Hoe vinden effecten van Stimulus verwerking op gebeurtenis verwante hersenen potentieel van nauwe anderen wanneer Hyperscanning Partners
31 mei 2018
Dit protocol beschrijft belangrijke stappen die betrokken zijn bij de beoordeling van de gevoeligheid van de hersenen van een persoon op de stimulus verwerking van een dichtbij andere door te selecteren van paren van partners, hun electroencephalogram (EEG) gelijktijdig opnemen en computing hun evenement-gerelateerde hersenen potentieel (ERPs).
Het algemene doel van dit experiment is om de gevoeligheid van de hersenactiviteit van de deelnemers te beoordelen op de verwerking van beeldstimuli door hun partner. Omgekeerd wordt ook de hersenactiviteit van de partner beoordeeld tijdens het presenteren van stimuli aan de deelnemer. Deze methode beantwoordt de vraag of interacties tussen hersenen bestaan en biedt een potentiële basis voor de overeenkomst van qualia die wordt aangenomen bij individuen, vooral bij diegene die dicht bij elkaar staan.
Gedeelde EEG-opname zou de emissie van één hersenen en hun impact op de hersenen van de partner in realtime moeten detecteren, gezien de nauwkeurige temporele resolutie van EEG. Hoewel deze methode inzicht biedt in het menselijk bewustzijn, kan deze ook worden toegepast op andere organismen die een hersenschors hebben die met EEG kan worden opgenomen. Om dit protocol te beginnen, werft u eerst paren van nauwe deelnemers zoals goede vrienden, broers en zussen of echtparen, leeftijd 18 tot 35.
Informeer geïnteresseerde paren dat ze afzonderlijk zullen worden gescreend om ervoor te zorgen dat alleen nauwe deelnemers worden opgenomen. Zorg ervoor dat ze voldoen aan alle andere inclusiecriteria zoals gespecificeerd in het bij dit video horende manuscript, zoals rechtshandigheid en universitair opleidingsniveau voordat u hun bezoek aan het lab plant. Bij aankomst haalt u geïnformeerde toestemming en laat vervolgens elke deelnemer afzonderlijk de elektronische Vriendschapskwalificatievragenlijst invullen zonder dat ze met elkaar kunnen communiceren.
Laat de deelnemers vervolgens ook een criteria-kwalificatievragenlijst en de McGill Vriendschapsvragenlijst invullen. Bekijk dit vragenlijst om hun houding over hun relatie te beoordelen en sluit eventuele partners uit die niet de minimale score van 13 juiste antwoorden bereiken. Begeleide vervolgens de partners naar de aangrenzende EEG-opnameruimtes.
Schakel de computer voor stimuluspresentatie en de EEG-acquisitiecomputer in. Start vervolgens de EEG-acquisitietoepassing en stel de status van EEG-kanalen in op Impedantiecontrole. Laat elke deelnemer op een aangewezen computerbureau in de aangrenzende kamers gescheiden door glas zitten.
Laat de gordijnen open zodat elke deelnemer door het glas met zijn of haar partner kan praten terwijl de EEG-cap wordt aangebracht, om de kans te vergroten dat ze de aanwezigheid van de ander gedurende het hele experiment zullen voelen. Pas vervolgens de EEG-cap voor elke deelnemer aan. Voor de volledige installatieprocedure, zie het protocol en video uit JoVE artikel 52082.
Elke deelnemer is verbonden met zijn of haar eigen afzonderlijke set versterkers, elk met zijn eigen grond- en referentie-elektroden. Net voor het experiment, instrueer de deelnemers om te proberen de aanwezigheid van hun partner gedurende de gehele testperiode te voelen en vermeld dat dit na het experiment zal worden gecontroleerd. Trek vervolgens de gordijnen aan beide zijden van het glazen raam dicht om visuele communicatie te voorkomen, dim de lichten en sluit de deur van elke proefpersoonskamer.
Het is van cruciaal belang om de deelnemers erop te wijzen dat ze proberen de aanwezigheid van hun partner te voelen tijdens de presentatie van de afbeeldingen, zelfs als ze elkaar niet kunnen zien omdat ze door het glas en gordijn zijn gescheiden. Typ de juiste opdracht in voor de gegeven stimulussequentie om de afbeeldingenpresentatie te laten lopen. Start vervolgens op de EEG-gegevensverwervingsinterface met het opnemen van EEG voor beide deelnemers wanneer ze tegelijkertijd de visuele stimuli worden gepresenteerd.
De aanwijzingen op het scherm zullen de deelnemers eerst instrueren om de afbeeldingen te onthouden en vertellen dat ze verschillende afbeeldingen zullen zien dan die van hun partner. Vervolgens begint de stimulussequentie. Dit zal de seriële presentatie van afbeeldingen uit het International Affective Picture System of IAPS initiëren.
Bij elke proef worden afbeeldingen gelijktijdig aan elke deelnemer getoond. Binnen de blok van stimuli variëren de proeven willekeurig, zodat de afbeeldingen slechts in de helft van de proeven consistent zijn met de instructie van de stimulus. Dit creëert twee omstandigheden die ofwel consistent zijn met de eerdere instructies dat ze allebei verschillende afbeeldingen zullen zien dan hun partner, ofwel inconsistent zijn.
Zodra de stimuluspresentatie voltooid is, stopt u met opnemen, verwijdert en reinigt u de EEG-caps en slaat u de opgenomen gegevens op een USB-drive op voor analyse. Laat de deelnemers hun haar schoonmaken en laat hen afzonderlijk een debriefingsvragenlijst invullen zodat ze elkaars aanwezigheid niet kunnen voelen terwijl ze deze vragenlijst invullen. Hier rapporteren ze de mate waarin ze de aanwezigheid van hun partner voelden tijdens het experiment en geven ze aan tijdens welk deel ze dit voelden en hoe lang.
Om met de gegevensverwerking te beginnen, opent u eerst de gegevensverwerkingssoftware en EEG-lab in de opdrachtinterface. Importeer vervolgens het gegevensbestand door Bestand te selecteren en de volgende selecties te maken zoals hier op het scherm te zien is. Splits de kanalen in Human1 en Human2, met één voor elke deelnemer, en kies vervolgens het gewenste gegevensbestand voor analyse.
Maak nu een EEG-gebeurtenislijst, die bestaat uit een lijst van ingangen die overeenkomen met de soorten stimuli die tijdens het experiment werden gebruikt, dezelfde afbeelding die werd geacht anders te zijn en de verschillende afbeelding die werd geacht anders te zijn. Extraheer vervolgens de bin-gebaseerde epochen, waarbij elke epoch bestaat uit een enkele Event-Related Brain Potential of ERP die zich uitstrekt van negatief 204 milliseconden tot 1.000 milliseconden, waarbij nul overeenkomt met het begin van de visuele stimulus. Na het uitvoeren van artefactdetectie, bereken de ERP's van elke deelnemer voor de consistente en de inconsistente voorwaarde door alle corresponderende EEG-epochen te gemiddelen.
Bepaal tenslotte of ten minste 12 proefpersonen aan de volgende criteria voldoen, ze voelden elkaars aanwezigheid tijdens de beeldpresentaties, hadden gemiddelde spanning ERP's binnen de 75-tot 150-milliseconden tijdsvenster voor de consistente voorwaarde die meer negatief waren op de F8-elektrode dan die van de inconsistente voor
Overzicht
Deze studie onderzoekt de gevoeligheid van de hersenactiviteit van individuen voor de stimulusverwerking van hun nauwe partners middels simultane elektro-encefalogram (EEG)-opnames. Het onderzoek heeft als doel om potentiële hersen-tot-hersen-interacties te verkennen, wat bijdraagt aan ons begrip van bewustzijn en sociale cognitie.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschappen
- Menselijk bewustzijn
- Elektrofysiologie
Achtergrond
- Dit onderzoek richt zich op interacties tussen de hersenactiviteit van personen die een hechte relatie hebben.
- De studie wordt uitgevoerd via een protocol met simultane EEG om deze interacties in real-time te beoordelen.
- Het begrijpen van deze interacties kan helpen bij het vaststellen van de aard van gedeelde ervaringen of qualia.
- Het experiment is gestructureerd rond de presentatie van afbeeldingen en het meten van de bijbehorende hersenresponsen.
Doel van de studie
- Om vast te stellen of hersenactiviteit wordt beïnvloed door de verwerking van stimuli door een partner.
- Om de mate te beoordelen waarin individuen elkaars aanwezigheid kunnen waarnemen tijdens dergelijke stimulusverwerking.
- Om de implicaties van sociale cognitie en bewustzijn te onderzoeken via EEG-metingen.
Gebruikte methoden
- De studie maakt gebruik van gelijktijdige EEG-registratie bij paren van deelnemers.
- Deelnemers worden zorgvuldig geselecteerd op basis van hun nauwe relatie en gescreend op basis van geschiktheidscriteria.
- Elk subject ondergaat het passen van de EEG-kap, terwijl hen wordt gevraagd de aanwezigheid van hun partner tijdens het experiment te voelen.
- De gegevensverwerving omvat het presenteren van visuele stimuli terwijl EEG-signalen worden geregistreerd voor analyse.
- De gegevensverwerking omvat het extraheren van Event-Related Brain Potentials (ERP's) uit de EEG-signalen.
Belangrijkste resultaten
- De belangrijkste bevindingen hebben betrekking op de aanwezigheid van ERP's die correleren met de condities van stimulusconsistentie die aan elke participant zijn gegeven.
- De resultaten duiden op de potentiële invloed die de hersenactiviteit van de één kan hebben op de respons van de ander.
- Door nauwkeurige controle van de visuele input en timing wordt verwacht dat de studie interactiepatronen onthult die gerelateerd zijn aan gedeelde emotionele of cognitieve ervaringen.
Conclusies
- Deze studie demonstreert het potentieel voor real-time analyse van brein-tot-brein interactie en de implicaties hiervan voor het begrip van het menselijk bewustzijn.
- De bevindingen leveren waardevolle inzichten in hoe nauwe relaties de perceptuele en cognitieve verwerking kunnen beïnvloeden.
- Dergelijke methodologieën kunnen ook de weg vrijmaken voor verdere exploratie van breininteracties in diverse contexten.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Management
Deze methode maakt het mogelijk om neurale synchronie en stimulus-gestuurde hersenresponsen in sociaal interagerende paren te beoordelen, wat een mechanistisch inzicht biedt in hoe de sociale context de sensorische verwerking moduleert. Dergelijke inzichten ondersteunen de doelvalidatie bij de ontdekking van neuropsychiatrische geneesmiddelen door te verduidelijken of geobserveerde neurale effecten intrinsiek zijn of sociaal gemedieerd worden. De aanpak draagt bij aan het verminderen van risico's bij vroege hypothesen over verbindingen die gericht zijn op sociale cognitie, empathie of gedeelde affectieve toestanden.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege ontdekking en targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Onderzoekt of neurale reacties op stimuli worden gemoduleerd door de aanwezigheid van een partner, wat helpt om intrinsieke drugseffecten te onderscheiden van sociaal beïnvloede signalen.
- Operationele waarde: Biedt een gecontroleerd paradigma om de sociale invloed op vroege ERP-componenten (75–150 ms) te isoleren die gekoppeld zijn aan sensory gating en aandacht.
Screening & assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Maakt standaardisatie van de sociale context als variabele in neurofysiologische assays mogelijk, waardoor de reproduceerbaarheid van ERP-uitlezingen over verschillende testcondities wordt verbeterd.
- Operationele waarde: Ondersteunt de ontwikkeling van dual-EEG-protocollen voor het screenen van verbindingen die de interbrein-synchronie of sociale perceptuele verwerking beïnvloeden.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Koppelt vroege sensorische ERP-modulaties aan latere affectieve verwerking (LPP-venster), wat een biomarkerketen biedt van perceptie tot emotionele resonantie in dyaden.
- Operationele waarde: Faciliteert preklinische continuïteit door een menselijk relevant systeem te bieden om te beoordelen of manipulaties van sociaal gedrag in diermodellen vertalen naar meetbare veranderingen in gepaarde neurale responsen.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode past binnen de vroege ontdekkingsfase om target-engagement in sociale neurale circuits te onderzoeken, in het bijzonder voor verbindingen gericht op stoornissen met een verminderde sociale perceptie (bijv. autisme, sociale angst).
- Discovery Biology: Test hypothesen over de vraag of een target de neurale gevoeligheid voor sociaal relevante stimuli moduleert, waarbij ERP-verschillen tussen consistente en inconsistente stimuluscondities als uitkomstmaat dienen.
- Screening: Levert tijdgekoppelde, kwantitatieve ERP-metingen (vensters van 75–150 ms en 650–950 ms) die vergelijkingen tussen condities en schattingen van de effectgrootte mogelijk maken.
- Analytics: Vereist de berekening van conditiespecifieke ERP's en aftrekking van gemiddelde voltages om interactie-effecten tussen partner en stimulus te isoleren, wat statistische vergelijkingen tussen dyadische subgroepen ondersteunt.
- Translationeel onderzoek: Verbindt vroege sensorische ERP-verschillen met latere LPP-modulatie, in lijn met translationele biomarkerstrategieën die perceptie en emotie overbruggen.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbaar hyperscanning-raamwerk voor het evalueren van meerdere verbindingen of genetische perturbaties op sociale neurale verwerking.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Vermindert mechanistische ambiguïteit door vast te stellen of waargenomen neurale veranderingen te wijten zijn aan directe stimulusverwerking of aan partner-gemedieerde modulatie.
- Operationele waarde: Standaardiseert dyadische EEG-acquisitie en ERP-extractie, wat de vergelijkbaarheid tussen studies bij screening in de sociale neurowetenschappen mogelijk maakt.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door verbindingen te identificeren waarvan de effecten robuust zijn over verschillende sociale contexten, tegenover verbindingen die afhankelijk zijn van interpersoonlijke omstandigheden.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering van CNS-targets door te valideren of target-engagement aanhoudt in ecologisch valide, sociaal ingebedde scenario's.
Overwegingen bij de implementatie
- Expertise in EEG hyperscanning, ERP-analyse en experimenteel ontwerp voor sociale neurowetenschappen.
- Dubbele EEG-acquisitiesystemen, software voor stimuluspresentatie en hulpmiddelen voor artefactdetectie voor gesynchroniseerde biopotentiële registratie.
- Gestandaardiseerde procedures voor de screening van deelnemers (bijv. de McGill Friendship Questionnaire), naleving van dyadische instructies en debriefing om de waargenomen aanwezigheid van de partner te beoordelen.
- Aanpassingen voor verschillende stimulustypes (bijv. emotionele versus neutrale afbeeldingen) en timingparameters om aan te sluiten bij de doelnervale processen.
- Beperkingen omvatten de afhankelijkheid van subjectieve zelfrapportage over de aanwezigheid van de partner en de noodzaak van voldoende steekproefgroottes om condition × subgroep-interacties in ERP-amplitudes te detecteren.
