Comment calculer et valider la synchronisation inter-cerveau dans une étude d’hyperscanning fNIRS

Résumé

La dynamique entre les cerveaux couplés des individus a été de plus en plus représentée par la synchronisation inter-cerveau (IBS) lorsqu’ils se coordonnent les uns avec les autres, principalement en utilisant des signaux d’enregistrement simultané des cerveaux (à savoir l’hyperscanning) avec fNIRS. Dans les études d’hyperscan fNIRS, le SCI a été couramment évalué par la méthode de la cohérence de transformation des ondelettes (WTC) en raison de son avantage sur l’expansion des séries chronologiques dans l’espace temps-fréquence où les oscillations peuvent être vues de manière très intuitive. Le SCI observé peut être validé davantage via l’appariement aléatoire basé sur la permutation de l’essai, du partenaire et de la condition. Ici, un protocole est présenté pour décrire comment obtenir des signaux cérébraux via la technologie fNIRS, calculer le SCI via la méthode WTC et valider le SCI par permutation dans une étude d’hyperscan. En outre, nous discutons des problèmes critiques lors de l’utilisation des méthodes ci-dessus, y compris le choix des signaux fNIRS, les méthodes de prétraitement des données et les paramètres facultatifs des calculs. En résumé, l’utilisation de la méthode WTC et de la permutation est un pipeline potentiellement standard pour l’analyse du SCI dans les études d’hyperscan fNIRS, contribuant à la fois à la reproductibilité et à la fiabilité du SCI.

Résumé

La dynamique entre les cerveaux couplés des individus a été de plus en plus représentée par la synchronisation inter-cerveau (IBS) lorsqu’ils se coordonnent les uns avec les autres, principalement en utilisant des signaux d’enregistrement simultané des cerveaux (à savoir l’hyperscanning) avec fNIRS. Dans les études d’hyperscan fNIRS, le SCI a été couramment évalué par la méthode de la cohérence de transformation des ondelettes (WTC) en raison de son avantage sur l’expansion des séries chronologiques dans l’espace temps-fréquence où les oscillations peuvent être vues de manière très intuitive. Le SCI observé peut être validé davantage via l’appariement aléatoire basé sur la permutation de l’essai, du partenaire et de la condition. Ici, un protocole est présenté pour décrire comment obtenir des signaux cérébraux via la technologie fNIRS, calculer le SCI via la méthode WTC et valider le SCI par permutation dans une étude d’hyperscan. En outre, nous discutons des problèmes critiques lors de l’utilisation des méthodes ci-dessus, y compris le choix des signaux fNIRS, les méthodes de prétraitement des données et les paramètres facultatifs des calculs. En résumé, l’utilisation de la méthode WTC et de la permutation est un pipeline potentiellement standard pour l’analyse du SCI dans les études d’hyperscan fNIRS, contribuant à la fois à la reproductibilité et à la fiabilité du SCI.

Introduction

Lorsque les gens se coordonnent avec les autres, leur cerveau et leur corps deviennent une unité couplée grâce à une adaptation mutuelle continue. Le couplage entre les cerveaux peut être représenté par la synchronisation inter-cerveau (IBS) grâce à l’approche hyperscanning, qui enregistre simultanément les signaux cérébraux de deux individus ou plus¹. En effet, un nombre croissant d’études d’hyperscan fNIRS / EEG ont trouvé IBS dans divers contextes de collaboration, y compris le tapotement des doigts^2,la marche en groupe^3,jouer de la batterie^4,jouer de la guitare

Protocole

Le protocole présenté ici a été approuvé par le Comité universitaire sur la protection de la recherche humaine de l’Université normale de Chine orientale.

1. Préparation de l’expérience

1. Participants
   1. Recrutez un groupe d’étudiants de premier cycle et des cycles supérieurs avec une compensation monétaire par la publicité du campus.
   2. Assurez-vous que les participants sont droitiers et ont une vision et une audition normales ou corrigées à la normale. Assurez-vous qu’ils n’ont pas étudié la musique ou l’ont étudiée pendant moins de 3 ans auparavant.
   3. Faites correspondre au hasard les élèves en dyades. Pour ....

Résultats

Les résultats ont montré qu’il y avait un SCI au canal 5 dans l’état de coordination du compteur, alors qu’aucun SCI n’existait dans d’autres conditions (c.-à-d. indépendance du compteur, non-coordination du compteur, non-indépendance du compteur; Figure 2A). Au canal 5, l’IBS dans l’état de coordination du compteur était significativement plus élevé que les valeurs de cohérence dans l’état de coordination et d’indépendance du compteur(figure 2B). Le canal 5 app.......

Discussion

Ce protocole fournit une procédure étape par étape pour calculer et valider le SCI, en utilisant l’approche d’hyperscan fNIRS pour collecter simultanément les signaux cérébraux de deux participants. Certains problèmes critiques liés au prétraitement des données fNIRS, au calcul IBS, aux statistiques et à la validation IBS sont abordés ci-dessous.

Prétraitement des données
Il est nécessaire de prétraiter les données fNIRS dans les études d’hyperscan pour extraire des signaux.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Ordinateur	Hewlett-Packard Development Company, L.P.	HP S01-pF157mcn
Écouteur	Royal Philips Electronics, Eindhoven, Pays-Bas	SHE2405BK/00
Casque EEG	Compumedics Neuroscan, Charlotte,	États-Unis 64 canaux Quik-Cap
E-Prime software	Psychology Software Tools, Inc., Pittsburgh, États-Unis	Système E-Prime 3
fNIRS	Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Japon	ETG-7100 Système
MATLAB 2014b	The MathWorks, Inc., Natick, MA	MATLAB 2014b
MuseScore	Musescore Company, Belgique	MuseScore 3.6.2.548021803
Bonnet de bain	Decathlon Group, Villeneuve-d’Ascq, France	1681552

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