Summary
वर्तमान प्रोटोकॉल का वर्णन कैसे fNIRS hyperscanning प्रयोगों का संचालन करने के लिए और मस्तिष्क के लिए मस्तिष्क synchrony का विश्लेषण. इसके अलावा, हम चुनौतियों और संभावित समाधान पर चर्चा ।
Abstract
दो या अधिक बातचीत व्यक्तियों, एक दृष्टिकोण hyperscanning के समवर्ती मस्तिष्क रिकॉर्डिंग, सामाजिक संपर्क के neurobiological आधार की हमारी समझ के लिए बढ़ती महत्व प्राप्त कर रहे हैं, और संभवतः पारस्परिक संबंधों . कार्यात्मक निकट अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (fNIRS) hyperscanning प्रयोगों के संचालन के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है क्योंकि यह एक उच्च नमूना दर के साथ स्थानीय hemodynamic प्रभाव उपायों और, महत्वपूर्ण बात, यह प्राकृतिक सेटिंग्स में लागू किया जा सकता है, सख्त गति की आवश्यकता नहीं प्रतिबंध. इस लेख में, हम पैरेंट-चाइल्ड dyads के साथ fNIRS hyperscanning प्रयोगों के संचालन के लिए और ब्रेन-टू-ब्रेन synchrony का विश्लेषण करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं । इसके अलावा, हम महत्वपूर्ण मुद्दों और भविष्य के निर्देशों पर चर्चा, प्रयोगात्मक डिजाइन के बारे में, fNIRS चैनलों के स्थानिक पंजीकरण, शारीरिक प्रभावों और डेटा विश्लेषण तरीकों । वर्णित प्रोटोकॉल पैरेंट-चाइल्ड dyads के लिए विशिष्ट नहीं है, लेकिन विभिन्न dyadic नक्षत्रों जैसे वयस्क अजनबियों, रोमांटिक साझेदारों या भाई-बहनों के लिए कई प्रकार से लागू किया जा सकता है. समाप्त करने के लिए, fNIRS hyperscanning क्षमता के लिए चल रहे सामाजिक संपर्क है, जो संभवतः क्या व्यक्तिगत दिमाग की गतिविधियों की जांच द्वारा अध्ययन किया जा सकता है परे जाने की गतिशीलता में नए अंतर्दृष्टि उपज है ।
Introduction
हाल के वर्षों में, neuroscientists दो या अधिक व्यक्तियों के मस्तिष्क की गतिविधियों को एक साथ रिकॉर्डिंग द्वारा सामाजिक बातचीत का अध्ययन करने के लिए शुरू कर दिया है, एक दृष्टिकोण hyperscanning1शब्द । यह तकनीक इन इंटरैक्शन को अंतर्निहित neurobiological तंत्रों को स्पष्ट करने के नए अवसर खोलती है. पूरी तरह से सामाजिक बातचीत को समझने के लिए, यह अलगाव में एक दिमाग का अध्ययन करने के लिए पर्याप्त नहीं हो सकता है बल्कि2व्यक्तियों बातचीत के दिमाग की संयुक्त गतिविधियों । विभिंन neuroimaging तकनीकों का प्रयोग, hyperscanning अध्ययन से पता चला है कि व्यक्तियों या समूहों के बातचीत के मस्तिष्क की गतिविधियों को सिंक्रनाइज़, उदाहरणके लिए, जबकि वे अपने कार्यों में समंवय3, संगीत4,5संचार करना, कक्षा6 गतिविधियों में संलग्न या7सहयोग ।
लेख कार्यात्मक निकट अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (fNIRS) के साथ एक साथ रिकॉर्डिंग के संचालन के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है । कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) के समान, fNIRS मस्तिष्क सक्रियण के लिए hemodynamic प्रतिक्रिया के उपाय । oxygenated और deoxygenated हीमोग्लोबिन में परिवर्तन (ऑक्सी-एचबी और deoxy-एचबी) के आधार पर ऊतक8के माध्यम से diffusively संचरित के पास अवरक्त प्रकाश की मात्रा की गणना कर रहे हैं । fNIRS अच्छी तरह से hyperscanning प्रयोगों के संचालन के लिए अनुकूल है, विशेष रूप से बच्चों के साथ, क्योंकि यह कम विवश और fMRI से अधिक प्राकृतिक सेटिंग्स में लागू किया जा सकता है । इसके अलावा, यह दोनों, fMRI और ईईजी9से आंदोलन कलाकृतियों की संभावना कम है । इसके अलावा, fNIRS डेटा उच्च नमूना आवृत्तियों (जैसे, 10 हर्ट्ज) पर प्राप्त किया जा सकता है, इस प्रकार यह अत्यधिक अपेक्षाकृत धीमी hemodynamic प्रतिक्रिया का नमूना है और इस तरह संभावित मस्तिष्क के एक अधिक पूर्ण लौकिक तस्वीर प्रदान करता है hemodynamics10 .
इस प्रोटोकॉल Reindl एट अल के अध्ययन के भीतर विकसित किया गया था । 11 और थोड़ा संशोधित किया गया है (विशेष रूप से चैनल स्थान और बुरा चैनल की पहचान के संबंध में) अधिक हाल ही में । अध्ययन के उद्देश्य के लिए माता पिता के सिंक्रनाइज़ मस्तिष्क गतिविधि-बाल dyads की जांच की थी । fNIRS hyperscanning का प्रयोग, हम बच्चों की ललाट मस्तिष्क क्षेत्रों में मस्तिष्क को मस्तिष्क synchrony (पांच से नौ साल की आयु वर्ग) और उनके माता पिता, ज्यादातर माताओं, एक सहकारी और एक प्रतियोगी कंप्यूटर कार्य के दौरान का आकलन किया । वे पिछले hyperscanning अध्ययन1में सामाजिक इंटरैक्टिव प्रक्रियाओं के लिए महत्वपूर्ण क्षेत्रों के रूप में पहचान की गई थी के रूप में आकडे मस्तिष्क क्षेत्रों को लक्षित किया गया. सहकारी और प्रतिस्पर्धी कार्य मूलतः कुई एट अल द्वारा विकसित किए गए थे । 12 और हाल ही में कई पिछले अध्ययन13,14,15द्वारा नियोजित । Reindl एट अल के अध्ययन के लिए । 11, बच्चों के लिए उपयुक्त होने के लिए कार्य संशोधित किए गए । प्रतिभागियों को या तो एक लक्ष्य (सहयोग) के जवाब में बटन प्रेस के माध्यम से संयुक्त रूप से जवाब देने के लिए या अंय खिलाड़ी (प्रतियोगिता) की तुलना में तेजी से जवाब निर्देश दिए गए । प्रत्येक बच्चे को एक बार माता पिता के साथ और एक बार माता पिता के रूप में एक ही लिंग के एक वयस्क अजनबी के साथ प्रत्येक कार्य प्रदर्शन किया । प्रत्येक बच्चे के भीतर-वयस्क dyad, तरंगिका जुटना मस्तिष्क को मस्तिष्क synchrony के एक उपाय के रूप में इसी चैनल के ऑक्सी-एचबी संकेतों के लिए गणना की गई थी ।
इस प्रोटोकॉल के लिए सहकारी और प्रतिस्पर्धी खेल के दौरान माता पिता और बच्चे के fNIRS hyperscanning डेटा इकट्ठा प्रक्रियाओं का वर्णन । समग्र प्रक्रिया, तथापि, इस अनुसंधान डिजाइन करने के लिए विशिष्ट नहीं है, लेकिन अलग आबादियों के लिए उपयुक्त है (जैसे, वयस्क अजनबियों, रोमांटिक भागीदारों, भाई बहन, आदि) और विभिंन प्रयोगात्मक कार्यों की एक संख्या के लिए अनुकूलित किया जा सकता है । इस प्रोटोकॉल भी एक संभव विश्लेषणात्मक प्रक्रिया है, जो आवश्यक और वैकल्पिक डेटा fNIRSing डेटा, गलत चैनल का पता लगाने, तरंगिका जुटना विश्लेषण और सत्यापन द्वारा यादृच्छिक जोड़ी विश्लेषण सहित डाटा विश्लेषण कदम, कवर रूपरेखा ।
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Protocol
भागीदारी करने से पहले, सभी माता-पिता/प्रदान की गई सूचित सहमति/असेंट । अध्ययन RWTH आकिन विश्वविद्यालय के चिकित्सा संकाय की एथिक्स कमेटी द्वारा अनुमोदित किया गया ।
1. भागीदार आने से पहले तैयारी
- NIRS कैप्स तैयार करें ।
- चुनें कैप एक ही आकार या भागीदार के सिर परिधि से थोड़ा बड़ा आकार ।
- लगभग 15 मिमी प्रत्येक के एक व्यास के साथ 15 छेद कट, एक क्षैतिज 3x5 ग्रिड में व्यवस्थित, 2 कच्चे ईईजी टोपियां के प्रत्येक के माथे क्षेत्र में ( सामग्री की तालिकादेखें) । सुनिश्चित करें कि छेद किसी भी दिशा में एक दूसरे से 30 मिमी की दूरी पर हैं, कि छेद के मध्य स्तंभ माथे के केंद्र में स्थित है, यानी, नाक के ऊपर, और नीचे की पंक्ति भौंहों के ऊपर स्थित है कि.
- आदेश में टोपियां और अधिक आरामदायक बनाने के लिए और दबाव के निशान को कम करने के लिए, नरम फोम सामग्री (जैसे, चिपकने वाला टेप या इसी तरह के फ्लैट फोम रबर सामग्री सील खिड़की) जांच कुर्सियां और किनारों पर के बीच धारक ग्रिड के भीतर की ओर में देते हैं । यदि आवश्यक हो तो डबल का सामना चिपकने वाला टेप या सिलाई धागा का उपयोग करें ।
- एक खाली 3x5 जांच धारक ग्रिड माउंट ( सामग्री की मेजदेखें) संशोधित ईईजी टोपियां के प्रत्येक ऐसे कि धारक ग्रिड ही टोपी के अंदर और धारक कुर्सियां छेद में रहना पर रखा गया है ।
नोट: NIRS माप प्रणाली ( सामग्री की तालिकादेखें) दो अलग जांच सेट है, प्रत्येक भागीदार के लिए सेट एक जांच का उपयोग करें । - धीरे ग्रिड पर उचित धारक कुर्सियां में जांच डालने के लिए ऐसी है कि केवल प्रत्येक जांच के पहले रिज सॉकेट, जो एक ध्वनि क्लिक में परिणाम में बढ़ रहा है ।
- NIRS माप प्रणाली में जांच सेट मॉनिटर विंडो खोलें और 2 जांच सेट एक 3x5 ग्रिड में व्यवस्था प्रत्येक, भाग लेने वाले बच्चे के लिए एक और वयस्क के लिए एक । सुनिश्चित करें कि दो टोपियां की जांच व्यवस्था जांच सेट विंडो में व्यवस्था से मेल खाती है (यानी, संबंधित उत्सर्जक और रिसीवर जांच संख्या का एक ही स्थान) ।
- प्रयोग की तैयारी करें ।
- लेजर डायोड के साथ NIRS मापन प्रणाली प्रारंभ करें 30 min. to मापने से पहले, इस तरह की है कि प्रणाली एक स्थिर ऑपरेटिंग तापमान तक पहुंचता है ।
- NIRS मापन प्रणाली पर सभी आवश्यक विकल्प निर्धारित करें । सुनिश्चित करें कि डिवाइस घटना से संबंधित माप के लिए सेट है और RS232 धारावाहिक इनपुट, प्रयोगात्मक प्रतिमान से ट्रिगर प्राप्त करने के लिए आवश्यक है कि, सक्रिय है बनाओ ।
नोट: प्रयोग कुई एट अल द्वारा तैयार की एक प्रतिमान द्वारा एक अनुकूलित संस्करण है । 12, गैर में क्रमादेशित वाणिज्यिक Psychophysics Toolbox एक्सटेंशन, संस्करण 3.0.1116. - तकनीकी कंप्यूटिंग सॉफ्टवेयर शुरू करके प्रायोगिक प्रतिमान तैयार ( सामग्री की तालिकादेखें) है कि Psychophysics Toolbox एक्सटेंशन के लिए आधार के रूप में कार्य करता है और फ़ोल्डर है कि प्रतिमान में सहेजा जाता है के लिए वर्तमान निर्देशिका की स्थापना
- प्रयोग के दौरान सिर के आंदोलनों को रोकने के लिए दो ठोड़ी को कंप्यूटर स्क्रीन के सामने रखें ।
2. प्रयोगशाला में भागीदार आगमन
- प्रतिभागियों को तैयार करें ।
- प्रतिभागियों को NIRS मापन प्रणाली सहित प्रायोगिक सेटअप दिखाएं और समझाएं । हमेशा यह सुनिश्चित करें कि प्रतिभागियों सीधे NIRS माप प्रणाली के लेजर बीम में नहीं लग के रूप में यह आंख के लिए हानिकारक हो सकता है ।
- कंप्यूटर स्क्रीन के सामने प्रतिभागियों को एक दूसरे के बगल में बैठिए । ठोड़ी की ऊंचाई समायोजित करें ऐसी है कि दोनों प्रतिभागियों आराम से बैठते हैं ।
- प्रतिभागियों को निर्देश और दोनों सहकारी और प्रतिस्पर्धी खेल के अभ्यास परीक्षण प्रशासन । यदि आवश्यक हो तो अभ्यास परीक्षण के दौरान अतिरिक्त निर्देश दें ।
- उपाय और 10-20 प्रणाली है, जो nasion और इनियन के बीच की दूरी का 10% है, प्रत्येक भागीदार के सिर पर के अनुसार Fpz बिंदु निशान ।
- जांच के साथ ' प्रतिभागियों के सिर पर ध्यान से टोपियां प्लेस, लेजर बंद कर दिया । कैप के सामने रखें, जांच ग्रिड सहित, भागीदार के माथे पर पहले और फिर नीचे गर्दन की ओर टोपी के पीछे खींच । सुनिश्चित करें कि निचली पंक्ति के मध्य जांच Fpz पर रखा गया है और मध्य जांच स्तंभ sagittal संदर्भ वक्र के साथ संरेखित है ।
- NIRS मापन प्रणाली से अनुलग्न धारक भुजा पर फाइबर स्ट्रिंग्स रखें ताकि वे प्रतिभागी या कुर्सी के साथ संपर्क के बिना ढीले रूप से डटे रहें और वे टोपियों पर न खींचो । एक अतिरिक्त धारक का प्रयोग करें (उदाहरणके लिए, संशोधित माइक्रोफोन खड़े या समान) दूसरे भागीदार के लिए यदि आवश्यक हो तो ।
- जब तक जांच आवरण के शीर्ष के केंद्र में छोटे सफेद नाक दिखाई है इसके सॉकेट में आगे प्रत्येक जांच पुश ।
नोट: नाक एक कुंडल वसंत तंत्र द्वारा ऊपर की ओर धकेल दिया है जैसे ही जांच टिप है भागीदार खोपड़ी छू लेती है । - फिर से लेजर चालू करें और NIRS मापन प्रणाली की जांच सेट मॉनिटर विंडो में ऑटो गेन बटन पर क्लिक करके सिग्नल गुणवत्ता का परीक्षण करें ।
- यदि एक चैनल एक पर्याप्त संकेत नहीं है (यानी, अगर यह पीले रंग में चिह्नित है), धीरे आसपास की जांच टिप के नीचे बाल डाल एक तरफ । यदि आवश्यक हो, उनकी कुर्सियां में आगे की जांच धक्का लेकिन भागीदार की सुविधा सुनिश्चित करते हैं । जांच करें कि संकेत गुणवत्ता में सुधार हुआ है (यानी, चैनल अब हरे रंग में चिह्नित है) ऑटो लाभ बटन पर क्लिक करके फिर से ।
- यदि चरण 2.1.9 । एक संकेत सुधार करने के लिए नेतृत्व नहीं करता है, संकेत तीव्रता को समायोजित. अगर वहाँ बहुत अधिक संकेत है (यानी, अगर चैनल लाल रंग में चिह्नित है), NIRS माप प्रणाली की जांच सेट मॉनिटर खिड़की में संबंधित जांच के प्रतीक पर बार क्लिक करके कम संकेत तीव्रता के लिए संकेत तीव्रता बदल जाते हैं । अगर वहां पर्याप्त संकेत नहीं है (यानी, अगर चैनल पीले रंग में चिह्नित है), उच्च संकेत तीव्रता के लिए संकेत तीव्रता बदलने के लिए, फिर से बार से संबंधित जांच के प्रतीक पर क्लिक करके ।
- प्रयोग चलाएं
- जब अभ्यास परीक्षणों और एक अच्छा संकेत गुणवत्ता के बाद कोई सवाल नहीं कर रहे हैं, प्रायोगिक प्रतिमान शुरू करते हैं ।
- प्रतिभागियों के हाथ पर एक तौलिया रखें ताकि वे अपने संबंधित खेल साथी के हाथ आंदोलनों नहीं देख सकते ।
- प्रयोग के बाद, डेटा को बचाने और पाठ फ़ाइल बाहर बटन पर क्लिक करके एक पाठ फ़ाइल के रूप में कच्चे प्रकाश की तीव्रता डेटा निर्यात । NIRS मापन प्रणाली में कोई भी फ़िल्टर लागू न करें ।
- इथेनॉल के साथ सभी आवश्यक सामग्री (जांच, जांच धारकों, ठोड़ी टिकी हुई है) को साफ । हल्के डिटर्जेंट के साथ एक सौंय चक्र में टोपियां धो लो ।
3. डेटा विश्लेषण
- डेटा प्रक्रिया
नोट: कई गैर वाणिज्यिक सॉफ्टवेयर संकुल fNIRS डेटा विश्लेषण के लिए उपलब्ध हैं, उदाहरणके लिए, होमर17, NIRS ब्रेन AnalyzIR18 या एसपीएम के लिए fNIRS19। बाद में निम्न प्रक्रिया वाले चरणों के लिए उपयोग किया गया था । कैसे इन चरणों को निष्पादित करने के बारे में अधिक जानकारी के लिए, कृपया उपकरण बॉक्स मैनुअल देखें ।- fNIRS डेटा स्वरूप के लिए एसपीएम के लिए डेटा फ़ाइलों को कनवर्ट करें ।
- की गणना ऑक्सी-एचबी और deoxy-एचबी एकाग्रता परिवर्तन मुख्य विंडो में कन्वर्ट बटन दबाकर संशोधित बीयर-Lambert कानून का उपयोग कर. विषय की आयु और स्रोत और डिटेक्टर के बीच की दूरी दर्ज करें (जैसे, 3 सेमी). दाढ़ अवशोषण गुणांक के लिए डिफ़ॉल्ट मान को स्वीकार करें ऑक्सी-एचबी और deoxy-एचबी की तरंग दैर्ध्य (λ) 1 और λ 2 के साथ-साथ pathlength 1 और DPF 2 पर अंतर λ फैक्टर (λ) के लिए डिफ़ॉल्ट मान ।
- hemodynamic परिवर्तन के समय श्रृंखला की प्रक्रिया के लिए मारा बटन का चयन करके गति कलाकृतियों को कम करने के लिए (मारा एल्गोरिथ्म के बारे में अधिक जानकारी के लिए Scholkman एट अल देखें । 20).
- डीसीटी बटन का चयन करके धीमी बहाव को कम करने के लिए समय श्रृंखला की प्रक्रिया ।
- खराब चैनल का पता लगाना
नोट: गलत चैनल का पता लगाने से पहले और/या fNIRS डेटा प्रक्रिया के बाद किया जा सकता है । इस प्रोटोकॉल में, बुरा चैनल और दृश्य निरीक्षण का पता लगाने के लिए अलग उद्देश्य मानदंड संयुक्त कर रहे हैं । कृपया ध्यान दें कि वस्तुनिष्ठ मानदंडों की प्रस्तावित सूची संपूर्ण नहीं है । बुरा चैनल का पता लगाने के लिए, स्वयं लिखा लिपियों (तकनीकी कंप्यूटिंग सॉफ्टवेयर सामग्री की तालिकादेख) के लिए इस्तेमाल किया गया ।- उन चैनलों को शामिल न करें जिनमें कई निरंतर नमूनों के लिए कोई संकेत परिवर्तन नहीं है, जो समय श्रृंखला की साजिश रचने के दौरान सपाट लाइन द्वारा दर्शाया जाता है ।
- भिन्नता के गुणांक की गणना करें CV = एसडी/मतलब * 100 कच्चे क्षीणन डेटा के लिए. उन चैनलों को शामिल न करें जिनमें CV पूर्वनिर्धारित प्रतिशत से ऊपर है (उदा., 10%; उदाहरण के लिए देखें वान डेर कांत एट अल. 21).
- सिग्नल का पावर स्पेक्ट्रम प्लाट । यदि 1 हर्ट्ज के आसपास संकेत स्पेक्ट्रम में कोई दिल की धड़कन दिखाई नहीं है, इस आवृत्ति बैंड में एक वृद्धि की शक्ति के द्वारा संकेत के रूप में, विश्लेषण से चैनल को छोड़ दें.
- विज़ुअल रूप से पहले और/या प्रक्रिया के बाद सभी डेटा का निरीक्षण । तय करें कि क्या उद्देश्य मानदंडों के आधार पर चैनल शामिल करने के लिए, 3.2.1 में वर्णित – 3.2.3, साथ ही शोर चैनलों के व्यक्तिपरक दृश्य का पता लगाने पर.
- ब्रेन-टू-ब्रेन कनेक्टिविटी
ध्यान दें: दो ब्रेन कनेक्टिविटी के विभिंन प्रकार के अनुमान प्रतिष्ठित किया जा सकता है: गैर निर्देश का अनुमान है, जो संपर्क की शक्ति को बढ़ाता है, और निर्देश का अनुमान है, जो डेटा 22 से करणीय संबंध के लिए सांख्यिकीय सबूत स्थापित करना चाहते है . यहां ध्यान तरंगिका रूपांतर जुटना (वर्ल्ड ट्रेड सेंटर) पर था, एक व्यापक रूप से लागू गैर fNIRS मस्तिष्क को मस्तिष्क संपर्क के लिए अनुमान का निर्देश दिया । वर्ल्ड ट्रेड सेंटर की गणना के लिए कई गैर वाणिज्यिक सॉफ्टवेयर समाधान उपलब्ध हैं, उदाहरणके लिए, एक Grinsted और सहकर्मियों23 या ASToolbox24, जो निंनलिखित चरणों के लिए इस प्रोटोकॉल में इस्तेमाल किया गया था द्वारा एक ।- ASToolbox के AWCO समारोह में, मां तरंगिका निर्दिष्ट (उदाहरणके लिए, अपने मापदंडों बीटा और गामा के साथ सामान्यीकृत मोर्स तरंगिका), जो समय और आवृत्ति डोमेन में लगातार तरंगिका द्वारा प्रत्येक समय श्रृंखला को बदलने के लिए प्रयोग किया जाता है परिवर्तन.
- स्मूथिंग विंडो प्रकार (उदा., Hanning विंडो) और AWCO फ़ंक्शन में समय और स्केल डोमेन के लिए स्मूथिंग विंडो आकार निर्दिष्ट करें.
- वर्ल्ड ट्रेड सेंटर गुणांक के महत्व की जांच करने के लिए और उनके पीमूल्यों की गणना करने के लिए, किराए की समय श्रृंखला (n ≥ ३००) और अरमा मॉडल (उदा, AR (1)) की संख्या निर्दिष्ट AWCO समारोह में ।
- 3.3.3 के लिए 3.3.1 चरणों में निर्दिष्ट मापदंडों के साथ, दो इसी चैनल के तरंगिका जुटना गणना (दो प्रतिभागियों में एक ही channel) ।
- ब्याज की एक आवृत्ति बैंड जिसमें कार्य से संबंधित मस्तिष्क को मस्तिष्क synchrony पिछले अध्ययन और डेटा के दृश्य निरीक्षण के आधार पर होने की उंमीद है चुनें (एक वैकल्पिक दृष्टिकोण के लिए Nozawa एट अल देखें । 25).
- वर्ल्ड ट्रेड सेंटर के गुणांक और/या प्रत्येक चैनल में प्रत्येक कार्य ब्लॉक के लिए और प्रत्येक dyad के लिए कार्य-संबंधित आवृत्ति बैंड में महत्वपूर्ण वर्ल्ड ट्रेड सेंटर के गुणांकों के प्रतिशत का माध्य परिकलित करें । आगे सांख्यिकीय विश्लेषण के लिए मस्तिष्क के लिए मस्तिष्क synchrony के एक परिणाम उपाय के रूप में इस मूल्य का उपयोग करें (अधिक जानकारी के लिए Reindl एट अल देखें । 11).
- यादृच्छिक जोड़े के लिए तुलना
नोट: परिणामों को मांय करने के लिए, हम सिफारिश की वास्तविक dyads के वर्ल्ड ट्रेड सेंटर के लिए यादृच्छिक वयस्क-बाल युग्म, जो एक दूसरे के साथ नहीं खेला था लेकिन एक ही प्रयोगात्मक कार्य प्रदर्शन के वर्ल्ड ट्रेड सेंटर की तुलना ।- वर्ल्ड ट्रेड सेंटर की गणना, के रूप में ३.३., में वर्णित भागीदार जोड़े जो एक साथ नहीं खेला था, लेकिन एक ही प्रयोगात्मक कार्य प्रदर्शन के लिए (यानी, यादृच्छिक जोड़े) । यादृच्छिक जोड़े की संख्या चुनें (उदाहरणके लिए, ३०० प्रत्येक शर्त के लिए) और प्रत्येक यादृच्छिक जोड़ी के लिए वर्ल्ड ट्रेड सेंटर की गणना ।
- नकली synchronicity का पता लगाने से बचने के लिए यादृच्छिक और वास्तविक जोड़े के जुटना की तुलना करें ।
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Representative Results
सहकारी शर्त के दौरान एक पैरेंट-चाइल्ड dyad का प्रतिनिधि डेटा चित्रा 1में दिखाया गया है । सहकारी कार्य ३ ३० एस बाकी ब्लॉकों और दो कार्य ब्लॉकों के होते हैं, 20 परीक्षणों प्रत्येक के साथ, बारी क्रम में प्रस्तुत किया । प्रत्येक परीक्षण में, प्रतिभागियों को एक संकेत के रूप में एक साथ संभव के रूप में प्रतिक्रिया करने के लिए एक बिंदु11कमाते हैं ।
चित्रा 1: Hyperscanning डेटा विश्लेषण और प्रतिनिधि परिणाम । दो प्रतिभागियों के 22 चैनलों (CHs) में प्रकाश गहनता डेटा एकत्र किया जाता है । पहले, खराब चैनलों का पता लगाया और आगे विश्लेषण से बाहर कर रहे हैं । बाद में, प्रकाश की तीव्रता डेटा को ऑक्सी-हीमोग्लोबिन (Δ ऑक्सी-एचबी) और deoxy-हीमोग्लोबिन (Δ deoxy-hb) में परिवर्तन करने के लिए परिवर्तित किया जाता है । सिग्नल सहकारी शर्त के दौरान CH 8 में एक अनुकरणीय माता-पिता के बच्चे dyad के लिए दिखाए जाते हैं । डेटा गति कलाकृतियों और धीमी बहाव को कम करने के द्वारा प्रक्रिया है । बाद में, तरंगिका जुटना है की गणना की है, के द्वारा संसाधित ऑक्सी-एचबी संकेतों । प्रत्येक तरंगिका जुटना मूल्य के महत्व का अनुमान है, ३०० किराए की समय श्रृंखला उत्पंन कर रहे हैं । यदि मनाया तरंगिका जुटना मूल्य तरंगिका जुटना समय और पैमाने में एक ही बिंदु पर किराए के समय श्रृंखला से प्राप्त मूल्यों के ९५% से अधिक है, यह महत्वपूर्ण के रूप में माना जाता है । महत्वपूर्ण तरंगिका जुटना मूल्यों ठोस भूखंड में संबंधित क्षेत्रों के आसपास लाइनों द्वारा चिह्नित कर रहे हैं । कार्य से संबंधित आवृत्ति बैंड में जुटना ब्लैक बॉक्स के भीतर दर्शाया गया है । कृपया ध्यान दें कि विश्लेषण चरण और चित्र में दर्शाए parameterization को उदाहरण के रूप में समझना चाहिए । इष्टतम parameterization डेटा पर निर्भर करता है, उदाहरणके लिए, मारा एल्गोरिथ्म के विभिन्न मापदंडों20कलाकृतियों के विभिन्न प्रकार के लिए सबसे अच्छा काम हो सकता है, और अभी तक विश्लेषण चरणों में से किसी के लिए कोई सोने के मानक है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
परिणाम एक पैरेंट-चाइल्ड dyad के दोनों प्रतिभागियों के चैनल 8 के fNIRS डेटा के लिए उदाहरण हैं । पूर्व प्रक्रिया, कच्चे प्रकाश क्षीणन डेटा, fNIRS डिवाइस से प्राप्त, दोनों प्रतिभागियों के लिए ऑक्सी-एचबी और deoxy-एचबी में परिवर्तन करने के लिए परिवर्तित कर रहे हैं । अगला, fNIRS समय श्रृंखला गति कलाकृतियों और बहाव को कम करने के लिए प्रक्रिया कर रहे हैं । अंत में, महत्वपूर्ण वर्ल्ड ट्रेड सेंटर पर दोनों प्रतिभागियों के प्रोसेस्ड ऑक्सी-एचबी संकेतों से गणना की जाती है ।
चित्रा 1 एक असली मूल्य वर्ल्ड ट्रेड सेंटर मैट्रिक्स है, जो समय और आवृत्ति डोमेन में जुटना गुणांक से बना है दिखाता है (यहां अवधि की लंबाई में) । गुणांक 0 और 1, दोनों संकेतों24के बीच एक विशिष्ट समय और आवृत्ति पर एक सही संबंध का संकेत के साथ 1 के बीच रेंज कर सकते हैं । गुणांक नीले (कम या कोई जुटना) से लाल (मजबूत या अधिकतम जुटना) को लेकर एक रंग मानचित्र का उपयोग कर कल्पना कर रहे हैं । महत्वपूर्ण जुटना मूल्यों ठोस काले साजिश में संबंधित क्षेत्रों के आसपास लाइनों द्वारा चिह्नित कर रहे हैं । प्रत्येक कार्य खंड की शुरुआत और अंत अनुलंब डैश्ड रेखाओं द्वारा दर्शाया जाता है ।
परिणाम एक उच्च आवृत्ति बैंड में प्रयोग भर में एक मजबूत जुटना दिखाने के लिए, ~ 1 एस (1 हर्ट्ज) की अवधि की लंबाई तक । माता पिता और बच्चे की हृदय लय से यह संभावना परिणाम । इसके अतिरिक्त, परिणाम के बीच एक कम आवृत्ति बैंड में एक मजबूत जुटना दिखाने ~ 2 s और 8 s अवधि लंबाई (०.५-०.१२५ हर्ट्ज). परीक्षण की लंबाई छद्म यादृच्छिक चर क्यू अवधियों (६००-१५०० ms) और प्रतिभागियों के व्यक्तिगत प्रतिक्रिया समय के कारण भिंन है लेकिन औसत पर 7 एस के आसपास थे, के बारे में 1 एस की प्रतिक्रिया समय संभालने । इसलिए, इस कम आवृत्ति की संभावना में जुटना कार्य के दौरान दोनों विषयों की मस्तिष्क गतिविधियों का एक तुल्यकालन को दर्शाता है ।
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Discussion
इस प्रोटोकॉल में, हम एक साथ दो विषयों के ललाट मस्तिष्क क्षेत्रों में ऑक्सी-एचबी और deoxy-एचबी के एकाग्रता परिवर्तन को मापने, मस्तिष्क से मस्तिष्क synchrony का विश्लेषण करने के लिए कैसे fNIRS hyperscanning प्रयोगों और एक संभव तरीका का संचालन करने के लिए दिखाते हैं । FNIRS hyperscanning लागू करने के लिए अपेक्षाकृत आसान है: एक एकल NIRS डिवाइस उन दोनों के बीच optodes बंटवारे से दोनों विषयों की मस्तिष्क की गतिविधियों को मापने के लिए पर्याप्त है । इस प्रकार, विभिंन उपकरणों के बीच कोई तुल्यकालन आवश्यक है1। इसके अलावा, के बाद से fNIRS सख्त गति प्रतिबंध की आवश्यकता नहीं है, यह अच्छी तरह से एक प्राकृतिक वातावरण में और बच्चों में hyperscanning प्रयोगों के संचालन के लिए अनुकूल है । निंनलिखित में, हम कुछ महत्वपूर्ण मुद्दों पर प्रकाश डाला जब डिजाइन, विश्लेषण और व्याख्या (fNIRS) hyperscanning प्रयोगों, चुनौतियों पर चर्चा के रूप में के रूप में अच्छी तरह से संभव समाधान ।
प्रायोगिक डिजाइन । hyperscanning अध्ययन का एक महत्वपूर्ण मुद्दा प्रयोगात्मक डिजाइन से संबंधित है । दो प्रतिभागियों को जो एक दूसरे के स्वतंत्र रूप से एक ही प्रयोगात्मक कार्य पूरा समान मस्तिष्क गतिविधियों है, जो तो मस्तिष्क के रूप में पता लगाया जा सकता है दिखा सकते है मस्तिष्क synchrony26। प्रयोगात्मक कार्य द्वारा प्रेरित मस्तिष्क-मस्तिष्क synchrony के बीच अंतर करने के लिए और सामाजिक संपर्क द्वारा, उचित प्रायोगिक नियंत्रण की स्थिति आवश्यक हैं । एक तरफ, सहकारी और प्रतिस्पर्धी कार्यों को बहुत अच्छी तरह से अनुकूल है क्योंकि वे केवल सहकारी कार्य घटक में और नहीं उत्तेजना सामग्री और भागीदार मोटर व्यवहार में अलग हैं । दूसरी ओर, कम मानकीकृत और अधिक प्राकृतिक बातचीत (जैसे, एक पहेली बनाने के साथ) सामाजिक इंटरैक्टिव व्यवहार में अधिक विचरण पैदा हो सकता है और एक अधिक पारिस्थितिक वैधता हो सकता है ।
चैनलों के स्थानिक पंजीकरण । fNIRS hyperscanning में एक चुनौती इसी चैनल में hemodynamic गतिविधि को मापने है । दो प्रतिभागियों के सिर के इसी स्थानों पर उत्सर्जक और डिटेक्टर जांच संलग्न दो इसी cortical क्षेत्रों में गतिविधि है कि वारंट नहीं है, व्यक्तिगत मस्तिष्क शरीर रचना विज्ञान के रूप में अलग करने के लिए उत्तरदाई है । एक साथ एक वयस्क और एक बच्चे को मापने संरचनात्मक लोगों के शीर्ष पर विकासात्मक मतभेदों को शुरू करने से इस समस्या गहरा । इसके अलावा, चैनलों की बढ़ती संख्या के साथ, चैनल के स्थान सिर आकार और आकार27में परिवर्तनशीलता की वजह से विषयों में कम reproducible है । एक वैकल्पिक ETG के लिए गौण-४००० एक जांच पोजिशनिंग यूनिट है जो जांच पदों पर तीन आयामी अंतरिक्ष में सिर पर फिड्यूशियल अंक के सापेक्ष बनाता है । इन आंकड़ों तो सह सकता है भागीदार मस्तिष्क के संरचनात्मक श्री छवि को पंजीकृत27। श्री छवियों को प्राप्त करने और पोजिशनिंग इकाई का उपयोग कर experimenter बेहतर नियंत्रण करने के लिए कि गतिविधि वास्तव में दो प्रतिभागियों में इसी मस्तिष्क क्षेत्रों में मापा जाता है सक्षम हो जाएगा । इसके अतिरिक्त, शोधकर्ताओं ने आंशिक रूप से एक सभी के लिए सभी कनेक्टिविटी मॉडल, दो प्रतिभागियों के किसी भी दो चैनलों के बीच कनेक्शन को मापने की गणना करके इस समस्या को दरकिनार कर सकता है ।
प्रणालीगत फिजियोलॉजी के प्रभाव । एक अंय महत्वपूर्ण मुद्दा यह है कि hemodynamic परिवर्तन न केवल neurovascular युग्मन के प्रभाव से प्रभावित हो जाना जाता है, इस प्रकार न्यूरॉन गतिविधि, लेकिन यह भी हृदय गति में परिवर्तन के रूप में प्रणालीगत परिवर्तन, द्वारा, रक्तचाप, श्वास दर, और स्वायत्तता तंत्रिका तंत्र गतिविधि28. इसलिए, दो सहयोग प्रतिभागियों के hemodynamic परिवर्तन में पाया गया कोई भी synchrony उन कारकों की एक synchrony के कारण हो सकता है । पिछले अध्ययनों से पता चला है कि दो बातचीत भागीदारों वास्तव में उनके शारीरिक गतिविधियों को सिंक्रनाइज़ करते हैं29. ध्यान दें, तथापि, कि विभिंन प्रयोगात्मक शर्तों जो सीधे एक दूसरे की तुलना में कर रहे है के साथ कार्यों में, यह केवल एक निराधार है अगर शारीरिक युग्मन और एक नहीं बल्कि अंय शर्त में प्रमुख है । फिर भी, यह hyperscanning अध्ययन में शारीरिक डेटा प्राप्त करने के लिए इन मापदंडों के प्रायोगिक नियंत्रण सक्षम सहायक हो सकता है । एक अंय विकल्प, के रूप में Nozawa एट अल द्वारा हाल ही में प्रदर्शन किया । 25, एक लघु स्रोत डिटेक्टर (एस डी) जुदाई के साथ माप चैनल जोड़ने के लिए है (जैसे, 1 सेमी), जो सतही त्वचा रक्त प्रवाह के संकेत के लिए संवेदनशील हैं. इसके बाद इसी घटक को नियमित रूप से एस-डी जुदाई (जैसे, 3 सेमी) के साथ माप चैनलों से प्राप्त fNIRS सिग्नल से निकाला जा सकता है, इस प्रकार शारीरिक संस्थापकों के प्रभाव को कम करना । इस तरह के एक दोहरे या बहु दूरी दृष्टिकोण को कार्य करने के लिए संवेदनशीलता में सुधार दिखाया गया है (यहां: संचार-बढ़ाया) मस्तिष्क को मस्तिष्क synchrony ।
डेटा विश्लेषण । Hyperscanning परिणाम मस्तिष्क के लिए मस्तिष्क synchrony यों तो एक अनुमानक पर निर्भर करते हैं । वर्तमान अध्ययन में, हम मस्तिष्क के एक उपाय के रूप में इसी चैनल के ऑक्सी-एचबी संकेतों के वर्ल्ड ट्रेड सेंटर की गणना करने वाली मस्तिष्क synchrony । तरंगिका-आधारित तरीकों लाभ है कि वे समय आवृत्ति अंतरिक्ष में समय श्रृंखला की थरथरानवाला गतिशीलता पर विचार किया है । वर्ल्ड ट्रेड सेंटर एक गैर निर्देशित तरंगिका बदल समय श्रृंखला से गणना की माप है, दो समय श्रृंखला के बीच संबंधों की ताकत का प्रतिनिधित्व । भविष्य के अध्ययन में, यह करने के लिए अतिरिक्त इस तरह के ग्रेंजर कारण के रूप में निर्देशित उपाय, शामिल दिलचस्प होगा, ताकि जांच करने के लिए जो भागीदार "बिक्रीसूत्र" गतिविधि (उदाहरण के लिए पैन एट अल देखें । 15). इसके अलावा, जबकि कई पिछले fNIRS-आधारित hyperscanning अध्ययन केवल एक संकेत (जैसे, ऑक्सी-एचबी) में ब्रेन-टू-ब्रेन synchrony की जांच करते हैं, यह सलाह दी जाती है कि ऑक्सी-एचबी और deoxy-एचबी (और संभवत: कुल-एचबी) दोनों पर विचार करें ताकि पूरा ले fNIRS तकनीक का लाभ15.
सीमाएं हैं । हालांकि fNIRS एक होनहार प्रदान करता है, तेजी से बढ़ती neuroimaging तकनीक, कुछ तकनीकी डिवाइस के साथ जुड़े सीमाओं पर विचार किया जाना चाहिए जब ऐसे अध्ययन की योजना बना (हाल ही में एक समीक्षा के लिए पिंटी एट अल देखें । 30). ईईजी और fMRI की तुलना में, fNIRS अधिक गति कलाकृतियों के लिए प्रतिरोधी है, अभी तक, यह अभी भी पर्याप्त गति विरूपण साक्ष्य नियंत्रण और पता लगाने की आवश्यकता है । कलाकृतियों के कई संभावित कारण हैं । पहले, कुछ प्रतिभागियों को उनके सिर अचानक ले जाते हैं, विशेष रूप से शिशुओं और बच्चों में, और इस तरह फाइबर पथ पर खींच, optode संपर्क को प्रभावित कर सकता है । नए फाइबर वाले उपकरणों के विकास और आंदोलन के लिए मजबूत कर रहे हैं और इस तरह सक्रिय कार्यों की जांच की अनुमति30. एक चिन-आराम का उपयोग एक अतिरिक्त गति विरूपण साक्ष्य नियंत्रण के रूप में सेवा कर सकते हैं; हालांकि, यह प्राकृतिक बातचीत में मस्तिष्क की गतिविधियों को रिकॉर्ड करने की क्षमता को सीमित करता है । दूसरा, एक पर्याप्त optode संपर्क प्राप्त करने के भागीदार के काले, घुंघराले और या घने बालों से रुकावट हो सकती है । optodes रखने इस प्रकार समय लेने वाली हो सकता है और एक परिपूर्ण संकेत हमेशा की गारंटी नहीं है । तीसरा, fNIRS प्रणाली पर निर्भर करता है, समय की एक लंबी अवधि के लिए optodes पहने हुए है भागीदार सिर पर दबाव डाल सकते हैं, जो अप्रिय के रूप में अनुभव किया जा सकता है । यह केवल प्रयोग की रिकॉर्डिंग समय की सीमा नहीं है, लेकिन यह भी अधिक आंदोलन और कलाकृतियों (जैसे, छोटे बच्चों को टोपी पर खींच सकता है) के लिए नेतृत्व कर सकते हैं । गति कलाकृतियों के अलावा, यह उल्लेखनीय है कि fNIRS cortical सतह के उपायों को ही प्रदान करता है. अंत में, वहां कोई मानकीकृत डेटा विश्लेषण दिशानिर्देश अभी तक कर रहे हैं । कई toolboxes पिछले वर्षों में विकसित किए गए थे और पहले प्रयास विभिन्न प्रक्रियात्मक तकनीकों की प्रभावशीलता का विश्लेषण करने के लिए किए गए थे (उदा., Brigadoi एट अल. 31 और कूपर एट अल. ३२). इसके अलावा, विश्लेषणात्मक इस लेख में प्रस्तुत प्रोटोकॉल fNIRS hyperscanning डेटा का विश्लेषण करने के लिए एक रास्ता दिखाता है । महत्वपूर्ण बात, विश्लेषण के चयनित मापदंडों एक संभव विकल्प के रूप में और नहीं एक मानक दिशानिर्देश के रूप में समझा जाना चाहिए । कई अंय विश्लेषणात्मक प्रोटोकॉल fNIRS hyperscanning के लिए विभिंन अनुसंधान समूहों द्वारा पिछले वर्षों में विकसित किया गया है (उदाहरण के लिए देखें कुई एट अल । 12; हिर्श एट अल. ३३) ।
निष्कर्ष । fNIRS hyperscanning एक होनहार को सामाजिक३४बातचीत के आधार neurobiological में आगे अंतर्दृष्टि लाभ तकनीक है । भविष्य में, पोर्टेबल और फाइबर NIRS उपकरणों विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो सकता है जब प्राकृतिक बातचीत में मस्तिष्क से मस्तिष्क synchrony की जांच और विषयों के बड़े समूहों की ओर dyad से बढ़ रहा है । अंत में, विभिंन neuroimaging तकनीकों के संयोजन, जैसे, ईईजी-fNIRS, नए अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकते हैं, मस्तिष्क की हमारी समझ को विस्तृत करने वाली मस्तिष्क synchrony ।
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Disclosures
लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।
Acknowledgments
यह काम जर्मन संघीय राज्य और सरकारों की उत्कृष्टता पहल द्वारा वित्त पोषित किया गया (ERS बीज कोष, OPSF449) । हिताची NIRS सिस्टम को जर्मन रिसर्च फाउंडेशन DFG (948/18-1 FUGG) की फंडिंग से सपोर्ट मिला ।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| NIRS measurement system with probe sets and probe holder grids | Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Japan | ETG-4000 Optical Topography System | The current study protocol requires an optional second adult probe set for 52 channels of measurement in total as well as two 3x5 probe holder grids. |
| raw EEG caps | EASYCAP GmbH, Herrsching, Germany | C-SCMS-56; C-SCMS-58 | Caps must be provided with holes for NIRS probes by the experimenter. Choose cap size the same size or slightly larger than participant's head circumference. |
| Technical computing software | The MathWorks, Inc., Natick, MA | MATLAB R2014a (or later versions) | Serves as base for Psychophysics Toolbox extensions (stimulus presentation), SPM for fNIRS toolbox (fNIRS data analysis), and ASToolbox (WTC computation). |
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