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Neuroscience

Sincronizzazione di gruppo durante il disegno collaborativo mediante spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso

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

Summary

Il presente protocollo combina la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) e l'osservazione basata su video per misurare la sincronizzazione interpersonale nei quartetti durante un compito di disegno collaborativo.

Abstract

La spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) è un metodo non invasivo particolarmente adatto per misurare l'attivazione della corteccia cerebrale in più soggetti, che è rilevante per lo studio delle interazioni interpersonali di gruppo in contesti ecologici. Sebbene molti sistemi fNIRS offrano tecnicamente la possibilità di monitorare più di due individui contemporaneamente, è ancora necessario stabilire procedure di configurazione facili da implementare e paradigmi affidabili per tracciare le risposte emodinamiche e comportamentali nell'interazione di gruppo. Il presente protocollo combina fNIRS e osservazione basata su video per misurare la sincronizzazione interpersonale nei quartetti durante un compito cooperativo. Questo protocollo fornisce raccomandazioni pratiche per l'acquisizione dei dati e la progettazione del paradigma, nonché principi guida per un esempio illustrativo di analisi dei dati. La procedura è progettata per valutare le differenze nelle risposte interpersonali del cervello e del comportamento tra condizioni sociali e non sociali ispirate da una nota attività rompighiaccio, il Collaborative Face Drawing Task. Le procedure descritte possono guidare studi futuri per adattare le attività di interazione sociale naturalistica di gruppo all'ambiente fNIRS.

Introduction

Il comportamento di interazione interpersonale è una componente importante del processo di connessione e creazione di legami empatici. Ricerche precedenti indicano che questo comportamento può essere espresso nel verificarsi di sincronicità, quando i segnali biologici e comportamentali si allineano durante il contatto sociale. L'evidenza mostra che la sincronicità può verificarsi tra le persone che interagiscono per la prima volta 1,2,3. La maggior parte degli studi sulle interazioni sociali e sui loro meccanismi neurali sottostanti utilizza un approccio a persona singola o seconda persona2,4, e poco si sa sulla trasposizione di questa conoscenza alle dinamiche sociali di gruppo. Valutare le risposte interpersonali in gruppi di tre o più individui è ancora una sfida per la ricerca scientifica. Ciò porta alla necessità di portare in laboratorio il complesso ambiente delle interazioni sociali negli esseri umani quotidiani in condizioni naturalistiche5.

In questo contesto, la tecnica della spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) è uno strumento promettente per valutare le relazioni tra l'interazione interpersonale in contesti naturalistici e i suoi correlati cerebrali. Presenta meno restrizioni sulla mobilità dei partecipanti rispetto alla risonanza magnetica funzionale (fMRI) ed è resistente agli artefatti di movimento 6,7. La tecnica fNIRS funziona valutando gli effetti emodinamici in risposta all'attivazione cerebrale (cambiamenti nella concentrazione ematica di emoglobina ossigenata e deossigenata). Queste variazioni possono essere misurate dalla quantità di diffusione della luce infrarossa attraverso il tessuto del cuoio capelluto. Studi precedenti hanno dimostrato la flessibilità e la robustezza della tecnica negli esperimenti di iperscansione ecologica e il potenziale per espandere le conoscenze nelle neuroscienze applicate 6,8.

La scelta di un compito sperimentale per la valutazione naturalistica dei correlati neurali dei processi di interazione sociale in gruppo è un passo cruciale nell'approccio agli studi di neuroscienze applicate9. Alcuni esempi già riportati in letteratura con l'uso di fNIRS nei paradigmi di gruppo includono la performance musicale 10,11,12, l'interazione in classe8 e la comunicazione 13,14,15,16,17.

Uno degli aspetti non ancora esplorati dagli studi precedenti è l'utilizzo di giochi di disegno che hanno come caratteristica principale la manipolazione di componenti empatiche per valutare l'interazione sociale. In questo contesto, uno dei giochi frequentemente utilizzati per indurre l'interazione sociale nelle dinamiche tra estranei è il gioco di disegno collaborativo18,19. In questo gioco, i fogli di carta sono divisi in parti uguali e i partecipanti al gruppo sono sfidati a disegnare autoritratti condivisi di tutti i membri. Alla fine, ogni membro ha il suo ritratto disegnato in modo collaborativo da più mani.

L'obiettivo è quello di promuovere una rapida integrazione tra estranei, provocata dirigendo l'attenzione visiva sui volti dei partner del gruppo. Può essere considerata un'attività "rompighiaccio" per la sua capacità di assecondare la curiosità e i conseguenti processi empatici tra i soci19.

Uno dei vantaggi dell'utilizzo delle attività di disegno è la loro semplicità e facilità di riproduzione20. Inoltre non richiedono alcuna formazione o abilità tecnica specifica, come visto negli studi che utilizzano i paradigmi di performance musicale21,22,23,24. Questa semplicità consente anche la scelta di uno stimolo più naturalistico all'interno di un contesto sociale 4,9,25.

Oltre ad essere uno strumento per indurre comportamenti sociali in gruppo, il disegno è anche considerato uno strumento di valutazione psicologica26. Alcuni test psicologici grafico-proiettivi, come House-Tree-Person (HTP)27,28,29, Human Figure Drawing - Sisto Scale 27 e Kinetic Family Drawing30 sono utilizzati in modo complementare per diagnosi qualitative e quantitative. I loro risultati di solito esprimono processi inconsci, dando indizi sul sistema simbolico dell'individuo e, quindi, sulle loro interpretazioni del mondo, esperienze, affetti, ecc.

La pratica del disegno fa pensare e aiuta a creare significato per esperienze e cose, aggiungendo sensazioni, sentimenti, pensieri e azioni31. Fornisce indizi su come percepire ed elaborare queste esperienze di vita26. Il disegno utilizza codici visivi per consentire di comprendere e comunicare pensieri o sentimenti, rendendoli accessibili alla manipolazione e, quindi, creando la possibilità di nuove idee e letture31.

Nell'arte terapia, il disegno è uno strumento per lavorare sull'attenzione, la memoria e l'organizzazione di pensieri e sentimenti32, e può essere usato come mezzo per produrre interazione sociale33.

Questo studio mirava a sviluppare un protocollo sperimentale naturalistico per valutare le risposte cerebrali vascolari e comportamentali durante l'interazione interpersonale in quartetti utilizzando una dinamica di disegno collaborativo. In questo protocollo, vengono proposte la valutazione delle risposte cerebrali del quartetto (individualmente e la sincronicità tra i partner) e le possibili misure di esito, come le misure comportamentali (disegno e comportamento dello sguardo). L'obiettivo è quello di fornire maggiori informazioni sulle neuroscienze sociali.

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Protocol

La metodologia è stata approvata dal comitato etico dell'ospedale Israelita Albert Einstein (HIAE) e si basa su una procedura per la raccolta di dati neurali (fNIRS), nonché dati sul comportamento dello sguardo, con giovani adulti durante un'esperienza di disegno collaborativo. Tutti i dati raccolti sono stati gestiti sulla piattaforma Redcap (vedi Tabella dei Materiali). Il progetto è stato verificato dal Comitato per l'integrità scientifica dell'ospedale Israelita Albert Einstein (HIAE). I giovani adulti, di età compresa tra 18 e 30 anni, sono stati selezionati come soggetti per il presente studio. Il consenso informato scritto è stato ottenuto da tutti i partecipanti.

1. Preparazione allo studio

  1. Soggetti
    1. Determinare il campione di studio target.
    2. Informare tutti i volontari sul protocollo sperimentale e sui loro diritti, prima della partita. Assicurati che firmino un modulo di consenso informato e un modulo di consenso all'uso delle immagini (non obbligatorio), compilino un modulo di registrazione e rispondano a questionari e scale psicologiche.
    3. Controlla il livello di relazione tra i partecipanti del quartetto (estranei, amici, partner, ecc.), poiché le conoscenze precedenti possono interferire. In questo studio, i quartetti erano composti da estranei.
    4. Componi quartetti di individui dello stesso sesso.
      NOTA: Questo criterio di genere evita interferenze di interazione sociale34,35.
  2. Impostazione
    1. Rimuovi tutti i potenziali distrattori oculari dalla scena.
    2. Per allestire, includere un tavolo quadrato, quattro sgabelli (che misurano 18,11 pollici x 14,96 pollici) e due supporti in filo (ad esempio, treppiede) (Figura 1).
    3. Spegnere tutti i dispositivi elettrici come l'aria condizionata durante la condizione sperimentale. Assicurarsi che la stanza abbia un'illuminazione sufficiente per consentire alle persone di osservare e disegnare e che la temperatura della stanza sia piacevole.
    4. Considerare l'estensione dei fili fNIRS (vedere Tabella dei materiali), posizionare tutti i cavi in modo che rimangano stabili durante l'attività sperimentale.
    5. Considera lo spazio per due ricercatori per muoversi lungo l'ambientazione.
    6. Assicurati che gli sperimentatori seguano i loro copioni e schemi di movimento.
    7. Posiziona il quartetto sul tavolo quadrato, a due a due, in modo che ogni individuo possa osservare gli altri tre individui.
    8. Assegna a ciascun partecipante al quartetto un tag con un numero (da 1 a 4). Assicurati che il soggetto 1 si trovi di fronte al soggetto 3 e accanto al soggetto 2.
      NOTA: Il numero di tag corrispondeva alla posizione dei soggetti sul tavolo e al loro cappuccio precedentemente preparato (Tabella dei materiali).
  3. Paradigma di disegno
    1. Disegno collaborativo del volto: la condizione sociale
      NOTA: L'obiettivo di questo gioco è quello di dirigere l'attenzione visiva dei soggetti sui volti dei loro partner, inducendoli ad un'osservazione più consapevole tra di loro. Collegando sentimenti e percezione visiva, la tecnica del disegno collaborativo del volto è un modo prezioso per attivare risposte empatiche, curiosità interpersonale e connettività tra i partecipanti. Richiede una teoria della capacità mentale, che include l'imitazione e l'anticipazione del comportamento degli altri19. Attenersi alla seguente procedura:
      1. Istruire i partecipanti sulle regole del gioco.
      2. Dividi ogni carta in tre strisce orizzontali, ovvero strisce da disegno.
      3. Fai in modo che ogni striscia corrisponda a una condizione di disegno sociale (ad esempio, C1, C2.). Dopo ogni condizione di disegno sociale, cambia carta tra il quartetto.
      4. Chiedi ai partecipanti di disegnare la fronte e la zona degli occhi, sulla striscia superiore di tutti i fogli di carta.
        NOTA: La striscia centrale serve per raffigurare la zona del naso e della bocca. La striscia inferiore serve a raffigurare il mento, il collo e l'area delle spalle.
      5. Includi istruzioni su chi disegnare (ad esempio, S1 / S3 significa che il partecipante 1 estrae il partecipante 3 e viceversa) in tutte le strisce di carta.
      6. Chiedi a ogni documento di rappresentare un ritratto completamente disegnato di un partecipante.
        NOTA: considera diversi colori di carta da scrittura pastello per le diverse fasi di gioco.
      7. Fai in modo che il volto di ogni partecipante sia rappresentato in modo collaborativo dai loro partner. (Figura 2)
    2. Collegare il gioco dei puntini: la condizione non sociale
      NOTA: la condizione di disegno del controllo è un gioco di collegamento dei punti. Ogni partecipante è invitato a collegare i punti dei numeri di serie ascendenti per formare un disegno. Il gioco connect the dots è usato come strumento neuropsicologico per misurare domini cognitivi come la flessibilità mentale e le abilità visuo-motorie36. Il gioco stimola le abilità visuospaziali, aumenta l'attività mentale37 e migliora le capacità mentali38. Attenersi alla seguente procedura:
    3. Istruire i partecipanti.
      1. Una volta che il tappo è in posizione, istruire i partecipanti su fNIRS, l'attrezzatura, i tappi, i fili e i possibili rischi o disagi che coinvolgono la procedura.
      2. Ricorda loro di nuovo il loro diritto di lasciare l'esperimento in qualsiasi momento.
      3. Spiegare le due diverse attività di disegno.
      4. Per il disegno collaborativo, spiega le strisce orizzontali e come sapere dove e chi disegnare in ogni striscia.
      5. Per il gioco dei punti di connessione, spiega che dovranno collegare i numeri in ordine crescente fino a quando la cifra non viene rivelata.
      6. Spiegare il periodo di riposo e i comandi delle attività registrate.
      7. Coinvolgere i partecipanti nell'osservare i loro partner e i dettagli che li differenziano. Indica che, alla fine dello studio, verrà premiato il quartetto che segue le regole e disegna le figure più dettagliate.

Figure 1
Figura 1: L'impostazione. La configurazione include un tavolo quadrato, quattro sgabelli e due supporti per fili (ad esempio, treppiede), apparecchiature fNIRS, un computer e le telecamere. (A) Lo schema di impostazione: i numeri verdi (1-4) corrispondono alle etichette dei partecipanti e alle loro feci/posizionamenti al tavolo durante la corsa sperimentale. Numeri gialli: 1 = supporti di cablaggio fNIRS, 2 = ricevitore notebook dei segnali fNIRS, 3 = NIRSport, 4 = telecamera a 360°, 5 = telecamere di supporto. (B) Preparazione per l'esecuzione sperimentale. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figure 2
Figura 2: Ritratti collaborativi: esempi di ritratti disegnati in modo collaborativo. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

2. Paradigma sperimentale

  1. Adatta il gioco per l'acquisizione fNIRS
    NOTA: Adattare il gioco in modo che sia possibile catturare l'immagine funzionale del cervello attraverso fNIRS e che i dati abbiano una qualità significativa.
    1. Definire il numero di blocchi.
      NOTA: Le condizioni devono essere ripetute un numero adeguato di volte per ridurre il margine di errore nei risultati. Tuttavia, molte ripetizioni possono portare i partecipanti ad automatizzare le attività.
    2. Pianifica la durata di ogni blocco.
      NOTA: Considerare il tempo di risposta emodinamica della didascalia (in media 6 s dopo l'inizio di un'attività). Inoltre, considerare l'influenza delle dimensioni dei blocchi per determinare il filtro per i passaggi seguenti.
    3. Aggiungere un periodo di stato di riposo alla fine di ogni blocco di entrambe le condizioni (in modo che il segnale emodinamico decadichi prima dell'inizio del blocco successivo).
    4. Pianifica l'ordine dei blocchi e crea sequenze di blocchi pseudo-randomizzate per ridurre gli effetti anticipatori.
    5. Pianifica la durata totale del gioco.
      NOTA: Considerare il possibile disagio dei partecipanti per quanto riguarda i tappi stretti fNIRS e la loro vicinanza l'uno all'altro. I blocchi e le condizioni utilizzati in questo protocollo sono stati progettati come segue: sono stati creati nove blocchi della condizione sociale del disegno collaborativo (Tabella 1) e nove blocchi della condizione non sociale dei punti di collegamento (durata = 40 s ciascuno); Un periodo di riposo di 20 s tra ciascuno dei blocchi; tre diverse sequenze (Tabella 2) per eseguire le attività (per evitare che una condizione venga eseguita più di due volte di seguito). La durata del compito sperimentale è stata di circa 18 minuti.
  2. Software di programmazione Paradigm
    1. Utilizzare un software per aiutare a creare e organizzare blocchi di paradigma e segnalare ai partecipanti quando iniziare una nuova attività.
      NOTA: in questo caso è stato utilizzato il software NIRStim (vedere la tabella dei materiali). Creare le sequenze di blocchi e programmarne la distribuzione nel tempo durante l'esperimento.
    2. Definire eventi con contenuti visivi (testo e immagini) o uditivi per indicare ai partecipanti quando iniziare ogni attività. Nella scheda Eventi, fai clic sul pulsante Aggiungi evento. Assegna un nome all'evento in Nome evento, seleziona il tipo di evento in Tipo di evento e definisci un colore per rappresentare l'evento in una panoramica della presentazione su Color-ID. Creare marcatori da inviare al software di acquisizione all'inizio di queste attività su Event Marker.
    3. Determinare l'ordine di esecuzione dell'attività e il numero di ripetizioni di ciascuna di esse nella scheda Prove . Inoltre, inserire periodi di riposo. Determinare la durata di entrambi. Randomizzare o non randomizzare gli studi è possibile selezionando On / Off su Randomize Presentation; salvare le impostazioni sul pulsante Salva .
    4. Durante l'esecuzione sperimentale, visualizzare tutti gli stimoli programmati in una finestra nera (per evitare la distrazione dei partecipanti) premendo Esegui.

Tabella 1: Condizione del disegno collaborativo. S1 = Soggetto 1, S2 = Soggetto 2, S3 = Soggetto 3 e S4 = Soggetto 4. Le diadi di disegno rappresentano chi sta disegnando chi, e la striscia di disegno rappresenta la posizione della carta da lettere per disegnare in ogni condizione. Ad esempio, per il primo blocco, utilizzare un foglio di carta blu. C1, C2 e C3 rappresentano 40 s del paradigma di disegnare condizioni sociali che completano un ritratto. C1 (disegno dell'area della fronte, disegno delle diadi: S2 e S4; S1 e S3), C2 (disegno della zona del naso, disegno delle diadi: S1 e S4; S2 e S3) e C3 (disegno dell'area del mento, disegno delle diadi: S3 e S4; S1 e S2). Seguire lo schema per i blocchi 2 e 3. Questa randomizzazione mantiene l'ordine di disegno tra i volontari (disegnando il partner frontale, poi il partner frontale e, infine, il partner seduto accanto a loro) e altera l'ordine delle strisce di foglio da disegnare. Clicca qui per scaricare questa tabella.

Tabella 2: Randomizzazione della sequenza 1-task (sociale, non sociale e a riposo). Clicca qui per scaricare questa tabella.

3. Configurazione video e acquisizione dati

  1. Telecamere e registrazione video
    1. Selezionare una telecamera di scena disponibile in commercio (360°, vedere Tabella dei materiali). Posizionalo sul tavolo in modo che tutti i movimenti degli occhi e della testa dei partecipanti possano essere percepiti contemporaneamente.
    2. Pulire e controllare la scheda di memoria e la batteria. Controlla la luminosità dell'immagine. Testare questi elementi prima che i partecipanti vengano individuati.
    3. Verificare la presenza di possibili interferenze sulla ricezione di fNIRS. In tal caso, aumentare lo spazio tra l'apparecchiatura e il suo ricevitore.
    4. Il ricevitore dell'apparecchiatura deve essere indipendente dal ricevitore dati fNIRS. Considera un notebook o un tablet situato il più lontano possibile dall'impostazione del tavolo.
    5. Avviare l'apparecchiatura, controllare l'interfaccia e impostare la modalità di registrazione prima della calibrazione fNIRS.
    6. Considera una o due telecamere adiacenti o di supporto che possono essere posizionate dopo entrambi i bordi del tavolo.
  2. Analisi video
    1. Per ottenere risultati statistici validi, selezionare un software o una piattaforma di visualizzazione/analisi sincronizzata che consenta la trascrizione e la codifica di più contenuti video contemporaneamente, come INTERACT (vedi Tabella dei materiali).
    2. Imposta parametri che consentano la ricerca di modelli / sequenze per perfezionare i dati osservativi alle domande di ricerca, ad esempio metriche del comportamento dello sguardo individuale, movimento della testa e degli occhi, movimento della mano, espressioni facciali e comportamento parlante.
    3. Se si prevede di registrare misure fisiologiche, si consideri un software (vedi Tabella dei materiali) che consenta l'integrazione di dati misurati da altri sistemi di acquisizione.
    4. Nel processo di analisi, considera non solo la durata degli eventi, ma anche la sequenza, la loro posizione nel tempo e il modo in cui si relazionano tra loro.
  3. Estrazione dei dati
    1. Inizia scaricando il video da tutte le telecamere (formato MP4). Caricarli in INTERACT. Segmenta i dati video per la codifica e ulteriori analisi. Per l'estrazione dei dati, contrassegnare manualmente le sezioni video e fornire loro i codici.
      NOTA: lo scopo della segmentazione e della codifica è quello di fornire categorie di dati in modo che il ricercatore possa evidenziare e analizzare diversi comportamenti target.
    2. Segmentazione
      1. Premendo Impostazioni codice, creare un primo livello dividendo le sezioni del blocco in condizioni sociali e non sociali e periodo di riposo. Crea un secondo livello dividendo i dati comportamentali dei partecipanti insieme alle condizioni sociali (face drawing). Allineateli utilizzando la timeline del trigger audio. Contrassegnare manualmente l'inizio e la fine di ogni condizione. Definire lo schema di codifica seguendo le linee guida (passi 3.3.2.2.-3.3.2.6.).
      2. Assicurati che lo schema di codifica tenga traccia dei segnali comportamentali (durata e quantità) per ogni sezione di disegno del volto (condizione sociale) da parte di tutti i partecipanti individualmente.
      3. Codice per lo sguardo del partecipante all'attenzione correlato all'oggetto verso il partner di disegno.
        NOTA: Il comportamento dello sguardo ha una duplice funzione: raccogliere informazioni dagli altri (codifica), nonché comunicare con gli altri (segnalazione)39,40.
      4. Codice per lo sguardo reciproco (quando entrambi i partner che si disegnano a vicenda condividono il contatto visivo).
        NOTA: Studi recenti hanno rivelato un aumento dell'attività nella corteccia prefrontale mediale rostrale anteriore (arMPFC) e il suo accoppiamento con il giro frontale inferiore (IFG) quando i partner hanno stabilito lo sguardo reciproco41.
      5. Codice per i comportamenti associati durante il comportamento dello sguardo (singolo o reciproco) come sorridere, parlare diretto, espressioni facciali e ridere, indicando una maggiore attenzione al partner di disegno (Figura supplementare 1).
      6. Trascrivi e suddividi in categorie i dati comportamentali dello sguardo dei partecipanti al gruppo. Crea codici di interazione per ogni partecipante etichettandoli. Rendi esplicito il comportamento di destinazione e il numero di tag durante la codifica.
    3. Codifica e analisi
      NOTA: Uno dei ricercatori deve intraprendere il compito di codifica comportamentale e l'analisi, poiché sono facilmente identificabili nel video. Osservare quanto segue:
      1. L'estrazione delle informazioni deve avvenire manualmente; Segna sulla timeline di ogni condizione i comportamenti osservati secondo lo schema di codifica. Contrassegnare la durata di ogni comportamento. Fallo per ogni partecipante separatamente.
      2. Incrocia le tempistiche dei partecipanti per cercare comportamenti condivisi. Torna alla video osservazione per analizzare la qualità della condivisione (Figura supplementare 2).
      3. Utilizzando la chiave Esporta , esportare i dati non elaborati come file di testo o file di tabella in modo che i dati possano essere ordinati lungo la sequenza temporale, selezionati, contati e tabellati.
        NOTA: in questo protocollo, la funzione di analisi sequenziale non è stata utilizzata a causa del numero limitato di sequenze di eventi codificati42.
  4. Metriche di disegno
    NOTA: Questo protocollo utilizza metriche di disegno per studiare le possibili correlazioni tra il comportamento dello sguardo dei partecipanti e i test psicologici applicati. Sono stati determinati i seguenti criteri:
    1. Quantità di tratti: conta manualmente il numero di tratti di disegno realizzati da ciascun partecipante in ogni sezione di disegno del volto.
    2. Continuità di linea: suddividere le categorie di linee disegnate lunghe e corte. Contare manualmente le linee disegnate lunghe e corte dei partecipanti.
      NOTA: Il disegno osservativo risulta dall'osservazione diretta di un oggetto reale scelto. Alcuni studi recenti hanno trovato una correlazione tra la lunghezza della linea e le attività di tracciamento o disegno. L'analisi delle linee attività tende ad essere più lunga rispetto al disegno delle linee attività43. Questo protocollo associa il tracciamento a immagini memorizzate che l'individuo ha reso stabili e porta come riferimenti di disegno nel suo sistema simbolico18.
    3. Modelli di disegno: si riferiscono a singoli modellidi disegno 18 (Figura 3).
      NOTA: Questo protocollo considera una classificazione binaria per il modello di disegno: 0, quando il partecipante è in modalità di disegno osservativo (cioè, quando il partecipante osserva il suo oggetto di disegno e copia ciò che vede); e 1, quando il disegno riflette immagini memorizzate stabili interne (quando c'è un modello di forme ripetute come occhi, bocca e capelli in tutte le condizioni del disegno).
    4. Osserva i dettagli, incluso il conteggio dei dettagli disegnati durante l'esperimento (ad esempio, rughe, macchie, forma degli occhi e dimensioni delle sopracciglia, tra gli altri).
      NOTA: i dettagli disegnati possono indicare una maggiore attenzione all'oggetto del disegno.
  5. Test psicologici
    1. Screening per sintomi di ansia e depressione, disturbo da deficit di attenzione / iperattività e abilità sociali durante la conduzione di studi di gruppo. Utilizzare bilance gratuite o disponibili in commercio.
      NOTA: Questo protocollo suggerisce di utilizzare quanto segue: la scala di ansia e depressione ospedaliera44; l'inventario delle abilità sociali45 (un inventario che valuta il repertorio delle abilità sociali dell'individuo); e l'Adult Self-Report Scale (ASRS-18) per la valutazione del disturbo da deficit di attenzione / iperattività (ADHD) negli adulti46.

Figure 3
Figura 3: Esempi di singoli modelli di disegno. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

4. Configurazione fNIRS e acquisizione dati

  1. Hardware di acquisizione dati
    1. Assicurarsi di utilizzare l'hardware di acquisizione per le registrazioni fNIRS. Le registrazioni devono essere eseguite da una combinazione di sistemi che possono essere letti nello stesso programma di registrazione, per un totale di 16 canali.
      NOTA: L'acquisizione dei dati è stata effettuata utilizzando due sistemi ad onda continua (NIRSport, vedi Tabella dei materiali) per il presente studio. Ogni apparecchiatura ha otto sorgenti di illuminazione a LED che emettono due lunghezze d'onda di luce nel vicino infrarosso (760 nm e 850 nm) e otto rilevatori ottici (7,91 Hz).
  2. Configurazione del canale optodico fNIRS
    1. Utilizzare lo strumento NIRSite per localizzare gli optodi sulle regioni PFC (vedere Tabella dei materiali). Configura la distribuzione degli optodi sui cappucci in modo che i canali siano posizionati sopra le regioni di interesse su tutte le teste dei partecipanti.
    2. Dividere gli optodi tra i quattro partecipanti per l'acquisizione simultanea dei segnali.
      NOTA: I cappucci devono avere una configurazione basata sul sistema internazionale 10-20 e le aree anatomiche di interesse includono la porzione più anteriore della corteccia prefrontale bilaterale. Per questo protocollo, il posizionamento degli optodi è stato guidato dal toolbox47 di fNIRS Optodes' Location Decider (fOLD). La parcellazione del modello di testa ICBM 152 (vedi Tabella dei materiali) ha generato il montaggio. Il reclutamento della regione della corteccia prefrontale nei compiti di interazione sociale è stato spiegato come correlato dei processi di controllo del comportamento, inclusa l'autoregolazione48. La figura 4 rappresenta la posizione delle sorgenti e dei rivelatori.
  3. Prevenzione degli artefatti
    1. Rimuovi i distrattori dalla stanza in cui si svolgerà il gioco.
    2. Consiglia ai volontari di muoversi solo se necessario.
    3. Durante l'esperimento, scollegare l'amplificatore NIRSport e il laptop dalla rete elettrica.
    4. Spegnere qualsiasi altra apparecchiatura che funzioni vicino allo spettro infrarosso, come le apparecchiature di condizionamento dell'aria. Spegnere i dispositivi elettrici presenti nell'ambiente.
  4. Impostazione dell'apparato fNIRS
    1. In precedenza, misurare i perimetri cerebrali dei quattro partecipanti come segue: misurare le distanze tra il nasion e l'inion intorno alla testa per determinare la dimensione del cappuccio di ciascun partecipante. Utilizzare sempre un cappuccio di dimensioni inferiori rispetto al perimetro della testa in modo da dare maggiore stabilità agli optodi.
    2. Il giorno dell'acquisizione, istruire i partecipanti a sedersi sullo sgabello e quindi spiegare il processo previsto di posizionamento del cappuccio sulla testa.
    3. Montare le sorgenti e i rilevatori sul tappo in base alle impostazioni predeterminate. Per una questione di organizzazione, seguire lo schema di usare gli optodi da 1 a 4 sul soggetto 1, da 5 a 8 sul soggetto 2, da 9 a 12 sul soggetto 3 e da 13 a 16 sul soggetto 4.
    4. Metti i cappucci sulla testa dei partecipanti e posizionali in modo che la linea mediana centrale (Cz) sia nella parte superiore della testa. Per verificare se Cz è in posizione centrale, certificare che si trova a metà della distanza tra il nasion e l'inion.
      1. Inoltre, misurare la distanza tra l'orecchio sinistro e destro (Crus of Helix) sopra la parte superiore della testa e la posizione Cz.
    5. Utilizzare le cuffie in maiuscolo per evitare che le luci ambientali interferiscano con l'acquisizione dei dati.
    6. Collegare i fili degli optodi agli amplificatori. Per una questione di organizzazione, seguire il modello di collegamento degli optodi da 1 a 8 a NIRSport 1 e degli optodi da 9 a 16 a NIRSport2.
    7. Collegare entrambe le NIRSport 1 e 2 al computer tramite un cavo USB.
  5. Software di acquisizione dati
    1. Dopo aver configurato l'apparecchiatura, consentire a un software di acquisire i dati fNIRS. In questo studio, è stato utilizzato il software NIRStar (vedi Table of Materials). Su NIRStar, eseguire le seguenti operazioni:
      1. Fare clic su Configura hardware nella barra dei menu. Selezionare l'opzione Modalità tandem nella scheda Specifiche hardware in modo da poter eseguire l'hyperscans.
      2. Nella scheda Configura hardware , selezionare un montaggio tra i montaggi comuni predefiniti o tra quelli personalizzati e controllare le impostazioni in Impostazione canale e Layout topo.
      3. Eseguire una calibrazione automatica facendo clic su Calibra (Calibrate ) sul pannello di visualizzazione. L'indicatore di qualità del segnale consente la verifica dell'integrità dei dati ricevuti. Valutare se la qualità dei dati è sufficiente per avviare l'acquisizione; Cioè, vedi se i canali sono segnalati come verdi o gialli.
        NOTA: Se i canali diretti sono rappresentati in rosso o bianco, toglierli dal cappuccio, controllare che non vi siano peli che impediscano alla luce di raggiungere la testa e pulire gli optodi con un panno o un asciugamano. Ricollegarli al tappo e ripetere la calibrazione.
      4. Quando sei pronto per iniziare la procedura, avere un'anteprima di come vengono ricevuti i segnali facendo clic su Anteprima. Quindi, inizia a registrare i segnali su Record.
      5. Aprire NIRStim, il software di programmazione dei blocchi (vedi Tabella dei materiali), e avviare la presentazione dei blocchi programmati. I marcatori devono essere registrati automaticamente e la loro marcatura deve essere visibile sul software di acquisizione dati fNIRS.
      6. Al termine della procedura, interrompere la registrazione facendo clic su Stop, chiudere il software e verificare se il file è stato salvato nella directory scelta.
  6. Analisi dei dati fNIRS
    1. Pre-elaborare i segnali utilizzando il software NIRSLAB49 (vedi Tabella dei materiali). Procedi nel seguente modo:
      1. Applicare un filtro temporale passa-banda (0,01-0,2 Hz) ai dati di intensità grezzi per rimuovere le frequenze cardiache e respiratorie, nonché le oscillazioni a frequenza molto bassa.
      2. Per il controllo della qualità del segnale, determinare i criteri di esclusione per ciascun guadagno di canale superiore a otto e coefficiente di variazione superiore al 7,5%.
      3. Calcola i cambiamenti in HbO2 e HHb applicando la legge di Beer-Lambert modificata con l'intera serie storica come linea di base.
        NOTA: In questo studio, le serie temporali HbO2 e HHb sono state segmentate in blocchi (sociali e non sociali) ed esportate come file di testo per la successiva analisi nella piattaforma R8 per il calcolo statistico (vedi Tabella dei materiali).
      4. Analizzare separatamente le condizioni sociali e di controllo. Costruire una matrice di correlazione per ciascuno dei nove blocchi di ciascuna condizione in modo che i suoi elementi corrispondano alla correlazione (Spearman) tra ogni coppia di soggetti nel canale valutato. Per la significatività statistica delle correlazioni tra gli individui in tutto il compito, utilizzare il t-test8 per una media di un campione, considerando un livello di significatività del 5%.

Figure 4
Figura 4: Distribuzione degli optodi sul Soggetto 1 cap. Le lettere S e D rappresentano rispettivamente le sorgenti e i rivelatori. S1 su coordinate AF7 del sistema 10-20; S2 su AF3; S3 su AF8; S4 su AF4; D1 su Fp1; D2 su F5; D3 su Fp2; e D4 su F6. I canali sono posizionati nella seguente configurazione: canale 1 tra S1-D1; 2 tra S1-D2; 3 tra S2-D1; 4 tra S2-D2; 5 tra S3-D3; 6 tra S3-D4; 7 tra S4-D3; e 8 tra S4-FD4. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

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Representative Results

Il protocollo è stato applicato a un quartetto composto da giovani donne (24-27 anni), tutte studentesse di programmi post-laurea (Hospital Israelita Albert Einstein, São Paulo, Brasile), con master o dottorato. Tutti i partecipanti erano destrimani e solo uno ha riferito di avere precedenti esperienze di disegno. Nessun partecipante aveva una storia segnalata di disturbi neurologici.

Per le scale e i risultati dei test psicologici, due partecipanti (2 e 4) hanno mostrato punteggi elevati per l'ansia (17 e 15 contro il valore di riferimento di 9) 44 e il valore limite per la depressione (9) 44. I risultati della scala di tutti i partecipanti per l'attenzione e l'iperattività hanno mostrato punteggi inferiori ai valori limite

È stato anche misurato il repertorio di abilità sociali dei partecipanti. I soggetti 2, 3 e 4 hanno ottenuto punteggi superiori al 70% (repertorio ben sviluppato di abilità sociali). Il soggetto 1 ha presentato un punteggio del 25% (relativo a un deficit di abilità sociali). Questo test analizza anche abilità sociali specifiche come la F1, il coping e l'autoaffermazione del rischio; F2, autoaffermazione nell'esprimere sentimenti positivi; F3, conversazione e intraprendenza sociale; F4, auto-esposizione a estranei e nuove situazioni; e F5, autocontrollo e aggressività. Per questi fattori, tutti i partecipanti hanno mostrato punteggi bassi per F1, F2 e F3 (dall'1% al 3%) e punteggi alti per F4 (dal 20% al 65%) e F5 (dal 65% al 100%).

I risultati preliminari di fNIRs (Figura 5) hanno mostrato l'attivazione cerebrale tipica per i soggetti 1, 2 e 3 in entrambe le condizioni di disegno sociale e non sociale in entrambi i canali situati negli emisferi sinistro e destro; Tuttavia, i modelli di attivazione erano distinti. Il partecipante 4, d'altra parte, ha mostrato un'attivazione cerebrale atipica.

Figure 5
Figura 5: Risultati della media di gruppo dei dati fNIRS. (A) Media dei blocchi dei segnali fNIRS sul soggetto 1. I canali sul lato sinistro e sul lato destro vengono visualizzati separatamente negli assi x per entrambe le condizioni (sociale e non sociale). (B) Media dei blocchi dei segnali fNIRS sul soggetto 2. I canali sul lato sinistro e sul lato destro vengono visualizzati separatamente negli assi x per entrambe le condizioni (sociale e non sociale). (C) Media dei blocchi dei segnali fNIRS sul soggetto 3. I canali sul lato sinistro e sul lato destro vengono visualizzati separatamente negli assi x per entrambe le condizioni (sociale e non sociale). (D) Media dei blocchi dei segnali fNIRS sul soggetto 4. I canali sul lato sinistro e sul lato destro vengono visualizzati separatamente negli assi x per entrambe le condizioni (sociale e non sociale). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Il segnale dell'ossiemoglobina (Figura 6) è stato significativamente sincronizzato tra i soggetti solo durante l'ultima parte del compito per entrambe le condizioni, sociale e di controllo (Figura 6: correlazione mediana di 0,14; valore t = 1,77 e valore p = 0,046) e nella condizione di disegno collaborativo (correlazione mediana di 0,12; valore t = 2,39 e valore p = 0,028).

Figure 6
Figura 6: Boxplot delle correlazioni cerebrali dei soggetti (ossiemoglobina) durante l'esperimento. Ogni casella contiene una linea orizzontale (che indica la mediana). Il bordo superiore rappresenta il 75° percentile e il bordo inferiore il 25° percentile. Per le barre di errore, il boxplot è basato sul valore IQR di 1,5, sopra il terzo quartile, e sotto Q1, il quartile inferiore. L'asterisco (*) indica una differenza statisticamente significativa rispetto a zero. La Parte 1 corrisponde al primo terzo del blocco sperimentale (comprendente C1, C2 e C3 - il primo progetto collaborativo completo - intervallati da periodi di riposo e dalla condizione di progettazione non sociale); Parte 2: C4-C6; Parte 3: C7-C9. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

L'analisi video ha mostrato che i partecipanti si guardavano l'un l'altro mentre disegnavano partner e talvolta condividevano i loro sguardi l'uno con l'altro. Come per la quantità di sguardo totale, è stata osservata una maggiore quantità di sguardo sincrono nelle posizioni in cui il partner era in posizione frontale. Dalla metà alla fine dell'esperimento, gli sguardi sincroni sono diminuiti in modo significativo e in C9 non si sono verificati.

Per quanto riguarda l'analisi del disegno, solo il soggetto 3 ha riferito di avere precedenti esperienze di disegno (un corso di 6 anni). I soggetti 1, 2 e 4 hanno avuto una produzione simile in quantità e continuità di ictus. Il partecipante 3 ha mostrato un modo di disegno di tratti brevi e non continui e un numero maggiore di tratti totali. Tutti e quattro i partecipanti apparentemente hanno mantenuto uno schema costante di figure nei loro disegni (modelli di disegno precedenti), sebbene i soggetti 3 e 4 riproducessero un numero maggiore di dettagli osservati. Anche quando si disegnavano partner diversi, c'erano schemi di disegno di occhi, bocca e naso che i partecipanti ripetevano nella condizione sociale. Per il partecipante con precedente esperienza di disegno, sono stati osservati anche modelli di disegno precedenti (vedi 3.4.3.) (ad esempio, sopracciglia e occhi).

Figura supplementare 1: Interfaccia del codice e video. Questa figura rappresenta la codifica video, la segmentazione, la sequenza temporale degli eventi e lo schema di codifica. Clicca qui per scaricare questo file.

Figura supplementare 2: Intersezione dei compiti di sguardo e disegno. Condizione di riposo: periodo di riposo di 20 s; Condition Draw: la condizione sociale dell'esperimento (40 s); Condition Dots: la condizione di controllo dei punti di collegamento (40 s); Interazione Sguardo 1: Soggetto 1 che cerca di disegnare partner; Interazione Talk 1: Soggetto 1 parlante; Interazione Corpo 2: Soggetto 2 che muove mani, spalle e testa nella comunicazione non verbale. Clicca qui per scaricare questo file.

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Discussion

Questo studio mirava a creare un protocollo che utilizzasse l'iperscansione su quattro cervelli contemporaneamente in condizioni naturalistiche. Il paradigma sperimentale ha utilizzato diversi compiti di disegno e la correlazione di più misure di risultato, metriche di disegno, comportamenti e segnali cerebrali. I passaggi critici all'interno di questo protocollo sono la considerazione delle sfide derivanti dalla sua elevata complessità e il mantenimento delle sue condizioni ecologiche e naturalistiche.

L'osservazione video è stata fondamentale per questo studio. Ha permesso la codifica e la segmentazione dei comportamenti di comunicazione non verbale su una linea temporale50. L'analisi qualitativa del video ha permesso l'osservazione del comportamento dello sguardo nella ricerca di segni che potessero indicare le funzioni di codifica (raccolta di informazioni dall'altro) e segnalazione (comunicazione con gli altri)39,40. Ha anche contribuito a perfezionare le informazioni osservative evidenziando modelli individuali e di gruppo.13. Le misure quantitative dello sguardo da sole non forniscono una comprensione della qualità dello sguardo. Lo sguardo può rappresentare solo un comportamento automatico di ripetizione o di pensiero nella modalità cognitiva di confronto e strutturazione18,19. Tuttavia, il piccolo numero di sequenze di eventi non ha permesso a questo studio di eseguire analisi sequenziali e validazioni statistiche42. I risultati hanno mostrato una significativa diminuzione degli sguardi sincroni e asincroni nelle condizioni sociali dalla metà alla fine dell'esperimento. Una delle ipotesi per questo comportamento potrebbe essere il processo stesso della percezione visiva e la formazione di rappresentazioni simboliche inerenti al riconoscimento dell'altro.49,51. Questa ipotesi è in linea con la teoria riguardante il disegno di osservazione faccia a faccia19 e con i risultati di studi che hanno associato tempi di osservazione più lunghi di un oggetto con difficoltà nel decidere cosa e come disegnare52. Un'altra possibile ipotesi è associata all'acquisizione della memoria visiva degli oggetti disegnati durante il compito sperimentale.18,53. Nei risultati, le misure del comportamento dello sguardo hanno mostrato una quantità decrescente associata alla posizione del partner di disegno. Nelle posizioni di disegno frontale, la quantità di sguardo asincrono e sincrono era maggiore rispetto alle condizioni in cui il partner era di lato. Questo risultato è in linea con gli studi che suggeriscono che la posizione dello stimolo influenza la percezione visiva.54. L'allineamento tra focus attenzionale e comportamento saccade sembra suggerire una certa componente "automatica" alla focalizzazione attenzionale per quanto riguarda la prossimità e/o che il vincolo di movimento agisce come un distrattore.55. Inoltre, studi recenti hanno dimostrato che la prospettiva di interazione può alterare i modelli di sguardo. Quando i partecipanti sono impegnati in un compito, l'attenzione sociale sugli altri diminuisce; Ciò suggerisce che le persone in ambienti sociali complessi si guardano meno e la raccolta di informazioni non utilizza necessariamente lo sguardo diretto.25. Sono state osservate anche differenze nel comportamento di tratto, disegno e sguardo tra i partecipanti che avevano e non avevano precedenti esperienze di disegno. Il partecipante con precedenti esperienze di disegno ha mostrato molte meno ripetizioni di pattern rispetto agli altri partecipanti e un numero maggiore di dettagli disegnati. Anche il numero di tratti di disegno era più alto, e questa tendenza era accompagnata dal numero di punti seguiti nel gioco di tracciamento e dal numero di sguardi diretti ai partner. Tuttavia, il numero limitato di partecipanti non ha consentito di eseguire l'analisi sequenziale dei dati e la convalida statistica risultanti. La pratica del disegno comporta costanti spostamenti dello sguardo tra la figura e la carta e l'uso della memoria visiva56. Studi precedenti suggeriscono che i professionisti del disegno hanno un tempo più facile codificare forme visive rispetto ai non professionisti57. Tuttavia, i risultati dello studio di Miall et al.52 suggeriscono anche che le persone con formazione al disegno modulano la loro percezione all'esperienza dell'osservazione, mentre la conoscenza precedente (ad esempio, immagini mentali stabili) sembra dirigere la percezione dei non praticanti. Questi aspetti meritano ulteriori studi, soprattutto per quanto riguarda le reti neurali sottostanti e le differenze nell'elaborazione dell'attenzione e nel comportamento dello sguardo.25.

Molte sfide derivano dall'esecuzione dell'hyperscanning su un gruppo di quattro persone con fNIRS, soprattutto considerando un paradigma dinamico; Pertanto, le modifiche e la risoluzione dei problemi tecnici sono state eseguite durante il perfezionamento della metodologia del protocollo. La prima sfida è stata l'adeguatezza dell'area cerebrale target con la limitazione del numero di optodi e la difficoltà di gestire la calibrazione della cattura del segnale di fNIRS. Questo protocollo prevedeva lo studio di due aree cerebrali, la giunzione temporo-parietale (TPJ) e la corteccia prefrontale mediale (mPFC). La cattura del segnale del TPJ è stata scartata a causa della difficoltà non controllabile della densità e del colore dei capelli dei partecipanti58 rispetto al numero di tappi da somministrare contemporaneamente. C'era anche una grande preoccupazione per il comfort e la disponibilità di tempo dei partecipanti. La seconda sfida riguarda la registrazione dell'esperimento. Inizialmente, il protocollo prevedeva l'utilizzo di una sola telecamera a 360° situata al centro del tavolo per l'esperimento. Tuttavia, l'uso di telecamere ausiliarie si è rivelato essenziale. Un'altra difficoltà è stata quella di affrontare i problemi della tecnica di disegno per creare un protocollo robusto. La maggior parte dei partecipanti rappresentava corpo e vestiti, aree che non erano previste nelle regole del gioco, nonostante l'attenta spiegazione, compresa l'esposizione a esempi precedentemente disegnati. Alcuni dei partecipanti hanno verbalizzato che avevano difficoltà a ritrarre le dimensioni delle forme e hanno continuato il disegno dove il partner precedente si era fermato a causa delle proporzioni. Questa verbalizzazione è in linea con i risultati degli studi che suggeriscono che la percezione visiva riduce l'impatto della prospettiva, causando distorsioni percettive52. Altri studi di disegno incentrati sulla relazione tra percezione visiva e comandi motori hanno anche suggerito che le distorsioni dovute a molteplici fattori intervengono nel processo sguardo/mano20,43. Il paradigma di studio43 di Gowen, ad esempio, utilizzava due cassetti esperti, uno copiando e l'altro disegnando a memoria. I loro risultati hanno suggerito l'uso di diverse strategie neurali per ogni tecnica di disegno. La copia sembra dipendere da confronti, feedback visivi e tracciamento più ravvicinato della punta della penna.

Le preoccupazioni sui limiti della tecnica riguardano anche le condizioni ecologiche dell'esperimento, nonché l'uso di un paradigma di disegno collaborativo. Uno di questi riguarda la vicinanza dei partecipanti (a causa di problemi di cablaggio e stabilità fNIRS) e la sua possibile interferenza nelle misure dello sguardo. Diversi modelli di comportamento dello sguardo possono essere prodotti in contesti sociali di prossimità forzata (come le situazioni di ascensore)59. Tuttavia, sono stati osservati sguardi sincroni, espressioni facciali e sorrisi emersi in tutta la collezione del quartetto, e probabilmente indicano un senso di coinvolgimento. Questi risultati si allineano con i risultati di esperimenti in cui stimoli "dal basso verso l'alto", come guardare il volto dell'altro, hanno provocato la creazione di rappresentazioni condivise tra i partecipanti. La comunicazione non verbale può derivare dall'allineamento concettuale che si verifica durante l'interazione4. L'uso di tecniche di disegno "di per sé" è impegnativo poiché la maggior parte delle persone smette di disegnare nella fase realistica (dopo gli 11 o 12 anni di età). La percezione del disegno come non espressione della realtà genera frustrazione o il disagio dell'auto-giudizio e, di conseguenza, resistenza all'atto del disegno18. Il disegno del viso potrebbe essere un altro fattore di disagio. Nonostante ciò, la condizione del disegno collaborativo fatto in 40 sessioni si è dimostrata efficace per questo protocollo. Alla domanda sull'esperienza, tutti i partecipanti hanno risposto positivamente, hanno riso e commentato i ritratti condivisi. La forma strutturata per il compito sperimentale sembra aver ridotto l'onere della produzione individuale e facilitato l'interazione tra i partecipanti, come in Hass-Cohen et al.19.

La correlazione dei segnali o sincronicità dei segnali cerebrali si è verificata più fortemente nell'ultima parte dell'esperimento per entrambe le condizioni, sociale e non sociale. L'ipotesi era che le condizioni sociali (progettazione collaborativa) e non sociali (collegamento dei punti) avrebbero portato a distinte sincronicità del segnale cerebrale in diversi momenti della linea temporale. Nella condizione non sociale, ci si aspettava che la sincronicità risultasse dalla corrispondenza cognitiva del compito comune a tutti i partecipanti8. Anche se non hanno interagito direttamente, ci si aspettava che la sincronicità dei segnali si verificasse prima nella linea temporale dell'esperimento 8,10,11,12. Nella condizione sociale, d'altra parte, ci si aspettava che la sincronicità si verificasse più tardi a causa di una possibile interazione sociale tra diversi individui sconosciuti con diverse strategie personali13,14,16,49.

Sebbene molti fattori possano contribuire ai risultati preliminari, una possibile interpretazione di essi riguarda il tempo necessario ai partecipanti per familiarizzare tra loro e con i compiti e, infine, creare un senso di gruppo. Il disegno in sé può generare reattività e ansia attraverso l'auto-giudizio o la sensazione di essere valutati18. Studi precedenti hanno associato valutazioni negative con variazione nella sincronizzazione cerebrale interpersonale di gruppo (IBS)17. Inoltre, l'impatto della vicinanza tra i partecipanti in questo contesto non è ancora noto59. In alternativa, la familiarità acquisita individualmente con i compiti e con il gruppo, seppur tardivamente, può aver generato una corrispondenza cognitiva di engagement, come un engagement "automatico" che si è verificato al di là delle differenze tra i due task proposti. 60 I compiti sembrano aver funzionato in blocco. Pertanto, un periodo di riposo più lungo potrebbe comportare risposte cerebrali diverse garantendo una diminuzione dei segnali cerebrali raccolti da fNIRS tra le condizioni. Un altro risultato che richiede ulteriore attenzione è la relazione inversa tra la quantità di sguardo sincrono e asincrono (che è diminuita durante il compito sperimentale) rispetto all'attività cerebrale individuale (che è aumentata durante il compito sperimentale). Una possibile interpretazione di questo risultato potrebbe risiedere nell'elevata domanda cognitiva del compito sperimentale52, ma non possiamo non considerare i processi neurobiologici coinvolti nel legame empatico umano1.

Questo protocollo ha un carattere innovativo, in primo luogo applicando tecniche di disegno utilizzate nell'arte terapia per provocare legami empatici tra i partecipanti; in secondo luogo, dal carattere dinamico della situazione socio-ecologica; e terzo dalla misurazione concomitante di quattro teste utilizzando la tecnica di iper-scansione fNIRS. La condizione sociale del disegno ha promosso il contatto visivo tra i partecipanti, consentendo al protocollo di esplorare come il comportamento dello sguardo supporta il comportamento di interazione interpersonale in situazioni naturalistiche e le diverse strategie personali utilizzate per riconoscere gli altri49. È anche uno strumento promettente per studiare se il comportamento dello sguardo è, in effetti, associato al processo di attenzione18 e impegno tra partner61 nelle stesse condizioni. Mettere in relazione tutti questi problemi, specialmente in un paradigma condotto in un gruppo in condizioni naturalistiche, è una sfida per le neuroscienze sociali.

Molti fattori possono aver contribuito a questi risultati preliminari. Tutte queste diverse variabili meritano ulteriori studi e l'uso di questo protocollo può fornire importanti indizi per comprendere meglio le relazioni sociali di gruppo in un contesto naturalistico.

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Disclosures

Paulo Rodrigo Bazán ha fornito consulenza scientifica freelance a NIRx Medizintechnik GmbH e a Brain Support Corporation, che è un distributore di NIRx Medizintechnik GmbH. Gli altri autori dichiarano che non ci sono conflitti di interesse rispetto alla paternità o alla pubblicazione di questo articolo.

Acknowledgments

Gli autori ringraziano l'Instituto do Cérebro (InCe-IIEP) e l'Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) per questo supporto allo studio. Un ringraziamento speciale a José Belém de Oliveira Neto per la correzione di bozze in inglese di questo articolo.

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

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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).

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Neuroscienze Numero 186
Sincronizzazione di gruppo durante il disegno collaborativo mediante spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso
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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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