Method Article

Групповая синхронизация во время совместного рисования с использованием функциональной ближней инфракрасной спектроскопии

DOI:

10.3791/63675

⸱

August 5th, 2022

 ,  ,  ,  , 
1Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE)

In This Article

Summary

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

Настоящий протокол сочетает в себе функциональную ближнюю инфракрасную спектроскопию (fNIRS) и видеонаблюдение для измерения межличностной синхронизации в квартетах во время совместного рисования.

Abstract

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

Функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия (fNIRS) является неинвазивным методом, особенно подходящим для измерения активации коры головного мозга у нескольких субъектов, что актуально для изучения групповых межличностных взаимодействий в экологических условиях. Хотя многие системы fNIRS технически предлагают возможность мониторинга более двух человек одновременно, по-прежнему требуется создание простых в реализации процедур настройки и надежных парадигм для отслеживания гемодинамических и поведенческих реакций в групповом взаимодействии. Настоящий протокол сочетает в себе fNIRS и видеонаблюдение для измерения межличностной синхронизации в квартетах во время совместной задачи. Этот протокол содержит практические рекомендации по сбору данных и проектированию парадигм, а также руководящие принципы для иллюстративного примера анализа данных. Процедура предназначена для оценки различий в мозговых и поведенческих межличностных реакциях между социальными и несоциальными условиями, вдохновленными хорошо известной ледокольной деятельностью, Collaborative Face Drawing Task. Описанные процедуры могут направлять будущие исследования для адаптации групповых натуралистических видов деятельности по социальному взаимодействию к среде fNIRS.

Introduction

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

Поведение межличностного взаимодействия является важным компонентом процесса соединения и создания эмпатических связей. Предыдущие исследования показывают, что такое поведение может выражаться в возникновении синхронности, когда биологические и поведенческие сигналы выравниваются во время социального контакта. Данные показывают, что синхронность может возникать между людьми, взаимодействующими впервые 1,2,3. Большинство исследований социальных взаимодействий и лежащих в их основе нейронных механизмов используют подход одного человека или второго лица 2,4, и мало что известно о переносе этих знаний в групповую социальную динамику. Оценка межличностных реакций в группах из трех и более человек по-прежнему является проблемой для научных исследований. Это приводит к необходимости приведения в лабораторию сложной среды социальных взаимодействий у повседневного человека в натуралистических условиях5.

В этом контексте метод функциональной ближней инфракрасной спектроскопии (fNIRS) является перспективным инструментом для оценки взаимосвязей между межличностным взаимодействием в натуралистических контекстах и его коррелятами мозга. Он представляет меньшие ограничения на подвижность участников по сравнению с функциональной магнитно-резонансной томографией (фМРТ) и устойчив к артефактам движения 6,7. Методика fNIRS работает путем оценки гемодинамических эффектов в ответ на активацию мозга (изменения концентрации в крови насыщенного кислородом и дезоксигенированного гемоглобина). Эти вариации могут быть измерены количеством диффузии инфракрасного света через ткань кожи головы. Предыдущие исследования продемонстрировали гибкость и надежность метода в экологических экспериментах гиперсканирования и потенциал для расширения знаний в прикладной нейробиологии 6,8.

Выбор экспериментальной задачи для натуралистической оценки нейронных коррелятов процессов социального взаимодействия в группах является важнейшим шагом в подходе к прикладным нейробиологическим исследованиям9. Некоторые примеры, уже представленные в литературе с использованием fNIRS в групповых парадигмах, включают музыкальное исполнение 10,11,12, взаимодействие в классе 8 и общение 13,14,15,16,17.

Одним из аспектов, еще не исследованных предыдущими исследованиями, является использование игр для рисования, которые имеют в качестве основной особенности манипулирование эмпатическими компонентами для оценки социального взаимодействия. В этом контексте одной из игр, часто используемых для стимулирования социального взаимодействия в динамике среди незнакомцев, является совместная игра в рисование18,19. В этой игре листы бумаги делятся на равные части, а участникам группы предлагается нарисовать общие автопортреты всех участников. В конце концов, каждый участник имеет свой портрет, нарисованный совместным способом несколькими руками.

Цель состоит в том, чтобы способствовать быстрой интеграции между незнакомыми людьми, спровоцированной путем направления визуального внимания на лица партнеров по группе. Его можно считать «ледокольной» деятельностью из-за его способности поддерживать любопытство и последующие эмпатические процессы среди членов19.

Одним из преимуществ использования чертежных заданий является их простота и удобство воспроизведения20. Они также не требуют какой-либо специальной технической подготовки или навыков, как видно из исследований с использованием парадигм музыкального исполнения 21,22,23,24. Эта простота также позволяет выбрать более натуралистический стимул в социальном контексте 4,9,25.

Помимо того, что рисование является инструментом для индуцирования социального поведения в группах, оно также считается инструментом психологической оценки26. Некоторые графо-проективные психологические тесты, такие как Дом-Дерево-Человек (ПВТ)27,28,29, Рисунок фигуры человека - Шкала Систо27 и Кинетический семейный рисунок30, используются в качестве дополнения для качественной и количественной диагностики. Их результаты обычно выражают бессознательные процессы, давая подсказки о символической системе индивида и, следовательно, его интерпретации мира, переживаний, привязанностей и т. Д.

Практика рисования заставляет человека думать и помогает создавать смысл для переживаний и вещей, добавляя ощущения, чувства, мысли и действия31. Это дает подсказки о том, как воспринимать и обрабатывать эти жизненные переживания26. Рисование использует визуальные коды, чтобы позволить человеку понимать и передавать мысли или чувства, делая их доступными для манипуляций и, таким образом, создавая возможность для новых идей и чтений31.

В арт-терапии рисование является инструментом для работы над вниманием, памятью и организацией мыслей и чувств32, и его можно использовать в качестве средства для производства социального взаимодействия33.

Это исследование было направлено на разработку натуралистического экспериментального протокола для оценки сосудистых и поведенческих реакций мозга во время межличностного взаимодействия в квартетах с использованием динамики совместного рисования. В этом протоколе предлагается оценка мозговых реакций квартета (индивидуально и синхронности между партнерами) и возможных показателей исхода, таких как поведенческие меры (рисование и поведение взгляда). Цель состоит в том, чтобы предоставить больше информации о социальной нейробиологии.

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

Protocol

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

Методология была одобрена Комитетом по этике больницы Альберта Эйнштейна (HIAE) и основана на процедуре сбора нейронных данных (fNIRS), а также данных о поведении взгляда с молодыми людьми во время совместного рисования. Все собранные данные управлялись на платформе Redcap (см. Таблицу материалов). Проект был проверен Комитетом по научной целостности больницы Israelita Albert Einstein (HIAE). Молодые люди в возрасте 18-30 лет были выбраны в качестве субъектов для настоящего исследования. От всех участников было получено письменное информированное согласие.

1. Подготовка к исследованию

  1. Предметы
    1. Определите целевую выборку исследования.
    2. Сообщите всем добровольцам об экспериментальном протоколе и их правах до начала игры. Убедитесь, что они подписывают форму информированного согласия и форму согласия на использование изображений (не обязательно), заполняют регистрационную форму и отвечают на психологические анкеты и шкалы.
    3. Контролируйте уровень отношений между участниками квартета (незнакомыми людьми, друзьями, партнерами и т.д.), так как предыдущие знания могут помешать. В этом исследовании квартеты состояли из незнакомцев.
    4. Составляйте квартеты однополых людей.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Этот гендерный критерий позволяет избежать вмешательства в социальное взаимодействие34,35.
  2. Оправа
    1. Удалите все потенциальные отвлекающие факторы для глаз со сцены.
    2. Для настройки включите квадратный стол, четыре табурета (размером 18,11 х 14,96 дюйма) и две проволочные опоры (например, штатив) (рисунок 1).
    3. Выключите все электрические устройства, такие как кондиционер, во время экспериментального состояния. Убедитесь, что в комнате достаточно освещения, чтобы люди могли наблюдать и рисовать, и чтобы температура в помещении была приятной.
    4. Рассмотрите протяженность проводов fNIRS (см. Таблицу материалов), расположите все кабели так, чтобы они оставались стабильными во время экспериментальной задачи.
    5. Рассмотрите пространство для двух исследователей, чтобы двигаться по обстановке.
    6. Убедитесь, что экспериментаторы следуют своим сценариям и схемам движения.
    7. Расположите квартет на квадратном столе, два на два, чтобы каждый человек мог наблюдать за тремя другими особями.
    8. Дайте каждому участнику квартета тег с номером (от 1 до 4). Убедитесь, что предмет 1 находится напротив предмета 3 и рядом с предметом 2.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Номер метки соответствовал положению субъектов на столе и их предварительно подготовленной шапке (Таблице материалов).
  3. Парадигма рисования
    1. Совместное рисование лица - социальное состояние
      ПРИМЕЧАНИЕ: Цель этой игры состоит в том, чтобы направить визуальное внимание испытуемых на лица их партнеров, побуждая их к более сознательному наблюдению между собой. Соединяя чувства и визуальное восприятие, техника совместного рисования лица является ценным способом активации эмпатических реакций, межличностного любопытства и связи между участниками. Это требует теории способностей ума, которая включает в себя подражание и предвидение поведения других19. Выполните следующие действия.
      1. Проинструктируйте участников о правилах игры.
      2. Разделите каждую бумагу на три горизонтальные полосы, а именно рисующие полосы.
      3. Должна ли каждая полоса соответствовать социальному условию рисования (например, C1, C2.). После каждого социального рисунка меняйте бумаги среди квартета.
      4. Попросите участников нарисовать лоб и область глаз, на верхней полосе всех бумажных листов.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Средняя полоса предназначена для изображения области носа и рта. Нижняя полоса предназначена для изображения области подбородка, шеи и плеч.
      5. Включите инструкции о том, кого рисовать (например, S1/S3, что означает, что участник 1 рисует участника 3 и наоборот) во все бумажные полоски.
      6. Каждая работа представляет собой полностью нарисованный портрет участника.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Рассмотрите различные цвета пастельной бумаги для разных этапов игры.
      7. Пусть лицо каждого участника будет изображено в совместной манере их партнерами. (Рисунок 2)
    2. Соедините точки игры-несоциального состояния
      ПРИМЕЧАНИЕ: Условие рисования элемента управления представляет собой игру по соединению точек. Каждому участнику предлагается соединить точки восходящих порядковых номеров для формирования рисунка. Игра connect the dots используется в качестве нейропсихологического инструмента для измерения когнитивных областей, таких как умственная гибкость и визуально-моторные навыки36. Игра стимулирует зрительно-пространственные навыки, повышает умственную активность37 и повышает умственные способности38. Выполните следующие действия.
    3. Проинструктируйте участников.
      1. Как только колпачок будет установлен, проинструктируйте участников о fNIRS, оборудовании, колпачках, проводах и возможных рисках или дискомфорте, связанных с процедурой.
      2. Напомните им еще раз об их праве покинуть эксперимент в любое время.
      3. Объясните две разные задачи рисования.
      4. Для совместного рисования объясните горизонтальные полосы и как узнать, где и кого рисовать в каждой полосе.
      5. Для игры в соединение точек объясните, что им придется соединять числа в порядке возрастания, пока фигура не будет раскрыта.
      6. Объясните период покоя и записанные команды задачи.
      7. Привлекайте участников к наблюдению за своими партнерами и деталями, которые их отличают. Укажите, что в конце исследования квартет, который следует правилам и рисует наиболее подробные цифры, будет вознагражден.

figure-protocol-1
Рисунок 1: Настройка. Установка включает в себя квадратный стол, четыре стула и две проволочные опоры (например, штатив), оборудование fNIRS, компьютер и камеры. (A) Схема настройки: зеленые цифры (1-4) соответствуют этикеткам участников и их табуреткам/расположению за столом во время экспериментального запуска. Желтые числа: 1 = поддержка проводки fNIRS, 2 = приемник сигналов fNIRS для ноутбука, 3 = NIRSport, 4 = камера 360°, 5 = поддержка камер. (B) Установка готовой к экспериментальному запуску. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

figure-protocol-2
Рисунок 2: Совместные портреты - примеры портретов, нарисованных совместно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

2. Экспериментальная парадигма

  1. Адаптация игры для приобретения fNIRS
    ПРИМЕЧАНИЕ: Адаптируйте игру таким образом, чтобы можно было захватить функциональное изображение мозга через fNIRS и чтобы данные имели значительное качество.
    1. Определите количество блоков.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Условия должны быть повторены достаточное количество раз, чтобы уменьшить погрешность в результатах. Однако многие повторения могут привести участников к автоматизации задач.
    2. Планируйте продолжительность каждого блока.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Рассмотрим время отклика гемодинамической подписи (в среднем 6 с после начала задачи). Кроме того, учитывайте влияние размеров блоков, чтобы определить фильтр для следующих шагов.
    3. Добавьте период состояния покоя в конце каждого блока обоих условий (чтобы гемодинамический сигнал затухал до начала следующего блока).
    4. Планируйте порядок блоков и создавайте псевдорандомизированные последовательности блоков, чтобы уменьшить упреждающие эффекты.
    5. Планируйте общую продолжительность игры.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Рассмотрим возможный дискомфорт участников в отношении тесных колпачков fNIRS и их близости друг к другу. Блоки и условия, используемые в этом протоколе, были спроектированы следующим образом: созданы девять блоков социального состояния совместного рисования (таблица 1) и девять блоков несоциального состояния соединительных точек (длительность = 40 с каждый); Период покоя 20 с между каждым из блоков; три различные последовательности (таблица 2) для выполнения задач (чтобы избежать выполнения условия более двух раз подряд). Продолжительность экспериментального задания составила примерно 18 минут.
  2. Программное обеспечение для программирования Paradigm
    1. Используйте программное обеспечение, чтобы помочь в создании и организации блоков парадигмы и сигнализировать участникам, когда начинать новую задачу.
      ПРИМЕЧАНИЕ: В данном случае использовалось программное обеспечение NIRStim (см. Таблицу материалов). Создайте блочные последовательности и запрограммируйте их распределение по времени во время эксперимента.
    2. Определите события с визуальным (текст и изображения) или слуховым содержимым, чтобы указать участникам, когда начинать каждую задачу. На вкладке События нажмите на кнопку Добавить событие. Присвойте событию имя в поле Имя события, выберите тип события в поле Тип Stim и определите цвет для представления события в обзоре презентации в Color-ID. Создайте маркеры для отправки в программное обеспечение для приобретения в начале этих задач на Event Marker.
    3. Определите порядок выполнения задач и количество повторений каждого из них на вкладке Испытания . Кроме того, введите периоды отдыха. Определите продолжительность обоих. Рандомизация или нерандомизация испытаний возможна путем выбора Вкл/Выкл на Рандомизированном представлении; сохраните настройки на кнопке Сохранить .
    4. Во время экспериментального запуска отобразите все запрограммированные стимулы в черном окне (чтобы предотвратить отвлечение участников), нажав кнопку «Выполнить».

Таблица 1: Условие совместного рисования. S1 = Предмет 1, S2 = Предмет 2, S3 = Предмет 3 и S4 = Предмет 4. Диады рисования представляют, кто кого рисует, а полоса для рисования представляет положение пишущей бумаги для рисования в каждом условии. Например, для первого блока используйте синий лист бумаги. C1, C2 и C3 представляют собой 40 с парадигмы рисования социальных условий, которые завершают один портрет. C1 (рисование области лба, рисование диад: S2 и S4; S1 и S3), C2 (рисование области носа, рисование диад: S1 и S4; S2 и S3) и C3 (рисование области подбородка, рисование диад: S3 и S4; S1 и S2). Следуйте схеме для блоков 2 и 3. Эта рандомизация поддерживает порядок рисования среди добровольцев (рисование фронтального партнера, затем переднего бокового партнера и, наконец, партнера, сидящего рядом с ними) и изменяет порядок полос листа, которые будут нарисованы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту таблицу.

Таблица 2: Рандомизация 1-й последовательности задач (социальная, несоциальная и покоящаяся). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить эту таблицу.

3. Настройка видео и сбор данных

  1. Камеры и видеозапись
    1. Выберите коммерчески доступную камеру сцены (360°, см. Таблицу материалов). Расположите его на столе так, чтобы движения глаз и головы всех участников могли восприниматься одновременно.
    2. Очистите и проверьте карту памяти и батарею. Проверьте яркость изображения. Протестируйте эти предметы до того, как участники будут найдены.
    3. Проверьте наличие возможных помех на приеме fNIRS. Если это так, увеличьте пространство между оборудованием и его приемником.
    4. Приемник оборудования должен быть независимым от приемника данных fNIRS. Рассмотрим ноутбук или планшет, расположенный как можно дальше от сервировки стола.
    5. Запустите оборудование, проверьте интерфейс и установите режим записи перед калибровкой fNIRS.
    6. Рассмотрим одну или две смежные или вспомогательные камеры, которые можно разместить после обоих краев стола.
  2. Анализ видео
    1. Для получения ценных статистических результатов выберите программное обеспечение или платформу для синхронизированного просмотра/анализа, которая позволяет транскрибировать и кодировать несколько видеоконтентов одновременно, например INTERACT (см. Оглавление материалов).
    2. Установите параметры, которые позволяют искать закономерности / последовательности для уточнения данных наблюдений к вопросам исследования, например, индивидуальные показатели поведения взгляда, движения головы и глаз, движения рук, мимики и разговорного поведения.
    3. Если кто-то планирует регистрировать физиологические показатели, рассмотрите программное обеспечение (см. Таблицу материалов), которое позволяет интегрировать измеренные данные из других систем сбора.
    4. В процессе анализа учитывайте не только продолжительность событий, но и последовательность, их положение во времени и то, как они связаны друг с другом.
  3. Извлечение данных
    1. Начните с загрузки видео со всех камер (формат MP4). Загрузите их в INTERACT. Сегментируйте видеоданные для кодирования и дальнейшего анализа. Для извлечения данных пометьте разделы видео вручную и предоставьте им коды.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Цель сегментации и кодирования состоит в том, чтобы предоставить категории данных, чтобы исследователь мог выделить и проанализировать различные целевые модели поведения.
    2. Сегментация
      1. Нажав Настройки кода, создайте первый уровень, разделив разделы блока на социальные и несоциальные условия и период покоя. Создайте второй уровень, разделив поведенческие данные участников вместе с социальными условиями (рисование лица). Выровняйте их с помощью временной шкалы звукового триггера. Вручную отметьте начало и конец каждого условия. Определите схему кодирования в соответствии с руководящими принципами (этапы 3.3.2.2-3.3.2.6).
      2. Убедитесь, что схема кодирования отслеживает сигналы поведения (продолжительность и количество) для каждого раздела рисования лица (социальное состояние) от всех участников индивидуально.
      3. Код для объектно-ориентированного взгляда участника в сторону партнера по рисованию.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Поведение взгляда имеет двойную функцию: сбор информации от других (кодирование), а также общение с другими (сигнализация)39,40.
      4. Код для взаимного взгляда (когда оба партнера, которые рисуют друг друга, разделяют визуальный контакт).
        ПРИМЕЧАНИЕ: Недавние исследования выявили повышенную активность в передней ростральной медиальной префронтальной коре (arMPFC) и ее связь с нижней лобной извилиной (IFG), когда партнеры установили взаимный взгляд41.
      5. Код для связанного поведения во время поведения взгляда (одиночного или взаимного), такого как улыбка, прямая речь, мимика и смех, что указывает на более высокую внимательность к партнеру по рисованию (дополнительный рисунок 1).
      6. Транскрибируйте и подразделяйте на категории поведенческие данные участников группы. Создавайте коды взаимодействия для каждого участника, помечая их. Сделайте явным целевое поведение и номер тега во время кодирования.
    3. Кодирование и анализ
      ПРИМЕЧАНИЕ: Один из исследователей должен взять на себя задачу поведенческого кодирования и анализа, так как они легко идентифицируются в видео. Обратите внимание на следующее:
      1. Извлечение информации должно происходить вручную; отмечать на временной шкале каждого условия наблюдаемое поведение в соответствии со схемой кодирования. Отметьте продолжительность каждого поведения. Делайте это для каждого участника отдельно.
      2. Перекрестные ссылки на временные шкалы участников для поиска общего поведения. Вернитесь к видеонаблюдению для анализа качества совместного использования (Дополнительный рисунок 2).
      3. С помощью ключа Export экспортируйте необработанные данные в виде текстового файла или табличного файла, чтобы данные можно было сортировать по временной шкале, выбирать, подсчитывать и представлять в таблицу.
        ПРИМЕЧАНИЕ: В этом протоколе функция последовательного анализа не использовалась из-за небольшого количества закодированных последовательностей событий42.
  4. Метрики рисования
    ПРИМЕЧАНИЕ: Этот протокол использует метрики рисования для изучения возможных корреляций между поведением взгляда участников и применяемыми психологическими тестами. Были определены следующие критерии:
    1. Количество штрихов: Вручную подсчитайте количество рисунков, сделанных каждым участником в каждом разделе рисунка лица.
    2. Непрерывность линий: подразделяйте категории длинных и коротких нарисованных линий. Вручную подсчитывайте длинные и короткие нарисованные линии участников.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Наблюдательный рисунок является результатом непосредственного наблюдения выбранного реального объекта. Некоторые недавние исследования обнаружили корреляцию между длиной линии и задачами трассировки или рисования. Трассировка линий задач, как правило, длиннее, чем рисование строк задач43. Этот протокол связывает трассировку с запоминаемыми изображениями, которые индивид сделал стабильными и несет в качестве ссылок на рисунки в своей символической системе18.
    3. Шаблоны рисования: Относятся к отдельным шаблонам рисования18 (рисунок 3).
      ПРИМЕЧАНИЕ: В этом протоколе рассматривается двоичная классификация для рисунка: 0, когда участник находится в режиме наблюдательного рисования (т.е. когда участник наблюдает за своим объектом рисования и копирует то, что он видит); и 1, когда рисунок отражает внутренние стабильные запоминаемые изображения (когда есть рисунок повторяющихся форм, таких как глаза, рот и волосы во всех условиях рисования).
    4. Наблюдайте за деталями, включая подсчет нарисованных деталей во время эксперимента (например, морщины, пятна, форма глаз и размер бровей, среди прочих).
      ПРИМЕЧАНИЕ: Нарисованные детали могут указывать на повышенное внимание к объекту рисунка.
  5. Психологические тесты
    1. Скрининг симптомов тревоги и депрессии, синдрома дефицита внимания / гиперактивности и социальных навыков при проведении групповых исследований. Используйте бесплатные или коммерчески доступные весы.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Этот протокол предлагает использовать следующее: Больничная шкала тревоги и депрессии44; Инвентаризация социальных навыков45 (инвентаризация, которая оценивает репертуар социальных навыков человека); и шкала самооценки взрослых (ASRS-18) для оценки синдрома дефицита внимания/гиперактивности (СДВГ) у взрослых46 лет.

figure-protocol-3
Рисунок 3: Примеры отдельных рисунков. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

4. Настройка и сбор данных fNIRS

  1. Оборудование для сбора данных
    1. Убедитесь, что для регистрации fNIRS используется аппаратное обеспечение для регистрации. Записи должны выполняться комбинацией систем, которые могут быть прочитаны в одной и той же программе записи, общей протяженностью 16 каналов.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Сбор данных осуществлялся с использованием двух непрерывно-волновых систем (NIRSport, см. Таблицу материалов) для настоящего исследования. Каждая единица оборудования имеет восемь источников светодиодной подсветки, излучающих две длины волн ближнего инфракрасного света (760 нм и 850 нм) и восемь оптических детекторов (7,91 Гц).
  2. Конфигурация оптодного канала fNIRS
    1. Используйте инструмент NIRSite для поиска оптодов в областях PFC (см. Таблицу материалов). Настройте распределение оптодов на колпачках таким образом, чтобы каналы располагались над интересующими областями на головах всех участников.
    2. Разделите оптоды между четырьмя участниками для одновременного получения сигналов.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Колпачки должны иметь конфигурацию, основанную на международной системе 10-20, а анатомические области, представляющие интерес, включают самую переднюю часть двусторонней префронтальной коры. Для этого протокола размещение оптодов определялось набором инструментов47 (fOLD) fNIRS Optodes. Модель головы МБР 152 (см. Таблицу материалов) сгенерировала монтаж. Рекрутирование префронтальной области коры в задачах социального взаимодействия было объяснено как коррелят процессов управления поведением, включая саморегуляцию48. На рисунке 4 показано положение источников и детекторов.
  3. Предотвращение артефактов
    1. Уберите дистракторы из комнаты, где будет проходить игра.
    2. Советуйте добровольцам двигаться только по мере необходимости.
    3. Во время эксперимента отключите усилитель NIRSport и ноутбук от электрической сети.
    4. Отключите любое другое оборудование, которое работает вблизи инфракрасного спектра, например оборудование для кондиционирования воздуха. Выключите электрические устройства, присутствующие в окружающей среде.
  4. Настройка аппарата fNIRS
    1. Ранее измеряли периметр мозга четырех участников следующим образом: измеряйте расстояния между назионом и инионом вокруг головы, чтобы определить размер шапки каждого участника. Всегда используйте колпачок меньшего размера по отношению к периметру головки, чтобы придать большую устойчивость оптодам.
    2. В день приобретения попросите участников сесть на табуретку, а затем объясните ожидаемый процесс надевания колпачка на голову.
    3. Установите источники и детекторы на колпачок в соответствии с заданными настройками. В целях организации следуйте схеме использования оптодов с 1 по 4 по предмету 1, с 5 по 8 по предмету 2, с 9 по 12 по предмету 3 и с 13 по 16 по предмету 4.
    4. Наденьте колпачки на головы участников и расположите их так, чтобы центральная средняя линия (Cz) находилась в верхней части головы. Чтобы проверить, находится ли Cz в центральном положении, подтвердите, что он расположен на половине расстояния между назионом и инионом.
      1. Кроме того, измерьте расстояние между левым и правым ухом (Crus of Helix) над верхней частью головы и положением Cz.
    5. Используйте оверкапы, чтобы предотвратить вмешательство окружающего освещения в сбор данных.
    6. Подключите провода оптодов к усилителям. В целях организации следуйте схеме подключения оптодов 1-8 к NIRSport 1 и оптодов с 9 по 16 к NIRSport2.
    7. Подключите NIRSport 1 и 2 к компьютеру через USB-кабель.
  5. Программное обеспечение для сбора данных
    1. После настройки оборудования включите программное обеспечение для получения данных fNIRS. В этом исследовании использовалось программное обеспечение NIRStar (см. Таблицу материалов). На NIRStar выполните следующие действия:
      1. Нажмите Configure Hardware (Настройка оборудования ) в строке меню. Выберите параметр Тандемный режим на вкладке Спецификация оборудования , чтобы можно было выполнить гиперсканирование.
      2. На вкладке Настройка оборудования выберите монтаж из числа предопределенных общих монтажей или из настроенных и проверьте параметры в разделе Настройка канала и Макет Topo.
      3. Выполните автоматическую калибровку, щелкнув Калибровка на панели дисплея. Индикатор качества сигнала позволяет проверить целостность полученных данных. Оценить, достаточно ли качества данных для начала сбора; то есть посмотрите, сигнализируются ли каналы зеленым или желтым цветом.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Если направленные каналы представлены в красном или белом цвете, снимите их с колпачка, убедитесь, что нет волос, препятствующих попаданию света на голову, и очистите оптоды тканью или полотенцем. Снова подключите их к колпачку и повторите калибровку.
      4. Когда вы будете готовы начать процедуру, просмотрите способ получения сигналов, нажав кнопку Предварительный просмотр. Затем начните записывать сигналы в Record.
      5. Откройте NIRStim, программное обеспечение для программирования блоков (см. Таблицу материалов), и начните презентацию программируемых блоков. Маркеры должны регистрироваться автоматически, а их маркировка должна быть видна в программном обеспечении для сбора данных fNIRS.
      6. После окончания процедуры остановите запись, нажав кнопку Остановить, закройте программное обеспечение и проверьте, сохранен ли файл в выбранном каталоге.
  6. Анализ данных fNIRS
    1. Предварительная обработка сигналов с помощью программного обеспечения NIRSLAB49 (см. Таблицу материалов). Выполните следующие действия:
      1. Примените полосовой временной фильтр (0,01-0,2 Гц) к исходным данным интенсивности для удаления сердечных и дыхательных частот, а также очень низкочастотных колебаний.
      2. Для контроля качества сигнала определите критерии исключения для каждого усиления канала выше восьми и коэффициент вариации выше 7,5%.
      3. Вычислите изменения в HbO2 и HHb, применив модифицированный закон Бира-Ламберта со всеми временными рядами в качестве базовой линии.
        ПРИМЕЧАНИЕ: В данном исследовании временные ряды HbO2 и HHb были сегментированы на блоки (социальные и несоциальные) и экспортированы в виде текстовых файлов для последующего анализа в платформе R8 для статистических вычислений (см. Таблицу материалов).
      4. Отдельно проанализируйте социальные и контрольные условия. Постройте корреляционную матрицу для каждого из девяти блоков каждого условия так, чтобы его элементы соответствовали корреляции (Спирмену) между каждой парой субъектов в оцениваемом канале. Для статистической значимости корреляций между людьми по всей задаче используйте t-тест8 для среднего значения с одной выборкой, учитывая уровень значимости 5%.

figure-protocol-4
Рисунок 4: Распределение оптодов по теме 1 колпачка. Буквы S и D обозначают источники и детекторы соответственно. S1 по координатам AF7 системы 10-20; S2 на AF3; S3 на AF8; S4 на AF4; D1 на Fp1; D2 на F5; D3 на Fp2; и D4 на F6. Каналы размещены в следующей конфигурации: канал 1 между S1-D1; 2 между S1-D2; 3 между S2-D1; 4 между S2-D2; 5 между S3-D3; 6 между S3-D4; 7 между S4-D3; и 8 между S4-FD4. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

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

Results

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

Протокол был применен к квартету, состоящему из молодых женщин (24-27 лет), все они студентки аспирантуры (больница Israelita Albert Einstein, Сан-Паулу, Бразилия), с магистерским или докторским образованием. Все участники были правшами, и только один сообщил, что имел предыдущий опыт рисования. Ни у одного участника не было зарегистрированной истории неврологических расстройств.

Для шкал и результатов психологического теста два участника (2 и 4) показали высокие баллы по тревожности (17 и 15 ...

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

Discussion

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

Это исследование было направлено на создание протокола с использованием гиперсканирования на четырех мозгах одновременно в натуралистических условиях. Экспериментальная парадигма использовала различные задачи рисования и корреляцию нескольких показателей результатов, метрик рисования, поведения и сигналов мозга. Важнейшими шагами в рамках этого протокола являются рассмотрение проблем, возникающих в связи с его высокой сложностью, и поддержание его экологических и натуралистических условий.

Вид...

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

Disclosures

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

Пауло Родриго Базан предоставлял внештатные научные консультации NIRx Medizintechnik GmbH и Brain Support Corporation, которая является дистрибьютором NIRx Medizintechnik GmbH. Другие авторы заявляют, что конфликта интересов в отношении авторства или публикации данной статьи нет.

Acknowledgements

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

Авторы благодарят Instituto do Cérebro (InCe-IIEP) и Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) за поддержку этого исследования. Особая благодарность Хосе Белену де Оливейре Нето за английскую корректуру этой статьи.

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
2 NIRSport NIRx Medizintechnik GmbH, ГерманияNirsport 88Оборудование принадлежит компании InCe ( Instituto do Cé rebro - Hospital Israelita Albert Einstein). две системы непрерывного излучения (NIRSport8x8, NIRx Medical Technologies, Glen Head, NY, США) с восемью светодиодными источниками освещения, излучающими две длины волн ближнего инфракрасного света (760 и 850 нм) каждая, и восемью оптическими детекторами каждая. 7,91 Гц. Данные были получены с помощью программного обеспечения NIRStar версии 15.2  (NIRx Medical Technologies, Глен Хед, Нью-Йорк) с частотой выборки 3,472222.
4 fNIRS capsNIRx Medizintechnik GmbH, ГерманияЧерные капы, использованные в записях, имели конфигурацию, основанную на международном 10-20
Câ Mera 360° - Kodak Pix Pro SP360KodakKodak PixPro:  https://kodakpixpro.com/cameras/360-vr/sp360
Cameras de suporte - Iphone 8AppleIphone 8Supporting Camera
fOLD toolbox (fNIRS Optodes' Решение о местоположении)Зимео Мораис, Г.А., Балардин, Дж.Б. и Сато, Дж.Р. fNIRS Optodes Location Decider (fOLD): набор инструментов для расстановки зондов на основе областей мозга, представляющих интерес. Scientific Reports.  <сильный>8,  3341 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-21716-zВерсия 2.2 (https://github.com/nirx/fOLD-public)Размещение Optodes определялось с помощью инструментария fOLD (fNIRS Optodes Определение местоположения, позволяющее размещать источники и детекторы в международной 10– 10 систем для максимального охвата анатомических областей интереса по нескольким атласам парцелляции. Модель головной части МБР 152  для создания монтажа была использована парцелляция, которая была разработана для обеспечения охвата самой передней части двусторонней префронтальной коры
Notebook Microsoft SurfaceMicrosoftNotebook приемник сигналов fNIRS
R платформа для статистических вычислений Источник: https://www.r-project.org R версии 4.2.0R — свободная программная среда для статистических вычислений и графики. Он компилируется и работает на широком спектре платформ UNIX, Windows и MacOS
REDCap REDCapчастично поддерживается Национальными институтами здравоохранения (NIH/NCATS UL1 TR000445)REDCap — это безопасное веб-приложение для создания и управления онлайн-опросами и базами данных.
программное обеспечение Mangold InteractMangold International GmbH, Ed. interact 5.0Mangold:  https://www.mangold-international.com/en/products/software/behavior-research-with-mangold-interact.html. Позволяет анализировать видео на предмет поведенческих результатов и вегетативного мониторинга эмоциональных физиологических изменений (может потребоваться дополнительное программное обеспечение, такое как DataView). Возможность одновременного использования различных типов камер и сотен вариаций методов кодирования.
программное обеспечение NIRSiteNIRx Medizintechnik GmbH, ГерманияNIRSite 2.0Для создания монтажа и помощи в размещении и размещении оптодов в черноголовых головках.
программное обеспечение nirsLAB-2014NIRx Medizintechnik GmbH, ГерманияnirsLAB 2014fNIRS Программное
обеспечение для обработки данных NIRStarNIRx Medizintechnik GmbH, Германияверсия 15.2  для сбора данных fNIRS: программное обеспечение NIRStar версии 15.2  с частотой дискретизации 3.472222
программное обеспечение NIRStimNIRx Medizintechnik GmbH, Германия  Для создания и организации блоков парадигмы

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Feldman, R. The neurobiology of human attachments. Trends in Cognitive Sciences. 21 (2), 80-99 (2017).
  2. Hove, M. J., Risen, J. L. It's all in the timing: Interpersonal synchrony increases affiliation. Social Cognition. 27 (6), 949-960 (2009).
  3. Long, M., Verbeke, W., Ein-Dor, T., Vrtička, P. A functional neuro-anatomical model of human attachment (NAMA): Insights from first- and second-person social neuroscience. Cortex. 126, 281-321 (2020).
  4. Redcay, E., Schilbach, L. Using second-person neuroscience to elucidate the mechanisms of social interaction. Nature Reviews Neuroscience. 20 (8), 495-505 (2019).
  5. Babiloni, F., Astolfi, L. Social neuroscience and hyperscanning techniques: Past, present and future. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 44, 76-93 (2014).
  6. Balardin, J. B., et al. Imaging brain function with functional near-infrared spectroscopy in unconstrained environments. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 1-7 (2017).
  7. 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, 1-6 (2013).
  8. Brockington, G., et al. From the laboratory to the classroom: The potential of functional near-infrared spectroscopy in educational neuroscience. Frontiers in Psychology. 9, 1-7 (2018).
  9. Sonkusare, S., Breakspear, M., Guo, C. Naturalistic stimuli in neuroscience: Critically acclaimed. Trends in Cognitive Sciences. 23 (8), 699-714 (2019).
  10. Duan, L., et al. Cluster imaging of multi-brain networks (CIMBN): A general framework for hyperscanning and modeling a group of interacting brains. Frontiers in Neuroscience. 9, 1-8 (2015).
  11. Ikeda, S., et al. Steady beat sound facilitates both coordinated group walking and inter-subject neural synchrony. Frontiers in Human Neuroscience. 11 (147), 1-10 (2017).
  12. Liu, T., Duan, L., Dai, R., Pelowski, M., Zhu, C. Team-work, team-brain: Exploring synchrony and team interdependence in a nine-person drumming task via multiparticipant hyperscanning and inter-brain network topology with fNIRS. NeuroImage. 237, 118147(2021).
  13. Jiang, J., et al. Leader emergence through interpersonal neural synchronization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (14), 4274-4279 (2015).
  14. Nozawa, T., et al. Interpersonal frontopolar neural synchronization in group communication: An exploration toward fNIRS hyperscanning of natural interactions. Neuroimage. 133, 484-497 (2016).
  15. Dai, B., et al. Neural mechanisms for selectively tuning in to the target speaker in a naturalistic noisy situation. Nature Communications. 9 (1), 2405(2018).
  16. Lu, K., Qiao, X., Hao, N. Praising or keeping silent on partner's ideas: Leading brainstorming in particular ways. Neuropsychologia. 124, 19-30 (2019).
  17. Lu, K., Hao, N. When do we fall in neural synchrony with others. Social Cognitive and Affective Neuroscience. 14 (3), 253-261 (2019).
  18. Edwards, B. Drawing on the Right Side of the Brain: The Definitive, 4th Edition. , Penguin Publishing Group. London, UK. (2012).
  19. Hass-Cohen, N., Findlay, J. C. Art Therapy & The Neuroscience of Relationship, Creativity, &Resiliency. Skills and Practices. , W.W. Norton & Company. New York, NY. (2015).
  20. Maekawa, L. N., de Angelis, M. A. A percepção figura-fundo em paciente com traumatismo crânio-encefálico. Arte-Reabilitação. , Memnon Edições Científicas. São Paulo, Brazil. 57-68 (2011).
  21. Babiloni, C., et al. Simultaneous recording of electroencephalographic data in musicians playing in ensemble. Cortex. 47 (9), 1082-1090 (2011).
  22. Babiloni, C., et al. Brains "in concert": Frontal oscillatory alpha rhythms and empathy in professional musicians. NeuroImage. 60 (1), 105-116 (2012).
  23. Müller, V., Lindenberger, U. Cardiac and respiratory patterns synchronize between persons during choir singing. PLoS ONE. 6 (9), 24893(2011).
  24. Greco, A., et al. EEG Hyperconnectivity Study on Saxophone Quartet Playing in Ensemble. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2018, 1015-1018 (2018).
  25. Osborne-Crowley, K. Social Cognition in the real world: Reconnecting the study of social cognition with social reality. Review of General Psychology. 24 (2), 144-158 (2020).
  26. Kantrowitz, A., Brew, A., Fava, M. Proceedings of an interdisciplinary symposium on drawing, cognition and education. , Teachers College Columbia University. New York, NY. 95-102 (2012).
  27. Petersen, C. S., Wainer, R. Terapias Cognitivo-Comportamentais para Crianças e Adolescentes. , Ciência e Arte. Artmed. Brazil. (2011).
  28. Sheng, L., Yang, G., Pan, Q., Xia, C., Zhao, L. Synthetic house-tree-person drawing test: A new method for screening anxiety in cancer patients. Journal of Oncology. 2019, 5062394(2019).
  29. Li, C. Y., Chen, T. J., Helfrich, C., Pan, A. W. The development of a scoring system for the kinetic house-tree-person drawing test. Hong Kong Journal of Occupational Therapy. 21 (2), 72-79 (2011).
  30. Ferreira Barros Klumpp, C., Vilar, M., Pereira, M., Siqueirade de Andrade, M. Estudos de fidedignidade para o desenho da família cinética. Revista Avaliação Psicológica. 19 (1), 48-55 (2020).
  31. Adams, E. Drawing to learn learning to draw. TEA: Thinking Expression Action. , https://www.nsead.org/files/f7246b7608216d52696dc3ed81256213.pdf (2013).
  32. Bernardo, P. P. A Prática da Arteterapia. Correlações entre temas e recursos. Vol 1. , Arteterapia. São Paulo, Brazil. (2008).
  33. Staback, D. DRAWN: Exploring Interaction Through Drawing as Collaborative Play. , Available from: gamelab.mit.edu/wp/wp-content/uploads/2016/08/Staback-Drawn-report.pdf (2016).
  34. Cheng, X., Li, X., Hu, Y. Synchronous brain activity during cooperative exchange depends on gender of partner: AfNIRS-based hyperscanning study. Human Brain Mapping. 36 (6), 2039-2048 (2015).
  35. Baker, J., et al. Sex differences in neural and behavioral signatures of cooperation revealed by fNIRS hyperscanning. Scientific Reports. 6, 1-11 (2016).
  36. Bowie, C. R., Harvey, P. D. Administration and interpretation of the Trail Making Test. Nature Protocols. 1 (5), 2277-2281 (2006).
  37. Valenzuela, M. J., Sachdev, P. Brain reserve and dementia: A systematic review. Psychological Medicine. 4 (36), 441-454 (2006).
  38. Johnson, D. K., Storandt, M., Morris, J. C., Galvin, J. E. Longitudinal study of the transition from healthy aging to Alzheimer disease. Archives of Neurology. 66 (10), 1254-1259 (2009).
  39. Risco, E., Richardson, D. C., Kingstone, A. The dual function of gaze. Current Directions in Psychological Science. 25 (1), 70-74 (2016).
  40. Capozzi, F., et al. Tracking the Leader: Gaze Behavior in Group Interactions. iScience. 16, 242-249 (2019).
  41. Cavallo, A., et al. When gaze opens the channel for communication: Integrative role of IFG and MPFC. NeuroImage. 119, 63-69 (2015).
  42. Kauffeld, S., Meyers, R. A. Complaint and solution-oriented circles: Interaction patterns in work group discussions. European Journal of Work and Organizational Psychology. 18 (3), 267-294 (2009).
  43. Gowen, E., Miall, R. C. Eye-hand interactions in tracing and drawing tasks. Human Movement Science. 25 (4-5), 568-585 (2006).
  44. Marcolino, J., Suzuki, F., Alli, L., Gozzani, J., Mathias, L. Medida da ansiedade e da depressão em pacientes no pré-operatório. Estudo comparativo. Revista Brasileira Anestesiologia. 57 (2), 157-166 (2007).
  45. del Prette, Z., del Prette, A. Inventario de Habilidades Sociais. del Prette, Z., del Prette, A. , Casa do Psicólogo. Brazil. (2009).
  46. Mattos, P., et al. Artigo Original: Adaptação transcultural para o português da escala Adult Self-Report Scale para avaliação do transtorno de déficit de atenção/hiperatividade (TDAH) em adultos. Revista de Psiquiatria Clinica. 33 (4), 188-194 (2006).
  47. Zimeo Morais, G. A., Balardin, J. B., Sato, J. R. fNIRS Optodes' Location Decider (fOLD): A toolbox for probe arrangement guided by brain regions-of-interest. Scientific Reports. 8 (1), 3341(2018).
  48. Davidson, R. J. What does the prefrontal cortex "do" in affect: Perspectives on frontal EEG asymmetry research. Biological Psychology. 67 (1-2), 219-233 (2004).
  49. Hessels, R. S. How does gaze to faces support face-to-face interaction? A review and perspective. Psychonomic Bulletin and Review. 27 (5), 856-881 (2020).
  50. Mangold, P. Discover the invisible through tool-supported scientific observation: A best practice guide to video-supported behavior observation. Mindful Evolution. Conference Proceedings. , Klinkhardt. Bad Heilbrunn, Germany. (2018).
  51. Kandel, E. R. The Age of Insight. The quest to understand the unconscious in art, mind and brain from Vienna 1900 to the present. , Random House Publishing Group. New York, NY. (2012).
  52. Miall, R. C., Nam, S. H., Tchalenko, J. The influence of stimulus format on drawing-A functional imaging study of decision making in portrait drawing. Neuroimage. 102, 608-619 (2014).
  53. Gombrich, E. H. Art and Illusion: A study in the psychology of pictorial representation. 6th ed. , Phaidon. New York, NY. (2002).
  54. Kirsch, W., Kunde, W. The size of attentional focus modulates the perception of object location. Vision Research. 179, 1-8 (2021).
  55. Deubel, H., Schneidert, W. X. Saccade target selection and object recognition: Evidence for a common attentional mechanism. Vision Research. 36 (12), 1827-1837 (1996).
  56. Tchalenko, J. Eye movements in drawing simple lines. Perception. 36 (8), 1152-1167 (2007).
  57. Perdreau, F., Cavanagh, P. The artist's advantage: Better integration of object information across eye movements. iPerceptions. 4 (6), 380-395 (2013).
  58. Quaresima, V., Bisconti, S., Ferrari, M. A brief review on the use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for language imaging studies in human newborns and adults. Brain and Language. 121 (2), 79-89 (2012).
  59. Holleman, G. A., Hessels, R. S., Kemner, C., Hooge, I. T. Implying social interaction and its influence on gaze behavior to the eyes. PLoS One. 15 (2), 0229203(2020).
  60. Dikker, S., et al. Brain-to-brain synchrony tracks real-world dynamic group interactions in the classroom. Current Biology. 27 (9), 1375-1380 (2017).
  61. Gangopadhyay, N., Schilbach, L. Seeing minds: A neurophilosophical investigation of the role of perception-action coupling in social perception. Social Neuroscience. 7 (4), 410-423 (2012).

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

Group SynchronizationCollaborative DrawingFunctional Near Infrared SpectroscopyfNIRS ProtocolInterpersonal SynchronizationSocial InteractionHemodynamic ResponsesBehavioral Data AnalysisHyper ScanningBrain Activation

Related Articles