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

Hyperscanning is een veelbelovende methode om de relatie tussen individuen te beschrijven en die in deze studie neurale synchronisatie tussen individuen vindt. En de belangrijkste vraag is om te identificeren wie synchroniseert met wie. En de methode die we hier voorstellen, is om de richting van de informatiestroom tussen individuen te identificeren.

In vergelijking met andere methoden is het belangrijkste voordeel van deze methode het verwijderen van de verschillende verstorende factoren uit de neurale synchronisatie. Bijvoorbeeld de autocorrelatie in elk signaal. En ondertussen kunnen we de hoge ruimtelijke anatomische resolutie van elk signaal behouden.

Start de voorbewerking van gegevens door de hemoglobineconcentratie verandert gegevensbestanden van de apparatuur te exporteren en de bestanden naar matlab leesbaar formaat te verzenden. Verwijder vervolgens de eerste en laatste 15 seconden van de gegevens voor elke sessie om voorbijgaande reacties te voorkomen en gebruik de ingebouwde MATLAB-decimeerfunctie om de gegevens te downsamplen van 55,6 hertz naar 11,1 hertz. Als u bewegingsartefacten wilt corrigeren, past u de filtermethode discrete wavelettransformatie toe met de juiste filterfunctie.

Gebruik de ingebouwde PCA-functie om globale fysiologische ruis te verwijderen. Verwijder vervolgens de bovenste 80% van de variantie uit de signalen. Na het verwijderen van de eerste twee seconden gegevens van vrouwen en de laatste twee seconden van gegevens van mannen, berekent u de door vrouwen geleide ins WTC-waarde met twee seconden achterstand met de vergelijking.

Evenzo, na het verwijderen van de eerste twee seconden aan gegevens van mannen en de laatste twee seconden aan gegevens van vrouwen, berekent u de door mannen geleide ins WTC-waarde met twee seconden achterstand. Herhaal de procedure met verschillende tijdsvertraging, N, zoals N gelijk is aan vier of zes of acht seconden, over de potentiële 676 CH-paren en bereken de sterkte van vrouwen en mannen-geleide tijd-vertraagde INS WTC met de vergelijking zoals eerder beschreven. Bereken INS pWTC met pWTC op dezelfde manier met behulp van de vergelijking.

Genereer de tijdsreeksen van de fNIRS-signalen tussen mannen en vrouwen en bereken de waarden van het WTC met vertraging op verschillende tijdsvertragingen. Genereer autocorrele tijdreeksen van fNIRS-signalen van mannen door de eerste twee seconden en de laatste twee seconden van de gegevens van de mannen te verwijderen. Bereken vervolgens de autocorrelatieve waarde van twee seconden voor mannen.

Evalueer vervolgens de autocorrele WTC-waarden op verschillende tijdsvertragingen. Maak op dezelfde manier een tijdsgelijnde tijdreeks van de fNIRS-signalen door de eerste twee seconden gegevens van de mannen en de vrouwen te verwijderen. Bereken vervolgens het twee seconden tijd-uitgelijnde WTC.

Evalueer vervolgens de op de tijd afgestemde WTC-waarden op verschillende tijdsvertraging. Voer de tijd uitgelijnde WTC- , tijd-vertraagde WTC- en autocorrelatieve WTC-waarden op verschillende tijdstippen in de vergelijkingen van pWTC in, waardoor INS pWTC wordt gegenereerd. Verwijder in de fNIRS-gegevensverwerking op het tweede niveau fysiologische ruis en frequentiebanden van elk signaal boven 0,7 hertz.

Verwijder vervolgens de frequentiebanden van elk signaal onder 0,01 hertz en binnen 0,15 tot 0,3 hertz om zeer lage frequentieschommelingen weg te filteren. Transformeer INS met Fisher Z-transformatie en vervolgens gemiddelde INS op de temporele dimensie. Voor de gemiddelde INS bij elke vertraging voert u een gepaarde t-test met twee monsters uit op elk CH-paar over het frequentiebereik.

Identificeer vervolgens alle belangrijke frequentieclusters. Wijs dyadische relaties opnieuw toe door de deelnemers willekeurig toe te wijzen aan nieuwe, twee ledenparen, zoals de deelnemers van een diad die nooit met elkaar hadden gecommuniceerd. Voer een clustergebaseerde permutatietest uit om een drempelwaarde voor de resultaten vast te stellen.

Bereken de INS in elke tijdsvertraging opnieuw. Voer gepaarde t-tests uit in het nieuwe monster en identificeer significante frequentieclusters. Selecteer vervolgens het cluster met de grootste opgetelde T-waarde voordat u de procedures 1.000 keer herhaalt om een nulverdeling van de maximale fout-positieve T-waarden te genereren.

Vergelijk de opgetelde T-waarde van elk geïdentificeerd frequentiecluster in de oorspronkelijke steekproef met de nulverdeling om significante statistische resultaten te verkrijgen. In het onderzoek is een simulatieanalyse uitgevoerd. De representatieve analyse illustreert dat het in de tijd vertraagde INS WTC met autocorrelatie significant hoger was dan het in de tijd vertraagde INS WTC zonder autocorrelatie en in de tijd vertraagde INS pWTC.

Bovendien was er geen significant verschil tussen het in de tijd vertraagde INS WTC zonder autocorrelatie en INS pWTC, wat wijst op de efficiëntie van pWTC bij het verwijderen van de impact van het autocorrelatie-effect op INS. Een marginaal significant contexteffect werd waargenomen binnen 0,4 tot 0,6 hertz, dat van mannen vier seconden achterbleef bij dat van vrouwen. Daarentegen werd voor INS pWTC alleen een significant contexteffect binnen 0,4 tot 0,6 hertz waargenomen wanneer de sensor- en motorische cortexactiviteit van mannen vier seconden achterbleef bij die van vrouwen.

De directionele INS van vrouwen naar mannen was significant hoger in de conflictcontexten dan in de ondersteunende contexten. De resultaten van INS pWTC werden gevalideerd met de Granger causaliteitsmethode. De resultaten toonden aan dat INS GC een vergelijkbaar patroon vertoonde als INS pWTC.

De directionele INS berekend door de Granger causaliteitsanalyse van vrouwen naar mannen was significant hoger in de conflictcontexten dan in de ondersteunende contexten. Na het berekenen van de neurale synchronisatie met behulp van deze methode, is het ook mogelijk om veel andere methoden uit te voeren. We kunnen bijvoorbeeld deze directionele informatiestroom vergelijken tussen verschillende sociale verbindingscontexten en de sociale verbinding in verschillende sociale relaties.

En ook is het mogelijk om de bijdrage van verschillende communicatiegedragingen aan de neurale synchronisatie te begrijpen. Of het bijvoorbeeld verbale communicatie of non-verbale communicatie is, spelen een belangrijkere rol in de neurale synchronisatie.