보고한 실무 동맹을 측정하기 위해 Working Alliance Inventory-Short Form Revised(클라이언트 버전) ^34,35(WAI-SR)의 중국어 버전을 준비합니다.
         참고: WAI-SR의 중국어 버전은 (a) 치료 과제에 대한 합의, (b) 치료 목표에 대한 합의, (c) 정서적 유대감의 발달을 포함하여 치료 작업 동맹의 세 가지 측면을 측정하는 총 12개 항목으로 구성되어 있습니다. 이 척도는 1 = "전혀"에서 5 = "항상"까지의 5점 리커트 척도를 기반으로 했으며, 점수가 높을수록 더 잘 작동하는 동맹을 나타냅니다. 이 설문지는 중국어를 사용하는 참가자를 위한 것입니다. 연구자는 참가자의 언어 및 문화적 배경에 따라 WAI-SR³⁶ 또는 적절한 개정 버전을 선택할 수 있습니다.
   3. 임상적 결과
      1. 참가자 모집을 위해 CORE-OM(Clinical Outcomes in Routine Evaluation-Outcome Measure)^37,38의 중국어 개정판을 준비합니다.
         참고: CORE-OM의 중국어 개정판은 주관적 웰빙, 문제/증상, 삶/사회적 기능, 자신과 타인에 대한 위험의 4가지 차원을 포함하며 총 34개 항목으로 구성되어 있습니다. 이러한 영역이 고통과 기능 장애의 다양한 영역을 반영하는지 확인하고, "항목 클러스터"는 불안, 우울증, 신체적 문제 및 트라우마와 같은 증상 영역을 다룹니다. 이 설문지는 중국어를 사용하는 참가자를 위한 것입니다. 연구자들은 참가자의 언어와 문화적 배경에 따라 CORE-OM³⁷ 또는 적절하게 수정된 버전을 선택할 수 있습니다.
      2. 참가자의 인지 부하를 완화하기 위해 실험 전후의 증상 중증도를 평가하기 위해 개정된 중국어 버전의 CORE-10(CORE-10)38을 사용하여 실험 전후의 증상 중증도를 평가합니다.
         참고: CORE-10은 CORE-OM의 축약형으로, 0에서 4까지 5점 척도로 10개 항목으로 구성되어 있으며 점수가 높을수록 심리적 고통 수준이 높다는 것을 나타냅니다. 상담 과정 전후에 사전 및 사후 검사로 내담자를 평가하고, 사전 및 사후 검사 점수의 차이가 첫 번째 상담 세션의 임상적 효과를 나타낸다는 점에 유의하십시오. CORE-10(검사 전 점수에서 검사 후 점수에서 검사 후 점수를 뺀 값)의 변화량을 계산하여 클라이언트의 증상 개선을 입증합니다. 이 설문지는 중국어를 사용하는 참가자를 위한 것입니다. 연구자들은 참가자의 언어와 문화적 배경에 따라 CORE-10³⁸ 또는 적절한 개정판을 선택할 수 있습니다.
2. 참가자
   1. 클라이언트
      1. 이전 연구 결과에 따르면, 동기 뇌 활동에서 성별 효과^39,40을 피하기 위해 동성(여성)의 내담자와 상담자를 모집한다.
      2. 캠퍼스에서 심리적 고통을 겪고 있는 여대생을 Wenjuanxing 플랫폼( 자료 표 참조)을 통해 모집하고 참가자들에게 상담을 위해 가장 큰 불만을 보고하도록 요청합니다. 그들이 스스로 도움을 구하고자 하는 소망이 있는지 확인한다.
      3. 학생 고객이 오른손잡이이고 정상 또는 정상으로 교정된 시력과 청력을 가지고 있는지 확인하십시오. 학생 고객이 이전 또는 현재의 정신 의학적 또는 신체적 진단을 받은 적이 없는지 확인하십시오. 다른 심리 상담이 진행되고 있지 않은지 확인하십시오.
      4. 확립된 컷오프 점수를 사용하여 여성 샘플에 대한 CORE-OM 점수가 1.17 미만으로 유지되도록 하여 지난 주에 심리적 고통에 대한 임상 진단 기준을 충족하지 못했음을 확인하고 클라이언트의 정신 건강 수준에 대한 통제력을 유지합니다. 클라이언트를 중국어 버전의 RQ에 대한 자체 평가를 기반으로 보안 또는 해제 첨부 파일 범주로 분류합니다.
      5. ECR-R의 점수에 따라 기각 첨부 범주에서 회피 수준이 높은 모든 참가자 중 상위 27%를 선택하여 기각 그룹을 구성합니다. 보안 첨부 파일 범주에서 불안 수준이 낮은 모든 참가자 중 상위 27%를 선택하여 보안 그룹에 참여합니다.
      6. 참가자를 성공적으로 모집한 후, 상담사와 함께 세션이 참가자가 보고한 문제에 초점을 맞추고 있는지 확인하고 보고된 문제의 심각성을 평가합니다.
         참고: 사전 심사 과정에는 252명의 대학생 고객이 참여했으며, 최종적으로 중간 정도의 학업 스트레스, 학교 적응 문제 또는 대인 관계의 어려움에 직면한 37명의 참가자가 공식 실험을 위해 선정되었습니다. 클라이언트 참가자의 평균 연령은 20.46세(SD=2.17)였으며 참가자는 모두 여대생이었습니다. 해고된 클라이언트(n = 16)와 보안 클라이언트(n = 21) 간에 연령(t(35) = 0.51, p = .62) 또는 CORE-OM(t(35) = -1.76, p = .09)의 문제/증상 영역에서 유의한 차이는 관찰되지 않았습니다.
   2. 카운슬러
      1. 대학 정신 건강 센터에서 여러 상담사를 모집하십시오.
      2. 상담사가 정상 또는 교정된 시력 및 청력을 갖춘 오른손잡이이고, 중국 심리학회에 등록되어 있으며, 2-10년의 상담 경험을 가지고 있는지 확인하십시오.
      3. 상담자가 대학 상담 교육 프로그램을 받았는지 확인하고, 방문자의 감정 상태, 현재의 고통 및 상담 목표에 초점을 맞춘 반구조적 상담을 위해 동일한 상담 통합 오리엔테이션 치료 방법(Counseling Integration Orientation Therapy method)⁴¹ 을 사용한다.
         참고: 본 연구에는 중국심리학회(Chinese Psychological Association, CPS)의 총 7명의 여성 상담사가 참여했으며, 평균 연령은 34.42세(SD = 5.09)였다. 상담자 중 6명은 스스로 안전하게 애착을 가졌다고 밝혔고, 1명은 해고된 애착을 가지고 있다고 스스로 밝혔다. 그러나 해고된 상담자의 얼라이언스, 학사, IBS에 대한 평가는 다른 6명의 상담사와 크게 다르지 않았다(모두 p >.05).
   3. 상담사와 내담자의 무작위 매칭
      1. 카운슬러와 학생 고객을 다이아드로 무작위로 매칭합니다. 상담사 수가 적기 때문에 각 상담사는 서로 다른 시간에 여러 내담자와 짝을 이룹니다. 상담사는 한 번에 한 명의 방문자만 볼 수 있도록 합니다.
3. 홈메이드 fNIRS 캡
   참고: fNIRS 시스템에 적합한 표준 캡이 있는 경우 수제 fNIRS 캡이 필요하지 않습니다.
   1. 나일론 천으로 만든 두 개의 중간 크기의 수영 모자를 준비하여 옵토드 홀더 그리드를 배치하고 관심 있는 뇌 영역을 덮습니다( 재료 표 참조). 실험의 요구 사항에 맞게 다음 단계를 사용하여 수영 모자를 수선합니다.
      참고: 참가자의 머리 크기가 다르기 때문에 실험 과정에서 옵토드를 참가자의 머리 가까이에 유지하기 위해 다양한 크기의 바인더 클립을 준비해야 합니다.
   2. 표준 국제 10-20 시스템⁽⁴²)에 따라 수영 캡에 기준 optodes를 고정하려면 표준 10-20 EEG 캡을 사용하십시오 ( 재료 표 참조 ). EEG 캡을 헤드 몰드에 놓고 수영 캡 중 하나를 EEG 캡에 놓습니다.
      알림: 수영 모자와 EEG 모자의 크기가 정확히 같지 않을 수 있으므로 두 모자 모두 비뚤어지지 않도록 하십시오.
   3. EEG 캡 전극을 통해 수영 캡에 빨간색 마커로 참조 옵토드(Cz, T3, T4)를 표시합니다. 그런 다음 ROI(Regions of Interest)의 참조 옵토드를 표시합니다.
      참고: 연구에서는 오른쪽 측두정연접(rTPJ)이 ROI로 선택되고 4 x 4 옵토드 프로브 패치가 오른쪽 측두두정체 영역 위에 배치됩니다. ROI의 기준 optode는 P6에 배치됩니다.
   4. 수영 모자의 P6에 있는 패치를 참조하십시오. P6을 Patch의 T4 근처 컬럼 뒤쪽에서 두 번째 optode에 배치합니다. 다른 옵토스의 위치를 표시한 다음 표시된 위치에서 직경 약 15mm의 작은 구멍을 잘라 그리드 홀더가 맞는지 확인합니다.
      참고: 4 x 4 패치에는 24개의 측정 채널(CH1-CH24)로 구성된 8개의 이미터와 8개의 검출기가 포함되어 있습니다. fNIRS 시스템은 산소화된 헤모글로빈(oxy-Hb)과 탈산소화된 헤모글로빈(deoxy-Hb)의 농도 변화를 동시에 측정하여 fNIRS 데이터를 수집하도록 설계된 광학 지형 시스템 으로, 30mm의 표준 간격을 제공합니다. 또한 각 채널의 해당 해부학적 구조( 그림 1 참조)는 나중에 SPM8의 MATLAB( Table of Materials) 도구 상자를 사용하여 표준 Montreal Neurological Institute 좌표 공간에서 결정될 것입니다.
   5. 프로브를 구멍에 삽입하여 수정된 수영 모자에 패치를 적절하게 장착합니다. 위의 단계에 따라 다른 수영 모자를 수선하십시오. 마지막으로, 두 캡의 프로브 배열에 해당하는 fNIRS 측정 시스템을 통해 각 참가자에 대한 4 x 4 프로브 세트의 레이아웃을 설정합니다.

2. 참가자가 도착하기 전에

1. 실험 중 5°C에서 35°C의 안정적인 정상 온도 범위를 보장하기 위해 최소 30분 전에 fNIRS 시스템을 시작하십시오.
   알림: 레이저를 켤 필요가 없습니다.
2. fNIRS 시스템에서 이벤트 관련 측정 모드를 활성화하고 특정 키를 눌러 다른 상태의 기록을 트리거할 수 있는지 확인합니다. 적절한 fNIRS 측정을 보장하기 위해 피험자 ID와 같은 다른 파라미터를 확인합니다. 해당 옵토드 프로브를 캡의 옵토드 프로브 패치에 삽입하여 fNIRS 캡을 fNIRS 시스템에 연결합니다.
   1. 구체적으로, 여기에서 실험 절차를 휴지 상태 세션과 상담 세션의 두 부분으로 포함하는 이벤트 관련 설계로 설정합니다. NIRSPort 시스템(NIRx)에서 F1 키를 휴지 상태 세션의 마커로 설정하고 F2 키를 상담 세션의 마커로 설정합니다.
      참고: 다른 fNIRS 시스템 사용자의 경우 세션을 표시하는 절차가 다를 수 있으므로 올바른 세션 표시를 위해 특정 시스템의 설명서나 설정을 참조하는 것이 중요합니다.
3. 참가자를 위해 1.1단계에서 언급한 정보에 입각한 동의서와 설문지를 준비합니다. 참가자들에게 휴식 상태가 끝났음을 상기시키기 위해 스톱워치를 준비합니다. 상담자에게 상담 시간 제한을 상기시켜 줄 시계를 준비하십시오. 머리카락이 신호를 차단할 경우를 대비하여 참가자의 머리카락을 옆으로 움직일 수 있도록 조명이 켜진 프로브를 준비합니다.
4. 실험실을 실제 시나리오의 표준 상담실로 설정하고, 상담자와 내담자가 두 그룹에서 서로 90°로 앉고 두 의자 사이에 40cm의 거리를 둡니다. 상담자는 오른쪽에 앉고 내담자는 왼쪽에 앉습니다.

3. 데이터 수집 프로세스

1. 참가자에게 지침을 제공합니다.
   1. 두 참가자가 모두 도착하면 서로를 다시 알지 못하도록 합니다. 참가자들에게 휴대폰을 무음으로 유지하도록 상기시킵니다.
   2. 클라이언트 참가자에게 정보에 입각한 동의서를 읽고 서명하고, 몇 가지 인구 통계학적 정보를 작성하고, 실험실에 도착한 후 심리적 웰빙을 평가하기 위해 CORE-10을 작성하도록 요청합니다. 이 프로세스는 일반적으로 약 5분 정도 걸립니다.
   3. 참가자를 앉힙니다. 레이저를 켭니다. 그런 다음 참가자에게 fNIRS 캡을 씌웁니다.
      참고: 참가자의 머리에 있는 CZ에서 캡 중앙을 찾고 rTPJ를 덮는 4 x 4 패치를 찾습니다.
   4. 참가자들에게 옵토스를 조정할 때 불편함을 느끼면 자세를 조정할 수 있음을 상기시킵니다. 광섬유 번들을 정리하여 참가자가 무겁거나 피곤하다고 느낄 경우 참가자를 건드리지 않고 의자 팔걸이에 올려 놓습니다.
      1. 참가자들에게 광섬유의 손상이나 옵토스의 위치 변경을 방지하기 위해 실험 중에 캡의 위치를 조정하거나 머리를 격렬하게 움직이지 않도록 상기시킵니다.
   5. 신호를 보정합니다. fNIRS 시스템에서 AUTO GAIN 을 클릭하여 신호의 품질을 확인합니다. 신호가 좋지 않은 경우 먼저 프로브 팁이 완전히 장착되었는지 확인하십시오. 그런 다음 바인더 클립을 사용하여 모자의 틈을 막고 조명이 켜진 프로브를 사용하여 머리카락이 신호를 차단하는 경우 머리카락 장애물을 제거합니다. 모든 채널이 허용 가능한 신호 품질을 나타내는 녹색으로 표시될 때까지 반복합니다.
      참고: NIRSPort 시스템(NIRx)에서 채널의 불량 신호는 노란색으로 표시되고 충분한 신호는 녹색으로 표시됩니다. 다른 fNIRS 시스템 사용자는 적절한 조정을 위해 해당 시스템 지침을 참조해야 합니다.
2. 실험 실행
   1. 참가자의 동의를 얻은 다음 카메라를 켜서 상담 과정을 녹화합니다.
   2. 신호 품질을 확인하고 fNIRS 기록을 시작합니다. 참가자들에게 5분 동안 눈을 감고 휴식을 취하도록 지시하고, 미리 정의된 키(예: F1)로 시작을 표시하고 스톱워치를 사용하여 휴식 시간을 측정합니다.
   3. 참가자들에게 5분 후에 휴식을 중단하도록 상기시킵니다. F1 키를 다시 눌러 휴지 상태가 끝났음을 표시합니다. 신호의 품질을 다시 확인합니다.
   4. 참가자들에게 40분 상담이 있고 시계가 어디에 있는지 상기시킵니다. 참가자들에게 상담을 시작할 수 있다고 말합니다. 이전에 설정한 대로 F2 키를 눌러 상담 시작을 표시합니다.
   5. 참가자들은 40분 후까지 실험실에 그대로 두십시오.
3. 실험 후
   1. 참가자들이 대화를 마쳤는지 확인하기 위해 실험실 문을 두드립니다. F2 키를 눌러 실험의 끝을 표시합니다. 카메라 녹화를 종료합니다. 참가자들이 모자를 벗을 수 있도록 도와주세요.
      참고: 나중에 비디오를 검토하여 상담이 예상대로 진행되었는지 확인하십시오.
   2. 클라이언트에게 WAI-SR 및 CORE-10을 작성하도록 초대합니다. 이 프로세스는 일반적으로 약 5분 정도 걸립니다. 참가자들에게 감사를 표하고 약간의 금전적 보상을 제공하십시오.
   3. 데이터를 저장합니다. 디스크를 사용하고 Text File Out(텍스트 파일 출력 )을 클릭하여 원시 fNIRS 데이터를 내보냅니다. fNIRS 시스템을 끕니다. optode 프로브의 플러그를 뽑습니다.
      참고: 이 단계는 NIRSPort 시스템(NIRx)에만 적용됩니다. 다른 시스템의 경우 시스템 지침에 따라 필요한 조정을 수행하십시오.
   4. 프로브와 프로브 홀더를 에탄올로 닦습니다. 정기적으로 캡을 중성 세제로 세척하고(프로브 홀더의 플러그를 뽑은 상태로) 자연 건조하십시오.

4. 데이터 분석

1. 데이터 전처리
   참고: 소프트웨어 MATLAB( 재료 표 )는 다음 도구 상자로 모든 데이터 분석을 수행하는 데 사용되었습니다. 호메로스 2⁴³ 및 Hitachi2nirs⁴⁴. Homer 2는 시간 정보가 관심 있는 경우, 즉 활성화가 두 조건 모두에 존재하는 경우 평균 진폭과 대기 시간 측면에서 두 조건의 응답 함수 간의 차이를 비교하는 데 사용됩니다. Hitachi2nirs는 원시 .csv Hitachi ETG4000 출력 파일을 Homer2에서 사용할 수 있도록 .nirs 파일로 변환하는 MATLAB 스크립트입니다⁴⁴.
   1. 디스크에서 데이터셋을 복사하고 원시 .csv 파일을 로 변환합니다. nirs 형식. Hitachi2nirs에서 csv2nirs를 사용합니다. 그런 다음, MATLAB에서 Homer2_UI 를 입력하여 Homer2 툴박스를 시작하고 hmrIntensity2OD 함수를 사용하여 광도 데이터를 OD(광학 밀도) 측정값으로 변환합니다. 각 참가자에 대한 각 채널의 OD 포인트의 평균을 구합니다. OD 신호가 너무 강하거나 너무 약한 채널을 거부합니다(5 표준 편차(SD) 초과).
   2. hmrMotionArtifact 함수를 사용하면 Daubechies 5(db5) 웨이블릿과 최적의 감도를 위한 튜닝 파라미터 0.1 ^45,46이 포함된 웨이블릿 변환을 사용하여 모션 아티팩트를 검출할 수 있습니다. 아티팩트를 감지한 후 hmrMotionCorrectSpline을 사용하여 스플라인 보간을 통해 아티팩트를 수정하고, 신호를 평활화하고, 모션 관련 잡음을 줄여 데이터 품질을 개선할 수 있습니다.
   3. 0.01–0.1Hz의 선택된 주파수 범위로 hmrBandpassFilt 함수를 사용하여 OD 신호를 대역통과 필터링하여 저주파 드리프트와 고주파 잡음을 제거합니다.
   4. Homer의 hmrR_OD2conc 함수를 사용하십시오.2 수정된 Beer-Lambert 법칙⁴⁷에 따라 OD 데이터를 산소화된 헤모글로빈(Oxy-Hb) 및 탈산소화된 헤모글로빈(DeOxy-Hb) 값으로 변환합니다.
      참고: Oxy-HB 농도 변화는 지표가 뇌 활동 중 혈류의 변화를 반영할 수 있고(^48,49), 신호 대 잡음비가 높으며, fNIRS 하이퍼스캔(hyperscanning)^50,51을 기반으로 한 사회적 상호 작용 연구에서 더 널리 사용되기 때문에 모든 데이터 분석을 수행하는 데 중점을 둡니다.
   5. hmrMotionCorrectGlobal 함수를 사용하여 웨이블릿 변환 기반(WT 기반) 방법으로 혈압과 같은 전반적인 생리적 잡음을 제거할 수 있습니다.
      참고: WT 기반 방법은 데이터의 시간적 속성에 더 민감합니다. 각 시점의 세부적인 변화보다 참가자 간의 전반적인 상호 작용 패턴에 초점을 맞추는 경우 주성분 분석(PCA)³ 이 더 나은 선택입니다. Zhang et al.이 제안한 PCA 방법은 주로 신호 분해, 공간 평활화 수행, 비신경 전역 구성 요소를 제거하기 위한 신호 재구성을 포함한 여러 단계를 포함합니다. enPCAFilter 함수는 PCA를 사용하여 fNIRS 데이터에서 전역 생리적 노이즈를 제거하는 데 사용할 수 있습니다. Duan과 동료들이 제안한 WT 기반 방법²⁷ 이 여기에 채택되었습니다.
      1. 웨이블릿 변환 일관성 ( WTC )^24,52를 사용하여 전체 생리적 잡음에 의해 오염된 시간-주파수 지점을 감지합니다. 이 방법을 사용하면 서로 다른 시간 척도에서 두 신호의 일관성을 감지할 수 있으며 시계열 데이터의 복잡한 동적 관계를 분석하는 데 적합합니다.
         참고: 구체적으로, 현재 채널 신호와 다른 모든 채널의 필터링되지 않은 신호 사이의 시간-주파수 분산 WTC 맵(스케일로그램⁵³이라고도 함)이 먼저 계산됩니다. 그런 다음 각 시간-주파수 픽셀에서 WTC 값의 유의성에 따라 이러한 WTC 맵을 이진 형식으로 변환합니다. 그 후, 이러한 WTC 맵의 평균을 구하여 전 세계적으로 공변하는 시간-주파수 맵을 생성합니다. 이 복합 맵의 각 픽셀에 있는 값은 현재 채널이 특정 시간-주파수 지점에서 다른 채널과 전역적으로 동기화되는 정도를 나타냅니다. 궁극적으로, 현재 채널에 대한 노이즈 제거 마스크는 이 전역적으로 공변하는 시간-주파수 맵에 임계값 k 를 설정하여 생성됩니다.
      2. WT를 사용하여 현재 잡음 제거 채널의 신호를 시간-주파수 공간으로 분해합니다.
      3. 웨이블릿 계수에 도출된 마스크를 적용하여 잡음에 오염된 시간-주파수 점에서 웨이블릿 에너지를 억제합니다.
      4. 역 WT를 사용하여 신호를 복원합니다.
      5. 채널당 위의 단계를 반복하여 전체 생리학적 노이즈 제거를 완료합니다.
2. 내담자-상담자 뇌간 동조(inter-brain synchrony) 계산
   1. 두 참가자의 각 채널에서 측정된 시간-주파수 영역의 신호 간 상관관계를 계산하려면 Wavelet Transform Coherence의 함수를 사용하십시오.
   2. 마더 웨이블릿(즉, 파라미터 beta 및 gamma가 있는 Generalized Morse Wavelet)의 기본 설정을 사용하며, 이 웨이블릿은 팽창(스케일링) 및 평행 이동⁵⁴에 의해 웨이블릿 계열을 도출할 수 있습니다. 연속 웨이블릿 변환을 수행하여 시계열 데이터를 시간-주파수 공간으로 변환합니다.
   3. MonteCarloCount를 유의성 테스트에 사용되는 대리 데이터 세트 수의 표현으로 설정하고 Auto AR1을 사용하여 시계열의 자기 상관 계수를 계산합니다.
   4. 웨이블릿 일관성 함수를 사용하여 시간-주파수 공간에서 두 신호 간의 상관관계를 계산합니다. 24개의 기록 채널에서 24개의 WTC 매트릭스가 생성될 때까지 단계를 반복합니다.
   5. 심리 상담에 민감한 관심 빈도(FOI)를 결정합니다.
      1. 심리 상담 과제에 초점을 맞춘 이전의 fNIRS 하이퍼스캐닝 연구에서 활용된 주파수 범위를 기반으로 0.01Hz와 0.1Hz(각각 100초와 10초의 주기에 해당) 사이의 주파수 범위에 대한 일관성 값을 선택하고 평균화한다⁵⁵.
         참고: 단순히 선택한 주파수 대역을 제한하는 것보다 추가 통계 확인을 수행해야 합니다.
      2. 각 채널 조합에 대해 각각 휴지 및 상담 단계에서 WTC 값의 시간 평균을 수행하여 WTC 값을 표준화하여 데이터를 표준화하고 비교를 준비하는 데 도움이 됩니다. 이 표준화는 변동성을 줄이고 작업별 효과에 집중하는 데 매우 중요합니다.
      3. 휴식 단계 WTC 값을 베이스라인 레벨 WTC로 설정하고 작업 스테이지 WTC 값을 태스크 레벨 WTC로 설정합니다.
         참고: 휴식 단계 WTC 값은 작업과 관련되지 않은 정상적인 상태를 나타내는 기준선으로 사용됩니다. 대조적으로, 과제 단계의 WTC 값은 심리 상담 중 상태를 반영합니다. 이러한 차별화는 뇌 활동에 대한 상담의 구체적인 영향을 분리할 수 있게 해준다.
      4. Groppe 작업의 mult_comp_perm_t1 기능을 사용하십시오. 쌍표본 t-검정을 수행하여 각 주파수 점에서 기준선 수준 WTC와 작업 수준 WTC를 비교합니다.
         참고: 이 단계는 기준선과 작업 상태 간에 상당한 차이를 보이는 빈도 지점을 통계적으로 결정하는 데 도움이 됩니다. 이 비교는 상담이 측정 가능한 효과가 있는 특정 빈도 범위를 식별하는 데 도움이 됩니다.
      5. 과제 효과가 유의한 빈도 빈을 결정합니다(상담 > 휴식, p < 0.0005⁵⁶).
         참고: 이 단계에는 휴식과 비교하여 상담 중 일관성이 크게 증가하는 빈도 빈을 식별하는 것이 포함됩니다. 임계값 p < 0.0005는 다중 비교를 제어하고 결과의 견고성을 보장하는 데 사용됩니다.
      6. FOI를 p 값이 0.0005 미만인 주파수 점과 가장 가까운 주파수 점(p < 0.01)으로 결정합니다.
         참고: 이 기준은 선택한 주파수 대역이 중요할 뿐만 아니라 관찰된 상담 효과와 관련이 있는지 확인합니다.
      7. 스터디의 각 쌍에서 각 채널에 대해 지정된 FOI 내의 평균 WTC 값을 계산합니다.
      8. 두 그룹의 피험자에서 각 기간에 대해 얻은 뇌 간 동기화 값에 대해 Fisher-Z 통계적 변환을 수행하여 IBS 분석을 위한 지표가 될 수 있는 WTC 값의 정규 분포를 얻습니다.
3. 추가 통계
   1. 작업 관련 채널을 결정합니다.
      1. 작업 레벨 WTC에서 베이스라인 레벨 WTC를 빼서 태스크 관련 WTC 값을 얻을 수 있습니다.
      2. 지정된 관심 주파수에서 평균 작업 관련 WTC 값을 활용하여 각 채널에 대해 1표본 t-테스트를 수행합니다.
      3. mafdr 함수를 사용하여 거짓 발견 비율 ( p < 0.05 )⁵⁷ 보정 방법을 다중 비교에 적용합니다.
      4. 작업 관련 채널을 조정된 p 값이 0.05 미만인 채널로 결정합니다.
   2. 서로 다른 작업 조건 간에 IBS를 비교합니다. 각 작업 관련 채널에서 서로 다른 조건화된 그룹(즉, 보안 그룹과 기각 그룹)의 WTC 값 간에 단일 표본 t-검정을 수행합니다.
   3. 또한, 심리 상담 과정 전반에 걸쳐 두 그룹 간의 IBS의 차이점을 확인합니다. 상담을 초기 단계(0-15분)와 후기 단계(15-35분)의 두 단계로 나눕니다.
   4. 서로 다른 작업 조건에서 해당 단계에 대한 작업 관련 WTC 값과 작업 관련 WTC(후기 단계 값에서 초기 단계 값을 뺀 값으로 계산됨)에 대해 개별적으로 단일 표본 t-검정을 수행합니다.
   5. IBS에서 시간 지연 효과를 확인합니다. 상담자의 두뇌 활동을 내담자의 두뇌 활동을 2-12초(단계 = 2초)만큼 앞뒤로 이동하고 위의 단계에 따라 과제 관련 WTC 값을 다시 계산합니다. 상담사 주도 IBS, 내담자 주도 IBS 및 단계별 IBS 간에 차이점이 있는지 확인하십시오.
   6. 다중 회귀 분석을 사용하여 IBS와 행동 데이터 간의 관계를 평가합니다.
      참고: WTC 계산 코드는 보충 파일 1로 제공됩니다.

결과

그 결과, 보안 그룹이 각이랑(ANG, 그림 2 참조)의 채널 19에서 기각 그룹(t = 2.50, 조정된 p = 0.07)보다 작업 관련 WTC 증가가 더 높다는 것이 약간 유의한 효과가 있는 것으로 나타났습니다. IBS의 추가 분석을 위해 CH19의 WTC 값을 선택했습니다. IBS의 시간지연효과(Time Lag effect)에 관해서는, 기각군(M=0.04, SD=0.07)에서 안전군(M=-0.02, SD=0.07), t(31)=6.18, p=0.018, Cohen's d=0.86에 비해 말기 상담자가 주도하는 IBS가 유의하게 높게 관찰되었다. 마찬가지로, 기각 그룹(M = 0.04, SD = 0.07)에서 보안 그룹(M

토론

본 프로토콜에서는 심리 상담의 자연스러운 환경에서 fNIRS 하이퍼스캐닝 실험을 수행하는 방법과 상담자와 내담자 간의 IBS를 계산하는 방법, 상담 전반에 걸쳐 IBS의 선행 지연 패턴을 결정하는 방법에 대한 구체적인 단계를 설명합니다. 이 상세한 작업은 연구원들이 fNIRS 하이퍼스캐닝 실험을 반복하고 오픈 사이언스에 대한 추가 연구를 수행하는 데 도움이 될 수 있습니다. 실험 설계, 실험 수행 및 데이터 분석에 대한 몇 가지 중요한 문제가 아래에 설명되어 있습니다.

fNIRS 실험은 블록 설계, 이벤트 관련 설계 또는 이 둘의 혼합 설계를 사용하여 설계할 수 있습니다. 본 연구는 자연 환경에서 진행되는 상담 세션 동안 상담자와 내담자 간의 실시간 신경 역학을 탐구하기 위해 이벤트 관련 설계를 사용합니다. 이 설계에서는 자극이나 과제(예: 상담자 또는 내담자의 반응)가 개별적이고 무작위로 제시되어 연구자가 개별 이벤트...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
중국 온라인 설문조사 플랫폼	랜스터 테크놀로지 컴퍼니, 창사, 중국	원주행의 무료 버전
EEG 캡	컴퓨믹스 뉴로스캔, 샬럿, 미국	64채널 퀵캡
fNIRS 시스템	히타치 메디컬 코퍼레이션, 도쿄, 일본	ETG-7100 광학 지형 시스템	NIRSport는 & nbsp; 두 파장  의 근적외선; (760 및 850 nm) 샘플링 속도 10.1725Hz.nbsp;
MATLAB 2018a	매스웍스, Inc., 매사추세츠주 내틱	MATLAB 2018a
수영모	프랑스 빌뇌브-다스크, 데카슬론 그룹	1681552	중간 크기