Name: Des expériences de Hyperscanning avec la spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-19T14:45:00.000+00:00
Duration: 6 min 42 s
Description: Découvrez l'hyperscanning par spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle pour étudier la synchronie cérébrale dans les interactions adulte-enfant. Cette méthode avance la recherche en neurosciences sociales.

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Ce travail a été financé par l’Initiative d’Excellence de l’Etat fédéral allemand et les gouvernements (fonds d’amorçage ERS, OPSF449). Le système Hitachi NIRS était soutenu par un financement de la fondation de recherche allemand DFG (INST 948/18-1 FUGG).

Avant sa participation, tous les parents / enfants fourni un consentement éclairé / sanction. L’étude a été approuvée par le Comité d’éthique de la faculté médicale de l’Université RWTH d’Aix-la-chapelle.
1. préparation avant que le Participant arrive
<ol><li>Préparer les casquettes NIRS.<ol>
<li>Choisir les tailles de chapeau de la même taille ou légèrement plus grand que la circonférence de la tête du participant.</li>
		<li>Couper 15 trous d’un diamètre d’environ 15 mm, disposés dans une grille de 3 x 5 horizontale, dans la zone de front de chacun des 2 caps EEG bruts (voir Table des matières). Assurez-vous que les trous sont espacés de 30 mm de l’autre dans n’importe quelle direction, que la colonne du milieu des trous est située dans le centre du front, c'est-à-dire au-dessus du nez, et que la ligne du bas est située au-dessus des sourcils.</li>
		<li>Afin de rendre les bouchons plus confortable et réduire au minimum les marques de pression, fixer le matériau en mousse souple (p. ex. adhésif fenêtre d’étanchéité bande ou plat semblable matière mousse caoutchouc) sur le côté intérieur de la grille de support entre les supports de la sonde et sur les bords. Utilisez le ruban adhésif double face ou fils à coudre si nécessaire.</li>
		<li>Monter une grille de support de sonde de 3 x 5 vide (voir la Table des matières) à chaque calotte EEG mis à jour le tel que la grille de la porte elle-même est placée à l’intérieur de la PAC et le porte-douilles bâton dans les trous. Remarque : Le système de mesure NIRS (voir Table des matières) deux a séparer les ensembles de sonde, utiliser une sonde pour chaque participant.</li>
		<li>Insérer délicatement les sondes dans les prises appropriées titulaire sur les grilles de sorte que seulement la première crête de chaque sonde est montée dans la prise, qui se traduit par un son de cliquetis.</li>
		<li>Open la sonde fenêtre moniteur réglé sur le système de mesure NIRS et certains ensembles de 2 sondes disposées dans une grille de 3 x 5, chacune, une pour les enfants participants et pour l’adulte. S’assurer que les arrangements de sonde des deux caps correspond aux arrangements dans la fenêtre de jeu de sonde (c'est-à-dire, même emplacement de l’émetteur respectif et les numéros de sonde de récepteur).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Préparer l’expérience.<ol>
<li>Démarrer le système de mesure NIRS avec diodes laser marche 30 min. avant chaque mesure, telles que le système atteigne la température de fonctionnement stable.</li>
		<li>Définissez toutes les options nécessaires au système de mesure de la NIRS. Assurez-vous que l’appareil est réglé sur mesure liés à l’événement et que l’entrée série RS232, nécessaire pour la réception des déclencheurs du paradigme expérimental, est active. Remarque : L’expérience est une version adaptée par un paradigme conçu par Cui et al. 12, programmé dans les extensions de psychophysique Toolbox non-commerciale, version 3.0.1116.</li>
		<li>Préparer le paradigme expérimental en démarrant le logiciel informatique technique (voir Table des matières) qui sert de base pour les extensions de la boîte à outils psychophysique et ne définisse le répertoire actuel vers le dossier que le paradigme est enregistré dans.</li>
		<li>Menton de placer deux repose en face de l’écran de l’ordinateur afin d’empêcher les mouvements de la tête au cours de l’expérience.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. participante arrivée au laboratoire
<ol><li>Préparez les participants.<ol>
<li>Montrer et expliquer le montage expérimental, y compris le système de mesure NIRS aux participants. Toujours s’assurer que les participants ne regarde pas directement dans le faisceau du système de mesure NIRS car cela peut être dangereux pour le œil.</li>
		<li>Accueillir les participants à côté de l’autre en face de l’écran de l’ordinateur. Régler la hauteur du menton repose tel que les deux participants sont assis confortablement.</li>
		<li>Enjoindre aux participants et à administrer les essais pratiques de la coopérative et le jeu concurrentiel. Donner des instructions supplémentaires au cours des essais de pratique si nécessaire.</li>
		<li>Mesurer et marquer le point Fpz selon le système de 10-20, ce qui représente 10 % de la distance entre nasion et inion, sur la tête de chaque participant.</li>
		<li>Placer les capuchons avec les sondes avec soin sur les têtes des participants, avec le laser désactivé. Placer l’avant de la PAC, y compris la grille de la sonde, sur le front du participant tout d’abord et ensuite tirer vers le bas de l’arrière de la PAC vers le cou. S’assurer que la sonde milieu de la rangée inférieure est placée sur Fpz et la colonne du milieu sonde est alignée le long de la courbe de référence sagittale.</li>
		<li>Placer les chaînes de fibre sur le bras de support attaché au système NIRS mesure afin qu’ils pendent sans contact avec le participant ou le président et qu’ils ne pas tirent sur les bouchons. Utilisez un support supplémentaire (p. ex.., mis à jour le pied de microphone ou similaire) pour le deuxième participant si nécessaire.</li>
		<li>Poussez chaque sonde plus loin dans sa prise jusqu'à ce que le petit nez blanc au centre de la partie supérieure du boîtier de la sonde est visible. Remarque : Le nez est poussé vers le haut par un mécanisme à ressort bobine dès que l’extrémité de la sonde touche le cuir chevelu du participant.</li>
		<li>Rallumer le laser et la qualité du signal de test en cliquant sur le bouton Auto Gain dans la fenêtre moniteur set de sonde du système de mesure NIRS.</li>
		<li>Si un canal n’a pas un signal suffisant (c'est-à-dire, s’il est marqué en jaune), doucement mettre de côté les cheveux du dessous l’extrémité de la sonde environnantes. Si nécessaire, poussez les sondes plus loin dans leurs orbites, mais assurer le confort du participant. Vérifier si la qualité du signal s’est améliorée (c.-à-d., que le canal est maintenant marqué en vert) en cliquant sur le bouton Auto Gain à nouveau.</li>
		<li>Si étape 2.1.9. ne pas conduire à une amélioration du signal, ajuster l’intensité du signal. S’il y a trop de signal (par exemple, si le canal est marqué en rouge), modifier l’intensité du signal de faible intensité du signal de façon répétée en cliquant sur le symbole de la sonde respectifs dans la sonde définie la fenêtre moniteur du système de mesure NIRS. S’il n’y a pas assez de signal (par exemple, si le canal est marqué en jaune), changer l’intensité du signal à l’intensité du signal haute, à nouveau en cliquant plusieurs fois sur le symbole de la sonde respectifs.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Exécutez l’expérience<ol>
<li>Quand il n’y a pas de questions après les procès de pratique et un signal de bonne qualité est assurée, démarrer le paradigme expérimental.</li>
		<li>Placez une serviette sur les mains des participants afin qu’ils ne peuvent pas voir les mouvements de la main de leur partenaire de jeu respectif.</li>
		<li>Après l’expérience, sauvegarder les données et exporter les données brutes d’intensité lumineuse sous forme de fichier texte en cliquant sur le bouton texte fichier Out. Ne pas appliquer des filtres dans le système de mesure de SPIR.</li>
		<li>Nettoyer tous les matériaux (sondes, porteurs de sonde, menton repose) avec de l’éthanol. Laver les bouchons dans un programme délicat avec un détergent doux.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. analyse des données
<ol><li>Données de prétraitement Remarque : Il existe plusieurs logiciels non commerciaux disponibles pour fNIRS l’analyse des données, par exemple., HomER17, NIRS cerveau AnalyzIR18 ou SPM pour fNIRS19. Ce dernier a été utilisé pour les étapes de prétraitement suivants. Pour plus d’informations sur la façon d’effectuer ces étapes, consultez le manuel de la boîte à outils.<ol>
<li>Convertir les fichiers de données pour le SPM pour format de données fNIRS.</li>
		<li>Calculer les changements de concentration oxy-Hb et désoxy-Hb en utilisant la loi de Beer-Lambert mis à jour l’en appuyant sur le bouton convertir dans la fenêtre principale. Entrer dans l’ère de l’objet et la distance entre la source et le détecteur (par exemple, 3 cm). Acceptez les valeurs par défaut pour les coefficients d’absorption molaire d’oxy-Hb et désoxy-Hb à longueur d’onde (λ) 1 et λ 2 ainsi que les valeurs par défaut pour le facteur différentiel pathlength (DPF) à λ 1 et λ 2.</li>
		<li>Prétraitez les séries temporelles des variations hémodynamiques pour réduire les artefacts de mouvement en cliquant sur le bouton MARA (pour plus d’informations sur le voir algorithme MARA Scholkman et al. ( 20).</li>
		<li>Prétraitez les séries chronologiques pour réduire la dérive lente en cliquant sur le bouton DCT.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Détection de mauvais canal Remarque : Détection de mauvais canal peut être effectuée avant et/ou après prétraitement des données fNIRS. Dans ce protocole, les différents critères objectifs pour détecter les mauvais canaux et inspection visuelle sont combinés. Veuillez noter que la liste proposée des critères objectifs n’est pas exhaustive. Pour la détection de mauvais canal, écrit des scripts ont été utilisés (pour la technique informatique logiciel, voir Table des matières).<ol>
<li>Exclure les chaînes dans lequel il n’y a aucun changement de signal pour plusieurs échantillons continus, qui est indiquée par une ligne plate lors du traçage de la série chronologique.</li>
		<li>Calculer le coefficient de variation CV = SD/moyenne * 100 pour les données brutes d’atténuation. Exclure les canaux où le CV dépasse un pourcentage prédéfini (par exemple, 10 % ; voir par exemple van der Kant et al. ( 21).</li>
		<li>Tracer le spectre de puissance du signal. S’il n’y a aucun battement cardiaque visible dans le spectre du signal autour de 1 Hz, comme il est indiqué par une puissance accrue dans cette bande de fréquences, exclure le canal de l’analyse.</li>
		<li>Inspection visuelle de toutes les données avant et/ou après prétraitement. Décider s’il faut inclure le canal basé sur des critères objectifs, décrits au point 3.2.1 – 3.2.3, ainsi que sur la détection visuelle subjective des canaux bruités.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Connectivité de cerveau-à-cerveau Remarque : Deux différents de types de connectivité de cerveau peuvent distinguer estimer : prévisions non dirigée, qui quantifier la force de la connectivité, et dirigée, qui cherchent à établir des données statistiques concernant la causalité des données22 . Ici l’accent était mis sur la cohérence de transformation par ondelettes (WTC), une estimation largement appliquée non dirigée pour la connectivité de cerveau-à-cerveau fNIRS. Plusieurs solutions de logiciels non commerciaux pour le calcul du WTC sont disponibles, par exemple, par Grinsted et collègues23 ou la ASToolbox24, qui a été utilisé dans le présent protocole pour les étapes suivantes.<ol>
<li>Dans la fonction AWCO de la ASToolbox, spécifiez l’ondelette mère (p. ex., généralisé des ondelettes de Morse avec ses paramètres bêta et de la gamma), qui sert à transformer chaque série chronologique dans les domaines temporels et fréquentiels par les ondelettes continues transformation.</li>
		<li>Définir le type de fenêtre lissage (p. ex., fenêtre de Hanning) et la taille de fenêtre de lissage pour les domaines temporels et échelle de la fonction AWCO.</li>
		<li>Pour examiner la signification des coefficients WTC et calculer leur p-valeurs, spécifiez le nombre de séries temporelles de substitution (n ≥ 300) et le modèle ARMA (p. ex., AR (1)) dans la fonction AWCO.</li>
		<li>Avec les paramètres spécifiés dans les étapes 3.3.1 à 3.3.3, calculer la cohérence de l’ondelette de deux canaux correspondants (le même canal à deux participants).</li>
		<li>Choisissez une bande de fréquences d’intérêt dans lequel la synchronie de cerveau-à-cerveau liée à la tâche devrait avoir lieu sur la base des études antérieures et inspection visuelle des données (pour une voir une approche alternative Nozawa et al. ( 25).</li>
		<li>Calculer la moyenne des coefficients de WTC et/ou le pourcentage de coefficients significatifs de WTC dans la bande de fréquence liée à la tâche pour chaque bloc de tâche dans chaque manche et chaque dyade. Utilisez cette valeur comme un résultat de mesure de la synchronie de cerveau-à-cerveau de plus de l’analyse statistique (pour plus d’informations, consultez Reindl et al. ( 11).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Comparaison de paires au hasard Remarque : Pour valider les résultats, nous recommandons en comparant le WTC des dyades réelles pour le WTC d’aléatoire d’accompagnement adulte-enfant, qui n’a pas joué avec eux, mais jouée la même tâche expérimentale.<ol>
<li>Calculez le WTC, à 3.3., pour des couples participants qui n’ont pas joué ensemble mais effectué la même tâche expérimentale (c'est-à-dire les paires aléatoire). Choisissez le nombre de couples au hasard (par exemple, 300 pour chaque condition) et calculer le WTC pour chaque paire aléatoire.</li>
		<li>Comparer la cohérence des paires aléatoires et réelles pour éviter la détection de parasite synchronicité.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

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<li>Palumbo, R. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interpersonal+autonomic+physiology%3A+a+systematic+review+of+the+literature%5BTitle%5D)+AND+%22Personality+and+Social+Psychology+Review%22%5BJournal%5D)">Interpersonal autonomic physiology: a systematic review of the literature.</a> Personality and Social Psychology Review. 21 (2), 99-141 (2016).</li>
<li>Pinti, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+present+and+future+use+of+functional+near-infrared+spectroscopy+%28fNIRS%29+for+cognitive+neuroscience%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+the+New+York+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">The present and future use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for cognitive neuroscience.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. , (2018).</li>
<li>Brigadoi, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motion+artifacts+in+functional+near-infrared+spectroscopy%3A+a+comparison+of+motion+correction+techniques+applied+to+real+cognitive+data%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Motion artifacts in functional near-infrared spectroscopy: a comparison of motion correction techniques applied to real cognitive data.</a> NeuroImage. 85 (1), 181-191 (2014).</li>
<li>Cooper, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+systematic+comparison+of+motion+artifact+correction+techniques+for+functional+near-infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">A systematic comparison of motion artifact correction techniques for functional near-infrared spectroscopy.</a> Frontiers in Neuroscience. 6, 147(2012).</li>
<li>Hirsch, J., Zhang, X., Noah, J. A., Ono, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frontal+temporal+and+parietal+systems+synchronize+within+and+across+brains+during+live+eye-to-eye+contact%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Frontal temporal and parietal systems synchronize within and across brains during live eye-to-eye contact.</a> NeuroImage. 157, 314-330 (2017).</li>
<li>Scholkmann, F., Holper, L., Wolf, U., Wolf, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+methodical+approach+in+neuroscience%3A+assessing+inter-personal+brain+coupling+using+functional+near-infrared+imaging+%28fNIRI%29+hyperscanning%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Human+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">A new methodical approach in neuroscience: assessing inter-personal brain coupling using functional near-infrared imaging (fNIRI) hyperscanning.</a> Frontiers in Human Neuroscience. 7, 813(2013).</li>
</ol>

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Dans ce protocole, nous montrons comment mener des expériences de hyperscanning fNIRS et une façon possible d’analyser le cerveau-à-cerveau synchronie, mesurer les variations de concentration d’oxy-Hb et désoxy-Hb à des régions du cerveau frontal des deux sujets en même temps. FNIRS hyperscanning est relativement facile à appliquer : un seul appareil NIRS est suffisant pour évaluer les activités du cerveau de ces deux sujets en fractionnant les optodes entre eux. Ainsi, aucune synchronisation entre différents appareils n...

Ces dernières années, les neuroscientifiques ont commencé à étudier les interactions sociales en enregistrant les activités de cerveau de deux ou plusieurs personnes en même temps, une approche nommée hyperscanning1. Cette technique ouvre de nouvelles perspectives pour élucider les mécanismes neurobiologiques qui sous-tendent ces interactions. Afin de bien comprendre les interactions sociales, il ne suffira pas à étudier seul cerveau en isolement mais plutôt les activités conjointes de cerveaux de personnes interagissant2. À l’aide de techniques de neuroimagerie différents, hyperscanning ont démontré que cerveau synchroniser les activités de l’interaction des personnes ou des groupes, par exemple, alors qu’ils coordonnent leurs actions3, faire musique4,5, de communiquer s’engager dans des activités de classe6 ou7en coopération.
L’article présente un protocole pour effectuer des enregistrements simultanés avec fonctionnelle spectroscopie proche infrarouge (fNIRS). Semblable à l’imagerie de résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), fNIRS mesure la réponse hémodynamique à l’activation du cerveau. Changements des taux d’hémoglobine oxygénée et désoxygéné (oxy-Hb et désoxy-Hb) sont calculées sur le montant de lumière vague transmise de proche infrarouge à travers le tissu8. fNIRS est bien adapté pour la réalisation d’expériences de hyperscanning, surtout avec les enfants, car il peut être appliqué dans des milieux moins limitées et plus naturels que l’IRMf. En outre, il est moins sujette aux artefacts de mouvement à la fois, l’IRMf et EEG9. En outre, les données fNIRS peuvent être acquises à des fréquences d’échantillonnage élevées (p. ex., 10 Hz), ainsi il oversamples fortement la réponse hémodynamique relativement lente et pouvant ainsi fournit une image plus complète et temporelle de l’hémodynamique cérébrale10 .
Ce protocole a été développé dans l’étude de Reindl et al. 11 et a été légèrement modifié (en particulier en ce qui concerne l’alignement des canaux et l’identification de canal mauvais) plus récemment. L’objectif de cette étude était d’examiner l’activité cérébrale synchronisé des dyades mère-enfant. À l’aide de fNIRS hyperscanning, nous avons évalué cerveau-à-cerveau synchronie dans les zones du cerveau préfrontal d’enfants (âgés de cinq à neuf ans) et leurs parents, surtout les mères, au cours d’une coopérative et une tâche informatique concurrentiel. Régions du cerveau préfrontal ont été ciblées comme ils avaient été identifiés comme des régions importantes pour des processus sociaux et interactifs dans les études précédentes de hyperscanning1. Le travail coopératif et compétitif ont été initialement développés par Cui et al. 12 et récemment employé par plusieurs précédentes études13,14,15. Pour l’étude de Reindl et al. 11, les tâches ont été modifiés pour convenir aux enfants. Les participants ont reçu l’ordre de soit répondre conjointement via les touches en réponse à une cible (coopération) ou de réagir plus vite que l’autre joueur (concurrence). Chaque enfant a effectué chaque tâche une fois avec le parent et une fois avec un étranger adult du même sexe que le parent. Au sein de chaque dyade enfant-adulte, cohérence des ondelettes a été calculé pour les signaux d’oxy-Hb du canal correspondant en guise de cerveau-à-cerveau synchronie.
Ce protocole décrit les procédures pour collecter les données de hyperscanning de fNIRS parent et enfant pendant le jeu coopératif et compétitif. La procédure globale, cependant, n’est pas spécifique à cette conception de la recherche mais convient à des populations différentes (p. ex., adultes inconnus, partenaires romantiques, frères et sœurs, etc.) et peut être adaptée pour un certain nombre de tâches expérimentales différentes. Ce protocole décrit également une méthode d’analyse possible, qui couvre les étapes d’analyse de données nécessaires et en option, y compris fNIRS prétraitement des données, détection mauvais canal, analyse de cohérence ondelettes et validation par analyse de la paire aléatoire.

<table><tbody><tr><td>Système de mesure NIRS avec jeux de sondes et grilles de support de sonde</td><td>Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Japon</td><td>Système de topographie optique ETG-4000.</td><td>Le protocole d’étude actuel nécessite un deuxième jeu de sondes adultes en option pour 52 voies de mesure au total, ainsi que deux grilles porte-sondes 3x5.</td></tr><tr><td>casques EEG bruts</td><td>EASYCAP GmbH, Herrsching, Allemagne</td><td>C-SCMS-56 ; Les capuchons C-SCMS-58</td><td>doivent être pourvus de trous pour les sondes NIRS par l’expérimentateur. Choisissez une taille de casquette de la même taille ou légèrement supérieure à la circonférence de la tête du participant.</td></tr><tr><td>Logiciel de calcul technique</td><td>The MathWorks, Inc., Natick, MA</td><td>MATLAB R2014a (ou versions ultérieures)</td><td>Sert de base pour les extensions de la boîte à outils de psychophysique (présentation de stimulus), SPM pour la boîte à outils fNIRS&nbsp ; (analyse de données fNIRS) et ASToolbox (calcul WTC).</td></tr></tbody></table>

des expériences de hyperscanning avec la spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle

Conducting Hyperscanning Experiments with Functional Near-Infrared Spectroscopy

Enregistrements de cerveau simultanée de deux ou plusieurs personnes qui interagissent, une approche appelée hyperscanning, gagnent en importance croissante pour notre compréhension des fondements neurobiologiques des interactions sociales et éventuellement entregent . Spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle (fNIRS) est bien adaptée pour mener des expériences de hyperscanning, parce qu’il mesure les effets hémodynamiques locaux avec une fréquence d’échantillonnage élevée et, ce qui est important, il peut être appliqué en milieu naturel, ne nécessitant ne pas de motion stricte restrictions. Dans cet article, nous présentons un protocole pour la réalisation d’expériences hyperscanning fNIRS avec les dyades mère-enfant et pour l’analyse cerveau-à-cerveau synchronie. En outre, nous discutons des questions essentielles et les orientations futures, concernant le protocole expérimental, l’inscription spatiale des canaux fNIRS, influences physiologiques et méthodes d’analyse de données. Le protocole décrit n’est pas spécifique aux dyades mère-enfant, mais peut être appliqué à une variété de différentes constellations dyadiques, tels que des adultes inconnus, les partenaires romantiques ou les frères et sœurs. Pour conclure, fNIRS hyperscanning a le potentiel d’apporter de nouvelles connaissances sur la dynamique de l’interaction sociale en cours, qui peut-être aller au-delà de ce qui peut être étudié en examinant les activités des cerveaux individuels.

Des données représentatives d’une dyade parent-enfant au cours de la condition de la coopérative sont indiquées dans la Figure 1. La coopérative tâche consiste trois 30 s reste blocs et blocs de deux tâches, avec 20 essais chacun, présenté en alternant l’ordre. Dans chaque essai, les participants devront réagir aussi simultanément que possible à un signal de gagner un point11.
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Le présent protocole décrit comment effectuer des expériences de hyperscanning fNIRS et analyser le cerveau-à-cerveau synchronie. De plus, nous discutons les défis et les solutions possibles.

Des expériences de Hyperscanning avec la spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle

Concurrent brain recordings of two or more interacting persons, an approach termed hyperscanning, are gaining increasing importance for our understanding ...

En mesurant simultanément les activités cérébrales de deux personnes ou plus, cette méthode peut faire la lumière sur les mécanismes neurobiologiques sous-jacents aux interactions sociales. La spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge, ou fNIRS, est bien adaptée pour mener de telles expériences hyperscanning parce qu’elle mesure la réponse hémodynamique du cerveau avec un taux d’échantillonnage élevé et peut être appliquée dans des arrangements relativement naturels. Bien que ce protocole montre comment effectuer simultanément des enregistrements fNIRS de dyades adultes-enfants, il peut être adapté à différentes constellations dyadiques telles que les partenaires romantiques et à différentes tâches expérimentales.Commencez par choisir une taille de chapeau de la même taille ou légèrement plus grande que la circonférence de la tête du participant. Couper 15 trous d’un diamètre d’environ 15 millimètres chacun, disposés en grille horizontale de trois par cinq dans la zone du front de chacune des deux capsules EEG brutes. Assurez-vous que les trous sont espacés de 30 millimètres les uns des autres dans n’importe quelle direction, que la colonne centrale des trous est située au centre du front.Afin de rendre les bouchons plus confortables et de minimiser les marques de pression, fixez le matériau de mousse molle sur le côté intérieur de la grille du support entre les prises de sonde et sur les bords. Ensuite, montez une grille vide de porte-sondes trois par cinq sur chacune des calottes EEG modifiées de sorte que la grille du support lui-même soit placée à l’intérieur du bouchon et que les prises titulaires collent dans les trous. Ensuite, insérez doucement les sondes dans les prises de support appropriées sur la grille de sorte que seule la première crête de chaque sonde est montée dans la prise qui se traduit par un bruit de cliquet.Ouvrez la fenêtre de moniteur de sonde au système de mesure le plus proche et sélectionnez deux ensembles de sondes disposés dans une grille de trois par cinq chacun, un pour l’enfant participant et un pour l’adulte. Assurez-vous que les dispositions de sonde des deux bouchons correspondent aux dispositions de la fenêtre de l’ensemble de la sonde. Ensuite, allumez les diodes laser du système de mesure le plus proche 30 minutes avant de mesurer afin que le système atteigne une température de fonctionnement stable.Définissez toutes les options nécessaires au système de mesure le plus proche. Assurez-vous que l’appareil est réglé sur la mesure liée à l’événement et que l’entrée sérielle RS232 nécessaire pour recevoir les déclencheurs du paradigme expérimental est active. Ensuite, préparez le paradigme expérimental en commençant le logiciel informatique technique qui sert de base pour les extensions de boîte à outils psychophysiques et en fixant le répertoire actuel au dossier dans le dossier dans quel paradigme est enregistré.Enfin, placez deux repose-menton devant l’écran de l’ordinateur pour empêcher les mouvements de la tête pendant l’expérience. Commencez par escorter les deux participants dans la salle d’essai et expliquer la mise en place expérimentale. Ensuite, placez les participants l’un à côté de l’autre devant l’écran de l’ordinateur.Ajuster la hauteur du menton repose de telle sorte que les deux participants s’assoient confortablement. Fournir des instructions et administrer les essais pratiques de la coopérative et du jeu compétitif. Ensuite, mesurez et marquez le point Fpz selon le système 10-20, qui est de 10% de la distance entre nasion et inion sur la tête de chaque participant.Ensuite, éteignez le laser et placez soigneusement les bouchons avec les sondes sur la tête des participants. Assurez-vous que la sonde centrale de la rangée inférieure est placée sur Fpz et que la colonne de sonde moyenne est alignée le long de la courbe de référence sagittale. Placez les ficelles de fibre sur le bras du support attaché au système de mesure le plus proche afin qu’elles pendent lâchement sans contact avec le participant ou la chaise et qu’elles ne tirent pas sur les bouchons.Ensuite, poussez chaque sonde plus loin dans sa prise jusqu’à ce que le petit nez blanc au centre du dessus de l’enveloppe de la sonde soit visible. Ensuite, allumez à nouveau le laser et testez la qualité du signal en cliquant sur le bouton Gain automatique dans la fenêtre de moniteur de sonde du système de mesure le plus proche. Si un canal est marqué en jaune, ce qui signifie un signal insuffisant, mettez doucement les cheveux sous la pointe de la sonde environnante de côté.Faites des ajustements de sonde, et cliquez à nouveau sur le bouton Gain automatique pour voir si la qualité du signal s’est améliorée ou est marquée en vert. Une fois que la qualité du signal est satisfaisante, placez une serviette sur les mains des participants afin qu’ils ne puissent pas voir les mouvements de la main de leur partenaire de jeu respectif. Ensuite, commencez l’expérience.Ensuite, une fois l’expérience terminée, enregistrez les données et exportez les données d’intensité lumineuse brute sous forme de fichier texte en cliquant sur le bouton Text File Out. Enfin, nettoyez les sondes, les porte-sondes et le menton repose avec de l’ethnol et lavez les bouchons avec du détergent doux. Comme mesure de la synchronie cerveau-cerveau, la cohérence des ondes est calculée entre les signaux fNIRS des sujets en interaction.Les coefficients de cohérence des ondes sont visualisés à l’aide d’une carte couleur allant du bleu, peu ou pas de cohérence, au rouge, c’est-à-dire une cohérence forte ou maximale. Les résultats montrent une forte cohérence tout au long de l’expérience dans une bande à haute fréquence jusqu’à une durée d’environ une seconde, ce qui résulte probablement des rythmes cardiaques des sujets. En outre, une forte cohérence apparaît dans une bande de fréquence inférieure entre la durée de la période de deux et huit secondes.La cohérence dans cette plage de basse fréquence reflète probablement une synchronisation des activités cérébrales des deux sujets au cours de la tâche. Tout en essayant cette procédure, il est important de vérifier que les bouchons sont placés correctement sur la tête des participants et d’assurer une bonne qualité de signal. Après son développement, cette technique a ouvert la voie à des chercheurs dans le domaine des neurosciences sociales pour explorer la synchronie cerveau-cerveau dans une variété de tâches différentes, en examinant les corrélations de comportement et les associations aux caractéristiques des individus et de leur relation.

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