Artykuł metodologiczny

Przeprowadzanie eksperymentów hiperskaningowych z funkcjonalną spektroskopią w bliskiej podczerwieni

DOI:

10.3791/58807

⸱

19 stycznia 2019

 ,  ,  ,  ,  , 
1Child Neuropsychology Section, Department of Child and Adolescent Psychiatry, Psychosomatics and Psychotherapy, Medical Faculty, RWTH Aachen University, 2JARA-Brain Institute II, Molecular Neuroscience and Neuroimaging, RWTH Aachen & Research Centre Juelich, 3Lehrstuhl II für Mathematik, RWTH Aachen University, 4Translational Brain Research in Psychiatry and Neurology, Department of Child and Adolescent Psychiatry, Psychosomatics, and Psychotherapy, University Hospital Aachen

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Obecny protokół opisuje, jak przeprowadzać eksperymenty hiperskanowania fNIRS i analizować synchronizację mózg-mózg. Ponadto omawiamy wyzwania i możliwe rozwiązania.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Równoczesne nagrania mózgu dwóch lub więcej osób wchodzących w interakcje, podejście określane jako hiperskanowanie, zyskują coraz większe znaczenie dla naszego zrozumienia neurobiologicznych podstaw interakcji społecznych, a być może także relacji międzyludzkich. Funkcjonalna spektroskopia bliskiej podczerwieni (fNIRS) doskonale nadaje się do przeprowadzania eksperymentów hiperskaningowych, ponieważ mierzy lokalne efekty hemodynamiczne z dużą częstotliwością próbkowania i, co ważne, może być stosowana w warunkach naturalnych, nie wymagając ścisłych ograniczeń ruchu. W tym artykule przedstawiamy protokół do przeprowadzania eksperymentów hiperskanowania fNIRS z diadami rodzic-dziecko oraz do analizy synchronizacji mózg-mózg. Ponadto omawiamy kluczowe kwestie i przyszłe kierunki dotyczące projektowania eksperymentów, rejestracji przestrzennej kanałów fNIRS, wpływów fizjologicznych i metod analizy danych. Opisany protokół nie jest specyficzny dla diad rodzic-dziecko, ale może być stosowany do wielu różnych konstelacji diadycznych, takich jak dorośli nieznajomi, romantyczni partnerzy lub rodzeństwo. Podsumowując, hiperskanowanie fNIRS ma potencjał, aby dostarczyć nowych informacji na temat dynamiki trwających interakcji społecznych, które być może wykraczają poza to, co można zbadać, badając aktywność poszczególnych mózgów.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W ostatnich latach neuronaukowcy zaczęli badać interakcje społeczne poprzez rejestrowanie aktywności mózgu dwóch lub więcej osób jednocześnie, podejście to określa się mianem hiperskanowania1. Technika ta otwiera nowe możliwości wyjaśnienia mechanizmów neurobiologicznych leżących u podstaw tych interakcji. Aby w pełni zrozumieć interakcje społeczne, może nie wystarczyć badanie pojedynczych mózgów w izolacji, ale raczej wspólnych działań mózgów osób wchodzących w interakcje2. Wykorzystując różne techniki neuroobrazowania, badania hiperskaningowe wykazały, że aktywność mózgu osób lub grup wchodzących w interakcje synchronizuje się, np. podczas koordynowania swoich działań3, twórz muzykę4, communicate5, angażuj się w zajęcia w klasie6 lub współpracuj7.

Artykuł przedstawia protokół do prowadzenia jednoczesnych zapisów za pomocą funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni (fNIRS). Podobnie jak w przypadku funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI), fNIRS mierzy odpowiedź hemodynamiczną na aktywację mózgu. Zmiany w natlenionej i odtlenionej hemoglobinie (oksy-Hb i deoksy-Hb) są obliczane na podstawie ilości dyfuzyjnie przepuszczanego światła bliskiej podczerwieni przez tissue8. fNIRS doskonale nadaje się do przeprowadzania eksperymentów hiperskaningowych, zwłaszcza u dzieci, ponieważ może być stosowany w mniej ograniczonych i bardziej naturalnych warunkach niż fMRI. Co więcej, jest mniej podatny na artefakty ruchowe niż zarówno fMRI, jak i EEG9. Ponadto, dane fNIRS mogą być pozyskiwane przy wysokich częstotliwościach próbkowania (np. 10 Hz), co oznacza, że znacznie nadpróbkowują stosunkowo powolną odpowiedź hemodynamiczną, a tym samym potencjalnie zapewniają bardziej kompletny obraz czasowy mózgu hemodynamics10.

Ten protokół został opracowany w ramach badań Reindl et al.11 i ostatnio został nieco zmodyfikowany (szczególnie w odniesieniu do rozmieszczenia kanałów i złej identyfikacji kanałów). Celem pracy było zbadanie zsynchronizowanej aktywności mózgu diad rodzic-dziecko. Korzystając z hiperskanowania fNIRS, oceniliśmy synchronizację mózg-mózg w przedczołowych obszarach mózgu dzieci (w wieku od pięciu do dziewięciu lat) i ich rodziców, głównie matek, podczas wspólnego i konkurencyjnego zadania komputerowego. Obszary mózgu przedczołowego zostały wybrane jako ważne regiony dla procesów interakcji społecznych w poprzednich badaniach hiperskanowania1. Zadanie kooperacyjne i konkurencyjne zostały pierwotnie opracowane przez Cui i wsp.12 i ostatnio zatrudniony w kilku poprzednich studiach13,14,15. Do badania Reindl i wsp.11, zadania zostały zmodyfikowane tak, aby były odpowiednie dla dzieci. Uczestnicy zostali poinstruowani, aby albo reagować wspólnie poprzez naciśnięcia przycisków w odpowiedzi na cel (współpraca), albo reagować szybciej niż drugi gracz (rywalizacja). Każde dziecko wykonywało każde zadanie raz z rodzicem i raz z dorosłym nieznajomym tej samej płci co rodzic. W obrębie każdej diady dziecko-dorosły koherencja falkowa została obliczona dla sygnałów oxy-Hb odpowiednich kanałów jako miara synchronizacji mózg-mózg.

Ten protokół opisuje procedury zbierania danych hiperskanowania fNIRS rodzica i dziecka podczas gry kooperacyjnej i konkurencyjnej. Ogólna procedura nie jest jednak specyficzna dla tego projektu badawczego, ale jest odpowiednia dla różnych populacji (np. dorosłych nieznajomych, romantycznych partnerów, rodzeństwa itp.) i może być dostosowana do wielu różnych zadań eksperymentalnych. Protokół ten przedstawia również jedną z możliwych procedur analitycznych, która obejmuje niezbędne i opcjonalne etapy analizy danych, w tym wstępne przetwarzanie danych fNIRS, wykrywanie uszkodzonych kanałów, analizę spójności falek i walidację za pomocą analizy par losowych.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Przed uczestnictwem, wszyscy rodzice / dzieci wyrazili świadomą zgodę / zgodę. Badanie zostało zatwierdzone przez komisję bioetyczną Wydziału Medycznego Uniwersytetu RWTH w Akwizgranie.

1. Przygotowanie przed przybyciem uczestnika

  1. Przygotuj nakrętki NIRS.
    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 surowych czepków EEG (patrz Tabela Materiałów). Upewnij się, że otwory są oddalone od siebie o 30 mm w dowolnym kierunku, że środkowa kolumna otworów znajduje się na środku czoła, tj. 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 (patrz Tabela materiałów) do każdej ze zmodyfikowanych nasadek EEG w taki sposób, aby sama siatka uchwytu była umieszczona po wewnętrznej stronie nasadki, a gniazda uchwytu tkwiły w otworach.
      UWAGA: System pomiarowy NIRS (patrz Tabela materiałów) składa się z dwóch oddzielnych zestawów sond, należy użyć 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 rozmieszczenie sond dwóch nasadek odpowiada układom w oknie zestawu sondy (tj. 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 wersją zaadaptowaną przez paradygmat opracowany przez Cui i wsp.12, zaprogramowany w niekomercyjnych rozszerzeniach Psychophysics Toolbox, wersja 3.0.1116.
    3. Przygotuj paradygmat eksperymentalny, uruchamiając techniczne oprogramowanie obliczeniowe (patrz Spis materiałów), 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. Przybycie 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. Umieść przód nasadki, w tym siatkę sondy, najpierw 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 (np. zmodyfikowanego statywu mikrofonowego lub podobnego) 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 (tj. jeśli jest oznaczony na żółto), delikatnie odłóż na bok włosy pod otaczającą końcówką sondy. W razie potrzeby wepchnij sondy głębiej w ich gniazda, ale zadbaj o komfort uczestnika. Sprawdź, czy jakość sygnału uległa poprawie (tj. 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 (tj. jeśli kanał jest zaznaczony na czerwono), zmień intensywność sygnału na niską intensywność sygnału, kilkakrotnie klikając symbol odpowiedniej sondy w oknie monitora zestawu sondy systemu pomiarowego NIRS. Jeśli nie ma wystarczającej ilości sygnału (tj. jeśli kanał jest zaznaczony na żółto), zmień intensywność sygnału na wysoką intensywność sygnału, ponownie klikając symbol odpowiedniej sondy.
  2. Uruchamianie eksperymentu
    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.

3. Analiza danych

  1. Wstępne przetwarzanie danych
    Uwaga: Dostępnych jest kilka niekomercyjnych pakietów oprogramowania do analizy danych fNIRS, np. HomER17, NIRS Brain AnalyzIR18 lub SPM dla fNIRS19. Ten ostatni został wykorzystany do następujących etapów przetwarzania wstępnego. Aby uzyskać więcej informacji na temat wykonywania tych czynności, zapoznaj się z instrukcją obsługi zestawu narzędzi.
    1. Przekonwertuj pliki danych na format SPM dla fNIRS.
    2. Oblicz zmiany stężenia oksy-Hb i deoksy-Hb za pomocą zmodyfikowanego prawa Beera-Lamberta, naciskając przycisk Konwertuj w oknie głównym. Wprowadź wiek osoby badanej i odległość między źródłem a detektorem (np. 3 cm). Należy przyjąć wartości domyślne dla molowych współczynników absorpcji tlenu-Hb i deoksy-Hb przy długości fali (λ) 1 i λ 2, a także wartości domyślne dla współczynnika różnicowej długości drogi (DPF) dla λ 1 i λ 2.
    3. Wstępnie przetwórz szereg czasowy zmian hemodynamicznych w celu zmniejszenia artefaktów ruchu, wybierając przycisk MARA (aby uzyskać więcej informacji na temat algorytmu MARA, zobacz Scholkman i wsp.20).
    4. Wstępnie przetwórz szeregi czasowe, aby zmniejszyć powolne dryfty, wybierając przycisk DCT.
  2. Wykrywanie złych kanałów
    Uwaga: Wykrywanie uszkodzonych kanałów można przeprowadzić przed i/lub po wstępnym przetwarzaniu danych fNIRS. W tym protokole połączono różne obiektywne kryteria wykrywania uszkodzonych kanałów i kontroli wizualnej. Należy pamiętać, że proponowana lista obiektywnych kryteriów nie jest wyczerpująca. Do wykrywania złych kanałów używano samodzielnie napisanych skryptów (techniczne oprogramowanie obliczeniowe znajduje się w Tabeli Materiałów).
    1. Wyklucz kanały, w których nie ma zmiany sygnału dla kilku próbek ciągłych, co jest oznaczone płaską linią podczas wykreślania szeregów czasowych.
    2. Obliczyć współczynnik zmienności CV = SD/średnia*100 dla nieprzetworzonych danych dotyczących tłumienia. Wyklucz kanały, w których CV przekracza określony procent (np. 10%; patrz np. van der Kant i wsp.21).
    3. Wykreśl widmo mocy sygnału. Jeżeli w widmie sygnału około 1 Hz nie jest widoczne bicie serca, na co wskazuje zwiększona moc w tym paśmie częstotliwości, należy wykluczyć kanał z analizy.
    4. Sprawdź wzrokowo wszystkie dane przed i/lub po wstępnym przetworzeniu. Decyzję o włączeniu kanału należy podjąć w oparciu o obiektywne kryteria opisane w punktach 3.2.1 – 3.2.3, a także subiektywne wizualne wykrywanie kanałów zaszumionych.
  3. Łączność mózg-mózg
    Uwaga: Można wyróżnić dwa różne typy oszacowań połączeń mózgowych: oszacowania nieukierunkowane, które określają ilościowo siłę połączenia, oraz oszacowania ukierunkowane, które mają na celu ustalenie dowodów statystycznych na związek przyczynowy na podstawie data22. W tym przypadku skupiono się na koherencji transformacji falkowej (WTC), szeroko stosowanym nieukierunkowanym oszacowaniu połączeń mózg-mózg fNIRS. Dostępnych jest kilka niekomercyjnych rozwiązań programowych do obliczania WTC, np. jedno autorstwa Grinsteda i współpracowników23 lub ASToolbox24, które zostało użyte w tym protokole do wykonania następujących kroków.
    1. W funkcji AWCO ASToolbox określ falkę macierzystą (np. Uogólniona falka Morse'a z jej parametrami beta i gamma), która jest używana do przekształcania każdego szeregu czasowego w dziedzinę czasu i częstotliwości przez ciągłą transformację falkową.
    2. Określ typ okna wygładzania (np. okno Hanninga) i rozmiar okna wygładzania dla dziedziny czasu i skali w funkcji AWCO.
    3. Aby zbadać znaczenie współczynników WTC i obliczyć ich wartości p, należy określić liczbę zastępczych szeregów czasowych (n ≥ 300) oraz model ARMA (np. AR (1)) w funkcji AWCO.
    4. Korzystając z parametrów określonych w krokach 3.3.1 do 3.3.3, obliczyć spójność falkową dwóch odpowiadających sobie kanałów (ten sam kanał u dwóch uczestników).
    5. Wybierz pasmo częstotliwości będące przedmiotem zainteresowania, w którym oczekuje się, że nastąpi synchronizacja mózg-mózg związana z zadaniem, na podstawie wcześniejszych badań i wizualnej kontroli danych (dla alternatywnego podejścia zobacz Nozawa et al. 25).
    6. Obliczyć średnią współczynników WTC i/lub procent znaczących współczynników WTC w paśmie częstotliwości związanym z zadaniem dla każdego bloku zadań w każdym kanale i dla każdej diady. Użyj tej wartości jako miary wyniku synchronizacji mózg-mózg do dalszej analizy statystycznej (aby uzyskać więcej informacji, zobacz Reindl i wsp.11).
  4. Porównanie z losowymi parami
    Uwaga: Aby potwierdzić wyniki, zalecamy porównanie WTC rzeczywistych diad z WTC losowych par dorosły-dziecko, które nie bawiły się ze sobą, ale wykonywały to samo zadanie eksperymentalne.
    1. Oblicz WTC, jak opisano w ppkt 3.3, dla par uczestników, którzy nie grali razem, ale wykonali to samo zadanie eksperymentalne (tj. pary losowe). Wybierz liczbę losowych par (np. 300 dla każdego warunku) i oblicz WTC dla każdej losowej pary.
    2. Porównaj spójność par losowych i rzeczywistych, aby uniknąć wykrycia fałszywej synchronizacji.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Reprezentatywne dane jednej diady rodzic-dziecko podczas warunków współpracy są pokazane w Rysunek 1. Zadanie kooperacyjne składa się z trzech 30-sekundowych bloków odpoczynku i dwóch bloków zadaniowych, z których każdy składa się z 20 prób, prezentowanych w naprzemiennej kolejności. W każdej próbie uczestnicy muszą zareagować tak równocześnie, jak to możliwe, na sygnał, aby zdobyć punkt11.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W tym protokole pokazujemy, jak przeprowadzać eksperymenty hiperskanowania fNIRS i jeden z możliwych sposobów analizy synchronizacji mózg-mózg, mierząc zmiany stężenia oksy-Hb i deoksy-Hb w czołowych obszarach mózgu dwóch osób jednocześnie. Hiperskanowanie FNIRS jest stosunkowo łatwe do zastosowania: pojedyncze urządzenie NIRS wystarcza do pomiaru aktywności mózgu obu osób poprzez rozdzielenie optodów między nimi. W związku z tym nie jest konieczna synchronizacja między różnymi urządzeniami1. Co w...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca została sfinansowana przez Inicjatywę Doskonałości niemieckiego kraju związkowego i rządów (ERS Seed Fund, OPSF449). System Hitachi NIRS został dofinansowany przez Niemiecką Fundację Badawczą DFG (INST 948/18-1 FUGG).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
System pomiarowy NIRS z zestawami sond i siatkami uchwytów sondHitachi Medical Corporation, Tokio, JaponiaOptyczny system topograficzny ETG-4000 Obecny protokół badania wymaga opcjonalnego zestawu drugiej sondy dla osoby dorosłej dla łącznie 52 kanałów pomiaru, a także dwóch siatek uchwytów sondy 3x5.
surowe czepki EEGEASYCAP GmbH, Herrsching, NiemcyC-SCMS-56; Nakładki C-SCMS-58muszą być wyposażone przez eksperymentatora w otwory na sondy NIRS. Wybierz rozmiar czapki tego samego rozmiaru lub nieco większy niż obwód głowy uczestnika.
Techniczne oprogramowanie obliczenioweThe MathWorks, Inc., Natick, MAMATLAB R2014a (lub nowsze wersje)Służy jako podstawa dla rozszerzeń Psychophysics Toolbox (prezentacja bodźców), SPM dla fNIRS toolbox  (analiza danych fNIRS) oraz ASToolbox (obliczenia WTC).

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Babiloni, F., Astolfi, L. Social neuroscience and hyperscanning techniques: past, present and future. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 44, 76-93 (2014).
  2. Hari, R., Henriksson, L., Malinen, S., Parkkonen, L. Centrality of social interaction in human brain function. Neuron. 88 (1), 181-193 (2015).
  3. Funane, T., et al. Synchronous activity of two people's prefrontal cortices during a cooperative task measured by simultaneous near-infrared spectroscopy. Journal of Biomedical Optics. 16 (7), 077011(2011).
  4. Lindenberger, U., Li, S. -C., Gruber, W., Müller, V. Brains swinging in concert: cortical phase synchronization while playing guitar. BMC Neuroscience. 10, 22(2009).
  5. Jiang, J., et al. Neural synchronization during face-to-face communication. Journal of Neuroscience. 32 (45), 16064-16069 (2012).
  6. Dikker, S., et al. Brain-to-brain synchrony tracks real-world dynamic group interactions in the classroom. Current Biology. 27 (9), 1375-1380 (2017).
  7. Liu, N., et al. NIRS-based hyperscanning reveals inter-brain neural synchronization during cooperative Jenga game with face-to-face communication. Frontiers in Human Neuroscience. 10, 82(2016).
  8. Hoshi, Y. Functional near-infrared spectroscopy: current status and future prospects. Journal of Biomedical Optics. 12 (6), 062106(2007).
  9. Lloyd-Fox, S., Blasi, A., Elwell, C. Illuminating the developing brain: the past, present and future of functional near infrared spectroscopy. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 34 (3), 269-284 (2010).
  10. Huppert, T. J., Hoge, R. D., Diamond, S. G., Franceschini, M. A., Boas, D. A. A temporal comparison of BOLD, ASL, and NIRS hemodynamic responses to motor stimuli in adult humans. NeuroImage. 29 (2), 368-382 (2006).
  11. Reindl, V., Gerloff, C., Scharke, W., Konrad, K. Brain-to-brain synchrony in parent-child dyads and the relationship with emotion regulation revealed by fNIRS-based hyperscanning. NeuroImage. 178, 493-502 (2018).
  12. Cui, X., Bryant, D. M., Reiss, A. L. NIRS-based hyperscanning reveals increased interpersonal coherence in superior frontal cortex during cooperation. NeuroImage. 59 (3), 2430-2437 (2012).
  13. Baker, J. M., et al. Sex differences in neural and behavioral signatures of cooperation revealed by fNIRS hyperscanning. Scientific Reports. 6, 26492(2016).
  14. Cheng, X., Li, X., Hu, Y. Synchronous brain activity during cooperative exchange depends on gender of partner: a fNIRS-based hyperscanning study. Human Brain Mapping. 36 (6), 2039-2048 (2015).
  15. Pan, Y., Cheng, X., Zhang, Z., Li, X., Hu, Y. Cooperation in lovers: an fNIRS-based hyperscanning study. Human Brain Mapping. 38 (2), 831-841 (2017).
  16. Kleiner, M., Brainard, D., Pelli, D. What's new in Psychtoolbox-3? Perception. 36, ECVP Abstract Supplement (2007).
  17. Huppert, T. J., Diamond, S. G., Franceschini, M. A., Boas, D. A. HomER: a review of time-series analysis methods for near-infrared spectroscopy of the brain. Applied Optics. 48 (10), D280-D298 (2009).
  18. Santosa, H., Zhai, X., Fishburn, F., Huppert, T. The NIRS Brain AnalyzIR Toolbox. Algorithms. 11 (5), 73(2018).
  19. Tak, S., Uga, M., Flandin, G., Dan, I., Penny, W. D. Sensor space group analysis for fNIRS data. Journal of Neuroscience Methods. 264, 103-112 (2016).
  20. Scholkmann, F., Spichtig, S., Muehlemann, T., Wolf, M. How to detect and reduce movement artifacts in near-infrared imaging using moving standard deviation and spline interpolation. Physiological Measurement. 31 (5), 649-662 (2010).
  21. van der Kant, A., Biro, S., Levelt, C., Huijbregts, S. Negative affect is related to reduced differential neural responses to social and non-social stimuli in 5-to-8-month-old infants: a functional near-infrared spectroscopy-study. Developmental Cognitive Neuroscience. 30, 23-30 (2018).
  22. Bastos, A. M., Schoffelen, J. -M. A tutorial review of functional connectivity analysis methods and their interpretational pitfalls. Frontiers in Systems Neuroscience. 9, 175(2016).
  23. Grinsted, A., Moore, J. C., Jevrejeva, S. Application of the cross wavelet transform and wavelet coherence to geophysical time series. Nonlinear Processes in Geophysics. 11, 561-566 (2004).
  24. Aguiar-Conraria, L., Soares, M. J. The continuous wavelet transform: moving beyond uni-and bivariate analysis. Journal of Economic Surveys. 28 (2), 344-375 (2014).
  25. Nozawa, T., Sasaki, Y., Sakaki, K., Yokoyama, R., Kawashima, R. Interpersonal frontopolar neural synchronization in group communication: an exploration toward fNIRS hyperscanning of natural interactions. NeuroImage. 133, 484-497 (2016).
  26. Burgess, A. P. On the interpretation of synchronization in EEG hyperscanning studies: a cautionary note. Frontiers in Human Neuroscience. 7, 881(2013).
  27. Tsuzuki, D., Dan, I. Spatial registration for functional near-infrared spectroscopy: from channel position on the scalp to cortical location in individual and group analyses. NeuroImage. 85, 92-103 (2014).
  28. Tachtsidis, I., Scholkmann, F. False positives and false negatives in functional near-infrared spectroscopy: issues, challenges, and the way forward. Neurophotonics. 3 (3), 031405(2016).
  29. Palumbo, R. V., et al. Interpersonal autonomic physiology: a systematic review of the literature. Personality and Social Psychology Review. 21 (2), 99-141 (2016).
  30. Pinti, P., et al. The present and future use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for cognitive neuroscience. Annals of the New York Academy of Sciences. , (2018).
  31. Brigadoi, S., et al. Motion artifacts in functional near-infrared spectroscopy: a comparison of motion correction techniques applied to real cognitive data. NeuroImage. 85 (1), 181-191 (2014).
  32. Cooper, R. J., et al. A systematic comparison of motion artifact correction techniques for functional near-infrared spectroscopy. Frontiers in Neuroscience. 6, 147(2012).
  33. Hirsch, J., Zhang, X., Noah, J. A., Ono, Y. Frontal temporal and parietal systems synchronize within and across brains during live eye-to-eye contact. NeuroImage. 157, 314-330 (2017).
  34. Scholkmann, F., Holper, L., Wolf, U., Wolf, M. A new methodical approach in neuroscience: assessing inter-personal brain coupling using functional near-infrared imaging (fNIRI) hyperscanning. Frontiers in Human Neuroscience. 7, 813(2013).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Synchronizacja m zg m zganaliza koherencji falkowejdiady rodzic dzieckomodyfikacja czepka EEGrozmieszczenie elektrodocena jako ci sygna uplanowanie eksperymentumetody analizy danych

Powiązane artykuły