Funkcjonalna spektroskopia bliskiej podczerwieni do rejestrowania aktywności mózgu podczas interakcji społecznych

Streszczenie

Źródło: Reindl, V., et al. Przeprowadzanie eksperymentów hiperskaningowych z funkcjonalną spektroskopią w bliskiej podczerwieni. J. Vis. Exp. (2019)

Ten film pokazuje zastosowanie funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni (fNIRS) do pomiaru aktywności mózgu podczas interakcji społecznych. Uczestnicy angażują się w skoordynowane zadanie, które zwiększa aktywność w korze przedczołowej, regionie krytycznym dla zachowań społecznych, podczas gdy system wykrywa zmiany w absorpcji światła spowodowane natlenieniem krwi. Analizując synchronizację aktywności mózgu między uczestnikami, badanie ocenia dynamikę neuronalną leżącą u podstaw interakcji społecznych.

Protokół

Wszystkie procedury z udziałem ludzi zostały przeprowadzone zgodnie z instytucjonalnymi, krajowymi i międzynarodowymi wytycznymi dotyczącymi dobrostanu ludzi i zostały zweryfikowane przez lokalną instytucjonalną komisję rewizyjną.

1. Przygotowanie przed przyjazdem uczestnika

1. Przygotuj czapki z daszkiem.
   1. Wybierz rozmiary czapek tego samego rozmiaru lub nieco większe niż obwód głowy uczestnika.
   2. Wytnij 15 otworów o średnicy około 15 mm każdy, ułożonych w poziomą siatkę 3x5, w obszarze czoła każdej z 2 nasadek na surowy elektroencefalogram (EEG). Upewnij się, że otwory są oddalone od siebie o 30 mm w dowolnym kierunku, że środkowa kolumna otworów znajduje się na środku czoła, i.e., nad nosem, a dolny rząd znajduje się nad brwiami.
   3. Aby nasadki były wygodniejsze i zminimalizować ślady nacisku, przymocuj miękki materiał piankowy (np. samoprzylepną taśmę uszczelniającą do okien lub podobny płaski materiał z gumy piankowej) po wewnętrznej stronie siatki uchwytu między gniazdami sondy i na krawędziach. W razie potrzeby użyj dwustronnej taśmy klejącej lub nici do szycia.
   4. Zamontuj pustą siatkę uchwytu sondy 3x5 do każdej ze zmodyfikowanych nasadek EEG tak, aby sama siatka uchwytu była umieszczona po wewnętrznej stronie nasadki, a gniazda uchwytu tkwiły w otworach.
      Uwaga: System pomiarowy NIRS ma dwa oddzielne zestawy sond, użyj jednego zestawu sond dla każdego uczestnika.
   5. Delikatnie włóż sondy do odpowiednich gniazd uchwytów na siatkach, tak aby tylko pierwszy grzbiet każdej sondy był zamontowany w gnieździe, co powoduje jeden dźwięk kliknięcia.
   6. Otwórz okno monitora zestawu sond w systemie pomiarowym NIRS i wybierz 2 zestawy sond ułożone w siatkę 3x5 każdy, jeden dla uczestniczącego dziecka i jeden dla osoby dorosłej. Upewnij się, że układy sond dwóch nasadek odpowiadają układom w oknie zestawu sond (i.e., w tym samym miejscu odpowiednich numerów sondy emitera i odbiornika).
2. Przygotuj eksperyment.
   1. Uruchom system pomiarowy NIRS z włączonymi diodami laserowymi na 30 minut przed pomiarem, tak aby system osiągnął stabilną temperaturę pracy.
   2. Ustaw wszystkie niezbędne opcje w systemie pomiarowym NIRS. Upewnij się, że urządzenie jest ustawione na pomiar związany ze zdarzeniami i że wejście szeregowe RS232, niezbędne do odbierania wyzwalaczy z paradygmatu eksperymentalnego, jest aktywne.
      Uwaga: Eksperyment jest adaptacją paradygmatu opracowanego przez Cui et al., zaprogramowany w niekomercyjnych rozszerzeniach Psychophysics Toolbox, wersja 3.0.11.
   3. Przygotuj paradygmat eksperymentalny, uruchamiając techniczne oprogramowanie obliczeniowe, które służy jako podstawa dla rozszerzeń Psychophysics Toolbox i ustawiając bieżący katalog na folder, w którym paradygmat jest zapisany.
   4. Umieść dwa podbródki przed ekranem komputera, aby zapobiec ruchom głowy podczas eksperymentu.

2. Przyjazd uczestnika do laboratorium

1. Przygotuj uczestników.
   1. Pokaż i wyjaśnij uczestnikom konfigurację eksperymentalną, w tym system pomiarowy NIRS. Zawsze upewnij się, że uczestnicy nie patrzą bezpośrednio w wiązkę laserową systemu pomiarowego NIRS, ponieważ może to być szkodliwe dla oka.
   2. Posadź uczestników obok siebie przed ekranem komputera. Dostosuj wysokość podbródka tak, aby obaj uczestnicy wygodnie siedzieli.
   3. Instruuj uczestników i przeprowadzaj próby próbne zarówno w grze kooperacyjnej, jak i konkurencyjnej. W razie potrzeby udziel dodatkowych instrukcji podczas prób praktycznych.
   4. Zmierz i zaznacz punkt Fpz zgodnie z systemem 10-20, który wynosi 10% odległości między nasionami a inionami, na głowie każdego uczestnika.
   5. Ostrożnie umieść nasadki z sondami na głowach uczestników, przy wyłączonym laserze. Najpierw umieść przód nasadki, w tym siatkę sondy, na czole uczestnika, a następnie pociągnij tył nasadki w kierunku szyi. Upewnij się, że środkowa sonda dolnego rzędu jest umieszczona na Fpz, a środkowa kolumna sondy jest wyrównana wzdłuż strzałkowej krzywej odniesienia.
   6. Umieść sznurki światłowodowe na ramieniu uchwytu przymocowanym do systemu pomiarowego NIRS tak, aby zwisały luźno bez kontaktu z uczestnikiem lub krzesłem i nie ciągnęły za nasadki. W razie potrzeby użyj dodatkowego uchwytu (e.g., zmodyfikowany statyw mikrofonowy lub podobny) dla drugiego uczestnika.
   7. Wsuń każdą sondę głębiej do gniazda, aż mały biały nos pośrodku górnej części obudowy sondy będzie widoczny.
      Uwaga: Nos jest popychany do góry przez mechanizm sprężyny śrubowej, gdy tylko końcówka sondy dotknie skóry głowy uczestnika.
   8. Ponownie włącz laser i przetestuj jakość sygnału, klikając przycisk Auto Gain w oknie monitora zestawu sondy systemu pomiarowego NIRS.
   9. Jeśli kanał nie ma wystarczającego sygnału (i.e., jeśli jest oznaczony na żółto), delikatnie odłóż włosy pod otaczającą końcówką sondy na bok. W razie potrzeby wepchnij sondy głębiej w ich gniazda, ale zadbaj o komfort uczestnika. Sprawdź, czy jakość sygnału uległa poprawie (i.e., kanał jest teraz zaznaczony na zielono), klikając ponownie przycisk Auto Gain.
   10. Jeśli krok 2.1.9. nie prowadzi do poprawy sygnału, dostosuj intensywność sygnału. Jeśli sygnału jest za dużo (i.e., jeśli kanał jest zaznaczony na czerwono), zmień intensywność sygnału na niską intensywność, klikając kilkakrotnie symbol odpowiedniej sondy w oknie monitora zestawu sond systemu pomiarowego NIRS. Jeśli nie ma wystarczającej ilości sygnału (i.e., jeśli kanał jest oznaczony na żółto), zmień intensywność sygnału na wysoką intensywność sygnału, ponownie klikając kilkakrotnie na symbol odpowiedniej sondy.
2. Uruchom eksperyment
   1. Gdy po próbach praktycznych nie ma żadnych pytań i zapewniona jest dobra jakość sygnału, rozpocznij paradygmat eksperymentalny.
   2. Połóż ręcznik na rękach uczestników, aby nie widzieli ruchów rąk swojego partnera do gry.
   3. Po eksperymencie zapisz dane i wyeksportuj surowe dane o natężeniu światła jako plik tekstowy, klikając przycisk Wyjście pliku tekstowego. Nie należy stosować żadnych filtrów w systemie pomiarowym NIRS.
   4. Oczyść wszystkie niezbędne materiały (sondy, uchwyty sondy, podbródek) etanolem. Umyj nakrętki w delikatnym cyklu łagodnym detergentem.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
System pomiarowy NIRS z zestawami sond i siatkami uchwytów sondy	Hitachi Medical Corporation, Tokio, Japonia	ETG-4000 Optyczny system topograficzny	Obecny protokół badania wymaga opcjonalnego zestawu drugiej sondy dla osoby dorosłej dla łącznie 52 kanałów pomiaru, a także dwóch siatek uchwytów sondy 3x5.
surowych czapek EEG	EASYCAP GmbH, Herrsching, Niemcy	C-SCMS-56; C-SCMS-58	Kapturki muszą być wyposażone przez eksperymentatora w otwory na sondy NIRS. Wybierz rozmiar czapki tego samego rozmiaru lub nieco większy niż obwód głowy uczestnika.
Techniczne oprogramowanie obliczeniowe	The MathWorks, Inc., Natick, MA	MATLAB R2014a (lub nowsze wersje)	Służy jako podstawa dla rozszerzeń Psychophysics Toolbox (prezentacja bodźców), SPM dla fNIRS toolbox (analiza danych fNIRS) i ASToolbox (obliczenia WTC).