Method Article

Nowe ramy zrozumienia koherencji międzymózgowej w badaniach hiperskanowania funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni (fNIRS)

DOI:

10.3791/65347

⸱

October 6th, 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1The Department of Behavioral Sciences and Psychology, Ariel University, 2Braude College of Engineering, 3Department of Psychology and Behavioral Sciences, Zhejiang University, 4Department of Psychology, Florida Atlantic University

In This Article

Summary

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

Koherencja transformacji falkowej (WTC) to powszechna metodologia oceny sprzężenia między sygnałami, która jest używana w badaniach hiperskanowania funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni (fNIRS). W niniejszej pracy przedstawiono zestaw narzędzi do oceny kierunkowości interakcji sygnału.

Abstract

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

Pomimo rosnącej liczby badań hiperskanowania funkcjonalnej spektroskopii bliskiej podczerwieni (fNIRS), ocena sprzężenia między dwoma sygnałami neuronowymi za pomocą koherencji transformacji falkowej (WTC) wydaje się ignorować kierunkowość oddziaływania. W tej dziedzinie brakuje obecnie ramy, która pozwoliłaby naukowcom określić, czy wysoka wartość koherencji uzyskana za pomocą funkcji WTC odzwierciedla synchronizację w fazie (tj. aktywację neuronalną obserwuje się w obu członkach diady w tym samym czasie), synchronizację opóźnioną (tj. aktywację neuronalną obserwuje się w jednym elemencie diady przed drugim członkiem), lub synchronizacja antyfazowa (tj. aktywacja neuronalna jest zwiększona w jednym członku diady i zmniejszona w drugim). Aby odpowiedzieć na tę potrzebę, w niniejszej pracy zaproponowano uzupełniające i bardziej czułe podejście do analizy koherencji fazowej dwóch sygnałów neuronowych. Zestaw narzędzi umożliwia badaczom oszacowanie kierunkowości sprzężenia poprzez klasyfikację wartości kąta fazowego uzyskanych przy użyciu tradycyjnego WTC na synchronizację w fazie, synchronizację opóźnioną i synchronizację przeciwfazową. Zestaw narzędzi pozwala również badaczom ocenić, w jaki sposób dynamika interakcji rozwija się i zmienia w trakcie trwania zadania. Wykorzystanie tego nowatorskiego podejścia WTC i zestawu narzędzi pozwoli nam lepiej zrozumieć złożone interakcje społeczne dzięki ich zastosowaniu w badaniach hiperskanowania fNIRS.

Introduction

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

W ostatnich latach nastąpiła zmiana w typach badań prowadzonych w celu zrozumienia neuronalnych podstaw zachowań społecznych1,2. Tradycyjnie, badania z zakresu neuronauki społecznej koncentrowały się na aktywacji neuronalnej w jednym izolowanym mózgu podczas społecznie istotnego zadania. Jednak postępy w technologii neuroobrazowania pozwalają obecnie na badanie aktywacji neuronalnej w mózgach jednej lub więcej osób podczas interakcji społecznych, tak jak ma to miejsce w "rzeczywistym" otoczeniu3. W "prawdziwym" otoczeniu jednostki są w stanie swobodnie się poruszać, a wzorce aktywacji m....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

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

Badanie zostało przeprowadzone na Florida Atlantic University (FAU) i zostało zatwierdzone przez FAU Institutional Review Board (IRB).

1. Korzystanie z oprogramowania Homer3 (Tabela materiałów) do wstępnego przetwarzania danych hiperskanowania fNIRS

UWAGA: Homer3 to aplikacja MATLAB, która analizuje dane fNIRS w celu uzyskania szacunków i map aktywacji mózgu29. Homer3 można pobrać i zainstalować z poniższego linku (https://openfnirs.org/software/homer/).

  1. Otwórz program MATLAB i przejdź do folderu, w którym są zapisane nieprzetworzone pliki .nirs. Wybierz i otwó....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

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

Ta sekcja pokazuje rodzaje analiz, które można przeprowadzić za pomocą zestawu narzędzi (które można pobrać pod adresem https://www.ariel.ac.il/wp/sns/download/ lub https://github.com/Minisharmaa/Leader-Follower-By-Phase.). Do tych analiz wykorzystano dane fNIRS zebrane z małą próbką diad niemowlę-rodzic. Sześć par diad matka-niemowlę zostało przetestowanych przy użyciu zweryfikowanego zadania behawioralnego, zadania swobodnej zabawy31, które jest jak najbardziej zbliżone do rzeczywistej interakcj.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

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

Jedną z najpowszechniejszych metod stosowanych w badaniach fNIRS jest koherencja transformacji falkowej (WTC), która jest miarą korelacji krzyżowej dwóch szeregów czasowych w funkcji częstości i czasu10. WTC oblicza koherencję i opóźnienie fazowe między dwoma szeregami czasowymi za pomocą analiz korelacyjnych (plik uzupełniający 1). W badaniach hiperskaningowych FNIRS wykorzystano WTC do oszacowania IBS w wielu dziedzinach funkcjonowania, w tym w monitorowaniu działań

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

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

Autorzy deklarują, że badanie zostało przeprowadzone przy braku jakichkolwiek powiązań handlowych lub finansowych, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.

Acknowledgements

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

Chcielibyśmy podziękować za wsparcie udzielone przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (nr 62207025), Projekt Badawczy Nauk Humanistycznych i Społecznych z Ministerstwa Edukacji Chin (nr 22YJC190017) oraz Fundusze na Podstawowe Badania dla Uniwersytetów Centralnych dla Yafeng Pan.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
NIRScout   NIRx Medical Technologies, LLCn.a.8źródeł, 8 detektorów
MATLABThe Mathworks, Inc.Matlab 2022aW tym protokole użyto kilku przyborników i modułów w funkcjach MATLAB: Zestaw narzędzi HOMER3 został użyty do konwersji intensywności na OD, do usunięcia artefaktów ruchu za pomocą funkcji hmrMotionCorrectWavelet z domyślnymi parametrami oraz do konwersji OD do obliczenia WTC użyto Wavelet Toolbox.

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Gvirts, H. Z., Perlmutter, R. What guides us to neurally and behaviorally align with anyone specific? A neurobiological model based on fNIRS hyperscanning studies. The Neuroscientist. 26 (2), 108-116 (2019).
  2. Balconi, M., Fronda, G., Vanutelli, M. E.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Cross Brain CoherenceFNIRS HyperscanningWavelet Transform CoherencePhase SynchronizationCoupling DirectionalityIn Phase SynchronizationAnti Phase SynchronizationInter Brain SynchronyGraph TheoryMATLAB Toolbox

Related Articles