Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Groepssynchronisatie tijdens gezamenlijk tekenen met behulp van functionele nabij-infraroodspectroscopie

Published: August 5, 2022 doi: 10.3791/63675
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE)

Summary

Het huidige protocol combineert functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) en videogebaseerde observatie om interpersoonlijke synchronisatie in kwartetten te meten tijdens een gezamenlijke tekentaak.

Abstract

Functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS) is een niet-invasieve methode die bijzonder geschikt is voor het meten van cerebrale cortexactivering bij meerdere proefpersonen, wat relevant is voor het bestuderen van groepsinterpersoonlijke interacties in ecologische omgevingen. Hoewel veel fNIRS-systemen technisch gezien de mogelijkheid bieden om meer dan twee personen tegelijkertijd te monitoren, is het nog steeds nodig om eenvoudig te implementeren installatieprocedures en betrouwbare paradigma's vast te stellen om hemodynamische en gedragsreacties in groepsinteractie te volgen. Het huidige protocol combineert fNIRS en video-gebaseerde observatie om interpersoonlijke synchronisatie in kwartetten te meten tijdens een coöperatieve taak. Dit protocol biedt praktische aanbevelingen voor data-acquisitie en paradigma-ontwerp, evenals leidende principes voor een illustratief voorbeeld van gegevensanalyse. De procedure is ontworpen om verschillen in hersenen en gedrag interpersoonlijke reacties tussen sociale en niet-sociale omstandigheden te beoordelen, geïnspireerd door een bekende ijsbrekeractiviteit, de Collaborative Face Drawing Task. De beschreven procedures kunnen toekomstige studies begeleiden om groeps naturalistische sociale interactieactiviteiten aan te passen aan de fNIRS-omgeving.

Introduction

Interpersoonlijk interactiegedrag is een belangrijk onderdeel van het proces van verbinden en het creëren van empathische banden. Eerder onderzoek geeft aan dat dit gedrag tot uiting kan komen in het optreden van synchroniciteit, wanneer biologische en gedragssignalen op één lijn liggen tijdens sociaal contact. Er zijn aanwijzingen dat synchroniciteit kan optreden tussen mensen die voor het eerst interactie hebben 1,2,3. De meeste studies over sociale interacties en hun onderliggende neurale mechanismen gebruiken een enkele persoon of tweede persoon benadering 2,4, en er is weinig bekend over het omzetten van deze kennis naar groepssociale dynamiek. Het evalueren van interpersoonlijke reacties in groepen van drie of meer individuen is nog steeds een uitdaging voor wetenschappelijk onderzoek. Dit leidt tot de noodzaak om de complexe omgeving van sociale interacties in alledaagse mensen onder naturalistische omstandigheden naar het laboratorium te brengen5.

In deze context is de functionele near-infrared spectroscopy (fNIRS) techniek een veelbelovend hulpmiddel voor het beoordelen van de relaties tussen interpersoonlijke interactie in naturalistische contexten en de hersencorrelen. Het presenteert minder beperkingen op de mobiliteit van deelnemers in vergelijking met functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) en is bestand tegen bewegingsartefacten 6,7. De fNIRS-techniek werkt door hemodynamische effecten te beoordelen als reactie op hersenactivatie (veranderingen in de bloedconcentratie van zuurstofrijk en gedeoxygeneerd hemoglobine). Deze variaties kunnen worden gemeten aan de hand van de hoeveelheid diffusie van infrarood licht door hoofdhuidweefsel. Eerdere studies hebben de flexibiliteit en robuustheid van de techniek aangetoond in ecologische hyperscanning-experimenten en het potentieel om kennis in de toegepaste neurowetenschappen uit te breiden 6,8.

De keuze van een experimentele taak voor de naturalistische beoordeling van de neurale correlaten van sociale interactieprocessen in groepen is een cruciale stap in de benadering van toegepaste neurowetenschappelijke studies9. Enkele voorbeelden die al in de literatuur zijn gemeld met het gebruik van fNIRS in groepsparadigma's zijn muziekprestaties 10,11,12, interactie in de klas 8 en communicatie 13,14,15,16,17.

Een van de aspecten die nog niet door eerdere studies zijn onderzocht, is het gebruik van tekenspellen die als belangrijkste kenmerk de manipulatie van empathische componenten hebben om sociale interactie te beoordelen. In deze context is een van de spellen die vaak worden gebruikt om sociale interactie in dynamiek tussen vreemden op te wekken, het collaboratieve tekenspel18,19. In dit spel worden vellen papier in gelijke delen verdeeld en worden de groepsdeelnemers uitgedaagd om gedeelde zelfportretten van alle leden te tekenen. Uiteindelijk laat elk lid zijn portret op een collaboratieve manier door meerdere handen tekenen.

Het doel is om snelle integratie tussen vreemden te bevorderen, uitgelokt door visuele aandacht te richten op de gezichten van de groepspartners. Het kan worden beschouwd als een "ijsbrekende" activiteit vanwege het vermogen om nieuwsgierigheid en daaruit voortvloeiende empathische processen onder de ledente ondersteunen 19.

Een van de voordelen van het gebruik van tekentaken is hun eenvoud en reproductiegemak20. Ze vereisen ook geen specifieke technische training of vaardigheden, zoals te zien is in de studies met behulp van muzikale prestatieparadigma's 21,22,23,24. Deze eenvoud maakt het ook mogelijk om te kiezen voor een meer naturalistische stimulus binnen een sociale context 4,9,25.

Naast het feit dat het een instrument is voor het induceren van sociaal gedrag in groepen, wordt tekenen ook beschouwd als een hulpmiddel voor psychologische evaluatie26. Sommige grafisch-projectieve psychologische tests, zoals House-Tree-Person (HTP)27,28,29, Human Figure Drawing - Sisto Scale27 en Kinetic Family Drawing30 worden op een complementaire manier gebruikt voor kwalitatieve en kwantitatieve diagnoses. Hun resultaten drukken meestal onbewuste processen uit en geven aanwijzingen over het symbolische systeem van het individu en daarom hun interpretaties van de wereld, ervaringen, genegenheden, enz.

De praktijk van tekenen zet je aan het denken en helpt betekenis te creëren voor ervaringen en dingen, door sensaties, gevoelens, gedachten en acties toete voegen 31. Het geeft aanwijzingen over hoe deze levenservaringen waar te nemen en te verwerken26. Tekenen maakt gebruik van visuele codes om iemand in staat te stellen gedachten of gevoelens te begrijpen en te communiceren, waardoor ze toegankelijk worden voor manipulatie en zo de mogelijkheid creëren voor nieuwe ideeën en lezingen31.

In kunsttherapie is tekenen een hulpmiddel om te werken aan aandacht, geheugen en organisatie van gedachten en gevoelens32, en het kan worden gebruikt als middel om sociale interactie te produceren33.

Deze studie was gericht op het ontwikkelen van een naturalistisch experimenteel protocol om vasculaire en gedragsmatige hersenreacties te beoordelen tijdens interpersoonlijke interactie in kwartetten met behulp van een collaboratieve tekendynamiek. In dit protocol wordt de evaluatie van de hersenreacties van het kwartet (individueel en de synchroniciteit tussen partners) en de mogelijke uitkomstmaten, zoals gedragsmaatregelen (teken- en kijkgedrag) voorgesteld. Het doel is om meer informatie te geven over sociale neurowetenschappen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

De methodologie werd goedgekeurd door de ethische commissie van het Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) en is gebaseerd op een procedure voor het verzamelen van neurale gegevens (fNIRS), evenals gegevens over kijkgedrag, met jonge volwassenen tijdens een gezamenlijke tekenervaring. Alle verzamelde gegevens werden beheerd op het Redcap-platform (zie Materiaalopgave). Het project werd gecontroleerd door de Scientific Integrity Committee van het Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE). Jongvolwassenen, 18-30 jaar oud, werden geselecteerd als proefpersonen voor de huidige studie. Schriftelijke geïnformeerde toestemming werd verkregen van alle deelnemers.

1. Voorbereiding op het onderzoek

  1. Onderwerpen
    1. Bepaal de steekproef van het doelonderzoek.
    2. Informeer alle vrijwilligers over het experimentele protocol en hun rechten, voorafgaand aan het spel. Zorg ervoor dat ze een formulier voor geïnformeerde toestemming en een toestemmingsformulier voor het gebruik van afbeeldingen ondertekenen (niet verplicht), een registratieformulier invullen en psychologische vragenlijsten en schalen beantwoorden.
    3. Controleer het niveau van de relatie tussen deelnemers van het kwartet (vreemden, vrienden, partners, enz.), Omdat eerdere kennis kan interfereren. In deze studie waren de kwartetten samengesteld uit vreemden.
    4. Stel kwartetten samen van individuen van hetzelfde geslacht.
      OPMERKING: Dit geslachtscriterium vermijdt sociale interactie-interferenties34,35.
  2. Montuur
    1. Verwijder alle potentiële oogafleiders van de scène.
    2. Om op te zetten, inclusief een vierkante tafel, vier krukken (meten 18,11 in x 14,96 in) en twee draadsteunen (bijv. Statief) (figuur 1).
    3. Schakel alle elektrische apparaten zoals airconditioning uit tijdens de experimentele toestand. Zorg ervoor dat de ruimte voldoende verlichting heeft voor mensen om te observeren en te tekenen en dat de kamertemperatuur aangenaam is.
    4. Overweeg de omvang van fNIRS-draden (zie Tabel met materialen), plaats alle kabels zo dat ze stabiel blijven tijdens de experimentele taak.
    5. Overweeg ruimte voor twee onderzoekers om langs de setting te bewegen.
    6. Zorg ervoor dat experimentatoren hun scripts en bewegingsschema's volgen.
    7. Plaats het kwartet op de vierkante tafel, twee aan twee, zodat elk individu de andere drie individuen kan observeren.
    8. Geef elke kwartetdeelnemer een tag met een nummer (1 tot 4). Zorg ervoor dat onderwerp 1 tegenover onderwerp 3 en naast onderwerp 2 zit.
      OPMERKING: Het tagnummer kwam overeen met de positie van de proefpersonen op de tafel en hun eerder voorbereide dop (materiaaltabel).
  3. Tekenparadigma
    1. Collaboratieve gezichtstekening - de sociale toestand
      OPMERKING: Het doel van dit spel is om de visuele aandacht van de onderwerpen op de gezichten van hun partners te richten, waardoor ze worden aangezet tot meer bewuste observatie onder elkaar. Door gevoelens en visuele waarneming met elkaar te verbinden, is de collaboratieve gezichtstekentechniek een waardevolle manier om empathische reacties, interpersoonlijke nieuwsgierigheid en connectiviteit tussen deelnemers te activeren. Het vereist theory of mind capacity, waaronder imitatie en het anticiperen op het gedrag van anderen19. Voer de volgende stappen uit:
      1. Instrueer de deelnemers over de spelregels.
      2. Verdeel elk papier in drie horizontale stroken, namelijk tekenstroken.
      3. Laat elke strip overeenkomen met een sociale tekenvoorwaarde (bijv. C1, C2.). Wissel na elke sociale tekenvoorwaarde het papier binnen het kwartet.
      4. Laat deelnemers het voorhoofd en de ogen tekenen, op de bovenste strook van alle papieren vellen.
        OPMERKING: De middelste strook is voor het weergeven van de neus en het mondgebied. De onderste strook is voor het weergeven van de kin, nek en schouder.
      5. Neem instructies op over wie te tekenen (bijvoorbeeld S1/S3, wat betekent dat deelnemer 1 deelnemer 3 tekent en vice versa) in alle papieren stroken.
      6. Laat elk papier een volledig getekend portret van een deelnemer voorstellen.
        OPMERKING: Overweeg verschillende pastel schrijfpapierkleuren voor de verschillende spelfasen.
      7. Laat het gezicht van elke deelnemer op een collaboratieve manier afbeelden door hun partners. (Figuur 2)
    2. Verbind de punten spel - de niet-sociale voorwaarde
      OPMERKING: De tekenvoorwaarde van het besturingselement is een spel van het verbinden van de punten. Elke deelnemer wordt uitgenodigd om de punten van stijgende serienummers te verbinden tot een tekening. Het connect the dots-spel wordt gebruikt als neuropsychologisch instrument om cognitieve domeinen zoals mentale flexibiliteit en visueel-motoriek te meten36. Het spel stimuleert visuospatiale vaardigheden, verhoogt mentale activiteit37 en verbetert mentale vaardigheden38. Voer de volgende stappen uit:
    3. Instrueer de deelnemers.
      1. Zodra de dop op zijn plaats is, instrueert u de deelnemers over fNIRS, de apparatuur, de doppen, de draden en de mogelijke risico's of ongemakken met betrekking tot de procedure.
      2. Herinner hen nogmaals aan hun recht om het experiment op elk gewenst moment te verlaten.
      3. Leg de twee verschillende tekentaken uit.
      4. Leg voor de gezamenlijke tekening de horizontale stroken uit en hoe u weet waar en wie u in elke strook moet tekenen.
      5. Leg voor het connect dots-spel uit dat ze de nummers in oplopende volgorde moeten verbinden totdat het cijfer wordt onthuld.
      6. Leg uit over de rustperiode en de opgenomen taakopdrachten.
      7. Betrek de deelnemers om hun partners te observeren en de details die hen onderscheiden. Geef aan dat aan het einde van de studie het kwartet dat de regels volgt en de meest gedetailleerde figuren tekent, wordt beloond.

Figure 1
Figuur 1: De instelling. De opstelling omvat een vierkante tafel, vier krukken en twee draadsteunen (bijv. Statief), fNIRS-apparatuur, een computer en de camera's. (A) Het instellingsschema: Groene nummers (1-4) komen overeen met de labels van de deelnemers en hun ontlasting /positionering aan de tafel tijdens de experimentele run. Gele cijfers: 1 = fNIRS-bedradingssteunen, 2 = notebookontvanger van fNIRS-signalen, 3 = NIRSport, 4 = 360° camera, 5 = ondersteuningscamera's. (B) Klaarmaken voor de experimentele run. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figure 2
Figuur 2: Collaboratieve portretten - voorbeelden van portretten die op een collaboratieve manier zijn getekend. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Experimenteel paradigma

  1. Pas het spel aan voor fNIRS-acquisitie
    OPMERKING: Pas het spel aan zodat het mogelijk is om het functionele beeld van de hersenen vast te leggen via fNIRS en dat gegevens een aanzienlijke kwaliteit hebben.
    1. Definieer het aantal blokken.
      OPMERKING: De voorwaarden moeten een voldoende aantal keren worden herhaald om de foutmarge in de resultaten te verkleinen. Veel herhalingen kunnen er echter toe leiden dat deelnemers taken automatiseren.
    2. Plan de duur van elk blok.
      OPMERKING: Overweeg de reactietijd van het hemodynamische bijschrift (gemiddeld 6 s na het begin van een taak). Houd ook rekening met de invloed van blokgroottes om het filter voor de volgende stappen te bepalen.
    3. Voeg een rusttoestandsperiode toe aan het einde van elk blok van beide omstandigheden (zodat het hemodynamische signaal vervalt vóór het begin van het volgende blok).
    4. Plan de volgorde van blokken en maak pseudo-gerandomiseerde bloksequenties om anticiperende effecten te verminderen.
    5. Plan de totale duur van het spel.
      OPMERKING: Houd rekening met het mogelijke ongemak van de deelnemers met betrekking tot de fNIRS-strakke doppen en hun nabijheid tot elkaar. De blokken en voorwaarden die in dit protocol worden gebruikt, zijn als volgt ontworpen: negen blokken van de sociale toestand van collaboratief tekenen (tabel 1) en negen blokken van de niet-sociale voorwaarde van verbindende punten werden gecreëerd (duur = 40 s elk); Een rustperiode van 20 s tussen elk van de blokken; drie verschillende reeksen (tabel 2) om de taken uit te voeren (om te voorkomen dat een aandoening meer dan twee keer achter elkaar wordt uitgevoerd). De duur van de experimentele taak was ongeveer 18 minuten.
  2. Paradigma programmeersoftware
    1. Gebruik software om te helpen bij het maken en organiseren van paradigmablokken en het signaleren aan de deelnemers wanneer ze aan een nieuwe taak moeten beginnen.
      OPMERKING: In dit geval is de NIRStim-software (zie Materiaaltabel) gebruikt. Maak de blokreeksen en programmeer hun verdeling over de tijd tijdens het experiment.
    2. Definieer gebeurtenissen met visuele (tekst en afbeeldingen) of auditieve inhoud om de deelnemers aan te geven wanneer ze met elke taak moeten beginnen. Klik op het tabblad Gebeurtenissen op de knop Evenement toevoegen. Geef de gebeurtenis een naam in Gebeurtenisnaam, selecteer het gebeurtenistype in Stim-type en definieer een kleur die de gebeurtenis vertegenwoordigt in een presentatieoverzicht op Color-ID. Maak markeringen om naar de acquisitiesoftware te verzenden aan het begin van deze taken op Gebeurtenismarkering.
    3. Bepaal de taakuitvoeringsvolgorde en het aantal herhalingen van elk van deze taken op het tabblad Proefversies . Voeg ook rustperioden in. Bepaal de duur van beide. Het al dan niet randomiseren van de onderzoeken is mogelijk door Aan/Uit te selecteren op Randomize Presentation; sla de instellingen op de knop Opslaan op.
    4. Tijdens de experimentele run geeft u alle stimuli weer die in een zwart venster zijn geprogrammeerd (om afleiding van de deelnemer te voorkomen) door op Uitvoeren te drukken.

Tabel 1: Voorwaarde voor gezamenlijk tekenen. S1 = Onderwerp 1, S2 = Onderwerp 2, S3 = Onderwerp 3 en S4 = Onderwerp 4. Teken dyads vertegenwoordigen wie wie tekent en de tekenstrook vertegenwoordigt de positie van het schrijfpapier voor het tekenen in elke voorwaarde. Gebruik voor het eerste blok bijvoorbeeld een blauw papieren vel. C1, C2 en C3 vertegenwoordigen 40 s van het paradigma van het tekenen van sociale omstandigheden die één portret voltooien. C1 (tekening van het voorhoofdsgebied, tekening van dyads: S2 en S4; S1 en S3), C2 (tekening van het neusgebied, tekening dyads: S1 en S4; S2 en S3) en C3 (tekening van het kingebied, tekening dyads: S3 en S4; S1 en S2). Volg het diagram voor blok 2 en 3. Deze randomisatie handhaaft de volgorde van tekenen tussen vrijwilligers (het tekenen van de frontale partner, vervolgens de front-side partner en ten slotte de partner die naast hen zit) en verandert de volgorde van de te tekenen bladstroken. Klik hier om deze tabel te downloaden.

Tabel 2: Volgorde 1-taak randomisatie (sociaal, niet-sociaal en rustend). Klik hier om deze tabel te downloaden.

3. Video-instelling en data-acquisitie

  1. Camera's en video-opnames
    1. Selecteer een in de handel verkrijgbare scènecamera (360°, zie Materiaaltabel). Plaats dat op de tafel zodat alle oog- en hoofdbewegingen van de deelnemers tegelijkertijd kunnen worden waargenomen.
    2. Reinig en controleer de geheugenkaart en de batterij. Controleer de helderheid van de afbeelding. Test deze items voordat de deelnemers worden gelokaliseerd.
    3. Controleer op mogelijke storingen op fNIRS-ontvangst. Zo ja, vergroot dan de ruimte tussen de apparatuur en de ontvanger.
    4. De ontvanger van de apparatuur moet onafhankelijk zijn van de fNIRS-gegevensontvanger. Overweeg een notebook of een tablet die zich zo ver mogelijk van de tafelsetting bevindt.
    5. Start de apparatuur, controleer de interface en stel de opnamemodus in voordat fNIRS kalibratie plaatsvindt.
    6. Overweeg een of twee aangrenzende of ondersteunende camera's die na beide randen van de tafel kunnen worden geplaatst.
  2. Video analyse
    1. Voor waardevolle statistische resultaten selecteert u een gesynchroniseerde weergave-/analysesoftware of -platform waarmee meerdere video-inhoud tegelijkertijd kan worden getrancheerd en gecodeerd, zoals INTERACT (zie Materiaaltabel).
    2. Stel parameters in die het zoeken naar patronen / sequenties mogelijk maken om observatiegegevens te verfijnen voor de onderzoeksvragen, bijvoorbeeld individuele kijkgedragsstatistieken, hoofd- en oogbewegingen, handbewegingen, gezichtsuitdrukkingen en praatgedrag.
    3. Als men van plan is om fysiologische metingen vast te leggen, overweeg dan een software (zie Tabel van materialen) die de integratie van gemeten gegevens van andere acquisitiesystemen mogelijk maakt.
    4. Overweeg in het analyseproces niet alleen de duur van gebeurtenissen, maar ook de volgorde, hun positie in de tijd en hoe ze zich tot elkaar verhouden.
  3. Data-extractie
    1. Begin met het downloaden van de video van alle camera's (MP4-formaat). Laad ze in INTERACT. Segmenteer de videogegevens voor codering en verdere analyse. Voor gegevensextractie markeert u de videosecties handmatig en voorziet u ze van codes.
      OPMERKING: Het doel van segmenteren en coderen is om gegevenscategorieën te bieden, zodat de onderzoeker verschillende doelgedragingen kan markeren en analyseren.
    2. Segmentatie
      1. Door op Code-instellingen te drukken, maakt u een eerste laag door de bloksecties te verdelen in sociale en niet-sociale omstandigheden en rustperiode. Maak een tweede laag door de gedragsgegevens van deelnemers te verdelen samen met sociale omstandigheden (gezichtstekening). Lijn ze uit met behulp van de tijdlijn van de audiotrigger. Markeer handmatig het begin en einde van elke voorwaarde. Definieer het coderingsschema volgens de richtsnoeren (stappen 3.3.2.2.-3.3.2.6.).
      2. Zorg ervoor dat het coderingsschema gedragssignalen (duur en hoeveelheid) bijhoudt voor elke gezichtstekensectie (sociale toestand) van alle deelnemers afzonderlijk.
      3. Code voor de blik van objectgerelateerde aandachtsdeelnemer naar de tekenpartner.
        OPMERKING: Blikgedrag heeft een dubbele functie: informatie van anderen verzamelen (coderen), maar ook communiceren met anderen (signaleren)39,40.
      4. Code voor wederzijdse blik (wanneer beide partners die elkaar tekenen visueel contact delen).
        OPMERKING: Recente studies onthulden verhoogde activiteit in de anterieure rostrale mediale prefrontale cortex (arMPFC) en de koppeling ervan met de inferieure frontale gyrus (IFG) wanneer partners wederzijdse blik vestigden41.
      5. Code voor geassocieerd gedrag tijdens kijkgedrag (enkelvoudig of wederzijds) zoals glimlachen, directe spraak, gezichtsuitdrukkingen en lachen, wat wijst op een hogere oplettendheid voor de tekenpartner (aanvullende figuur 1).
      6. Transcribeer en verdeel in categorieën de kijkgedragsgegevens van de groepsdeelnemers. Maak interactiecodes voor elke deelnemer door ze te labelen. Maak het doelgedrag en het tagnummer expliciet tijdens het coderen.
    3. Codering en analyses
      OPMERKING: Een van de onderzoekers moet de gedragscoderingstaak en -analyse uitvoeren, omdat ze gemakkelijk kunnen worden geïdentificeerd in de video. Let op het volgende:
      1. De extractie van de informatie moet handmatig gebeuren; markeer op de tijdlijn van elke voorwaarde het waargenomen gedrag volgens het coderingsschema. Markeer de duur van elk gedrag. Doe dit voor elke deelnemer afzonderlijk.
      2. Kruisverwijzing naar de tijdlijnen van de deelnemers om te zoeken naar gedeeld gedrag. Keer terug naar de video-observatie om de kwaliteit van het delen te analyseren (aanvullende figuur 2).
      3. Gebruik de exportsleutel om de onbewerkte gegevens te exporteren als een tekstbestand of tabelbestand, zodat gegevens langs de tijdlijn kunnen worden gesorteerd, geselecteerd, geteld en ingediend.
        OPMERKING: In dit protocol werd de functie sequentiële analyse niet gebruikt vanwege het kleine aantal gecodeerde gebeurtenisreeksen42.
  4. Statistieken voor tekenen
    OPMERKING: Dit protocol maakt gebruik van tekeningstatistieken om mogelijke correlaties te bestuderen tussen het kijkgedrag van de deelnemers en de toegepaste psychologische tests. De volgende criteria werden vastgesteld:
    1. Aantal lijnen: tel handmatig het aantal tekenstreken dat door elke deelnemer in elke tekensectie is gemaakt.
    2. Lijncontinuïteit: Verdeel categorieën van lange en kort getekende lijnen onder. Tel handmatig de lange en kort getekende lijnen van de deelnemers.
      OPMERKING: Observationele tekening is het resultaat van directe waarneming van een gekozen reëel object. Sommige recente studies vonden een correlatie tussen lijnlengte en traceer- of tekentaken. Het traceren van taaklijnen is meestal langer dan het tekenen van taakregels43. Dit protocol associeert tracering met uit het hoofd geleerde beelden die het individu stabiel heeft gemaakt en draagt als tekeningverwijzingen in zijn / haar symbolische systeem18.
    3. Tekenpatronen: Hebben betrekking op individuele tekenpatronen18 (figuur 3).
      OPMERKING: Dit protocol beschouwt een binaire classificatie voor het tekenen van patronen: 0, wanneer de deelnemer zich in de observationele tekenmodus bevindt (d.w.z. wanneer de deelnemer zijn / haar tekenobject observeert en kopieert wat hij / zij ziet); en 1, wanneer de tekening interne stabiele uit het hoofd geleerde afbeeldingen weerspiegelt (wanneer er een patroon is van herhalende vormen zoals ogen, mond en haar tijdens de tekenomstandigheden).
    4. Observeer details, inclusief het tellen van getekende details tijdens het experiment (bijvoorbeeld rimpels, vlekken, oogvorm en wenkbrauwgrootte, onder andere).
      OPMERKING: Getekende details kunnen wijzen op meer aandacht voor het object van de tekening.
  5. Psychologische tests
    1. Screen op symptomen van angst en depressie, aandachtstekort / hyperactiviteitsstoornis en sociale vaardigheden bij het uitvoeren van groepsstudies. Gebruik gratis of in de handel verkrijgbare weegschalen.
      OPMERKING: Dit protocol stelt voor om het volgende te gebruiken: de ziekenhuisangst en depressieschaal44; de Social Skills Inventory45 (een inventarisatie die het sociale vaardighedenrepertoire van het individu evalueert); en de Adult Self-Report Scale (ASRS-18) voor de beoordeling van attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) bij volwassenen46.

Figure 3
Figuur 3: Voorbeelden van individuele tekenpatronen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

4. fNIRS setup en data acquisitie

  1. Hardware voor gegevensverzameling
    1. Zorg ervoor dat u acquisitiehardware gebruikt voor de fNIRS-registraties. De opnames moeten worden uitgevoerd door een combinatie van systemen die kunnen worden gelezen in hetzelfde opnameprogramma, in totaal 16 kanalen.
      OPMERKING: Data-acquisitie werd uitgevoerd met behulp van twee continue golfsystemen (NIRSport, zie Tabel van materialen) voor de huidige studie. Elk apparaat heeft acht LED-verlichtingsbronnen die twee golflengten van nabij-infrarood licht uitzenden (760 nm en 850 nm) en acht optische detectoren (7,91 Hz).
  2. fNIRS optode kanaal configuratie
    1. Gebruik de NIRSite-tool om de optodes boven de PFC-regio's te lokaliseren (zie Materiaaltabel). Configureer de verdeling van optodes op de doppen op een manier dat de kanalen boven de interessegebieden op de hoofden van alle deelnemers worden geplaatst.
    2. Verdeel de optodes over de vier deelnemers voor de gelijktijdige verwerving van signalen.
      OPMERKING: De doppen moeten een configuratie hebben op basis van het internationale 10-20-systeem en de anatomische interessegebieden omvatten het meest voorste deel van de bilaterale prefrontale cortex. Voor dit protocol werd de plaatsing van optode geleid door de locatiebeslisser (fOLD) toolbox47 van fNIRS Optodes. Het ICBM 152-kopmodel (zie Materiaaltabel) verkaveling genereerde de montage. De rekrutering van het prefrontale cortexgebied in sociale interactietaken is verklaard als een correlatie van gedragsbeheersingsprocessen, waaronder zelfregulatie48. Figuur 4 geeft de positie van de bronnen en detectoren weer.
  3. Artefacten voorkomen
    1. Verwijder afleiders uit de kamer waar het spel zal plaatsvinden.
    2. Adviseer de vrijwilligers om alleen te bewegen als dat nodig is.
    3. Koppel tijdens het experiment de NIRSport-versterker en de laptop los van het elektrische netwerk.
    4. Schakel alle andere apparatuur die in de buurt van het infraroodspectrum werkt uit, zoals airconditioningapparatuur. Schakel elektrische apparaten uit die aanwezig zijn in de omgeving.
  4. Het instellen van het fNIRS-apparaat
    1. Meet eerder de hersenomtrek van de vier deelnemers als volgt: meet de afstanden tussen de nasion en de inion rond het hoofd om de kapgrootte van elke deelnemer te bepalen. Gebruik altijd een dop van een kleiner formaat ten opzichte van de omtrek van het hoofd om meer stabiliteit aan de optodes te geven.
    2. Instrueer de deelnemers op de dag van de overname om op de kruk te gaan zitten en vervolgens het verwachte proces van het plaatsen van de dop op het hoofd uit te leggen.
    3. Pas de bronnen en detectoren aan op de dop volgens de vooraf bepaalde instellingen. Volg als organisatie het patroon van het gebruik van de optodes 1 tot 4 op onderwerp 1, van 5 tot 8 op onderwerp 2, van 9 tot 12 op onderwerp 3 en van 13 tot 16 op onderwerp 4.
    4. Plaats de doppen op de hoofden van de deelnemers en plaats ze zo dat de centrale middellijn (Cz) zich bovenaan het hoofd bevindt. Om te controleren of Cz zich op de centrale positie bevindt, verklaart u dat cz zich op de helft van de afstand tussen de nasion en de inion bevindt.
      1. Meet ook de afstand tussen het linker- en rechteroor (Crus of Helix) boven de bovenkant van het hoofd en positie Cz.
    5. Gebruik overcaps om te voorkomen dat omgevingslichten de gegevensverzameling verstoren.
    6. Sluit de draden van de optodes aan op de versterkers. Volg als organisatie het patroon van het verbinden van optodes 1 tot 8 met NIRSport 1 en optodes 9 tot 16 met NIRSport2.
    7. Sluit zowel NIRSport 1 als 2 aan op de computer via een USB-kabel.
  5. Software voor data-acquisitie
    1. Schakel na het instellen van de apparatuur een software in om de fNIRS-gegevens te verkrijgen. In deze studie werd de NIRStar (zie Tabel van Materialen) software gebruikt. Voer op NIRStar de volgende stappen uit:
      1. Klik op Hardware configureren in de menubalk. Selecteer de optie Tandemmodus op het tabblad Hardwarespecificatie , zodat de hyperscanning kan worden uitgevoerd.
      2. Selecteer op het tabblad Hardware configureren een montage uit de vooraf gedefinieerde algemene montages of uit de aangepaste montages en controleer de instellingen in Kanaalinstellingen en Topo-indeling.
      3. Voer een automatische kalibratie uit door op Kalibreren te klikken op het beeldschermpaneel. De signaalkwaliteitsindicator maakt de verificatie van de integriteit van de ontvangen gegevens mogelijk. Beoordelen of de kwaliteit van de data voldoende is om de acquisitie te starten; dat wil zeggen, kijk of de kanalen worden gesignaleerd als groen of geel.
        OPMERKING: Als de gerichte kanalen in rood of wit worden weergegeven, verwijdert u ze van de dop, controleert u of er geen haar is dat verhindert dat het licht het hoofd bereikt en reinigt u de optodes met een doek of handdoek. Sluit ze opnieuw aan op de dop en herhaal de kalibratie.
      4. Wanneer u klaar bent om de procedure te starten, kunt u een voorbeeld bekijken van hoe de signalen worden ontvangen door op Voorbeeld te klikken. Begin vervolgens met het opnemen van de signalen op Record.
      5. Open NIRStim, de software voor het programmeren van blokken (zie Tabel met materialen) en start de presentatie van de geprogrammeerde blokken. De markeringen moeten automatisch worden geregistreerd en hun markering moet worden gezien op de fNIRS-software voor gegevensverzameling.
      6. Stop na het einde van de procedure de opname door op Stop te klikken, sluit de software en controleer of het bestand is opgeslagen in de gekozen map.
  6. fNIRS data-analyse
    1. Verwerkt de signalen voor met BEHULP VAN NIRSLAB-software49 (zie Materiaalopgave). Volg de onderstaande stappen:
      1. Pas een band-pass temporeel filter (0,01-0,2 Hz) toe op de ruwe intensiteitsgegevens om cardiale en ademhalingsfrequenties te verwijderen, evenals zeer laagfrequente oscillaties.
      2. Bepaal voor de kwaliteitscontrole van het signaal de uitsluitingscriteria voor elke kanaalwinst boven de acht en de variatiecoëfficiënt boven 7,5%.
      3. Bereken de veranderingen in HbO2 en HHb door de gewijzigde Beer-Lambert-wet toe te passen met de hele tijdreeks als basislijn.
        OPMERKING: In deze studie werden HbO2- en HHb-tijdreeksen gesegmenteerd in blokken (sociaal en niet-sociaal) en geëxporteerd als tekstbestanden voor latere analyse in het R-platform8 voor statistische berekening (zie Materiaaltabel).
      4. Analyseer afzonderlijk de sociale en controleomstandigheden. Construeer een correlatiematrix voor elk van de negen blokken van elke voorwaarde, zodat de elementen overeenkomen met de correlatie (Spearman) tussen elk paar proefpersonen in het geëvalueerde kanaal. Voor de statistische significantie van de correlaties tussen individuen in de taak, gebruikt u de t-test8 voor een gemiddelde van één steekproef, rekening houdend met een significantieniveau van 5%.

Figure 4
Figuur 4: Verdeling van optodes op de Subject 1 cap. De letters S en D staan respectievelijk voor de bronnen en detectoren. S1 op AF7 coördinaat van het 10-20 systeem; S2 op AF3; S3 op AF8; S4 op AF4; D1 op Fp1; D2 op F5; D3 op Fp2; en D4 op F6. De kanalen worden in de volgende configuratie geplaatst: kanaal 1 tussen S1-D1; 2 tussen S1-D2; 3 tussen S2-D1; 4 tussen S2-D2; 5 tussen S3-D3; 6 tussen S3-D4; 7 tussen S4-D3; en 8 tussen S4-FD4. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Het protocol werd toegepast op een kwartet bestaande uit jonge vrouwen (24-27 jaar oud), allemaal studenten aan postdoctorale programma's (Hospital Israelita Albert Einstein, São Paulo, Brazilië), met een master- of doctoraatsopleiding. Alle deelnemers waren rechtshandig en slechts één meldde eerdere tekenervaring te hebben. Geen van de deelnemers had een gemelde voorgeschiedenis van neurologische aandoeningen.

Voor de schalen en psychologische testresultaten toonden twee deelnemers (2 en 4) hoge scores voor angst (17 en 15 tegen de referentiewaarde van 9) 44 en de cutoff-waarde voor depressie (9) 44. De schaalresultaten van alle deelnemers voor aandacht en hyperactiviteit vertoonden scores onder de afkapwaarden

Ook werd het sociale vaardighedenrepertoire van de deelnemers gemeten. De vakken 2, 3 en 4 behaalden scores hoger dan 70% (goed ontwikkeld repertoire van sociale vaardigheden). Vak 1 presenteerde een score van 25% (gerelateerd aan een tekort aan sociale vaardigheden). Deze test analyseert ook specifieke sociale vaardigheden zoals F1, coping en zelfbevestiging met risico; F2, zelfbevestiging in het uiten van positieve gevoelens; F3, conversatie en sociale vindingrijkheid; F4, zelfblootstelling aan vreemden en nieuwe situaties; en F5, zelfbeheersing en agressiviteit. Voor deze factoren toonden alle deelnemers lage scores voor F1, F2 en F3 (1% tot 3%) en hoge scores voor F4 (20% tot 65%) en F5 (65% tot 100%).

De voorlopige resultaten van fNIRs (figuur 5) toonden typische hersenactivatie voor proefpersonen 1, 2 en 3 in zowel sociale als niet-sociale tekenomstandigheden in beide kanalen in de linker- en rechterhersenhelft; de activeringspatronen waren echter verschillend. Deelnemer 4 daarentegen vertoonde atypische hersenactivatie.

Figure 5
Figuur 5: Resultaten van het groepsgemiddelde van fNIRS-gegevens. (A) Blokgemiddelde van fNIRS-signalen over onderwerp 1. Linkse en rechtse kanalen worden afzonderlijk weergegeven in x-assen voor beide aandoeningen (sociaal en niet-sociaal). (B) Blokgemiddelde van fNIRS-signalen over onderwerp 2. Linkse en rechtse kanalen worden afzonderlijk weergegeven in x-assen voor beide aandoeningen (sociaal en niet-sociaal). (C) Blokgemiddelde van fNIRS-signalen over onderwerp 3. Linkse en rechtse kanalen worden afzonderlijk weergegeven in x-assen voor beide aandoeningen (sociaal en niet-sociaal). (D) Blokgemiddelde van fNIRS-signalen over onderwerp 4. Linkse en rechtse kanalen worden afzonderlijk weergegeven in x-assen voor beide aandoeningen (sociaal en niet-sociaal). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Het oxyhemoglobinesignaal (figuur 6) werd alleen tijdens het laatste deel van de taak significant gesynchroniseerd tussen proefpersonen voor beide omstandigheden, sociaal en controle (figuur 6: mediane correlatie van 0,14; t-waarde = 1,77 en p-waarde = 0,046) en in de collaboratieve tekenconditie (mediane correlatie van 0,12; t-waarde = 2,39 en p-waarde = 0,028).

Figure 6
Figuur 6: Boxplot van de hersencorrelaties van proefpersonen (oxyhemoglobine) gedurende het hele experiment. Elk vak bevat een horizontale lijn (die de mediaan aangeeft). De bovenrand vertegenwoordigt het 75e percentiel en de onderrand het 25e percentiel. Voor foutbalken is de boxplot gebaseerd op de IQR-waarde van 1,5, boven het derde kwartiel en onder Q1, het onderste kwartiel. Het sterretje (*) geeft een statistisch significant verschil met nul aan. Deel 1 komt overeen met het eerste derde deel van het experimentele blok (bestaande uit C1, C2 en C3 - het eerste volledige gezamenlijke ontwerp - afgewisseld met rustperioden en de niet-sociale ontwerpvoorwaarde); Deel 2: C4-C6; Deel 3: C7-C9. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Uit de video-analyse bleek dat deelnemers elkaar aankeken terwijl ze partners tekenden en soms hun blikken met elkaar deelden. Net als bij de hoeveelheid totale blik, werd een grotere hoeveelheid synchrone blik waargenomen in de posities waar de partner zich in een frontale positie bevond. Van het midden tot het einde van het experiment namen de synchrone blikken aanzienlijk af en in C9 kwamen ze niet voor.

Met betrekking tot tekenanalyse meldde alleen onderwerp 3 eerdere tekenervaring te hebben (een 6-jarige cursus). Proefpersonen 1, 2 en 4 hadden een vergelijkbare productie in hoeveelheid en continuïteit van slagen. Deelnemer 3 toonde een tekenwijze van korte, niet-continue slagen en een groter aantal totale slagen. Alle vier de deelnemers handhaafden blijkbaar een constant patroon van figuren in hun tekeningen (eerdere tekenpatronen), hoewel proefpersonen 3 en 4 een groter aantal waargenomen details reproduceerden. Zelfs bij het tekenen van verschillende partners waren er oog-, mond- en neustekenpatronen die de deelnemers herhaalden in de sociale toestand. Voor de deelnemer met eerdere tekenervaring werden ook eerdere tekenpatronen (zie 3.4.3.) waargenomen (bijv. wenkbrauwen en ogen).

Aanvullende figuur 1: Code-interface en video. Deze figuur vertegenwoordigt videocodificatie, segmentatie, de tijdlijn van gebeurtenissen en het coderingsschema. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Aanvullende figuur 2: Kruising van blik- en tekentaken. Conditie Rust: rustperiode van 20 s; Condition Draw: de sociale conditie van het experiment (40 s); Condition Dots: de controlevoorwaarde van connecting dots (40 s); Interactie Blik 1: Onderwerp 1 op zoek naar tekenpartner; InteractieGesprek 1: Onderwerp 1 spreken; Interactie Lichaam 2: Onderwerp 2 bewegen handen, schouders en hoofd in non-verbale communicatie. Klik hier om dit bestand te downloaden.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Deze studie was gericht op het creëren van een protocol met behulp van hyperscanning op vier hersenen tegelijkertijd onder naturalistische omstandigheden. Het experimentele paradigma gebruikte verschillende tekentaken en de correlatie van meerdere uitkomstmaten, tekenstatistieken, gedrag en hersensignalen. De cruciale stappen binnen dit protocol zijn de overweging van de uitdagingen die voortvloeien uit de hoge complexiteit en het behoud van de ecologische en naturalistische omstandigheden.

Video-observatie was de sleutel tot deze studie. Het maakte het mogelijk om non-verbale communicatiegedragingen op een tijdlijn te coderen en te segmenteren50. De kwalitatieve analyse van de video maakte het mogelijk om het kijkgedrag te observeren in de zoektocht naar tekens die de functies van codering (het verzamelen van informatie van de ander) en signalering (communiceren met anderen) konden aangeven.39,40. Het hielp ook bij het verfijnen van de observationele informatie door individuele en groepspatronen te benadrukken13. Kwantitatieve metingen van blik alleen geven geen inzicht in de kwaliteit van de blik. De blik kan alleen een automatisch gedrag van herhaling of denken vertegenwoordigen in de cognitieve modus van vergelijking en structurering18,19. Het kleine aantal gebeurtenissequenties liet deze studie echter niet toe om sequentiële analyse en statistische validatie uit te voeren42. De resultaten toonden een significante afname van synchrone en asynchrone blikken in de sociale omstandigheden van het midden tot het einde van het experiment. Een van de hypothesen voor dit gedrag kan het proces van visuele waarneming en de vorming van symbolische representaties zijn die inherent zijn aan de herkenning van de ander.49,51. Deze hypothese is in lijn met de theorie met betrekking tot face-to-face observatietekening19 en met de resultaten van studies die langere observatietijden van een object hebben geassocieerd met moeite om te beslissen wat en hoe te tekenen52. Een andere mogelijke hypothese is geassocieerd met de verwerving van visueel geheugen van de objecten die tijdens de experimentele taak zijn getekend18,53. In de resultaten toonden de metingen van het kijkgedrag een afnemende hoeveelheid die verband hield met de positie van de tekenpartner. In frontale tekenposities was de hoeveelheid asynchrone en synchrone blik groter dan in de omstandigheden waarin de partner aan de kant stond. Dit resultaat is in lijn met studies die suggereren dat de locatie van de stimulus de visuele waarneming beïnvloedt54. De afstemming tussen aandachtsfocus en saccadegedrag lijkt een bepaalde "automatische" component van aandachtsfocus met betrekking tot nabijheid te suggereren en / of dat de bewegingsbeperking fungeert als een afleider55. Bovendien hebben recente studies aangetoond dat het interactieperspectief blikpatronen kan veranderen. Wanneer deelnemers bezig zijn met een taak, neemt de sociale aandacht voor anderen af; dit suggereert dat mensen in complexe sociale omgevingen minder naar elkaar kijken, en het verzamelen van informatie hoeft niet noodzakelijkerwijs directe blik te gebruiken25. Verschillen in slag-, teken- en kijkgedrag werden ook waargenomen tussen deelnemers die wel en geen eerdere tekenervaring hadden. De deelnemer met eerdere tekenervaring vertoonde veel minder patroonherhaling dan andere deelnemers en een groter aantal getekende details. Het aantal tekenslagen was ook hoger, en deze trend ging gepaard met het aantal stippen dat in het traceerspel werd gevolgd en het aantal directe blikken naar partners. Het kleine aantal deelnemers maakte het echter niet mogelijk om de resulterende sequentiële gegevensanalyse en statistische validatie uit te voeren. Tekenoefeningen omvatten constante blikverschuivingen tussen de figuur en het papier en het gebruik van visueel geheugen56. Eerdere studies suggereren dat tekenaars gemakkelijker visuele vormen kunnen coderen dan niet-beoefenaars57. Toch zijn de resultaten van het onderzoek van Miall et al.52 suggereren ook dat mensen met tekentraining hun perceptie moduleren naar de ervaring van observatie, terwijl voorkennis (bijvoorbeeld stabiele mentale beelden) de perceptie van niet-beoefenaars lijkt te sturen. Deze aspecten verdienen verdere studie, vooral met betrekking tot onderliggende neurale netwerken en verschillen in aandachtsverwerking en blikgedrag.25.

Veel uitdagingen vloeien voort uit het uitvoeren van hyperscanning op een vierpersoonsgroep met fNIRS, vooral gezien een dynamisch paradigma; daarom werden wijzigingen en technische probleemoplossing uitgevoerd tijdens het verfijnen van de protocolmethodologie. De eerste uitdaging was de adequaatheid van het doelbreingebied met de beperking van het aantal optodes en de moeilijkheid om om te gaan met de kalibratie van signaalopname van fNIRS. Dit protocol voorzag in het onderzoek van twee hersengebieden, de temporo-pariëtale junctie (TPJ) en de mediale prefrontale cortex (mPFC). Signaalopname van de TPJ werd weggegooid vanwege de niet-controleerbare moeilijkheidsgraad van de dichtheid en kleur van het haar van de deelnemers58 versus het aantal caps dat tegelijkertijd moest worden toegediend. Er was ook een grote zorg voor het comfort en de beschikbaarheid van tijd van de deelnemers. De tweede uitdaging betreft de registratie van het experiment. Aanvankelijk voorzag het protocol het gebruik van slechts één 360° camera in het midden van de tabel voor het experiment. Het gebruik van hulpcamera's bleek echter essentieel. Een andere moeilijkheid was het aanpakken van problemen met tekentechnieken om een robuust protocol te maken. De meeste deelnemers vertegenwoordigden lichaam en kleding, gebieden die niet waren voorzien in de spelregels, ondanks de zorgvuldige uitleg, inclusief blootstelling aan eerder getekende voorbeelden. Sommige deelnemers verwoordden dat ze moeite hadden met het weergeven van de maten van de vormen en vervolgden de tekening waar de vorige partner was gestopt vanwege de verhoudingen. Deze verbalisatie is in lijn met de resultaten van studies die suggereren dat visuele perceptie de impact van perspectief vermindert, waardoor perceptuele vervormingen ontstaan52. Andere tekenstudies die zich richten op de relatie tussen visuele waarneming en motorische commando's hebben ook gesuggereerd dat vervormingen als gevolg van meerdere factoren ingrijpen in het kijk/ handproces20,43. Gowen's studieparadigma43 gebruikte bijvoorbeeld twee deskundige laden, de ene kopieerde en de andere tekende uit het geheugen. Hun resultaten suggereerden het gebruik van verschillende neurale strategieën voor elke tekentechniek. Kopiëren lijkt afhankelijk te zijn van vergelijkingen, visuele feedback en het nader volgen van de penpunt.

Zorgen over de beperkingen van de techniek hebben ook betrekking op de ecologische toestand van het experiment, evenals het gebruik van een collaboratief tekenparadigma. Een daarvan betreft de nabijheid van deelnemers (als gevolg van fNIRS-bedrading en stabiliteitsproblemen) en de mogelijke interferentie in blikmaatregelen. Verschillende kijkgedragspatronen kunnen worden geproduceerd in sociale contexten van gedwongen nabijheid (zoals liftsituaties)59. Niettemin werden synchrone blikken waargenomen, gezichtsuitdrukkingen en glimlachen kwamen naar voren in de hele kwartetcollectie, en ze duiden mogelijk op een gevoel van betrokkenheid. Deze resultaten komen overeen met resultaten van experimenten waarbij "bottom-up" stimuli, zoals het kijken naar het gezicht van de ander, de creatie van gedeelde representaties tussen de deelnemers uitlokten. Non-verbale communicatie kan het gevolg zijn van de conceptuele afstemming die optreedt tijdens de interactie4. Het gebruik van tekentechnieken "per se" is een uitdaging, omdat de meeste mensen stoppen met tekenen in de realistische fase (na 11 of 12 jaar oud). De perceptie van tekenen als het niet uitdrukken van de werkelijkheid genereert frustratie of het ongemak van zelfoordeel en bijgevolg weerstand tegen de handeling van tekenen18. Het tekenen van het gezicht kan nog een andere factor van ongemak zijn. Desondanks bleek de voorwaarde van gezamenlijk tekenen in 40 s sessies effectief voor dit protocol. Gevraagd naar de ervaring, reageerden alle deelnemers positief, lachten en gaven commentaar op de gedeelde portretten. De gestructureerde vorm voor de experimentele taak lijkt de last van individuele productie te hebben verminderd en de interactie tussen deelnemers te hebben vergemakkelijkt, zoals in Hass-Cohen et al.19.

De correlatie van signalen of synchroniciteit van hersensignalen kwam het sterkst voor in het laatste deel van het experiment voor beide aandoeningen, sociaal en niet-sociaal. De hypothese was dat de sociale (collaboratieve ontwerp) en niet-sociale (het verbinden van de stippen) omstandigheden zouden resulteren in verschillende hersensignaal synchroniciteiten op verschillende momenten in de tijdlijn. In de niet-sociale toestand werd verwacht dat de synchroniciteit het gevolg zou zijn van de cognitieve correspondentie van de taak die alle deelnemers gemeen hadden8. Zelfs als ze niet direct op elkaar inwerken, werd verwacht dat de synchroniciteit van signalen eerder in de tijdlijn van het experimentzou optreden 8,10,11,12. In de sociale toestand daarentegen werd verwacht dat synchroniciteit later zou optreden als gevolg van een mogelijke sociale interactie tussen verschillende onbekende individuen met verschillende persoonlijke strategieën 13,14,16,49.

Hoewel veel factoren kunnen bijdragen aan de voorlopige resultaten, heeft een mogelijke interpretatie ervan betrekking op de tijd die deelnemers nodig hebben om vertrouwd te raken met elkaar en de taken en, ten slotte, een gevoel van groep te creëren. Tekenen op zich kan reactiviteit en angst veroorzaken door zelfoordeel of het gevoel geëvalueerd te worden18. Eerdere studies hebben negatieve evaluaties geassocieerd met variatie in groepsinterpersoonlijke hersensynchronisatie (IBS)17. Ook is de impact van nabijheid tussen deelnemers in deze context nog niet bekend59. Als alternatief kan de individueel verworven vertrouwdheid met de taken en met de groep, zij het laat, een cognitieve correspondentie van betrokkenheid hebben gegenereerd, zoals een "automatische" betrokkenheid die plaatsvond buiten de verschillen tussen de twee voorgestelde taken. 60 De taken lijken in een blok te hebben gewerkt. Daarom kan een langere rustperiode mogelijk resulteren in verschillende hersenreacties door ervoor te zorgen dat verminderde hersensignalen worden opgepikt door fNIRS tussen aandoeningen. Een ander resultaat dat verdere aandacht nodig heeft, is de omgekeerde relatie tussen de hoeveelheid synchrone en asynchrone blik (die tijdens de experimentele taak afnam) versus individuele hersenactiviteit (die tijdens de experimentele taak toenam). Een mogelijke interpretatie voor dit resultaat kan liggen in de hoge cognitieve vraag van de experimentele taak52, maar we kunnen niet anders dan de neurobiologische processen beschouwen die betrokken zijn bij menselijke empathische binding1.

Dit protocol heeft een innovatief karakter, in de eerste plaats door het toepassen van tekentechnieken die in de kunsttherapie worden gebruikt om empathische banden tussen deelnemers uit te lokken; ten tweede door het dynamische karakter van de sociaal-ecologische situatie; en ten derde door de gelijktijdige meting van vier koppen met behulp van de fNIRS-hyperscantechniek. De tekenende sociale aandoening bevorderde oogcontact tussen de deelnemers, waardoor het protocol kon onderzoeken hoe kijkgedrag interpersoonlijk interactiegedrag in naturalistische situaties ondersteunt en de verschillende persoonlijke strategieën die worden gebruikt om anderen te herkennen49. Het is ook een veelbelovend hulpmiddel om te onderzoeken of blikgedrag inderdaad geassocieerd is met het proces van aandacht18 en betrokkenheid tussen partners61 onder dezelfde omstandigheden. Het relateren van al deze kwesties, vooral in een paradigma dat wordt uitgevoerd in een groep onder naturalistische omstandigheden, is een uitdaging voor de sociale neurowetenschappen.

Veel factoren kunnen hebben bijgedragen aan deze voorlopige resultaten. Al deze verschillende variabelen verdienen verdere studie, en het gebruik van dit protocol kan belangrijke aanwijzingen bieden voor een beter begrip van groepssociale relaties in een naturalistische context.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Paulo Rodrigo Bazán heeft freelance wetenschappelijk advies gegeven aan NIRx Medizintechnik GmbH en aan Brain Support Corporation, een distributeur van NIRx Medizintechnik GmbH. De andere auteurs verklaren dat er geen belangenconflicten zijn met betrekking tot het auteurschap of de publicatie van dit artikel.

Acknowledgments

De auteurs bedanken Instituto do Cérebro (InCe-IIEP) en Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) voor deze studieondersteuning. Speciale dank aan José Belém de Oliveira Neto voor het Engels proeflezen van dit artikel.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2 NIRSport  NIRx Medizintechnik GmbH, Germany Nirsport 88 The equipment belong to InCe ( Instituto do Cérebro - Hospital Israelita Albert Einstein). two continuous-wave systems (NIRSport8x8, NIRx Medical Technologies, Glen Head, NY, USA) with eight LED illumination sources emitting two wavelengths of near-infrared light (760 and 850 nm) and eight optical detectors each. 7.91 Hz. Data were acquired with the NIRStar software version 15.2  (NIRx Medical Technologies, Glen Head, New York) at a sampling rate of 3.472222.
4 fNIRS caps NIRx Medizintechnik GmbH, Germany The blackcaps used in the recordings had a configuration based on the international 10-20
Câmera 360° - Kodak Pix Pro SP360 Kodak Kodak PixPro: https://kodakpixpro.com/cameras/360-vr/sp360
Cameras de suporte - Iphone 8 Apple Iphone 8 Supporting Camera
fOLD toolbox (fNIRS Optodes’ Location Decider) 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, 3341 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-21716-z Version 2.2 (https://github.com/nirx/fOLD-public) Optodes placement was guided by the fOLD toolbox (fNIRS Optodes’ Location Decider, which allows placement of sources and detectors in the international 10–10 system to maximally cover anatomical regions of interest according to several parcellation atlases. The ICBM 152 head model  parcellation was used to generate the montage, which was designed to provide coverage of the most anterior portion of the bilateral prefrontal cortex
Notebook Microsoft Surface Microsoft Notebook receiver of the fNIRS signals
R platform for statistical computing  https://www.r-project.org  R version 4.2.0 R is a free software environment for statistical computing and graphics. It compiles and runs on a wide variety of UNIX platforms, Windows and MacOS
REDCap REDCap is supported in part by the National Institutes of Health (NIH/NCATS UL1 TR000445) REDCap is a secure web application for building and managing online surveys and databases.
software Mangold Interact Mangold International GmbH, Ed.  interact 5.0 Mangold: https://www.mangold-international.com/en/products/software/behavior-research-with-mangold-interact.html. Allows analysis of videos for behavioral outcomes and of autonomic monitoring for emotionally driven physiological changes (may require additional software, such as DataView). Allow the use of different camera types simultaneously and hundreds of variations of coding methods.
software NIRSite NIRx Medizintechnik GmbH, Germany NIRSite 2.0 For creating the montage and help optode placement and location in the blackcaps.
software nirsLAB-2014 NIRx Medizintechnik GmbH, Germany nirsLAB 2014 fNIRS Data Processing
software NIRStar NIRx Medizintechnik GmbH, Germany version 15.2  for fNIRS data aquisition: NIRStar software version 15.2  at a sampling rate of 3.472222
software NIRStim NIRx Medizintechnik GmbH, Germany  For creation and organization of paradigm blocks

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Tags

Neurowetenschappen Nummer 186
Groepssynchronisatie tijdens gezamenlijk tekenen met behulp van functionele nabij-infraroodspectroscopie
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Gonçalves da Cruz Monteiro, V., … More

Gonçalves da Cruz Monteiro, V., Antunes Nascimento, J., Bazán, P. R., Silva Lacerda, S., Bisol Balardin, J. Group Synchronization During Collaborative Drawing Using Functional Near-Infrared Spectroscopy. J. Vis. Exp. (186), e63675, doi:10.3791/63675 (2022).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter