Neuroscience
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Inter-Brain Synchrony im offenen kollaborativen Lernen: Eine fNIRS-Hyperscanning-Studie
Chapters
Summary July 21st, 2021
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Das Protokoll zur Durchführung von fNIRS-Hyperscanning-Experimenten an kollaborativen Lerndyaden in einer naturalistischen Lernumgebung wird skizziert. Darüber hinaus wird eine Pipeline zur Analyse der Inter-Brain Synchrony (IBS) von sauerstoffhaltigen Hämoglobin (Oxy-Hb) -Signalen vorgestellt.
Transcript
Dieses Protokoll zeigt die Inter-Gehirn-Synchronität in den kollaborativen Dyaden in der naturalistischen Umgebung durch die fNIRS-Hyperscanning-Technik. Der wesentliche Vorteil dieser Technik besteht darin, dass sie die Echtzeitdynamik von zwei oder mehr interagierenden Gehirnen untersucht. Bevor Sie mit dem Experiment beginnen, starten Sie das Nahinfrarot-Spektroskopiesystem, um eine stabile Betriebstemperatur zu erreichen, nehmen Sie dann eine elastische Schwimmkappe an, um das Optodenhaltergitter zu platzieren und die NIRS-Kappen wie im Textmanuskript beschrieben vorzubereiten.
Verwenden Sie für einen Kanal mit unzureichenden Signalen die beleuchteten faseroptischen Sonden, um das Haar unter der Spitze der Sonde zur Seite zu bewegen. Sobald sich die Betriebstemperatur stabilisiert hat, stellen Sie sicher, dass der Triggerempfänger aktiv ist, und stellen Sie den Messmodus auf ereignisbezogene Messung ein. Bereiten Sie die beleuchtete Glasfasersonde vor, um das Haar zur Seite zu bewegen.
Weisen Sie die Teilnehmer auf die Details der NIRS-Messmethoden hin und dürfen nicht direkt in die Laserstrahlen schauen, da der Laserstrahl für die Augen des Teilnehmers schädlich sein kann. Lassen Sie die Teilnehmer von Angesicht zu Angesicht sitzen, um sicherzustellen, dass sie sich direkt sehen können, und passen Sie den Abstand von Stuhl zu Tisch an, damit die Teilnehmer bequem sitzen können. Schalten Sie den Laserknopf ein, legen Sie die vier Glasfaserbündel ohne Kontakt mit den Teilnehmern oder Stühlen locker auf die Arme des Halters und legen Sie die Kappe mit den Sondensets auf die Köpfe der Teilnehmer, um sicherzustellen, dass die drei mal fünf Sondensätze die Stirn des Teilnehmers und die vier mal vier Sondensätze den linken temporoparietalen Kortex abdecken. Drücken Sie dann vorsichtig jede Federlastsonde weiter in die Sondenbuchse, so dass die Spitze der Sonde die Kopfhaut des Teilnehmers berührt.
Lassen Sie dann zwei Teilnehmer die Lernmaterialien mit fünf Minuten Ruhezustand gemeinsam lernen, der als Ausgangsbasis dient. Um die Qualität des Signals zu überprüfen, klicken Sie zunächst auf die automatische Verstärkung im Monitorfenster des Sondensatzes der funktionsfähigen NIRS-Maschine, markieren Sie dann das schlechte Signal des Kanals in Gelb und das ausreichende Signal in Grün und wiederholen Sie diesen Vorgang, bis alle Kanäle grün markiert sind. Klicken Sie nach dem Experiment auf Textdateiausgang, um die rohen Lichtintensitätsdaten zu exportieren und die Daten als Textdatei zu speichern.
Verwenden Sie den dreidimensionalen Digitizer, um die Positionen von Sendern, Empfängern und anderen Referenzen für jeden Teilnehmer zu bestimmen, und erhalten Sie dann die MNI-Koordinaten der Aufzeichnungskanäle mithilfe der kommerziell erhältlichen numerischen Rechenplattform. Die Daten von jedem Teilnehmer in jedem Kanal wurden analysiert. Die Optodensität in Kanal 33 für eine bestimmte Dyade wurde visualisiert.
Die Daten wurden mit der Wavelet-basierten Methode zum Entfernen von Bewegungsartefakten allein und zusammen mit der Analyse der Hauptkomponenten extrahiert. Der Unterschied zwischen den Kurven deutet darauf hin, dass PCA bei der Entfernung nicht-neuronaler Signale effizient ist. Die Wavelet-Transformationskohärenzmatrix wurde visualisiert.
Die Farbkarte variierte von Blau bis Gelb und stellte Synchronwerte zwischen den Gehirnen dar, die von Null bis Eins reichten, wobei eins die größte Kohärenz zwischen zwei Signalen und Null keine Kohärenz bedeutet. Darüber hinaus wurden auch signifikante Koeffizienten erhalten, wobei die starke Kohärenz um ein Hertz die Herzrhythmuskohärenz der Dyade darstellt. Der Vergleich zwischen dem beobachteten T-Wert und der Verteilung des zufälligen T-Wertes zeigt signifikante Ergebnisse in identifizierten FOI.
Es ist wichtig, sicherzustellen, dass der Sondensatz den Interessenbereich abdeckt und versucht, die Abweichung zu reduzieren.
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