Hyperscanning experimenten met functionele nabij-infrarood spectroscopie

Door hersenactiviteiten van twee of meer mensen tegelijk te meten, kan deze methode licht werpen op de neurobiologische mechanismen die ten grondslag liggen aan sociale interacties. Functionele nabij-infrarood spectroscopie, of fNIRS, is zeer geschikt voor het uitvoeren van dergelijke hyperscanning experimenten omdat het meet de hersenen hemodynamische respons met een hoge sampling rate en kan worden toegepast in relatief natuurlijke omgevingen. Hoewel dit protocol laat zien hoe gelijktijdige fNIRS-opnames van volwassen-kind dyads uit te voeren, kan het worden aangepast aan verschillende dyadische constellaties zoals romantische partners en verschillende experimentele taken.

Begin met het kiezen van een dopgrootte die dezelfde grootte heeft of iets groter is dan de hoofdomtrek van de deelnemer. Snijd 15 gaten met een diameter van ongeveer 15 millimeter per stuk, gerangschikt in een horizontale drie-bij-vijf raster in het voorhoofd gebied van elk van de twee ruwe EEG-caps. Zorg ervoor dat de gaten zijn verdeeld 30 millimeter van elkaar in elke richting, dat de middelste kolom van gaten is gelegen in het midden van het voorhoofd.

Om de doppen comfortabeler te maken en drukmarkeringen te minimaliseren, bevestigt u zacht schuimmateriaal aan de binnenzijde van het houderraster tussen de sondeaansluitingen en aan de randen. Monteer vervolgens een leeg raster van drie bij vijf sondehouders aan elk van de gewijzigde EEG-doppen, zodat het houderraster zelf aan de binnenkant van de dop wordt geplaatst en de houderaansluitingen in de gaten blijven hangen. Steek vervolgens voorzichtig de sondes in de juiste houderaansluitingen op het rooster, zodat alleen de eerste nok van elke sonde in de socket wordt gemonteerd, wat resulteert in één klikkend geluid.

Open het monitorvenster van de sondeset bij het dichtstbijzijnde meetsysteem en selecteer twee sondesets die elk in een drie-bij-vijf-raster zijn gerangschikt, één voor het deelnemende kind en één voor de volwassene. Zorg ervoor dat de sondeopstellingen van de twee doppen overeenkomen met de indelingen in het ingestelde sondevenster. Schakel vervolgens 30 minuten voor het meten de laserdiodes van het dichtstbijzijnde meetsysteem in, zodat het systeem een stabiele bedrijfstemperatuur bereikt.

Stel alle benodigde opties in op het dichtstbijzijnde meetsysteem. Zorg ervoor dat het apparaat is ingesteld op gebeurtenisgerelateerde metingen en dat de RS232-seriële invoer die nodig is voor het ontvangen van triggers van het experimentele paradigma actief is. Bereid vervolgens het experimentele paradigma voor door de technische computersoftware te starten die als basis dient voor de Psychophysics Toolbox-extensies en de huidige map in te stellen op de map waarin het paradigma is opgeslagen.

Ten slotte plaatst u twee kinsteunen voor het computerscherm om hoofdbewegingen tijdens het experiment te voorkomen. Begin met het begeleiden van de twee deelnemers naar de testruimte en het uitleggen van de experimentele opzet. Plaats vervolgens de deelnemers naast elkaar voor het computerscherm.

Stel de hoogte van de kinsteunen zodanig aan dat beide deelnemers comfortabel zitten. Geef instructies en beheer oefenproeven van zowel de coöperatie als het competitieve spel. Meet en markeer vervolgens het Fpz-punt volgens het 10-20-systeem, dat 10% van de afstand tussen nasion en inion op het hoofd van elke deelnemer is.

Zet vervolgens de laser uit en plaats de doppen met de sondes voorzichtig op de hoofden van de deelnemers. Zorg ervoor dat de middelste sonde van de onderste rij op Fpz wordt geplaatst en dat de middelste sondekolom langs de sagittale referentiecurve is uitgelijnd. Plaats de vezelsnaren op de houderarm die aan het dichtstbijzijnde meetsysteem is bevestigd, zodat ze losjes hangen zonder contact met de deelnemer of stoel en dat ze niet aan de doppen trekken.

Duw vervolgens elke sonde verder in zijn stopcontact totdat de kleine witte neus in het midden van de bovenkant van de sondebehuizing zichtbaar is. Schakel vervolgens de laser opnieuw in en test de signaalkwaliteit door op de knop Automatisch verkrijgen te klikken in het monitorvenster van het dichtstbijzijnde meetsysteem. Als een kanaal is gemarkeerd in geel, wat betekent onvoldoende signaal, voorzichtig zet het haar onder de omringende sonde tip opzij.

Maak sondeaanpassingen en klik nogmaals op de knop Automatisch verkrijgen om te zien of de signaalkwaliteit is verbeterd of in het groen is gemarkeerd. Zodra de signaalkwaliteit bevredigend is, plaatst u een handdoek over de handen van de deelnemers, zodat zij de handbewegingen van hun respectievelijke spelpartner niet kunnen zien. Begin vervolgens met het experiment.

Sla vervolgens de gegevens op nadat het experiment is voltooid en exporteer de ruwe lichtintensiteitsgegevens als tekstbestand door op de knop Tekstbestand uit te klikken. Ten slotte, reinig de sondes, sondehouders, en kin rust met ethnol, en was de doppen met mild wasmiddel. Als een maatregel van brain-to-brain synchronie, de wavelet coherentie wordt berekend tussen de fNIRS signalen van interagerende onderwerpen.

Wavelet coherentie coëfficiënten worden gevisualiseerd met behulp van een kleurenkaart, variërend van blauw, weinig of geen samenhang, tot rood, wat betekent sterke of maximale samenhang. De resultaten tonen een sterke samenhang gedurende het hele experiment in een hoogfrequente band tot een periode lengte van ongeveer een seconde, die waarschijnlijk het gevolg is van de hartritmes van de proefpersonen. Bovendien verschijnt er een sterke samenhang in een lagere frequentieband tussen de periode van twee en acht seconden.

Samenhang in dit lage frequentiebereik weerspiegelt waarschijnlijk een synchronisatie van hersenactiviteiten van beide proefpersonen tijdens de taak. Tijdens het proberen van deze procedure is het belangrijk om te controleren of de doppen correct op de hoofden van de deelnemers worden geplaatst en om een goede signaalkwaliteit te garanderen. Na de ontwikkeling maakte deze techniek de weg vrij voor onderzoekers op het gebied van sociale neurowetenschappen om de synchronisatie van hersenen tot hersenen te verkennen in een verscheidenheid van verschillende taken, waarbij gedrag correleert en associaties vertoont met kenmerken van de individuen en hun relatie.