Name: Inter-Brain Synchrony in Open-Ended Collaborative Learning: een fNIRS-Hyperscanning Studie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-07-21T14:00:00.000+00:00
Duration: 4 min 44 s
Description: Leer hoe fNIRS-hyperscanning inter-hersensynchronie meet tijdens open samenwerkend leren. Dit protocol toont real-time dynamiek van twee interactieve hersenen in natuurlijke omgevingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Dit werk wordt ondersteund door het ECNU Academic Innovation Promotion Program for Excellent Doctoral Students (YBNLTS2019-025) en de National Natural Science Foundation of China (31872783 en 71942001).

Alle gerekruteerd deelnemers (40 dyads, gemiddelde leeftijd 22,1 ± 1,2 jaar; 100% rechtshandig; normaal of gecorrigeerd naar normaal zicht) waren gezond. Voorafgaand aan het experiment gaven de deelnemers geïnformeerde toestemming. Deelnemers werden financieel gecompenseerd voor hun deelname. De studie werd goedgekeurd door het University Committee of Human Research Protection (HR-0053-2021), East China Normal University.
1. Voorbereidingsstappen voordat gegevens worden aangenomen
<ol><li>Zelfgemaakte NIRS caps<ol>
<li>Neem elastische badmuts aan om optode houderrooster te plaatsen. OPMERKING: Aangezien de hoofdmaten van de deelnemers verschillend zijn, worden twee maten petten gebruikt. Small caps worden voorbereid voor deelnemers met een hoofdomtrek van 55,4 ± 1,1 cm, en large caps zijn voor de deelnemers met een hoofdomtrek van 57,9 ± 1,2 cm.</li>
		<li>Veranker de locatie van de EEG-elektroden (inion, Cz, T3, T4, Fpz en P5) als referentie-optodes volgens het standaard internationale 10-10-systeem op elastische badmutsen (zie Materiaaltabel).<ol>
<li>Plaats eerst de standaard 10-10 EEG-dop (zie Materialentabel)op de hoofdvorm en plaats de elastische badmuts op de EEG-dop. Ten tweede, markeer referentie optodes (inion, Cz, T3, T4, Fpz en P5) met krijt op elke dop. Snijd ten slotte twee gaten met een diameter van ongeveer 15 mm om de twee referentie-optodes te plaatsen (d.w.z. Fpz en P5, figuur 1). OPMERKING: In het bijzonder worden een 3 x 5 optode sondeset en een 4 x 4 optode sondeset afzonderlijk geplaatst over het prefrontale gebied (referentie-optode wordt geplaatst bij Fpz, figuur 1B) en linker temporoparietale gebieden (referentie-optode wordt geplaatst op P5, figuur 1B).</li>
		</ol>
</li>
		<li>Snijd gaten om de andere optodes te plaatsen. Schik een badmuts met twee roosterhouders direct op de kopvorm. Markeer vervolgens de locatie van andere optodes met krijt. Knip daarna de restgaten om ervoor te zorgen dat de roosterhouder erin past.</li>
		<li>Monteer twee sondesets (d.w.z. 3 x 5 en 4 x 4) op de badmutsen (zie Materialen tabel). OPMERKING: Het NIRS-meetsysteem (zie Materiaaltabel)biedt deze standaard sondesets (d.w.z. 3 x 5 en 4 x 4) met standaard houderaansluitingen die de optodescheiding van 30 mm garanderen.</li>
		<li>Open het monitorvenster van de sondeset bij het NIRS-meetsysteem en selecteer vier sondesets die voor elke persoon afzonderlijk in 3 x 5 en 4 x 4 zijn gerangschikt. OPMERKING: De sondeopstellingen van de twee doppen moeten overeenkomen met de structuren in het sondesetvenster (d.w.z. de exacte locatie van de sondenummers van de ontvanger en de respectieve emitter).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Voorbereiding van het experiment<ol>
<li>Voordat u gegevens registreert, moet u ervoor zorgen dat het NIRS-systeem een stabiele bedrijfstemperatuur houdt door het systeem gedurende ten minste 30 minuten te starten. OPMERKING: De stabiele bedrijfstemperatuur varieerde van 5 °C tot 35 °C.</li>
		<li>Stel de meetmodus in op gebeurtenisgerelateerde meting. Zorg ervoor dat de triggers-ontvanger actief is (d.w.z. de RS232 seriële ingang). OPMERKING: Het experiment is geprogrammeerd in commercieel beschikbare psychologiesoftware (zie Tabel met materialen). De absorptie van nabij-infrarood licht (twee golflengten: 695 en 830 nm) wordt gemeten met een bemonsteringsfrequentie van 10 Hz.</li>
		<li>Bereid de verlichte glasvezelsonde voor, die kan worden gebruikt om het haar opzij te schuiven.</li>
		<li>Stel de experimenteeromgeving in met één tafel met twee stoelen om de stoelen van de deelnemers face-to-face te houden.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Gegevens overnemen door deelnemers te instrueren
<ol><li>Bereid de deelnemers voor<ol>
<li>Instrueer de deelnemers, inclusief de details van NIRS-meetmethoden. LET OP: Alle deelnemers waren gezond en werden financieel gecompenseerd voor deelname. Geen enkele deelnemer trok zich halverwege terug uit het experiment. De laserstraal van de NIRS kan schadelijk zijn voor de ogen van de deelnemers en ze kregen de instructie om niet rechtstreeks in die laserstralen te kijken.</li>
		<li>Laat de deelnemers face-to-face zitten (afgezien van een tafel (0,8 m)) om ervoor te zorgen dat ze elkaar direct kunnen zien. Pas de afstand van stoel tot tafel (d.w.z. bijna 0,3 m) aan om de deelnemers comfortabel te laten zitten.</li>
		<li>Schakel de laserknop in en plaats de doppen met de sondesets op de hoofden van de deelnemers. OPMERKING: De 3 x 5 sondesets bedekken het voorhoofd van de deelnemers (middelste sonde van de onderste rij wordt op Fpz geplaatst); de 4 x 4 sondesets bedekken de linker temporoparietale cortex (de derde sonde van de derde rij wordt op P5 geplaatst).</li>
		<li>Leg de vier optische vezelbundels losjes op de armen van de houder zonder contact met de deelnemers of stoelen. OPMERKING: Hier heeft het NIRS-meetsysteem vier bundels optische vezels. Zorg er daarnaast voor dat de deelnemers zich niet te zwaar voelen om de doppen eraf te trekken.</li>
		<li>Laat de tasterpunten de hoofdhuid van de deelnemers raken door elke veerbelastingsonde voorzichtig verder in de socket te duwen.</li>
		<li>Voer signaalkalibratie uit.<ol>
<li>Controleer eerst de kwaliteit van het signaal door op Auto Gain te klikken in het monitorvenster van de sondeset van de fNIRS-machine. Vervolgens worden het slechte signaal en het voldoende signaal van een kanaal respectievelijk geel en groen gemarkeerd in het monitorvenster van de sondeset. OPMERKING: Voor een kanaal met onvoldoende signalen worden verlichte glasvezelsondes gebruikt om het haar onder de punt van de sonde naar één kant te verplaatsen.</li>
			<li>Duw vervolgens de sondes verder in hun stopcontacten om voldoende signalen te krijgen. Herhaal dit proces totdat alle kanalen groen zijn gemarkeerd in het monitorvenster van de sondeset van het NIRS-meetsysteem, wat aangeeft dat de kwaliteit van de signalen toegankelijk is.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Het experiment uitvoeren<ol>
<li>Start het experiment met een rusttoestand van 5 minuten, die als basislijn dient. Vervolgens moeten twee deelnemers het leermateriaal samen leren.</li>
		<li>Klik na het experiment op Tekstbestand uit om de onbewerkte lichtintensiteitsgegevens te exporteren en de gegevens op te slaan als een tekstbestand. OPMERKING: Er worden geen filters toegepast in het NIRS-meetsysteem.</li>
		<li>Gebruik de driedimensionale (3D) digitizer (zie Tabel met materialen)om de locaties van emitters, ontvangers en andere referenties (d.w.z. inion, nasion, Cz en linker- en rechteroren) voor elke deelnemer te bepalen.<ol>
<li>Verkrijg de MNI-coördinaten voor de opnamekanalen met behulp van het in de handel verkrijgbare numerieke computerplatform21 (zie Tabel met materialen). Aanvullende tabel S1 toont de overeenkomstige anatomische locaties van elk kanaal.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Reinig sondes en sondehouders met ethanol. Was doppen met mild wasmiddel en laat de doppen aan de lucht drogen.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Data-analyse
<ol><li>Voorbewerken van gegevens OPMERKING: Eerder onderzoek heeft variabele niet-commerciële softwarepakketten aangenomen (bijv. Homer222, AnalyzIR23, of nirs LAB24) met numerieke computerplatforms (zie Tabel met materialen) over fNIRS-gegevensanalyse, en ze zijn allemaal beschikbaar op de website. Hier werd Homer2 gebruikt om de voorbewerking van de NIRS-gegevens uit te doen. Bovendien delen zowel fNIRS-opnamegegevens die zijn verzameld in de rest- als de gezamenlijke leerfasen dezelfde voorbewerkings- en analysepijplijn.<ol><li>Kopieer de gegevensset van de fNIRS-machine. Converteer de oorspronkelijke gegevensvorming naar de juiste formatie (d.w.z. cvs-bestand converteren naar nirs-bestand).</li>
		<li>Converteer ruwe gegevens naar od-gegevens (optical density) met de functie "hmrIntensity2OD" in het numerieke computerplatform (zie Materiaaltabel).</li>
		<li>Verwijder de slechte kanalen. Voer vervolgens het gemiddelde van de OD-waarde voor elke deelnemer op elk kanaal en de volledige steekproefpunten uit. OPMERKING: Hier worden 46 gemiddelde OD-waarden verkregen.<ol>
<li>Bereken de standaarddeviatie (SD) voor elke deelnemer.</li>
			<li>Markeer als onbruikbaar en verwijder de kanalen met een zeer lage of hoge OD (die meer dan 5 SD's bedroeg) uit de analyse voor elke deelnemer. OPMERKING: Deze stap kan worden uitgevoerd voor en/of na de voorbewerking van fNIRS-gegevens. In deze pijplijn voor gegevensanalyses worden de slechte kanalen gedetecteerd voordat de fNIRS-gegevens worden voorbewerkt.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Converteer de OD-tijdgegevens naar Oxy-Hb, DeOxy-Hb en gecombineerd signaal op basis van de gewijzigde Beer-Lambert Law25. OPMERKING: Referentie25 zegt: "Alle gegevensanalysestappen worden uitgevoerd op Oxy-Hb-gegevens, wat een indicator is van de verandering in de regionale cerebrale bloedstroom met een hogere signaal-ruisverhouding26. Bovendien gebruikte eerder onderzoek fNIRS-hyperscanning in onderwijs- en leerscenario's voornamelijk gericht op Oxy-Hb-concentratie11,12,13,14.</li>
		<li>Kalibreer Oxy-Hb-tijdreeksen van bewegingsartefacten met de kanaal-voor-kanaal wavelet-gebaseerde methode. OPMERKING: Specifiek, de Daubechies 5 (db5) wavelet met tuning parameter op 0.1 (zie details in Homer2 handleiding)27,28 wordt gebruikt bij het verwijderen van bewegingsartefacten.</li>
		<li>Pas het banddoorlaatfilter (d.w.z. 0,01-1 Hz) toe op de gekalibreerde Oxy-Hb-gegevens om de hoogfrequente ruis en langzame drift te verminderen.</li>
		<li>Voer principal components analysis (PCA) uit op het OxyHb-signaal om niet-neurale globale componenten (bijv. Bloeddruk, ademhaling en variatie in de bloedstroom) te verwijderen29. OPMERKING: De pca-analyse voorgesteld door Zhang en collega's29 wordt hier aangenomen.<ol>
<li>Ontleed eerst het signaal. OPMERKING: De specifieke formule van de ontleding van het fNIRS-signaal is: H = UΣVT. Hier worden temporele en ruimtelijke patronen van fNIRS-gegevens gepresenteerd in twee matrices (d.w.z. u en V). U is een 2D-matrix (sample point x principal component). V is ook een 2D (principal component x principal component) matrix. De kolom in V geeft één hoofdcomponent (pc) aan en de sterkte van die pc voor een bepaald kanaal wordt geschat in elk item van de kolom. Het relatieve belang van elke pc wordt weergegeven door de waarde van de diagonale matrix Σ.</li>
			<li>Ten tweede, voer ruimtelijke afvlakking uit. OPMERKING: Gaussische kernelconvolutie wordt gebruikt om gelokaliseerde signalen te verwijderen en de globale component op te halen.</li>
			<li>Ten derde, reconstrueer het signaal. OPMERKING: Om de globale component van de fNIRS-gegevens te berekenen, wordt de afgevlakte ruimtelijke patroonmatrix V* teruggeplugd in de decompositieformule: HGlobal = UΣ(V*)T. Vervolgens kan gelokaliseerd afgeleid neuronaal signaal worden verkregen met behulp van originele gegevens H om HGlobal: H Neuronal = H - HGlobalaf te trekken.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>Synchronisatie tussen de hersenen OPMERKING: Om hersenkoppeling in de tweede persoons neurowetenschappen te onthullen, wordt hier wavelet transform coherence (WTC) aangenomen. In het kort meet WTC de correlatie tussen tweetijdreeksen als functie van frequentie en tijd. De specifieke formule van waveletcoherentie van tweevoudige reeksen x en y is: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62777/62777eq01.jpg"> T en s geven de tijd- en waveletschaal afzonderlijk aan, ‹·› geeft een afvlakkingsbewerking in schaal en tijd aan. W staat voor de continue wavelettransformatie. Vervolgens wordt een 2D (tijd x frequentie) WTC-matrix gegenereerd30. Verschillende toolboxen worden gebruikt om de WTC-waarde te berekenen. Hier werd de toolbox gemaakt door Grinsted en collega's30.<ol>
<li>Neem de WTC-functie van het numerieke computerplatform over (zie Tabel met materialen). OPMERKING: Hier wordt de standaardinstelling van de moedergolflet (d.w.z. Generalized Morse Wavelet met zijn parameters bèta en gamma) gebruikt. Moeder wavelet zet elke tijdreeks om in het frequentie- en tijdsdomein.</li>
		<li>Stel de standaardinstelling in voor de andere parameters (d.w.z. MonteCarloCount, dat het aantal surrogaatgegevenssets in de significantieberekening vertegenwoordigt).</li>
		<li>Bereken de WTC-waarde voor twee overeenkomstige kanalen (hetzelfde kanaal in twee deelnemers) in een numeriek computerplatform (zie Tabel met materialen). Volgens dezelfde procedure worden 46 WTC-matrices gegenereerd uit 46 kanalen.</li>
		<li>Bepaal de frequency band of interest (FOI), die gevoelig is voor samenwerkend leren. OPMERKING: Hier wordt een clustergebaseerde permutatiebenadering gebruikt om dergelijke FOI31te detecteren , die een oplossing biedt voor meerdere vergelijkingen in meerkanaals- en multifrequentiegegevens.<ol>
<li>Voer het tijdgemiddelde van de WTC-waarden uit in respectievelijk de rust- en collaboratieve leerfase voor elke kanaalcombinatie. Voer vervolgens gepaarde monster t-testsuit samen met de volledige frequentie (frequentiebereik: 0,01-1Hz32) op deze tijdgemiddelde WTC-waarden (samenwerkend leren versus rust). Identificeer vervolgens frequentiebakken waarbij het taakeffect significant is (samenwerkend leren > rest, p < 0,05).</li>
			<li>Verkrijg significante frequentie-naburige punten (≥2) als waargenomen clusters en overeenkomstige T-waarden.</li>
			<li>Voer een reeks gepaarde t-voorbeeldtests uit op gepermuteerde gegevens om de T-waarden te genereren voor elk cluster dat in stap 3.2.4.2 voor 1000 keer is gekwalificeerd. OPMERKING: Voor het vormen van gepermuteerde gegevens worden deelnemers willekeurig toegewezen om nieuwe tweekoppige paren te vormen. Omdat de lengte van datasets varieerde tussen dyads voor elk willekeurig paar, wordt de langere dataset bijgesneden tot dezelfde lengte als de kortere33.</li>
			<li>Vergelijk de gemiddelde clustergebaseerde T-waarden van oorspronkelijke paren met de T-waarden van 1000 permutaties. OPMERKING: De p-waarden geëvalueerd door deze formule34: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/62777/62777eq02.jpg">, waarbij S0 de waargenomen gemiddelde-cluster t-waarde aanduidt, geven μp en σp het gemiddelde en de standaardafwijking van de permutatiewaarden aan.</li>
			<li>Gemiddelde WTC-waarden in de geïdentificeerde FOI in elk kanaal in elke dyade. Pas vervolgens fisher z-transformatie toe op de WTC-waarden om een normale verdeling van WTC-waarden te krijgen. Gebruik deze waarde om de IBS te indexeren voor verdere statistische analyse.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Ten eerste worden in het huidige protocol de specifieke stappen van het uitvoeren van fNIRS-hyperscanning-experimenten in een collaboratief leerscenario vermeld. Ten tweede wordt ook de data-analysepijplijn gepresenteerd die de IBS van hemodynamische signalen in collaboratieve leer dyads beoordeelt. De gedetailleerde operatie voor het uitvoeren van fNIRS-hyperscanning-experimenten zou de ontwikkeling van open wetenschap bevorderen. Verder wordt hier de analysepijplijn voorzien om de reproduceerbaarheid van hyperscanningo...

Onlangs, om de gelijktijdige hersenactiviteit over de interactieve dyads of leden van een groep te onthullen, gebruiken onderzoekers de hyperscanning-benadering1,2. In het bijzonder worden elektro-encefalogram (EEG), functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) en functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) gebruikt om de neurale en hersenactiviteiten van twee of meer proefpersonen tegelijkertijd vast te leggen3,4,5. Onderzoekers extraheren een neurale index met gelijktijdige hersenkoppeling op basis van deze techniek, die verwijst naar inter-hersensynchronisatie (IBS) (d.w.z. fase- en / of amplitude-uitlijning van de neuronale of hemodynamische signalen in de tijd). Een grote verscheidenheid aan hyperscanning-onderzoek vond IBS tijdens sociale interactie tussen meerdere individuen (bijv. Speler-publiek, instructeur-leerling en leider-volger)6,7,8. Bovendien heeft IBS specifieke implicaties van effectief leren en instructie9,10,11,12,13,14. Met de toename van hyperscanning-onderzoek in naturalistische leerscenario's is het noodzakelijk om een standaardprotocol van hyperscanning-experimenten en de pijplijn van data-analyse op dit gebied vast te stellen.
Dit artikel biedt dus een protocol voor het uitvoeren van fNIRS-gebaseerde hyperscanning van collaboratieve leer dyads en een pijplijn voor het analyseren van IBS. fNIRS is een optisch beeldvormingsinstrument, dat nabij-infrarood licht uitstraalt om de spectrale absorptie van hemoglobine indirect te beoordelen, en vervolgens wordt hemodynamische / oxygenatieactiviteit gemeten15,16,17. In vergelijking met fMRI is fNIRS minder gevoelig voor bewegingsartefacten, waardoor metingen mogelijk zijn van proefpersonen die echte experimenten doen (bijv. Imitatie, praten en non-verbale communicatie)18,7,19. In vergelijking met EEG heeft fNIRS een hogere ruimtelijke resolutie, waardoor onderzoekers de locatie van hersenactiviteit kunnen detecteren20. Deze voordelen in ruimtelijke resolutie, logistiek en haalbaarheid kwalificeren fNIRS dus om hyperscanningmetingen uit te voeren1. Met behulp van deze technologie detecteert een opkomend onderzoeksorgaan een indexterm als IBS - de neurale uitlijning van de hersenactiviteit van twee (of meer) mensen - in verschillende vormen van naturalistische sociale instellingen9,10,11,12,13,14. In die studies worden verschillende methoden (d.w.z. correlatieanalyse en Wavelet Transform Coherence (WTC) -analyse) toegepast om deze index te berekenen; ondertussen is een standaard pijplijn voor een dergelijke analyse essentieel, maar ontbreekt het. Als gevolg hiervan wordt in dit werk een protocol gepresenteerd voor het uitvoeren van fNIRS-gebaseerde hyperscanning en een pijplijn met behulp van WTC-analyse om IBS te identificeren
Deze studie heeft tot doel IBS te evalueren in collaboratieve leer dyads met behulp van de fNIRS hyperscanning-techniek. Ten eerste wordt een hemodynamische respons gelijktijdig geregistreerd in de prefrontale en linker temporoparietale regio's van elke dyads tijdens een gezamenlijke leertaak. Deze regio's zijn geïdentificeerd als geassocieerd met interactief lesgeven en leren9,10,11,12,13,14. Ten tweede wordt de IBS berekend op elk overeenkomstig kanaal. Het fNIRS-gegevensregistratieproces bestaat uit twee delen: rusttoestandsessie en samenwerkingssessie. De rustsessie duurt 5 minuten, waarbij beide deelnemers (face-to-face zittend, gescheiden van elkaar aan een tafel (0,8 m)) stil moeten blijven en ontspannen. Deze rusttoestandsessie wordt als basislijn gediend. Vervolgens wordt de deelnemers in de samenwerkingssessie verteld om het volledige leermateriaal samen te bestuderen, begrip op te wekken, de regels samen te vatten en ervoor te zorgen dat alle leermaterialen onder de knie zijn. Hier worden de specifieke stappen voor het uitvoeren van het experiment en fNIRS-gegevensanalyse gepresenteerd.

<table><tbody><tr><td>EEG-caps</td><td>Compumedics Neuroscan,Charlotte,USA</td><td>64-kanaals Quik-Cap</td><td>We kiezen twee maten van de dop(dwz medium en groot).</td></tr><tr><td>NIRS-meetsysteem met sondesets en sondehouder rasters</td><td>Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Japan</td><td>ETG-7100 Optical Topography System</td><td>Het huidige studieprotocol vereist een optionele tweede volwassen sondeset voor in totaal 92 meetkanalen.</td></tr><tr><td>Numeriek computing platform</td><td>The MathWorks, Inc., Natick, MA</td><td>MATLAB R2020a</td><td>Dient als basis voor Psychophysics Toolbox-extensies (stimuluspresentatie), Homer2&nbsp; (fNIRS voorverwerkingsanalyse) en de "wtc"-functie(WTC-berekening).</td></tr><tr><td>Psychologie software</td><td>psychology software tools,Sharpsburg, PA,USA</td><td>E-prime 2.0</td><td>We gebruiken E-prime om het fNIRS-meetsysteem te starten en triggers te verzenden die de rustfase en samenwerkingsfase voor fNIRS-opnamegegevens markeren.</td></tr><tr><td>Zwemcaps</td><td>Zoke Corporation,Shanghai,China</td><td>611503314</td><td>We plaatsten eerst de standaard 10-20 EEG-dop op de hoofdvorm en plaatsten de zwemcap op de EEG-dop. Ten tweede markeerden we (inion, Cz, T3, T4, PFC en P5) met krijt.</td></tr><tr><td>Driedimensionale (3-D) digitizer</td><td>Polhemus, Colchester, VT, USA;</td><td>Driedimensionale (3-D) digitizer</td><td>Anatomische locaties van optodes in relatie tot standaard hoofdlandmerken werden bepaald voor elke deelnemer met behulp van een Patriot 3D Digitizer</td></tr></tbody></table>

inter-brain synchrony in open-ended collaborative learning: een fnirs-hyperscanning studie

Inter-Brain Synchrony in Open-Ended Collaborative Learning: An fNIRS-Hyperscanning Study

fNIRS hyperscanning wordt veel gebruikt om de neurobiologische onderbouwing van sociale interactie te detecteren. Met deze techniek kwalificeren onderzoekers de gelijktijdige hersenactiviteit van twee of meer interactieve individuen met een nieuwe index genaamd inter-hersensynchronisatie (IBS) (d.w.z. fase- en / of amplitude-uitlijning van de neuronale of hemodynamische signalen in de tijd). Een protocol voor het uitvoeren van fNIRS hyperscanning experimenten op collaboratieve leren dyads in een naturalistische leeromgeving wordt hier gepresenteerd. Verder wordt een pijplijn van het analyseren van IBS van zuurstofrijk hemoglobine (Oxy-Hb) signaal uitgelegd. Specifiek worden het experimentele ontwerp, het proces van NIRS-gegevensregistratie, gegevensanalysemethoden en toekomstige richtingen allemaal besproken. Over het algemeen is het implementeren van een gestandaardiseerde fNIRS hyperscanning-pijplijn een fundamenteel onderdeel van de neurowetenschappen van de tweede persoon. Dit is ook in lijn met de roep om open wetenschap om de reproduceerbaarheid van onderzoek te ondersteunen.

Figuur 1 illustreert het experimentele protocol en de locatie van de sonde. Het fNIRS-gegevensregistratieproces bestaat uit twee delen: rusttoestandsessie (5 min) en samenwerkingssessie (15-20 min). De samenwerkende leer dyads zijn nodig om te ontspannen en stil te blijven in de rusttoestand sessie. Daarna krijgen de deelnemers te horen dat ze het leermateriaal moeten co-leren(figuur 1A). Hun prefrontale en linker temporoparietale gebieden worden gedekt door de ...

Het protocol voor het uitvoeren van fNIRS hyperscanning experimenten op collaboratieve leren dyads in een naturalistische leeromgeving wordt geschetst. Verder wordt een pijplijn gepresenteerd om de Inter-Brain Synchrony (IBS) van zuurstofhoudende hemoglobine (Oxy-Hb) signalen te analyseren.

Inter-Brain Synchrony in Open-Ended Collaborative Learning: een fNIRS-Hyperscanning Studie

fNIRS hyperscanning is widely used to detect the neurobiological underpinnings of social interaction. With this technique, researchers qualify the ...

Dit protocol onthult inter-brain synchronie in de collaboratieve dyads in de naturalistische omgeving door de fNIRS hyperscanning techniek. Het belangrijke voordeel van deze techniek is dat het onderzoek mogelijk maakt naar real-time dynamiek van twee of meer op elkaar inwerkende hersenen. Voordat u met het experiment begint, start u het nabij-infraroodspectroscopiesysteem voor het bereiken van een stabiele bedrijfstemperatuur, neemt u vervolgens een elastische badmuts aan om het optode-holder-raster te plaatsen en de NIRS-doppen voor te bereiden zoals beschreven in het tekstmanuscript.Voor een kanaal met onvoldoende signalen gebruikt u de verlichte glasvezelsondes om het haar onder de punt van de sonde naar één kant te verplaatsen. Zodra de bedrijfstemperatuur stabiliseert, zorgt u ervoor dat de triggerontvanger actief is en stelt u de meetmodus in op gebeurtenisgerelateerde meting. Bereid de verlichte glasvezelsonde voor om het haar opzij te schuiven.Instrueer de deelnemers met betrekking tot de details van NIRS-meetmethoden en niet om rechtstreeks in de laserstralen te kijken, omdat de laserstraal schadelijk kan zijn voor de ogen van de deelnemer. Laat de deelnemers face-to-face

inter-brain-synchrony-open-ended-collaborative-learning-an-fnirs

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

Dit protocol wordt beschreven hoe fNIRS hyperscanning experimenten uitvoeren en analyseren van de hersenen-aan-hersenen synchronie. Verder bespreken we uitdagingen en mogelijke oplossingen.

Hyperscanning experimenten met functionele nabij-infrarood spectroscopie

De dynamiek tussen gekoppelde hersenen van individuen wordt in toenemende mate weergegeven door inter-hersensynchronisatie (PDS) wanneer ze met elkaar coördineren, meestal met behulp van gelijktijdig opnemende signalen van hersenen (namelijk hyperscanning) met fNIRS. In fNIRS hyperscanning studies is IBS vaak beoordeeld via de wavelet transform coherence (WTC) methode vanwege het voordeel op het uitbreiden van tijdreeksen in tijd-frequentie ruimte waar oscillaties op een zeer intuïtieve manier...

Hoe inter-brain synchronisatie te berekenen en te valideren in een fNIRS Hyperscanning-studie

Dit protocol beschrijft partiële wavelettransformatiecoherentie (pWTC) voor het berekenen van het tijd-vertraagde patroon van interpersoonlijke neurale synchronisatie (INS) om de richting en het temporele patroon van informatiestroom tijdens sociale interactie af te leiden. De effectiviteit van pWTC bij het verwijderen van de confounds van signaalautocorrelatie op INS werd bewezen door twee experimenten.

Meting van de directionele informatiestroom in fNIRS-Hyperscanning-gegevens met behulp van de Partial Wavelet Transform Coherence Method

Het huidige protocol combineert functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) en videogebaseerde observatie om interpersoonlijke synchronisatie in kwartetten te meten tijdens een gezamenlijke tekentaak.

Groepssynchronisatie tijdens gezamenlijk tekenen met behulp van functionele nabij-infraroodspectroscopie

Wavelet transform coherence (WTC) is een veelgebruikte methodologie voor het beoordelen van de koppeling tussen signalen die wordt gebruikt in hyperscanningstudies met functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS). In dit werk wordt een toolbox gepresenteerd voor het beoordelen van de directionaliteit van de signaalinteractie.

Nieuw raamwerk voor het begrijpen van cross-brain coherentie in functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) hyperscanningstudies

Het protocol heeft tot doel een gedetailleerde beschrijving te geven van de methodologie voor het uitvoeren van een fNIRS-hyperscanningonderzoek in psychologische counseling. Dit omvat de voorbereidingen voor het experiment, de procedure voor het verzamelen van gegevens en het daaropvolgende gegevensanalyseproces.

Functionele nabij-infraroodspectroscopie Hyperscanning-studie in psychologische counseling

MazeSuite is een complete toolset voor het voorbereiden, presenteren en analyseren van navigatie- en ruimtelijke experimenten। Functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIR) is een optische hersenbeeldtechniek waarmee niet-invasieve en draagbare monitoring van veranderingen in de cerebrale bloedoxygenatie mogelijk is. Dit artikel vat het gezamenlijke gebruik van MazeSuite en fNIR samen binnen een cognitief leerparadigma.

Met behulp van MazeSuite en functionele Near Infrared Spectroscopy te Study Leren in Spatial Navigation

Inzicht in de functie van de gewervelde centrale zenuwstelsel heeft opnames van vele neuronen omdat corticale functie ontstaat op het niveau van populaties van neuronen. Hier hebben we een optische methode om suprathreshold neurale activiteit op te nemen met single-cell en single-spike resolutie te beschrijven, dithered random-access scanning. Deze methode neemt somatische fluorescentie calcium signalen van tot 100 neuronen met een hoge temporele resolutie. Een maximum-likelihood-algoritme...

Optische registratie van suprathreshold neurale activiteit met single-cell en single-spike resolutie

We maken gebruik van magneto-en elektro-encefalografie (MEG / EEG), gecombineerd met anatomische informatie gevangen genomen door magnetische resonantie beeldvorming (MRI), om de dynamiek van het corticale netwerk is verbonden met auditieve aandacht kaart te brengen.

Het in kaart brengen Corticale Dynamics Met Gelijktijdige MEG / EEG en Anatomisch beperkt Minimum-norm Schattingen: een auditieve aandacht Voorbeeld

Scherpe micro-elektroden maken nauwkeurige elektrofysiologische karakterisering van fotoreceptor en visuele interneuron-output in levende Drosophila mogelijk. Hier laten we zien hoe je deze methode kunt gebruiken om hoogwaardige spanningsresponsen van individuele cellen op gecontroleerde lichtstimulatie op te nemen. Deze methode is ideaal voor het bestuderen van neurale informatieverwerking in samengestelde ogen van insecten.

Elektrofysiologische Methode voor opname intracellulaire Voltage Reacties van<em&gt; Drosophila</em&gt; Fotoreceptoren en Interneurons naar Light Stimuli<em&gt; In Vivo</em

Leer hoe fNIRS-hyperscanning inter-hersensynchronie meet tijdens open samenwerkend leren. Dit protocol toont real-time dynamiek van twee interactieve hersenen in natuurlijke omgevingen.

Inter-Brain Synchrony in Open-Ended Collaborative Learning: een fNIRS-Hyperscanning Studie

Meer video's verkennen