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Neuroscience

Gruppensynchronisierung während des kollaborativen Zeichnens mit funktioneller Nahinfrarotspektroskopie

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

Summary

Das vorliegende Protokoll kombiniert funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) und videobasierte Beobachtung, um die interpersonelle Synchronisation in Quartetten während einer kollaborativen Zeichenaufgabe zu messen.

Abstract

Die funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) ist eine nicht-invasive Methode, die sich besonders für die Messung der Aktivierung der Großhirnrinde bei mehreren Probanden eignet und für die Untersuchung zwischenmenschlicher Interaktionen in der Gruppe in ökologischen Umgebungen relevant ist. Obwohl viele fNIRS-Systeme technisch die Möglichkeit bieten, mehr als zwei Personen gleichzeitig zu überwachen, ist die Etablierung einfach zu implementierender Setup-Verfahren und zuverlässiger Paradigmen zur Verfolgung von hämodynamischen und Verhaltensreaktionen in der Gruppeninteraktion immer noch erforderlich. Das vorliegende Protokoll kombiniert fNIRS und videobasierte Beobachtung, um die interpersonelle Synchronisation in Quartetten während einer kooperativen Aufgabe zu messen. Dieses Protokoll enthält praktische Empfehlungen für die Datenerfassung und das Paradigmendesign sowie Leitprinzipien für ein anschauliches Beispiel für die Datenanalyse. Das Verfahren wurde entwickelt, um Unterschiede in den zwischenmenschlichen Reaktionen des Gehirns und des Verhaltens zwischen sozialen und nicht-sozialen Bedingungen zu bewerten, die von einer bekannten Eisbrecheraktivität, der Collaborative Face Drawing Task, inspiriert wurden. Die beschriebenen Verfahren können zukünftige Studien leiten, um die naturalistischen sozialen Interaktionsaktivitäten der Gruppe an die fNIRS-Umgebung anzupassen.

Introduction

Zwischenmenschliches Interaktionsverhalten ist ein wichtiger Bestandteil des Prozesses der Verbindung und Schaffung empathischer Bindungen. Frühere Forschungen deuten darauf hin, dass sich dieses Verhalten im Auftreten von Synchronizität ausdrücken kann, wenn biologische und Verhaltenssignale während des sozialen Kontakts übereinstimmen. Es gibt Hinweise darauf, dass Synchronizität zwischen Menschen auftreten kann, die zum ersten Mal interagieren 1,2,3. Die meisten Studien über soziale Interaktionen und die ihnen zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen verwenden einen Single-Person- oder Second-Person-Ansatz2,4, und es ist wenig darüber bekannt, wie dieses Wissen auf die soziale Dynamik von Gruppen übertragen werden kann. Die Auswertung zwischenmenschlicher Reaktionen in Gruppen von drei oder mehr Personen ist immer noch eine Herausforderung für die wissenschaftliche Forschung. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die komplexe Umwelt sozialer Interaktionen im Alltag des Menschen unter naturalistischen Bedingungen ins Labor zu bringen5.

In diesem Zusammenhang ist die Technik der funktionellen Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) ein vielversprechendes Werkzeug, um die Beziehungen zwischen zwischenmenschlicher Interaktion in naturalistischen Kontexten und ihren Gehirnkorrelationen zu bewerten. Sie weist im Vergleich zur funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) weniger Einschränkungen in der Mobilität der Teilnehmer auf und ist widerstandsfähig gegen Bewegungsartefakte 6,7. Die fNIRS-Technik funktioniert durch die Bewertung hämodynamischer Effekte als Reaktion auf die Gehirnaktivierung (Veränderungen der Blutkonzentration von sauerstoffreichem und sauerstoffarmem Hämoglobin). Diese Variationen können durch die Menge der Diffusion von Infrarotlicht durch das Kopfhautgewebe gemessen werden. Frühere Studien haben die Flexibilität und Robustheit der Technik in ökologischen Hyperscanning-Experimenten und das Potenzial zur Erweiterung des Wissens in den angewandten Neurowissenschaften gezeigt 6,8.

Die Wahl einer experimentellen Aufgabe zur naturalistischen Erfassung der neuronalen Korrelate sozialer Interaktionsprozesse in Gruppen ist ein entscheidender Schritt in der Annäherung an angewandte neurowissenschaftliche Studien9. Einige Beispiele, die bereits in der Literatur mit der Verwendung von fNIRS in Gruppenparadigmen berichtet wurden, sind Musikperformance 10, 11, 12, Interaktion im Klassenzimmer8 und Kommunikation 13, 14, 15, 16, 17.

Einer der Aspekte, die in früheren Studien noch nicht untersucht wurden, ist die Verwendung von Zeichenspielen, deren Hauptmerkmal die Manipulation empathischer Komponenten zur Beurteilung der sozialen Interaktion ist. In diesem Zusammenhang ist eines der Spiele, die häufig verwendet werden, um soziale Interaktion in der Dynamik zwischen Fremden zu induzieren, das kollaborative Zeichenspiel18,19. In diesem Spiel werden Blätter in gleiche Teile geteilt und die Gruppenteilnehmer werden aufgefordert, gemeinsame Selbstporträts aller Mitglieder zu zeichnen. Am Ende lässt jedes Mitglied sein Porträt in Zusammenarbeit von mehreren Händen zeichnen.

Ziel ist es, eine schnelle Integration unter Fremden zu fördern, die durch die visuelle Aufmerksamkeit auf die Gesichter der Gruppenpartner gelenkt wird. Es kann aufgrund seiner Fähigkeit, Neugier und daraus resultierende empathische Prozesse unter den Mitgliedern zu unterstützen, als "eisbrechende" Aktivität angesehen werden19.

Einer der Vorteile der Verwendung von Zeichenaufgaben ist ihre Einfachheit und Leichtigkeit der Reproduktion20. Sie erfordern auch keine spezifische technische Ausbildung oder Fähigkeiten, wie in den Studien mit den musikalischen Aufführungsparadigmen 21,22,23,24 zu sehen ist. Diese Einfachheit ermöglicht auch die Wahl eines naturalistischeren Stimulus in einem sozialen Kontext 4,9,25.

Abgesehen davon, dass die Zeichnung ein Instrument zur Induktion von sozialem Verhalten in Gruppen ist, wird sie auch als Werkzeug zur psychologischen Bewertung angesehen26. Einige grafisch-projektive psychologische Tests, wie z.B. House-Tree-Person (HTP)27,28,29, Human Figure Drawing - Sisto Scale 27 und Kinetic Family Drawing30, werden komplementär für qualitative und quantitative Diagnosen verwendet. Ihre Ergebnisse drücken in der Regel unbewusste Prozesse aus, die Hinweise auf das symbolische System des Individuums und damit auf seine Interpretationen der Welt, Erfahrungen, Neigungen usw. geben.

Die Praxis des Zeichnens regt zum Nachdenken an und hilft, einen Sinn für Erfahrungen und Dinge zu schaffen, indem sie Empfindungen, Gefühle, Gedanken und Handlungen hinzufügt31. Es gibt Hinweise darauf, wie diese Lebenserfahrungen wahrzunehmen und zu verarbeitensind 26. Das Zeichnen verwendet visuelle Codes, um Gedanken oder Gefühle zu verstehen und zu kommunizieren, sie für Manipulationen zugänglich zu machen und so die Möglichkeit für neue Ideen und Lesarten zu schaffen31.

In der Kunsttherapie ist das Zeichnen ein Werkzeug, um an Aufmerksamkeit, Gedächtnis und Organisation von Gedanken und Gefühlen zu arbeiten32, und es kann als Mittel verwendet werden, um soziale Interaktion zu erzeugen33.

Diese Studie zielte darauf ab, ein naturalistisches experimentelles Protokoll zu entwickeln, um vaskuläre und verhaltensbezogene Gehirnreaktionen während der zwischenmenschlichen Interaktion in Quartetten unter Verwendung einer kollaborativen Zeichendynamik zu bewerten. In diesem Protokoll wird die Auswertung der Gehirnreaktionen des Quartetts (individuell und die Synchronizität zwischen den Partnern) und der möglichen Ergebnismaße, wie z.B. Verhaltensmaße (Zeichen- und Blickverhalten) vorgeschlagen. Ziel ist es, mehr Informationen über die sozialen Neurowissenschaften bereitzustellen.

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Protocol

Die Methodik wurde von der Ethikkommission des Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) genehmigt und basiert auf einem Verfahren zur Erfassung neuronaler Daten (fNIRS) sowie von Daten zum Blickverhalten mit jungen Erwachsenen während einer kollaborativen Zeichenerfahrung. Alle gesammelten Daten wurden auf der Redcap-Plattform verwaltet (siehe Materialverzeichnis). Das Projekt wurde vom Wissenschaftlichen Integritätskomitee des Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) geprüft. Junge Erwachsene im Alter von 18 bis 30 Jahren wurden als Probanden für die vorliegende Studie ausgewählt. Von allen Teilnehmern wurde eine schriftliche Einverständniserklärung eingeholt.

1. Vorbereitung auf die Studie

  1. Lehrfächer
    1. Bestimmen Sie die Stichprobe der Zielstudie.
    2. Informieren Sie alle Freiwilligen vor dem Spiel über das Versuchsprotokoll und ihre Rechte. Stellen Sie sicher, dass sie eine Einwilligungserklärung und eine Einwilligungserklärung zur Verwendung von Bildern (nicht obligatorisch) unterschreiben, ein Registrierungsformular ausfüllen und psychologische Fragebögen und Skalen beantworten.
    3. Kontrollieren Sie das Beziehungsniveau zwischen den Teilnehmern des Quartetts (Fremde, Freunde, Partner usw.), da Vorwissen stören kann. In dieser Studie setzten sich die Quartette aus Fremden zusammen.
    4. Komponieren Sie Quartette von gleichgeschlechtlichen Personen.
      HINWEIS: Dieses Gender-Kriterium vermeidet Störungen der sozialen Interaktion34,35.
  2. Einstellung
    1. Entfernen Sie alle potenziellen Augenablenkungen aus der Szene.
    2. Fügen Sie zum Einrichten einen quadratischen Tisch, vier Hocker (18,11 Zoll x 14,96 Zoll) und zwei Drahtstützen (z. B. Stativ) hinzu (Abbildung 1).
    3. Schalten Sie alle elektrischen Geräte, wie z. B. die Klimaanlage, während der Versuchsbedingung aus. Stellen Sie sicher, dass der Raum ausreichend beleuchtet ist, damit die Menschen beobachten und zeichnen können, und dass die Raumtemperatur angenehm ist.
    4. Berücksichtigen Sie die Ausdehnung der fNIRS-Drähte (siehe Materialtabelle) und positionieren Sie alle Kabel so, dass sie während der experimentellen Aufgabe stabil bleiben.
    5. Betrachten Sie Platz für zwei Forscher, um sich entlang der Umgebung zu bewegen.
    6. Stellen Sie sicher, dass die Experimentatoren ihren Skripten und Bewegungsschemata folgen.
    7. Positionieren Sie das Quartett zu zweit auf dem quadratischen Tisch, so dass jeder Einzelne die anderen drei Personen beobachten kann.
    8. Geben Sie jedem Quartettteilnehmer ein Etikett mit einer Nummer (1 bis 4). Stellen Sie sicher, dass Betreff 1 gegenüber von Betreff 3 und neben Betreff 2 steht.
      HINWEIS: Die Tag-Nummer entsprach der Position der Probanden auf dem Tisch und ihrer zuvor vorbereiteten Kappe (Table of Materials).
  3. Zeichnungsparadigma
    1. Kollaboratives Zeichnen von Gesichtern - der soziale Zustand
      HINWEIS: Das Ziel dieses Spiels ist es, die visuelle Aufmerksamkeit der Probanden auf die Gesichter ihrer Partner zu lenken und sie zu einer bewussteren Beobachtung untereinander zu veranlassen. Durch die Verbindung von Gefühlen und visueller Wahrnehmung ist die kollaborative Gesichtszeichnungstechnik ein wertvoller Weg, um empathische Reaktionen, zwischenmenschliche Neugier und Konnektivität zwischen den Teilnehmern zu aktivieren. Es erfordert die Fähigkeit der Theory of Mind, die Nachahmung und Antizipation des Verhaltens anderer einschließt19. Führen Sie die folgenden Schritte aus:
      1. Unterweisen Sie die Teilnehmer über die Spielregeln.
      2. Teilen Sie jedes Papier in drei horizontale Streifen, nämlich Zeichenstreifen.
      3. Jeder Streifen muss einer sozialen Zeichnungsbedingung entsprechen (z. B. C1, C2). Wechseln Sie nach jeder sozialen Zeichnungsbedingung die Papiere unter dem Quartett.
      4. Lassen Sie die Teilnehmer die Stirn und die Augenpartie auf den oberen Streifen aller Papierblätter zeichnen.
        HINWEIS: Der mittlere Streifen dient zur Darstellung des Nasen- und Mundbereichs. Der untere Streifen dient zur Darstellung des Kinn-, Nacken- und Schulterbereichs.
      5. Fügen Sie in alle Papierstreifen Anweisungen hinzu, wer zeichnen soll (z. B. S1 / S3, was bedeutet, dass Teilnehmer 1 Teilnehmer 3 zeichnet und umgekehrt).
      6. Lassen Sie jedes Papier ein vollständig gezeichnetes Porträt eines Teilnehmers darstellen.
        HINWEIS: Berücksichtigen Sie unterschiedliche pastellfarbenes Schreibpapier für die verschiedenen Spielphasen.
      7. Lassen Sie das Gesicht jedes Teilnehmers von seinen Partnern auf kollaborative Weise darstellen. (Abbildung 2)
    2. Verbinden Sie die Punkte Spiel - die nicht-soziale Bedingung
      HINWEIS: Die Bedingung für das Zeichnen des Steuerelements ist ein Spiel, bei dem die Punkte miteinander verbunden werden. Jeder Teilnehmer ist eingeladen, die Punkte der aufsteigenden Seriennummern zu einer Zeichnung zu verbinden. Das Spiel "connect the dots" wird als neuropsychologisches Instrument zur Messung kognitiver Bereiche wie mentale Flexibilität und visuell-motorische Fähigkeiten eingesetzt36. Das Spiel stimuliert visuell-räumliche Fähigkeiten, steigert die geistige Aktivität37 und verbessert die geistigen Fähigkeiten38. Führen Sie die folgenden Schritte aus:
    3. Instruieren Sie die Teilnehmer.
      1. Sobald die Kappe in Position ist, informieren Sie die Teilnehmer über fNIRS, die Ausrüstung, die Kappen, die Drähte und die möglichen Risiken oder Beschwerden, die mit dem Verfahren verbunden sind.
      2. Erinnern Sie sie noch einmal an ihr Recht, das Experiment jederzeit zu verlassen.
      3. Erklären Sie die zwei verschiedenen Zeichenaufgaben.
      4. Erklären Sie für die gemeinsame Zeichnung die horizontalen Streifen und wie Sie wissen, wo und von wem Sie in jedem Streifen zeichnen müssen.
      5. Erklären Sie für das Spiel "Punkte verbinden", dass sie die Zahlen in aufsteigender Reihenfolge verbinden müssen, bis die Zahl aufgedeckt wird.
      6. Erläutern Sie die Ruhezeit und die aufgezeichneten Aufgabenbefehle.
      7. Motivieren Sie die Teilnehmer, ihre Partner und die Details, die sie unterscheiden, zu beobachten. Geben Sie an, dass am Ende der Studie das Quartett belohnt wird, das die Regeln befolgt und die detailliertesten Zahlen zieht.

Figure 1
Abbildung 1: Die Einstellung. Das Setup besteht aus einem quadratischen Tisch, vier Hockern und zwei Drahtstützen (z. B. Stativ), fNIRS-Geräten, einem Computer und den Kameras. (A) Das Einstellungsschema: Grüne Zahlen (1-4) entsprechen den Etiketten der Teilnehmer und ihren Hockern/Positionen am Tisch während des Versuchslaufs. Gelbe Zahlen: 1 = fNIRS-Verdrahtungsträger, 2 = fNIRS-Signal-Notebook-Empfänger, 3 = NIRS-Port, 4 = 360°-Kamera, 5 = Unterstützungskameras. (B) Vorbereiten für den Versuchslauf. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Figure 2
Abbildung 2: Kollaborative Porträts – Beispiele von Porträts, die auf kollaborative Weise gezeichnet wurden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

2. Experimentelles Paradigma

  1. Passen Sie das Spiel für die fNIRS-Erfassung an
    HINWEIS: Passen Sie das Spiel so an, dass es möglich ist, das funktionelle Bild des Gehirns durch fNIRS zu erfassen und dass die Daten eine signifikante Qualität haben.
    1. Definieren Sie die Anzahl der Blöcke.
      HINWEIS: Die Bedingungen müssen so oft wiederholt werden, dass die Fehlerquote in den Ergebnissen reduziert wird. Viele Wiederholungen können jedoch dazu führen, dass die Teilnehmer Aufgaben automatisieren.
    2. Planen Sie die Dauer jedes Blocks.
      HINWEIS: Berücksichtigen Sie die hämodynamische Reaktionszeit der Bildunterschrift (durchschnittlich 6 Sekunden nach Beginn einer Aufgabe). Berücksichtigen Sie auch den Einfluss der Blockgrößen, um den Filter für die folgenden Schritte zu bestimmen.
    3. Fügen Sie am Ende jedes Blocks beider Bedingungen eine Ruhephase hinzu (so dass das hämodynamische Signal vor dem Beginn des nächsten Blocks abklingt).
    4. Planen Sie die Reihenfolge der Blöcke und erstellen Sie pseudo-randomisierte Blocksequenzen, um antizipatorische Effekte zu reduzieren.
    5. Planen Sie die Gesamtdauer des Spiels.
      HINWEIS: Berücksichtigen Sie das mögliche Unbehagen der Teilnehmer in Bezug auf die fNIRS-Kappen und ihre Nähe zueinander. Die in diesem Protokoll verwendeten Blöcke und Bedingungen wurden wie folgt gestaltet: Es wurden neun Blöcke der sozialen Bedingung des kollaborativen Zeichnens (Tabelle 1) und neun Blöcke der nicht-sozialen Bedingung der Verbindungspunkte gebildet (Dauer = jeweils 40 s); Ruhezeit von 20 s zwischen den einzelnen Blöcken; drei verschiedene Sequenzen (Tabelle 2) zum Ausführen der Aufgaben (um zu vermeiden, dass eine Bedingung mehr als zweimal hintereinander ausgeführt wird). Die experimentelle Aufgabendauer betrug ca. 18 min.
  2. Paradigm-Programmiersoftware
    1. Verwenden Sie eine Software, um bei der Erstellung und Organisation von Paradigmenblöcken zu helfen und den Teilnehmern zu signalisieren, wann sie eine neue Aufgabe beginnen sollen.
      HINWEIS: In diesem Fall wurde die Software NIRStim (siehe Materialtabelle) verwendet. Erstellen Sie die Blocksequenzen und programmieren Sie deren Verteilung über die Zeit während des Experiments.
    2. Definieren Sie Ereignisse mit visuellen (Text und Bilder) oder auditiven Inhalten, um den Teilnehmern zu zeigen, wann sie mit jeder Aufgabe beginnen sollen. Klicken Sie im Reiter " Ereignisse" auf die Schaltfläche "Ereignis hinzufügen". Benennen Sie das Ereignis in Ereignisname, wählen Sie den Ereignistyp in Stim-Typ aus und definieren Sie eine Farbe, um das Ereignis in einer Präsentationsübersicht auf Color-ID darzustellen. Erstellen Sie Marker, die zu Beginn dieser Aufgaben auf Event Marker an die Erfassungssoftware gesendet werden.
    3. Legen Sie die Reihenfolge der Aufgabenausführung und die Anzahl der Wiederholungen jeder einzelnen Aufgabe auf der Registerkarte "Versuche" fest. Fügen Sie auch Ruhezeiten ein. Bestimmen Sie die Dauer von beiden. Die Randomisierung oder Nicht-Randomisierung der Studien ist möglich, indem Sie bei der Randomisierung der Präsentation die Option Ein/Aus auswählen. Speichern Sie die Einstellungen auf der Schaltfläche Speichern.
    4. Zeigen Sie während des Versuchslaufs alle programmierten Stimuli in einem schwarzen Fenster an (um eine Ablenkung der Teilnehmer zu verhindern), indem Sie Ausführen drücken.

Tabelle 1: Bedingung für kollaboratives Zeichnen. S1 = Betreff 1, S2 = Betreff 2, S3 = Betreff 3 und S4 = Betreff 4. Zeichnungsdyaden stellen dar, wer wen zeichnet, und der Zeichenstreifen stellt die Position des Schreibpapiers zum Zeichnen in jeder Bedingung dar. Verwenden Sie beispielsweise für den ersten Block ein blaues Papierblatt. C1, C2 und C3 repräsentieren 40 s des Paradigmas der Zeichnung sozialer Bedingungen, die ein Porträt vervollständigen. C1 (Zeichnen des Stirnbereichs, Zeichnen von Dyaden: S2 und S4; S1 und S3), C2 (Zeichnen des Nasenbereichs, Zeichnen von Dyaden: S1 und S4; S2 und S3) und C3 (Zeichnen des Kinnbereichs, Zeichnen von Dyaden: S3 und S4; S1 und S2). Folgen Sie dem Diagramm für die Blöcke 2 und 3. Diese Randomisierung behält die Reihenfolge des Zeichnens unter den Probanden bei (Zeichnen des Frontalpartners, dann des Frontseitenpartners und schließlich des neben ihnen sitzenden Partners) und ändert die Reihenfolge der zu zeichnenden Blattstreifen. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.

Tabelle 2: Sequenz 1-Aufgaben-Randomisierung (sozial, nicht-sozial und Ruhe). Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.

3. Videoaufbau und Datenerfassung

  1. Kameras und Videoaufzeichnungen
    1. Wählen Sie eine handelsübliche Szenenkamera (360°, siehe Materialtabelle). Positionieren Sie es auf dem Tisch, so dass alle Augen- und Kopfbewegungen der Teilnehmer gleichzeitig wahrgenommen werden können.
    2. Reinigen und überprüfen Sie die Speicherkarte und den Akku. Überprüfen Sie die Helligkeit des Bildes. Testen Sie diese Elemente, bevor die Teilnehmer gefunden werden.
    3. Überprüfen Sie, ob der fNIRS-Empfang gestört werden kann. Wenn dies der Fall ist, vergrößern Sie den Abstand zwischen dem Gerät und seinem Empfänger.
    4. Der Geräteempfänger muss unabhängig vom fNIRS-Datenempfänger sein. Stellen Sie sich ein Notebook oder ein Tablet vor, das sich so weit wie möglich von der Tischdekoration entfernt befindet.
    5. Starten Sie das Gerät, überprüfen Sie die Schnittstelle und stellen Sie den Aufnahmemodus vor der fNIRS-Kalibrierung ein.
    6. Betrachten Sie eine oder zwei benachbarte oder unterstützende Kameras, die nach beiden Kanten des Tisches platziert werden können.
  2. Videoanalyse
    1. Um wertvolle statistische Ergebnisse zu erhalten, wählen Sie eine synchronisierte Ansichts-/Analysesoftware oder -plattform, die die gleichzeitige Transkription und Kodierung mehrerer Videoinhalte ermöglicht, wie z.B. INTERACT (siehe Materialverzeichnis).
    2. Legen Sie Parameter fest, die die Suche nach Mustern / Sequenzen ermöglichen, um Beobachtungsdaten auf die Forschungsfragen zu verfeinern, z. B. individuelle Blickverhaltensmetriken, Kopf- und Augenbewegungen, Handbewegungen, Gesichtsausdrücke und Sprechverhalten.
    3. Wenn Sie physiologische Messungen aufzeichnen möchten, sollten Sie eine Software (siehe Materialtabelle) in Betracht ziehen, die die Integration von Messdaten aus anderen Erfassungssystemen ermöglicht.
    4. Berücksichtigen Sie bei der Analyse nicht nur die Dauer der Ereignisse, sondern auch die Abfolge, ihre zeitliche Position und ihre Beziehung zueinander.
  3. Datenextraktion
    1. Beginnen Sie mit dem Herunterladen des Videos von allen Kameras (MP4-Format). Laden Sie sie in INTERACT. Segmentieren Sie die Videodaten für die Codierung und weitere Analyse. Markieren Sie für die Datenextraktion die Videoabschnitte manuell und versehen Sie sie mit Codes.
      HINWEIS: Der Zweck der Segmentierung und Kodierung besteht darin, Datenkategorien bereitzustellen, damit der Forscher verschiedene Zielverhaltensweisen hervorheben und analysieren kann.
    2. Segmentierung
      1. Erstellen Sie durch Drücken von Codeeinstellungen eine erste Ebene, indem Sie die Blockabschnitte in soziale und nicht-soziale Bedingungen und Ruhezeiten unterteilen. Erstellen Sie eine zweite Ebene, indem Sie die Verhaltensdaten der Teilnehmer zusammen mit den sozialen Bedingungen aufteilen (Gesichtszeichnung). Richten Sie sie aus, indem Sie die Audio-Trigger-Timeline verwenden. Markieren Sie manuell den Anfang und das Ende jeder Bedingung. Definieren Sie das Kodierungsschema gemäß den Richtlinien (Schritte 3.3.2.2.-3.3.2.6.).
      2. Stellen Sie sicher, dass das Kodierungsschema Verhaltenshinweise (Dauer und Menge) für jeden Abschnitt der Gesichtszeichnung (soziale Bedingung) von allen Teilnehmern einzeln verfolgt.
      3. Code für den Blick des objektbezogenen Aufmerksamkeitsteilnehmers auf den Zeichenpartner.
        HINWEIS: Das Blickverhalten hat eine doppelte Funktion: Es sammelt Informationen von anderen (Kodierung) und kommuniziert mit anderen (Signalisierung)39,40.
      4. Code für den gegenseitigen Blick (wenn beide Partner, die sich gegenseitig zeichnen, Sichtkontakt haben).
        ANMERKUNG: Neuere Studien zeigten eine erhöhte Aktivität im anterioren rostralen medialen präfrontalen Kortex (arMPFC) und seine Kopplung mit dem Gyrus frontalis inferior (IFG), wenn die Partner einen gegenseitigen Blick aufbauten41.
      5. Code für assoziierte Verhaltensweisen während des Blickverhaltens (einfach oder gegenseitig) wie Lächeln, direkte Rede, Gesichtsausdrücke und Lachen, was auf eine höhere Aufmerksamkeit gegenüber dem Zeichenpartner hinweist (ergänzende Abbildung 1).
      6. Transkribieren und unterteilen Sie die Blickverhaltensdaten der Gruppenteilnehmer in Kategorien. Erstellen Sie Interaktionscodes für jeden Teilnehmer, indem Sie ihn beschriften. Machen Sie das Zielverhalten und die Tag-Nummer während der Codierung deutlich.
    3. Kodierung und Analyse
      HINWEIS: Einer der Forscher muss die Verhaltenskodierungsaufgabe und -analyse durchführen, da sie im Video leicht zu identifizieren sind. Beachten Sie Folgendes:
      1. Die Extraktion der Informationen muss manuell erfolgen; Markieren Sie auf der Zeitachse jeder Bedingung die beobachteten Verhaltensweisen gemäß dem Kodierungsschema. Markieren Sie die Dauer der einzelnen Verhaltensweisen. Tun Sie dies für jeden Teilnehmer separat.
      2. Vergleichen Sie die Zeitachsen der Teilnehmer, um nach gemeinsamen Verhaltensweisen zu suchen. Kehren Sie zur Videobeobachtung zurück, um die Qualität des Teilens zu analysieren (ergänzende Abbildung 2).
      3. Exportieren Sie die Rohdaten mit dem Schlüssel Exportieren als Text- oder Tabellendatei, sodass die Daten entlang der Zeitachse sortiert, ausgewählt, gezählt und in Tabellen aufgelistet werden können.
        ANMERKUNG: In diesem Protokoll wurde die sequentielle Analysefunktion aufgrund der geringen Anzahl von kodierten Ereignissequenzen42 nicht verwendet.
  4. Zeichnen von Metriken
    HINWEIS: Dieses Protokoll verwendet Zeichnungsmetriken, um mögliche Korrelationen zwischen dem Blickverhalten der Teilnehmer und den angewandten psychologischen Tests zu untersuchen. Folgende Kriterien wurden festgelegt:
    1. Strichmenge: Zählen Sie manuell die Anzahl der Zeichnungsstriche, die von jedem Teilnehmer in jedem Flächenzeichnungsabschnitt ausgeführt wurden.
    2. Linienkontinuität: Unterteilen Sie die Kategorien von langen und kurzen gezeichneten Linien. Zählen Sie die langen und kurzen Linien der Teilnehmer manuell.
      ANMERKUNG: Die Beobachtungszeichnung resultiert aus der direkten Beobachtung eines ausgewählten realen Objekts. Einige neuere Studien fanden einen Zusammenhang zwischen der Linienlänge und dem Nachzeichnen oder Zeichnen. Das Verfolgen von Vorgangszeilen ist in der Regel länger als das Zeichnen von Vorgangslinien43. Dieses Protokoll assoziiert das Nachzeichnen mit auswendig gelernten Bildern, die das Individuum stabilisiert hat und als Zeichnungsreferenzen in seinem symbolischen Systemträgt 18.
    3. Zeichnungsmuster: Beziehen Sie sich auf einzelne Zeichnungsmuster18 (Abbildung 3).
      HINWEIS: Dieses Protokoll betrachtet eine binäre Klassifizierung für das Zeichnungsmuster: 0, wenn sich der Teilnehmer im beobachtenden Zeichenmodus befindet (d.h. wenn der Teilnehmer sein Zeichenobjekt beobachtet und kopiert, was er sieht); und 1, wenn die Zeichnung interne stabile gespeicherte Bilder widerspiegelt (wenn es ein Muster von sich wiederholenden Formen wie Augen, Mund und Haaren während der gesamten Zeichnungsbedingungen gibt).
    4. Beobachten Sie Details, einschließlich des Zählens gezeichneter Details während des Experiments (z. B. Falten, Flecken, Augenform und Augenbrauengröße, unter anderem).
      HINWEIS: Gezeichnete Details können auf eine größere Aufmerksamkeit für das Zeichnungsobjekt hinweisen.
  5. Psychologische Tests
    1. Screening auf Symptome von Angstzuständen und Depressionen, Aufmerksamkeitsdefizit- / Hyperaktivitätsstörung und sozialen Fähigkeiten bei der Durchführung von Gruppenstudien. Verwenden Sie kostenlose oder handelsübliche Waagen.
      HINWEIS: Dieses Protokoll schlägt vor, Folgendes zu verwenden: die Krankenhaus-Angst- und Depressionsskala44; das Social Skills Inventory45 (ein Inventar, das das soziale Kompetenzrepertoire des Einzelnen bewertet); und die Adult Self-Report Scale (ASRS-18) zur Beurteilung der Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) bei Erwachsenen46.

Figure 3
Abbildung 3: Beispiele für einzelne Zeichnungsmuster. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

4. fNIRS-Einrichtung und Datenerfassung

  1. Hardware für die Datenerfassung
    1. Stellen Sie sicher, dass Sie Erfassungshardware für die fNIRS-Registrierungen verwenden. Die Aufnahmen müssen von einer Kombination von Systemen durchgeführt werden, die im selben Aufzeichnungsprogramm gelesen werden können, insgesamt 16 Kanäle.
      ANMERKUNG: Die Datenerfassung wurde mit zwei kontinuierlichen Wellensystemen (NIRSport, siehe Materialtabelle) für die vorliegende Studie durchgeführt. Jedes Gerät verfügt über acht LED-Beleuchtungsquellen, die zwei Wellenlängen des Nahinfrarotlichts (760 nm und 850 nm) emittieren, und acht optische Detektoren (7,91 Hz).
  2. Konfiguration des fNIRS-Optodenkanals
    1. Verwenden Sie das NIRSite-Werkzeug, um die Optoden über den PFC-Bereichen zu lokalisieren (siehe Materialtabelle). Konfigurieren Sie die Verteilung der Optoden auf den Kappen so, dass die Kanäle über den interessierenden Regionen auf den Köpfen aller Teilnehmer positioniert sind.
    2. Teilen Sie die Optoden auf die vier Teilnehmer auf, um gleichzeitig Signale zu erfassen.
      HINWEIS: Die Kappen müssen eine Konfiguration haben, die auf dem internationalen 10-20-System basiert, und die anatomischen Interessengebiete umfassen den vorderen Teil des bilateralen präfrontalen Kortex. Für dieses Protokoll wurde die Optodenplatzierung durch die fNIRS Optodes' Location Decider (fOLD) Toolbox47 gesteuert. Die Parzellierung des ICBM 152-Kopfmodells (siehe Materialtabelle) erzeugte die Montage. Die Rekrutierung der präfrontalen Kortexregion bei sozialen Interaktionsaufgaben wurde als Korrelat von Verhaltenskontrollprozessen, einschließlich der Selbstregulation, erklärt48. Abbildung 4 zeigt die Position der Quellen und Detektoren.
  3. Verhindern von Artefakten
    1. Entfernen Sie Ablenkungen aus dem Raum, in dem das Spiel stattfinden wird.
    2. Raten Sie den Freiwilligen, sich nur bei Bedarf zu bewegen.
    3. Trennen Sie während des Experiments den NIRSport-Verstärker und den Laptop vom Stromnetz.
    4. Schalten Sie alle anderen Geräte aus, die in der Nähe des Infrarotspektrums arbeiten, z. B. Klimaanlagen. Schalten Sie elektrische Geräte aus, die sich in der Umgebung befinden.
  4. Einstellen des fNIRS-Gerätes
    1. Zuvor messen Sie die Gehirnperimeter der vier Teilnehmer wie folgt: Messen Sie die Abstände zwischen dem Nasion und dem Inion um den Kopf herum, um die Kappengröße jedes Teilnehmers zu bestimmen. Verwenden Sie immer eine kleinere Kappe im Verhältnis zum Umfang des Kopfes, um den Optoden mehr Stabilität zu verleihen.
    2. Weisen Sie die Teilnehmer am Tag des Erwerbs an, sich auf den Hocker zu setzen, und erklären Sie dann den erwarteten Prozess des Aufsetzens der Kappe auf den Kopf.
    3. Befestigen Sie die Quellen und Detektoren entsprechend den vorgegebenen Einstellungen an der Kappe. Befolgen Sie aus organisatorischen Gründen das Muster der Verwendung der Optoden 1 bis 4 für Thema 1, von 5 bis 8 für Thema 2, von 9 bis 12 für Thema 3 und von 13 bis 16 für Thema 4.
    4. Setzen Sie die Kappen auf die Köpfe der Teilnehmer und positionieren Sie sie so, dass sich die zentrale Mittellinie (Cz) oben auf dem Kopf befindet. Um zu überprüfen, ob sich Cz an der zentralen Position befindet, bestätigen Sie, dass es sich in der Hälfte des Abstands zwischen dem Nasion und dem Inion befindet.
      1. Messen Sie auch den Abstand zwischen dem linken und rechten Ohr (Crus of Helix) über der Oberseite des Kopfes und der Position Cz.
    5. Verwenden Sie Overcaps, um zu verhindern, dass Umgebungslicht die Datenerfassung stört.
    6. Verbinden Sie die Drähte der Optoden mit den Verstärkern. Befolgen Sie aus organisatorischen Gründen das Muster, die Optoden 1 bis 8 mit NIRSport 1 und die Optoden 9 bis 16 mit NIRSport2 zu verbinden.
    7. Verbinden Sie NIRSport 1 und 2 über ein USB-Kabel mit dem Computer.
  5. Datenerfassungssoftware
    1. Aktivieren Sie nach dem Einrichten des Geräts eine Software, um die fNIRS-Daten zu erfassen. In dieser Studie wurde die Software NIRStar (siehe Materialtabelle) verwendet. Führen Sie auf NIRStar die folgenden Schritte aus:
      1. Klicken Sie in der Menüleiste auf Hardware konfigurieren. Wählen Sie auf der Registerkarte Hardwarespezifikation die Option Tandem-Modus aus, damit das Hyperscanning durchgeführt werden kann.
      2. Wählen Sie auf der Registerkarte " Hardware konfigurieren " eine Montage aus den vordefinierten oder benutzerdefinierten Montagen aus und überprüfen Sie die Einstellungen unter " Kanaleinrichtung " und "Topo-Layout".
      3. Führen Sie eine automatische Kalibrierung durch, indem Sie im Anzeigebereich auf Kalibrieren klicken. Der Signalqualitätsindikator ermöglicht die Überprüfung der Integrität der empfangenen Daten. Beurteilen Sie, ob die Qualität der Daten ausreicht, um mit der Erfassung zu beginnen. Das heißt, prüfen Sie, ob die Kanäle grün oder gelb signalisiert sind.
        HINWEIS: Wenn die gerichteten Kanäle rot oder weiß dargestellt sind, entfernen Sie sie von der Kappe, überprüfen Sie, ob keine Haare vorhanden sind, die das Licht daran hindern, den Kopf zu erreichen, und reinigen Sie die Optoden mit einem Tuch oder Handtuch. Schließen Sie sie wieder an die Kappe an und wiederholen Sie die Kalibrierung.
      4. Wenn Sie bereit sind, den Vorgang zu starten, erhalten Sie eine Vorschau, wie die Signale empfangen werden, indem Sie auf Vorschau klicken. Beginnen Sie dann mit der Aufzeichnung der Signale auf Record.
      5. Öffnen Sie NIRStim, die Blockprogrammiersoftware (siehe Materialverzeichnis), und starten Sie die Präsentation der programmierten Bausteine. Die Marker müssen automatisch registriert werden, und ihre Markierung muss in der fNIRS-Datenerfassungssoftware sichtbar sein.
      6. Beenden Sie nach dem Ende des Vorgangs die Aufnahme, indem Sie auf Stopp klicken, schließen Sie die Software und überprüfen Sie, ob die Datei im gewählten Verzeichnis gespeichert ist.
  6. fNIRS-Datenanalyse
    1. Vorverarbeitung der Signale mit der NIRSLAB-Software49 (siehe Materialtabelle). Führen Sie die folgenden Schritte aus:
      1. Wenden Sie einen Bandpass-Zeitfilter (0,01-0,2 Hz) auf die Rohintensitätsdaten an, um Herz- und Atemfrequenzen sowie sehr niederfrequente Schwingungen zu entfernen.
      2. Legen Sie für die Kontrolle der Signalqualität Ausschlusskriterien für jede Kanalverstärkung über acht und einen Variationskoeffizienten über 7,5 % fest.
      3. Berechnen Sie die Änderungen von HbO2 und HHb, indem Sie das modifizierte Beer-Lambert-Gesetz mit der gesamten Zeitreihe als Basislinie anwenden.
        HINWEIS: In dieser Studie wurden HbO2- und HHb-Zeitreihen in Blöcke (sozial und nicht-sozial) unterteilt und als Textdateien zur anschließenden Analyse in die R-Plattform8 für statistische Berechnungen exportiert (siehe Materialverzeichnis).
      4. Analysieren Sie separat die sozialen und Kontrollbedingungen. Erstellen Sie eine Korrelationsmatrix für jeden der neun Blöcke jeder Bedingung, so dass ihre Elemente der Korrelation (Spearman) zwischen jedem Paar von Probanden im ausgewerteten Kanal entsprechen. Für die statistische Signifikanz der Korrelationen zwischen Individuen über die Aufgabe hinweg verwenden Sie den t-Test8 für einen Mittelwert aus einer Stichprobe unter Berücksichtigung eines Signifikanzniveaus von 5 %.

Figure 4
Abbildung 4: Verteilung der Optoden auf der Kappe von Subjekt 1. Die Buchstaben S und D stehen für die Quellen bzw. Detektoren. S1 auf AF7-Koordinate des 10-20-Systems; S2 auf AF3; S3 auf AF8; S4 auf AF4; D1 auf FP1; D2 auf F5; D3 auf FP2; und D4 auf F6. Die Kanäle befinden sich in der folgenden Konfiguration: Kanal 1 zwischen S1-D1; 2 zwischen S1-D2; 3 zwischen S2-D1; 4 zwischen S2-D2; 5 zwischen S3-D3; 6 zwischen S3-D4; 7 zwischen S4-D3; und 8 zwischen S4-FD4. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

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Representative Results

Das Protokoll wurde auf ein Quartett angewendet, das sich aus jungen Frauen (24-27 Jahre alt) zusammensetzte, die alle Studentinnen in Postgraduiertenprogrammen (Hospital Israelita Albert Einstein, São Paulo, Brasilien) mit Master- oder Doktoratsausbildung waren. Alle Teilnehmer waren Rechtshänder, und nur einer berichtete, dass er bereits Erfahrung mit dem Zeichnen hatte. Kein Teilnehmer hatte eine Vorgeschichte von neurologischen Störungen.

Für die Skalen und psychologischen Testergebnisse zeigten zwei Teilnehmer (2 und 4) hohe Werte für Angstzustände (17 und 15 gegenüber dem Referenzwert von 9)44 und dem Cutoff-Wert für Depression (9)44. Die Skalenergebnisse aller Teilnehmer für Aufmerksamkeit und Hyperaktivität zeigten Werte unter den Grenzwerten

Auch das soziale Kompetenzrepertoire der Teilnehmer wurde gemessen. Die Probanden 2, 3 und 4 erreichten Werte von mehr als 70% (gut entwickeltes Repertoire an sozialen Fähigkeiten). Proband 1 erhielt eine Punktzahl von 25% (bezogen auf ein Defizit an sozialen Kompetenzen). Dieser Test analysiert auch spezifische soziale Fähigkeiten wie F1, Umgang und Selbstbehauptung mit Risiko; F2, Selbstbehauptung beim Ausdruck positiver Gefühle; F3, Konversation und sozialer Einfallsreichtum; F4, Selbstexposition gegenüber Fremden und neuen Situationen; und F5, Selbstbeherrschung und Aggressivität. Für diese Faktoren zeigten alle Teilnehmer niedrige Werte für F1, F2 und F3 (1% bis 3%) und hohe Werte für F4 (20% bis 65%) und F5 (65% bis 100%).

Die vorläufigen Ergebnisse der fNIRs (Abbildung 5) zeigten eine typische Gehirnaktivierung für Probanden 1, 2 und 3 unter sozialen und nicht-sozialen Zeichenbedingungen in beiden Kanälen in der linken und rechten Hemisphäre. Die Aktivierungsmuster waren jedoch unterschiedlich. Teilnehmer 4 hingegen zeigte eine atypische Hirnaktivierung.

Figure 5
Abbildung 5: Ergebnisse des Gruppendurchschnitts der fNIRS-Daten . (A) Blockmittelwert der fNIRS-Signale über Proband 1. Die Kanäle auf der linken und rechten Seite werden für beide Bedingungen (sozial und nicht-sozial) separat in x-Achsen angezeigt. (B) Blockdurchschnitt der fNIRS-Signale über Subjekt 2. Die Kanäle auf der linken und rechten Seite werden für beide Bedingungen (sozial und nicht-sozial) separat in x-Achsen angezeigt. (C) Blockmittelwert von fNIRS-Signalen über Thema 3. Die Kanäle auf der linken und rechten Seite werden für beide Bedingungen (sozial und nicht-sozial) separat in x-Achsen angezeigt. (D) Blockdurchschnitt der fNIRS-Signale über Thema 4. Die Kanäle auf der linken und rechten Seite werden für beide Bedingungen (sozial und nicht-sozial) separat in x-Achsen angezeigt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Das Oxyhämoglobin-Signal (Abbildung 6) wurde zwischen den Probanden nur während des letzten Teils der Aufgabe für beide Bedingungen, soziale und Kontrollbedingungen (Abbildung 6: mediane Korrelation von 0,14; t-Wert = 1,77 und p-Wert = 0,046) und in der kollaborativen Zeichnungsbedingung (mediane Korrelation von 0,12; t-Wert = 2,39 und p-Wert = 0,028) signifikant synchronisiert.

Figure 6
Abbildung 6: Boxplot der Korrelationen des Gehirns (Oxyhämoglobin) der Probanden während des gesamten Experiments. Jedes Feld enthält eine horizontale Linie (die den Median angibt). Der obere Rand stellt das 75. Perzentil und der untere Rand das 25. Perzentil dar. Für Fehlerbalken basiert das Boxplot auf dem IQR-Wert von 1,5, oberhalb des dritten Quartils und unterhalb von Q1, dem unteren Quartil. Das Sternchen (*) zeigt eine statistisch signifikante Differenz von Null an. Teil 1 entspricht dem ersten Drittel des experimentellen Blocks (bestehend aus C1, C2 und C3 - dem ersten vollständig kollaborativen Design - durchsetzt mit Ruhephasen und der nicht-sozialen Designbedingung); Teil 2: C4-C6; Teil 3: C7-C9. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.

Die Videoanalyse zeigte, dass sich die Teilnehmer beim Zeichnen von Partnern gegenseitig ansahen und manchmal ihre Blicke miteinander teilten. Wie bei der Menge des Gesamtblicks wurde eine größere Menge an synchronem Blick in den Positionen beobachtet, in denen sich der Partner in einer Frontalposition befand. Von der Mitte bis zum Ende des Experiments nahmen die synchronen Blicke signifikant ab, und in C9 traten sie nicht auf.

In Bezug auf die Zeichnungsanalyse gab nur Proband 3 an, bereits über Zeichnungserfahrung zu verfügen (ein 6-jähriger Kurs). Die Probanden 1, 2 und 4 hatten eine ähnliche Produktion in Bezug auf Menge und Kontinuität der Striche. Teilnehmer 3 zeigte eine Zeichenweise von kurzen, nicht kontinuierlichen Strichen und eine größere Anzahl von Gesamtstrichen. Alle vier Teilnehmer behielten offenbar ein konstantes Muster von Figuren in ihren Zeichnungen bei (frühere Zeichenmuster), obwohl die Probanden 3 und 4 eine größere Anzahl von beobachteten Details reproduzierten. Selbst beim Zeichnen verschiedener Partner gab es Augen-, Mund- und Nasenzeichnungsmuster, die die Teilnehmer in der sozialen Situation wiederholten. Bei den Teilnehmern mit vorheriger Zeichenerfahrung wurden auch frühere Zeichenmuster (siehe 3.4.3.) beobachtet (z. B. Augenbrauen und Augen).

Ergänzende Abbildung 1: Codeschnittstelle und Video. Diese Abbildung stellt die Videokodifizierung, die Segmentierung, die Zeitachse der Ereignisse und das Kodierungsschema dar. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.

Ergänzende Abbildung 2: Schnittpunkt von Blick- und Zeichenaufgaben. Ruhezustand: Ruhezeit von 20 s; Condition Draw: der soziale Zustand des Experiments (40 s); Condition Dots: die Kontrollbedingung der Verbindungspunkte (40 s); Interaktionsblick 1: Subjekt 1 sucht nach Zeichenpartner; Interaktionsgespräch 1: Subjekt 1 spricht; Interaktionskörper 2: Subjekt 2 bewegt Hände, Schultern und Kopf in nonverbaler Kommunikation. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.

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Discussion

Diese Studie zielte darauf ab, ein Protokoll zu erstellen, das Hyperscanning an vier Gehirnen gleichzeitig unter naturalistischen Bedingungen verwendet. Das experimentelle Paradigma verwendete verschiedene Zeichenaufgaben und die Korrelation mehrerer Ergebnismaße, Zeichnungsmetriken, Verhaltensweisen und Gehirnsignale. Die entscheidenden Schritte innerhalb dieses Protokolls sind die Berücksichtigung der Herausforderungen, die sich aus seiner hohen Komplexität ergeben, und die Aufrechterhaltung seiner ökologischen und naturalistischen Bedingungen.

Videobeobachtung war der Schlüssel zu dieser Studie. Es ermöglichte die Kodierung und Segmentierung von nonverbalem Kommunikationsverhalten auf einer Zeitachse50. Die qualitative Analyse des Videos ermöglichte die Beobachtung des Blickverhaltens bei der Suche nach Zeichen, die auf die Funktionen der Kodierung (Sammeln von Informationen vom anderen) und der Signalisierung (Kommunikation mit anderen) hinweisen könnten39,40. Es half auch, die Beobachtungsinformationen zu verfeinern, indem es Einzel- und Gruppenmuster hervorhob13. Quantitative Messungen des Blicks allein liefern kein Verständnis für die Qualität des Blicks. Der Blick kann nur ein automatisches Verhalten der Wiederholung oder des Denkens im kognitiven Modus des Vergleichens und Strukturierens darstellen18,19. Die geringe Anzahl von Ereignissequenzen erlaubte es dieser Studie jedoch nicht, eine sequentielle Analyse und statistische Validierung durchzuführen42. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Abnahme der synchronen und asynchronen Blicke auf die sozialen Bedingungen von der Mitte bis zum Ende des Experiments. Eine der Hypothesen für dieses Verhalten kann der Prozess der visuellen Wahrnehmung und die Bildung symbolischer Repräsentationen sein, die der Erkennung des anderen innewohnen.49,51. Diese Hypothese steht im Einklang mit der Theorie über das Zeichnen von Face-to-Face-Beobachtungen19 und mit den Ergebnissen von Studien, die längere Beobachtungszeiten eines Objekts mit Schwierigkeiten bei der Entscheidung verbunden haben, was und wie gezeichnet werden soll52. Eine weitere mögliche Hypothese ist mit dem Erwerb des visuellen Gedächtnisses der Objekte verbunden, die während der experimentellen Aufgabe gezeichnet wurden18,53. In den Ergebnissen zeigten die Messungen des Blickverhaltens eine abnehmende Menge, die mit der Position des Zeichnungspartners verbunden war. In frontalen Zeichenpositionen war die Menge des asynchronen und synchronen Blicks größer als in den Bedingungen, in denen sich der Partner an der Seite befand. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit Studien, die darauf hindeuten, dass der Ort des Stimulus die visuelle Wahrnehmung beeinflusst54. Die Übereinstimmung zwischen Aufmerksamkeitsfokus und Sakkadenverhalten scheint eine gewisse "automatische" Komponente des Aufmerksamkeitsfokus in Bezug auf Nähe zu suggerieren und/oder dass der Bewegungszwang als Ablenkung wirkt55. Darüber hinaus haben neuere Studien gezeigt, dass die Interaktionsperspektive Blickmuster verändern kann. Wenn die Teilnehmer mit einer Aufgabe beschäftigt sind, nimmt die soziale Aufmerksamkeit für andere ab. Dies deutet darauf hin, dass sich Menschen in komplexen sozialen Umgebungen weniger gegenseitig anschauen und die Informationsbeschaffung nicht unbedingt mit direktem Blick erfolgt.25. Unterschiede im Strich-, Zeichen- und Blickverhalten wurden auch zwischen Teilnehmern beobachtet, die zuvor Zeichenerfahrung hatten, und solchen, die keine vorherige Zeichenerfahrung hatten. Der Teilnehmer mit vorheriger Zeichenerfahrung zeigte weit weniger Musterwiederholungen als andere Teilnehmer und eine größere Anzahl von gezeichneten Details. Die Anzahl der Zeichenstriche war ebenfalls höher, und dieser Trend wurde von der Anzahl der Punkte begleitet, die im Nachzeichnungsspiel verfolgt wurden, und der Anzahl der direkten Blicke auf Partner. Die geringe Anzahl der Teilnehmer erlaubte es jedoch nicht, die daraus resultierende sequentielle Datenanalyse und statistische Validierung durchzuführen. Die Zeichenpraxis beinhaltet ständige Blickwechsel zwischen der Figur und dem Papier und die Verwendung des visuellen Gedächtnisses56. Frühere Studien deuten darauf hin, dass es Zeichnern leichter fällt, visuelle Formen zu kodieren als Nicht-Praktizierende57. Dennoch sind die Ergebnisse der Studie von Miall et al.52 deuten auch darauf hin, dass Menschen mit Zeichentraining ihre Wahrnehmung auf die Erfahrung der Beobachtung modulieren, während Vorwissen (z. B. stabile mentale Bilder) die Wahrnehmung von Nicht-Praktizierenden zu lenken scheint. Diese Aspekte verdienen weitere Untersuchungen, insbesondere im Hinblick auf zugrunde liegende neuronale Netze und Unterschiede in der Aufmerksamkeitsverarbeitung und im Blickverhalten25.

Viele Herausforderungen ergeben sich aus der Durchführung von Hyperscanning in einer vierköpfigen Gruppe mit fNIRS, insbesondere unter Berücksichtigung eines dynamischen Paradigmas. Daher wurden Modifikationen und technische Fehlerbehebungen durchgeführt, während die Protokollmethodik verfeinert wurde. Die erste Herausforderung war die Eignung des Zielhirnbereichs mit der Begrenzung der Anzahl der Optoden und der Schwierigkeit, mit der Signalerfassungskalibrierung von fNIRS umzugehen. Dieses Protokoll sah die Untersuchung von zwei Hirnarealen vor, dem temporo-parietalen Übergang (TPJ) und dem medialen präfrontalen Kortex (mPFC). Die Signalerfassung des TPJ wurde aufgrund der nicht kontrollierbaren Schwierigkeit der Dichte und Farbe der Haare der Teilnehmer58 im Vergleich zur Anzahl der gleichzeitig zu verabreichenden Kapseln verworfen. Es gab auch eine große Sorge um den Komfort und die Verfügbarkeit von Zeit für die Teilnehmer. Die zweite Herausforderung betrifft die Aufzeichnung des Experiments. Ursprünglich sah das Protokoll vor, nur eine 360°-Kamera in der Mitte des Tisches für das Experiment zu verwenden. Der Einsatz von Zusatzkameras erwies sich jedoch als unumgänglich. Eine weitere Schwierigkeit bestand darin, Probleme mit der Zeichentechnik zu lösen, um ein robustes Protokoll zu erstellen. Die meisten Teilnehmer repräsentierten Körper und Kleidung, Bereiche, die in den Spielregeln nicht vorgesehen waren, trotz der sorgfältigen Erklärung, einschließlich der Exposition gegenüber zuvor gezeichneten Beispielen. Einige der Teilnehmer verbalisierten, dass sie Schwierigkeiten hatten, die Größen der Formen darzustellen und setzten die Zeichnung dort fort, wo der vorherige Partner aufgrund der Proportionen aufgehört hatte. Diese Verbalisierung steht im Einklang mit den Ergebnissen von Studien, die darauf hindeuten, dass die visuelle Wahrnehmung die Wirkung der Perspektive reduziert und Wahrnehmungsverzerrungen verursacht52. Andere Zeichenstudien, die sich auf die Beziehung zwischen visueller Wahrnehmung und motorischen Befehlen konzentrieren, deuten ebenfalls darauf hin, dass Verzerrungen aufgrund mehrerer Faktoren in den Blick-Hand-Prozess eingreifen20,43. Gowens Studienparadigma43 zum Beispiel verwendete zwei fachkundige Schubladen, von denen eine kopierte und die andere aus dem Gedächtnis zeichnete. Ihre Ergebnisse deuteten darauf hin, dass für jede Zeichentechnik unterschiedliche neuronale Strategien verwendet wurden. Das Kopieren scheint von Vergleichen, visuellem Feedback und genauerer Verfolgung der Stiftspitze abhängig zu sein.

Bedenken hinsichtlich der Einschränkungen der Technik betreffen auch den ökologischen Zustand des Experiments sowie die Verwendung eines kollaborativen Zeichenparadigmas. Einer davon betrifft die Nähe der Teilnehmer (aufgrund von fNIRS-Verkabelung und Stabilitätsproblemen) und deren mögliche Beeinträchtigung der Blickmessungen. In sozialen Kontexten erzwungener Nähe (z.B. Aufzugssituationen) können unterschiedliche Blickverhaltensmuster erzeugt werden59. Nichtsdestotrotz wurden synchrone Blicke beobachtet, Mimik und Lächeln tauchten in der gesamten Quartettsammlung auf, und sie deuten möglicherweise auf ein Gefühl des Engagements hin. Diese Ergebnisse stimmen mit den Ergebnissen von Experimenten überein, bei denen "Bottom-up"-Reize, wie das Betrachten des Gesichts des anderen, die Schaffung gemeinsamer Repräsentationen unter den Teilnehmern provozierten. Nonverbale Kommunikation kann sich aus der konzeptionellen Ausrichtung ergeben, die während der gesamten Interaktionauftritt 4. Die Verwendung von Zeichentechniken "an sich" ist eine Herausforderung, da die meisten Menschen in der realistischen Phase (nach dem 11. oder 12. Lebensjahr) aufhören zu zeichnen. Die Wahrnehmung, dass das Zeichnen nicht die Realität ausdrückt, erzeugt Frustration oder das Unbehagen des Selbsturteils und folglich Widerstand gegen den Akt des Zeichnens18. Das Zeichnen von Gesichtern könnte ein weiterer Faktor des Unbehagens sein. Trotzdem erwies sich die Bedingung des kollaborativen Zeichnens, das in 40-Sekunden-Sitzungen durchgeführt wurde, für dieses Protokoll als effektiv. Auf die Frage nach der Erfahrung antworteten alle Teilnehmer positiv, lachten und kommentierten die geteilten Porträts. Die strukturierte Form für die experimentelle Aufgabe scheint die Belastung durch die individuelle Produktion verringert und die Interaktion zwischen den Teilnehmern erleichtert zu haben, wie in Hass-Cohen et al.19.

Die Korrelation von Signalen oder Synchronizität von Gehirnsignalen trat im letzten Teil des Experiments für beide Bedingungen, soziale und nicht-soziale, am stärksten auf. Die Hypothese war, dass die sozialen (kollaboratives Design) und nicht-sozialen (Verbinden der Punkte) Bedingungen zu unterschiedlichen Synchronizitäten der Gehirnsignale zu verschiedenen Zeitpunkten in der Zeitlinie führen würden. In der nicht-sozialen Bedingung wurde erwartet, dass sich die Synchronizität aus der kognitiven Übereinstimmung der Aufgabe ergibt, die allen Teilnehmern gemeinsam ist8. Auch wenn sie nicht direkt miteinander interagierten, wurde erwartet, dass die Synchronizität der Signale früher in der Zeitachse des Experiments 8,10,11,12 auftritt. In der sozialen Bedingung hingegen wurde erwartet, dass Synchronizität aufgrund einer möglichen sozialen Interaktion zwischen verschiedenen unbekannten Individuen mit unterschiedlichen persönlichen Strategien später auftritt13,14,16,49.

Obwohl viele Faktoren zu den vorläufigen Ergebnissen beitragen können, bezieht sich eine mögliche Interpretation auf die Zeit, die die Teilnehmer benötigten, um sich mit einander und den Aufgaben vertraut zu machen und schließlich ein Gefühl der Gruppe zu schaffen. Das Zeichnen an sich kann Reaktivität und Angst durch Selbstverurteilung oder das Gefühl, bewertet zu werden, erzeugen18. Frühere Studien haben negative Bewertungen mit einer Variation der interpersonellen Gehirnsynchronisation (IBS) in der Gruppe in Verbindung gebracht17. Auch die Auswirkungen der Nähe zwischen den Teilnehmern in diesem Zusammenhang sind noch nicht bekannt59. Alternativ kann die individuell erworbene Vertrautheit mit den Aufgaben und mit der Gruppe, wenn auch spät, eine kognitive Entsprechung des Engagements erzeugt haben, wie ein "automatisches" Engagement, das über die Unterschiede zwischen den beiden vorgeschlagenen Aufgaben hinausgeht. 60 Die Aufgaben scheinen in einem Block funktioniert zu haben. Daher könnte eine längere Ruhezeit möglicherweise zu unterschiedlichen Gehirnreaktionen führen, indem sie dafür sorgt, dass die Gehirnsignale, die von fNIRS zwischen den Bedingungen aufgenommen werden, verringert werden. Ein weiteres Ergebnis, das weitere Aufmerksamkeit erfordert, ist die umgekehrte Beziehung zwischen der Menge des synchronen und asynchronen Blicks (die während der gesamten experimentellen Aufgabe abnahm) und der individuellen Gehirnaktivität (die während der gesamten experimentellen Aufgabe zunahm). Eine mögliche Interpretation für dieses Ergebnis mag in der hohen kognitiven Anforderung der experimentellen Aufgabe52 liegen, aber wir kommen nicht umhin, die neurobiologischen Prozesse zu berücksichtigen, die an der menschlichen empathischen Bindungbeteiligt sind 1.

Dieses Protokoll hat einen innovativen Charakter, erstens durch die Anwendung von Zeichentechniken, die in der Kunsttherapie verwendet werden, um empathische Bindungen zwischen den Teilnehmern zu provozieren; zweitens durch den dynamischen Charakter der sozial-ökologischen Situation; und drittens durch die gleichzeitige Messung von vier Köpfen mit der fNIRS-Hyperscanning-Technik. Die soziale Bedingung des Zeichnens förderte den Blickkontakt zwischen den Teilnehmern, so dass das Protokoll untersuchen konnte, wie das Blickverhalten das zwischenmenschliche Interaktionsverhalten in naturalistischen Situationen unterstützt und die verschiedenen persönlichen Strategien, die verwendet werden, um andere zu erkennen49. Es ist auch ein vielversprechendes Werkzeug, um zu untersuchen, ob das Blickverhalten tatsächlich mit dem Prozess der Aufmerksamkeit18 und des Engagements zwischen Partnern61 unter den gleichen Bedingungen verbunden ist. All diese Fragen in Beziehung zu setzen, insbesondere in einem Paradigma, das in einer Gruppe unter naturalistischen Bedingungen durchgeführt wird, ist eine Herausforderung für die sozialen Neurowissenschaften.

Viele Faktoren könnten zu diesen vorläufigen Ergebnissen beigetragen haben. All diese verschiedenen Variablen verdienen weitere Untersuchungen, und die Verwendung dieses Protokolls kann wichtige Hinweise für ein besseres Verständnis der sozialen Beziehungen von Gruppen in einem naturalistischen Kontext liefern.

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Disclosures

Paulo Rodrigo Bazán hat die NIRx Medizintechnik GmbH und die Brain Support Corporation, ein Distributor der NIRx Medizintechnik GmbH, freiberuflich wissenschaftlich beraten. Die anderen Autoren erklären, dass keine Interessenkonflikte in Bezug auf die Autorenschaft oder die Veröffentlichung dieses Artikels bestehen.

Acknowledgments

Die Autoren danken dem Instituto do Cérebro (InCe-IIEP) und dem Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) für die Unterstützung der Studie. Besonderer Dank geht an José Belém de Oliveira Neto für das englische Korrekturlesen dieses Artikels.

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

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Neuroscience Ausgabe 186
Gruppensynchronisierung während des kollaborativen Zeichnens mit funktioneller Nahinfrarotspektroskopie
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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).

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