Функциональная спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне для регистрации активности мозга во время социальных взаимодействий

Аннотация

Источник: Reindl, V., et и др. Проведение экспериментов по гиперсканированию с помощью функциональной спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне. J. Vis. Exp. (2019)
}

Это видео демонстрирует использование функциональной спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона (fNIRS) для измерения активности мозга во время социальных взаимодействий. Участники выполняют скоординированную задачу, которая увеличивает активность в префронтальной коре, области, критически важной для социального поведения, в то время как система обнаруживает изменения в поглощении света из-за насыщения крови кислородом. Анализируя синхронность мозговой активности между участниками, исследование оценивает нейронную динамику, лежащую в основе социального взаимодействия.

Протокол

Все процедуры с участием людей были выполнены в соответствии с институциональными, национальными и международными руководящими принципами по благополучию человека и были рассмотрены местным институциональным наблюдательным советом.

1. Подготовка до приезда участника

1. Подготовьте кепки NIRS.
   1. Выберите размеры кепки того же размера или немного больше окружности головы участника.
   2. Вырежьте 15 отверстий диаметром примерно 15 мм каждое, расположенных в горизонтальной сетке 3х5, в области лба каждого из 2 необработанных колпачков электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Убедитесь, что отверстия расположены на расстоянии 30 мм друг от друга в любом направлении, что средний столбик отверстий расположен в центре лба, т.е., над носом, и что нижний ряд расположен над бровями.
   3. Чтобы сделать колпачки более удобными и свести к минимуму следы давления, прикрепите мягкий вспененный материал (например, клейкую уплотнительную ленту для окон или аналогичный плоский поролоновый материал) к внутренней стороне сетки держателя между гнездами щупов и по краям. При необходимости используйте двусторонний скотч или швейные нитки.
   4. Установите пустую сетку держателя зонда 3x5 на каждый из модифицированных колпачков ЭЭГ таким образом, чтобы сама сетка держателя была размещена на внутренней стороне колпачка, а гнезда держателя застряли в отверстиях.
      Примечание: Измерительная система NIRS имеет два отдельных набора датчиков, используйте один набор датчиков для каждого участника.
   5. Аккуратно вставьте щупы в соответствующие гнезда держателя на решетках таким образом, чтобы в гнездо был установлен только первый выступ каждого щупа, что приведет к одному щелчку.
   6. Откройте окно монитора набора щупов в измерительной системе NIRS и выберите 2 набора щупов, расположенных в виде сетки 3x5 каждый, один для участвующего ребенка и один для взрослого. Убедитесь, что расположение щупов двух колпачков соответствует расположению в окне набора пробников (т.е., одинаковое расположение соответствующих номеров датчиков излучателя и приемника).
2. Подготовьте эксперимент.
   1. Запустите измерительную систему NIRS с включенными лазерными диодами за 30 минут до измерения, чтобы система достигла стабильной рабочей температуры.
   2. Установите все необходимые опции в измерительной системе NIRS. Убедитесь, что устройство настроено на измерение, связанное с событием, и что последовательный вход RS232, необходимый для приема триггеров из экспериментальной парадигмы, активен.
      Примечание: Эксперимент представляет собой адаптированную версию по парадигме, разработанной Cui} и др., запрограммирован в некоммерческих расширениях Psychophysics Toolbox, версия 3.0.11.
   3. Подготовьте экспериментальную парадигму, запустив техническое вычислительное программное обеспечение, которое служит основой для расширений Psychophysics Toolbox, и установив в качестве текущего каталога папку, в которой парадигма сохранена.
   4. Поместите два упора для подбородка перед экраном компьютера, чтобы предотвратить движения головы во время эксперимента.

2. Прибытие участника в лабораторию

1. Подготовьте участников.
   1. Покажите и объясните участникам экспериментальную установку, включая измерительную систему NIRS. Всегда следите за тем, чтобы участники не смотрели прямо в лазерный луч измерительной системы NIRS, так как это может нанести вред глазу.
   2. Усадите участников рядом друг с другом перед экраном компьютера. Отрегулируйте высоту подбородочных упоров таким образом, чтобы оба участника сидели удобно.
   3. Проинструктируйте участников и проведите практические испытания как кооперативной, так и соревновательной игры. При необходимости дайте дополнительные инструкции во время тренировочных испытаний.
   4. Измерьте и отметьте на голове каждого участника точку Fpz по системе 10-20, которая составляет 10% расстояния между насьоном и инионом.
   5. Осторожно надевайте колпачки с зондами на головы участников с выключенным лазером. Сначала положите переднюю часть колпачка, включая сетку зонда, на лоб участника, а затем потяните заднюю часть колпачка вниз к горлышку. Убедитесь, что средний щуп нижнего ряда расположен на Fpz, а средний столбец щупа выровнен по сагиттальной опорной кривой.
   6. Поместите волоконные струны на кронштейн держателя, прикрепленный к измерительной системе NIRS, таким образом, чтобы они свободно висели, не соприкасаясь с участником или стулом, и чтобы они не тянули за колпачки. Используйте дополнительный держатель (e.g., модифицированную стойку для микрофона или аналогичную) для второго участника, если это необходимо.
   7. Протолкните каждый щуп дальше в гнездо, пока не станет виден маленький белый носик в центре верхней части корпуса щупа.
      Примечание: Нос выталкивается вверх с помощью механизма винтовой пружины, как только кончик зонда касается кожи головы участника.
   8. Снова включите лазер и проверьте качество сигнала, нажав на кнопку Auto Gain в окне монитора установки щупов измерительной системы NIRS.
   9. Если канал не имеет достаточного сигнала (т.е., , если он отмечен желтым цветом), аккуратно отложите волосы под окружающий кончик щупа в сторону. При необходимости вставьте щупы дальше в гнезда, но обеспечьте комфорт участника. Проверьте, улучшилось ли качество сигнала (т.е., канал теперь отмечен зеленым цветом), нажав на кнопку Auto Gain еще раз.
   10. Если шаг 2.1.9. не приводит к улучшению сигнала, регулируйте интенсивность сигнала. Если сигнал слишком сильный (т.е., , если канал отмечен красным цветом), измените интенсивность сигнала на низкую интенсивность сигнала, многократно щелкнув по соответствующему символу зонда в окне монитора набора щупов измерительной системы NIRS. Если сигнала недостаточно (т.е.,, если канал отмечен желтым цветом), измените интенсивность сигнала на высокую интенсивность сигнала, снова нажав несколько раз на символ соответствующего зонда.
2. Проведите эксперимент
   1. Когда после практических испытаний не останется вопросов и будет обеспечено хорошее качество сигнала, приступайте к экспериментальной парадигме.
   2. Накройте руки участников полотенцем так, чтобы они не могли видеть движения рук своего партнера по игре.
   3. После эксперимента сохраните данные и экспортируйте необработанные данные об интенсивности света в виде текстового файла, нажав кнопку Text File Out. Не применяйте фильтры в системе измерения NIRS.
   4. Очистите все необходимые материалы (щупы, держатели щупов, упоры для подбородка) этанолом. Вымойте крышки в щадящем режиме с мягким моющим средством.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье

Имя	Компания	Каталожный номер	Комментарии
Измерительная система NIRS с наборами зондов и сетками держателей зондов	Hitachi Medical Corporation, Токио, Япония	ETG-4000 Оптическая топографическая система	Текущий протокол исследования требует дополнительного второго взрослого зонда для 52 каналов измерения в общей сложности, а также двух сеток держателя зонда 3x5.
необработанные колпачки ЭЭГ	EASYCAP GmbH, Хершинг, Германия	C-SCMS-56; C-SCMS-58	Колпачки должны быть снабжены отверстиями для зондов NIRS. Выберите размер кепки того же размера или чуть больше окружности головы участника.
Программное обеспечение для технических вычислений	The MathWorks, Inc., Natick, MA	MATLAB R2014a (или более поздние версии)	Служит основой для расширений Psychophysics Toolbox (представление стимулов), SPM для fNIRS toolbox (анализ данных fNIRS) и ASToolbox (вычисления WTC).