Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Gruppesynkronisering under samarbejdstegning ved hjælp af funktionel nær-infrarød spektroskopi

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

Summary

Den nuværende protokol kombinerer funktionel nær-infrarød spektroskopi (fNIRS) og videobaseret observation til måling af interpersonel synkronisering i kvartetter under en samarbejdstegningsopgave.

Abstract

Funktionel nær-infrarød spektroskopi (fNIRS) er en ikke-invasiv metode, der er særligt velegnet til måling af hjernebarkaktivering hos flere forsøgspersoner, hvilket er relevant for at studere gruppeinterpersonelle interaktioner i økologiske omgivelser. Selvom mange fNIRS-systemer teknisk set giver mulighed for at overvåge mere end to personer samtidigt, er det stadig nødvendigt at etablere installationsprocedurer, der er nemme at implementere, og pålidelige paradigmer til at spore hæmodynamiske og adfærdsmæssige reaktioner i gruppeinteraktion. Denne protokol kombinerer fNIRS og videobaseret observation for at måle interpersonel synkronisering i kvartetter under en samarbejdsopgave. Denne protokol indeholder praktiske anbefalinger til dataindsamling og paradigmedesign samt vejledende principper for et illustrativt dataanalyseeksempel. Proceduren er designet til at vurdere forskelle i hjerne- og adfærdsinterpersonelle reaktioner mellem sociale og ikke-sociale forhold inspireret af en velkendt isbryderaktivitet, Collaborative Face Drawing Task. De beskrevne procedurer kan guide fremtidige undersøgelser for at tilpasse gruppens naturalistiske sociale interaktionsaktiviteter til fNIRS-miljøet.

Introduction

Interpersonel interaktionsadfærd er en vigtig komponent i processen med at forbinde og skabe empatiske obligationer. Tidligere forskning tyder på, at denne adfærd kan udtrykkes i forekomsten af synkronicitet, når biologiske og adfærdsmæssige signaler justeres under social kontakt. Beviser viser, at synkronicitet kan forekomme mellem mennesker, der interagerer for første gang 1,2,3. De fleste undersøgelser af sociale interaktioner og deres underliggende neurale mekanismer bruger en enkelt person eller anden person tilgang2,4, og lidt er kendt om at overføre denne viden til gruppe social dynamik. Evaluering af interpersonelle reaktioner i grupper på tre eller flere individer er stadig en udfordring for videnskabelig forskning. Dette fører til nødvendigheden af at bringe laboratoriet det komplekse miljø af sociale interaktioner i hverdagens mennesker under naturalistiske forhold5.

I denne sammenhæng er den funktionelle nær-infrarøde spektroskopi (fNIRS) teknik et lovende værktøj til at vurdere forholdet mellem interpersonel interaktion i naturalistiske sammenhænge og dens hjernekorrelater. Det præsenterer færre begrænsninger for deltagermobilitet sammenlignet med funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (fMRI) og er modstandsdygtig over for bevægelsesartefakter 6,7. fNIRS-teknikken virker ved at vurdere hæmodynamiske effekter som reaktion på hjerneaktivering (ændringer i blodkoncentrationen af iltet og deoxygeneret hæmoglobin). Disse variationer kan måles ved mængden af diffusion af infrarødt lys gennem hovedbundsvæv. Tidligere undersøgelser har vist fleksibiliteten og robustheden af teknikken i økologiske hyperscanningseksperimenter og potentialet til at udvide viden inden for anvendt neurovidenskab 6,8.

Valget af en eksperimentel opgave til naturalistisk vurdering af de neurale korrelater af sociale interaktionsprocesser i grupper er et afgørende skridt i tilgangen til anvendte neurovidenskabelige studier9. Nogle eksempler, der allerede er rapporteret i litteraturen med brugen af fNIRS i gruppeparadigmer, inkluderer musikpræstation 10,11,12, klasseværelsesinteraktion8 og kommunikation 13,14,15,16,17.

Et af de aspekter, der endnu ikke er udforsket af tidligere undersøgelser, er brugen af tegnespil, der som hovedtræk har manipulation af empatiske komponenter til vurdering af social interaktion. I denne sammenhæng er et af de spil, der ofte bruges til at fremkalde social interaktion i dynamik blandt fremmede, det kollaborative tegnespil18,19. I dette spil er ark papir opdelt i lige store dele, og gruppedeltagerne udfordres til at tegne fælles selvportrætter af alle medlemmer. I sidste ende får hvert medlem deres portræt tegnet på en samarbejdsmæssig måde af flere hænder.

Målet er at fremme hurtig integration blandt fremmede, provokeret ved at rette visuel opmærksomhed mod gruppepartnernes ansigter. Det kan betragtes som en "isbrydende" aktivitet på grund af dets evne til at understøtte nysgerrighed og deraf følgende empatiske processer blandt medlemmerne19.

En af fordelene ved at bruge tegneopgaver er deres enkelhed og lette gengivelse20. De kræver heller ikke nogen specifik teknisk uddannelse eller færdigheder, som det ses i undersøgelserne ved hjælp af musikalske præstationsparadigmer21,22,23,24. Denne enkelhed muliggør også valget af en mere naturalistisk stimulus inden for en social kontekst 4,9,25.

Udover at være et instrument til at fremkalde social adfærd i grupper, betragtes tegning også som et redskab til psykologisk evaluering26. Nogle grafisk-projektive psykologiske tests, såsom House-Tree-Person (HTP)27,28,29, Human Figure Drawing - Sisto Scale 27 og Kinetic Family Drawing 30 bruges på en komplementær måde til kvalitative og kvantitative diagnoser. Deres resultater udtrykker normalt ubevidste processer, der giver spor om individets symbolske system og derfor deres fortolkninger af verden, oplevelser, følelser osv.

Tegnepraksis får en til at tænke og hjælper med at skabe mening for oplevelser og ting ved at tilføje fornemmelser, følelser, tanker og handlinger31. Det giver fingerpeg om, hvordan man opfatter og behandler disse livserfaringer26. Tegning bruger visuelle koder til at give en mulighed for at forstå og kommunikere tanker eller følelser, hvilket gør dem tilgængelige for manipulation og dermed skaber mulighed for nye ideer og læsninger31.

I kunstterapi er tegning et værktøj til at arbejde på opmærksomhed, hukommelse og organisering af tanker og følelser32, og det kan bruges som middel til at producere social interaktion33.

Denne undersøgelse havde til formål at udvikle en naturalistisk eksperimentel protokol til vurdering af vaskulære og adfærdsmæssige hjerneresponser under interpersonel interaktion i kvartetter ved hjælp af en kollaborativ tegningsdynamik. I denne protokol foreslås evalueringen af kvartettens hjerneresponser (individuelt og synkroniciteten mellem partnere) og de mulige resultatmål, såsom adfærdsmæssige foranstaltninger (tegning og blikadfærd). Målet er at give mere information om social neurovidenskab.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Metoden blev godkendt af Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) etiske komité og er baseret på en procedure til indsamling af neurale data (fNIRS) samt data om blikadfærd med unge voksne under en fælles tegneoplevelse. Alle indsamlede data blev administreret på Redcap-platformen (se materialetabel). Projektet blev revideret af Scientific Integrity Committee of the Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE). Unge voksne, 18-30 år, blev udvalgt som emner til denne undersøgelse. Der blev indhentet skriftligt informeret samtykke fra alle deltagere.

1. Forberedelse til undersøgelsen

  1. Emner
    1. Bestem målundersøgelsesprøven.
    2. Informer alle frivillige om forsøgsprotokollen og deres rettigheder inden spillet. Sørg for, at de underskriver en informeret samtykkeformular og en samtykkeformular til billedbrug (ikke obligatorisk), udfyld en registreringsformular og besvar psykologiske spørgeskemaer og skalaer.
    3. Kontroller niveauet af forholdet mellem kvartettens deltagere (fremmede, venner, partnere osv.), Som tidligere viden kan forstyrre. I denne undersøgelse var kvartetterne sammensat af fremmede.
    4. Komponere kvartetter af personer af samme køn.
      BEMÆRK: Dette kønskriterium undgår social interaktioninterferens 34,35.
  2. Indstilling
    1. Fjern alle potentielle øjendistraktorer fra scenen.
    2. For at opsætte skal du inkludere et firkantet bord, fire taburetter (måler 18,11 tommer x 14,96 tommer) og to trådstøtter (f.eks. Stativ) (figur 1).
    3. Sluk for alle elektriske apparater såsom aircondition under eksperimentel tilstand. Sørg for, at rummet har tilstrækkelig belysning til, at folk kan observere og tegne, og at stuetemperaturen er behagelig.
    4. Overvej omfanget af fNIRS-ledninger (se materialetabel), placer alle kabler, så de forbliver stabile under den eksperimentelle opgave.
    5. Overvej plads til to forskere til at bevæge sig langs indstillingen.
    6. Sørg for, at eksperimenter følger deres scripts og bevægelsesordninger.
    7. Placer kvartetten på det firkantede bord, to og to, så hver enkelt person kan observere de tre andre individer.
    8. Giv hver kvartetdeltager et mærke med et tal (1 til 4). Sørg for, at emne 1 sidder overfor emne 3 og ved siden af emne 2.
      BEMÆRK: Mærkenummeret svarede til forsøgspersonernes position på bordet og deres tidligere forberedte hætte (materialetabel).
  3. Tegning paradigme
    1. Kollaborativ ansigtstegning - den sociale tilstand
      BEMÆRK: Dette spils mål er at rette motivernes visuelle opmærksomhed mod deres partners ansigter og få dem til mere bevidst observation indbyrdes. Ved at forbinde følelser og visuel opfattelse er den kollaborative ansigtstegningsteknik en værdifuld måde at aktivere empatiske reaktioner, interpersonel nysgerrighed og forbindelse mellem deltagerne. Det kræver teori om sindets kapacitet, som omfatter efterligning og foregribelse af andres adfærd19. Brug følgende trin:
      1. Instruer deltagerne om spillereglerne.
      2. Opdel hvert papir i tre vandrette strimler, nemlig tegnestrimler.
      3. Få hver strimmel til at svare til en social tegningsbetingelse (f.eks. C1, C2.). Efter hver social tegningsbetingelse skal du skifte papirer blandt kvartetten.
      4. Få deltagerne til at tegne panden og øjenområdet på den øverste strimmel af alle papirark.
        BEMÆRK: Den midterste strimmel er til afbildning af næse- og mundområdet. Den nederste strimmel er til afbildning af hage-, nakke- og skulderområdet.
      5. Medtag instruktioner om, hvem der skal tegnes (f.eks. S1/S3, hvilket betyder, at deltager 1 tegner deltager 3 og omvendt) i alle papirstrimler.
      6. Få hvert papir til at repræsentere et fuldt tegnet portræt af en deltager.
        BEMÆRK: Overvej forskellige pastelfarvede skrivepapirfarver til de forskellige spilfaser.
      7. Få hver deltagers ansigt afbildet på en samarbejdsmæssig måde af deres partnere. (Figur 2)
    2. Forbind prikkerne spil - den ikke-sociale tilstand
      BEMÆRK: Kontroltegningsbetingelsen er et spil om at forbinde prikkerne. Hver deltager inviteres til at forbinde prikkerne med stigende serienumre for at danne en tegning. Connect the dots-spillet bruges som et neuropsykologisk instrument til at måle kognitive domæner som mental fleksibilitet og visuel-motoriske færdigheder36. Spillet stimulerer visuospatiale færdigheder, øger mental aktivitet37 og forbedrer mentale evner38. Brug følgende trin:
    3. Instruer deltagerne.
      1. Når hætten er på plads, skal du instruere deltagerne om fNIRS, udstyret, hætterne, ledningerne og de mulige risici eller ubehag, der involverer proceduren.
      2. Mind dem igen om deres ret til at forlade eksperimentet til enhver tid.
      3. Forklar de to forskellige tegneopgaver.
      4. Til samarbejdstegningen skal du forklare de vandrette strimler, og hvordan du ved, hvor og hvem du skal tegne i hver strimmel.
      5. For forbindelsespunktsspillet skal du forklare, at de bliver nødt til at forbinde tallene i stigende rækkefølge, indtil figuren afsløres.
      6. Forklar om hvileperioden og de registrerede opgavekommandoer.
      7. Engager deltagerne til at observere deres partnere og de detaljer, der adskiller dem. Angiv, at den kvartet, der følger reglerne og trækker de mest detaljerede tal, vil blive belønnet ved afslutningen af undersøgelsen.

Figure 1
Figur 1: Indstillingen. Opsætningen inkluderer et firkantet bord, fire taburetter og to trådstøtter (f.eks. Stativ), fNIRS-udstyr, en computer og kameraerne. (A) Indstillingsskemaet: Grønne tal (1-4) svarer til deltagernes etiketter og deres taburetter/placering ved bordet under forsøgskørslen. Gule tal: 1 = fNIRS ledningsunderstøtninger, 2 = fNIRS signalers notebook modtager, 3 = NIRSport, 4 = 360 ° kamera, 5 = støtte kameraer. (B) Indstilling klar til forsøgskørslen. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 2
Figur 2: Samarbejdsportrætter - eksempler på portrætter tegnet på en samarbejdsmæssig måde. Klik her for at se en større version af denne figur.

2. Eksperimentelt paradigme

  1. Tilpas spillet til fNIRS-erhvervelse
    BEMÆRK: Tilpas spillet, så det er muligt at fange det funktionelle billede af hjernen gennem fNIRS, og at data har en betydelig kvalitet.
    1. Definer antallet af blokke.
      BEMÆRK: Betingelserne skal gentages et tilstrækkeligt antal gange for at reducere fejlmargenen i resultaterne. Mange gentagelser kan dog føre deltagerne til at automatisere opgaver.
    2. Planlæg varigheden af hver blok.
      BEMÆRK: Overvej den hæmodynamiske billedtekstresponstid (i gennemsnit 6 sekunder efter opgavens begyndelse). Overvej også indflydelsen af blokstørrelser for at bestemme filteret til følgende trin.
    3. Tilføj en hviletilstandsperiode i slutningen af hver blok af begge betingelser (således at det hæmodynamiske signal henfalder inden starten af den næste blok).
    4. Planlæg rækkefølgen af blokke, og opret pseudorandomiserede bloksekvenser for at reducere foregribende virkninger.
    5. Planlæg spillets samlede varighed.
      BEMÆRK: Overvej deltagernes mulige ubehag med hensyn til fNIRS stramme hætter og deres nærhed til hinanden. De blokke og betingelser, der blev anvendt i denne protokol, blev udformet som følger: ni blokke af den sociale betingelse for samarbejdstegning (tabel 1) og ni blokke af den ikke-sociale betingelse for at forbinde prikker blev oprettet (varighed = 40 s hver); En hvileperiode på 20 s mellem hver af blokkene; tre forskellige sekvenser (tabel 2) for at udføre opgaverne (for at undgå, at en betingelse udføres mere end to gange i træk). Den eksperimentelle opgaves varighed var ca. 18 min.
  2. Software til programmering af paradigmer
    1. Brug en software til at hjælpe med at oprette og organisere paradigmeblokke og signalere til deltagerne, hvornår de skal starte en ny opgave.
      BEMÆRK: NIRStim-softwaren (se materialetabellen) blev brugt i dette tilfælde. Opret bloksekvenserne og programmer deres fordeling over tiden under eksperimentet.
    2. Definer hændelser med visuelt (tekst og billeder) eller auditivt indhold for at indikere over for deltagerne, hvornår de skal starte hver opgave. På fanen Begivenheder skal du klikke på knappen Tilføj begivenhed. Navngiv hændelsen i Hændelsesnavn, vælg hændelsestypen i Stim Type, og definer en farve, der skal repræsentere hændelsen, i en præsentationsoversigt på Color-ID. Opret markører, der skal sendes til anskaffelsessoftwaren i begyndelsen af disse opgaver på Event Marker.
    3. Bestem ordren for opgaveudførelse og antallet af gentagelser af hver enkelt af dem under fanen Forsøg . Indsæt også hvileperioder. Bestem varigheden af begge. Randomisering eller ikke randomisering af forsøgene er mulig ved at vælge Til/Fra på Randomiser præsentation; gem indstillingerne på knappen Gem .
    4. Under eksperimentkørslen skal du vise alle de stimuli, der er programmeret i et sort vindue (for at forhindre deltagerdistraktion) ved at trykke på Kør.

Tabel 1: Betingelse for fælles tegning. S1 = Emne 1, S2 = Emne 2, S3 = Emne 3 og S4 = Emne 4. Tegningsdyader repræsenterer, hvem der tegner hvem, og tegnestrimlen repræsenterer skrivepapirets position til tegning i hver tilstand. For eksempel til den første blok skal du bruge et blåt papirark. C1, C2 og C3 repræsenterer 40 s af paradigmet for at tegne sociale forhold, der fuldender et portræt. C1 (tegning af pandeområdet, tegning af dyader: S2 og S4; S1 og S3), C2 (tegning af næseområdet, tegning af dyader: S1 og S4; S2 og S3) og C3 (tegning af hageområdet, tegning af dyader: S3 og S4; S1 og S2). Følg diagrammet for blok 2 og 3. Denne randomisering opretholder rækkefølgen af tegning blandt frivillige (tegning af frontpartneren, derefter forsidepartneren og til sidst partneren, der sidder ved siden af dem) og ændrer rækkefølgen af de arkstrimler, der skal tegnes. Klik her for at downloade denne tabel.

Tabel 2: Sekvens 1-opgave randomisering (social, ikke-social og hvile). Klik her for at downloade denne tabel.

3. Videoopsætning og dataindsamling

  1. Kameraer og videooptagelse
    1. Vælg et kommercielt tilgængeligt scenekamera (360°, se Materialetabel). Placer det på bordet, så alle deltagernes øjen- og hovedbevægelser kan opfattes samtidigt.
    2. Rengør og kontroller hukommelseskortet og batteriet. Kontroller billedets lysstyrke. Test disse elementer, før deltagerne er fundet.
    3. Kontroller, om der er mulig interferens ved fNIRS-modtagelse. Hvis det er tilfældet, skal du øge afstanden mellem udstyret og dets modtager.
    4. Udstyrsmodtageren skal være uafhængig af fNIRS-datamodtageren. Overvej en notesbog eller en tablet placeret så langt som muligt fra bordindstillingen.
    5. Start udstyret, kontroller grænsefladen, og indstil optagetilstanden før fNIRS-kalibrering.
    6. Overvej et eller to tilstødende eller understøttende kameraer, der kan placeres efter begge kanter af bordet.
  2. Videoanalyse
    1. For værdifulde statistiske resultater skal du vælge en synkroniseret visnings-/analysesoftware eller -platform, der tillader transskription og kodning af flere videoindhold samtidigt, f.eks. INTERACT (se materialetabellen).
    2. Indstil parametre, der gør det muligt at søge efter mønstre / sekvenser for at forfine observationsdata til forskningsspørgsmålene, fx individuelle blikadfærdsmålinger, hoved- og øjenbevægelse, håndbevægelse, ansigtsudtryk og taleadfærd.
    3. Hvis man planlægger at registrere fysiologiske målinger, skal man overveje en software (se materialetabel), der tillader integration af målte data fra andre erhvervelsessystemer.
    4. I analyseprocessen skal du ikke kun overveje varigheden af begivenheder, men også sekvensen, deres position i tid og hvordan de relaterer til hinanden.
  3. Udtræk af data
    1. Start med at downloade videoen fra alle kameraer (MP4-format). Indlæs dem i INTERACT. Segmenter videodataene til kodning og yderligere analyse. For dataekstraktion skal du markere videosektionerne manuelt og give dem koder.
      BEMÆRK: Formålet med segmentering og kodning er at levere datakategorier, så forskeren kan fremhæve og analysere forskellige måladfærd.
    2. Segmentering
      1. Ved at trykke på Kodeindstillinger kan du oprette et første niveau ved at opdele bloksektionerne i sociale og ikke-sociale forhold og hvileperiode. Opret et andet niveau ved at dividere deltagernes adfærdsdata sammen med sociale forhold (ansigtstegning). Juster dem ved hjælp af tidslinjen for lydudløseren. Markér manuelt starten og slutningen af hver betingelse. Definer kodningsskemaet efter retningslinjerne (trin 3.3.2.2.-3.3.2.6.).
      2. Sørg for, at kodningsskemaet sporer adfærdssignaler (varighed og mængde) for hvert ansigtstegningsafsnit (social tilstand) fra alle deltagere individuelt.
      3. Kode for objektrelateret opmærksomhedsdeltagers blik mod tegnepartneren.
        BEMÆRK: Blikadfærd har en dobbelt funktion: indsamling af information fra andre (kodning) samt kommunikation til andre (signalering)39,40.
      4. Kode for gensidigt blik (når begge partnere, der tegner hinanden, deler visuel kontakt).
        BEMÆRK: Nylige undersøgelser afslørede øget aktivitet i den forreste rostrale mediale præfrontale cortex (arMPFC) og dens kobling med den ringere frontale gyrus (IFG), når partnere etablerede gensidigt blik41.
      5. Kode for tilknyttet adfærd under blikadfærd (enkelt eller gensidig) såsom smilende, direkte tale, ansigtsudtryk og grin, hvilket indikerer højere opmærksomhed på tegnepartneren (supplerende figur 1).
      6. Transskribere og underopdele gruppedeltagernes blik adfærdsdata i kategorier. Opret interaktionskoder for hver deltager ved at mærke dem. Gør eksplicit måladfærd og tagnummer under kodning.
    3. Kodning og analyser
      BEMÆRK: En af forskerne skal påtage sig adfærdskodningsopgaven og analysen, da de let identificeres i videoen. Vær opmærksom på følgende:
      1. Udtrækningen af oplysningerne skal ske manuelt; Marker på tidslinjen for hver tilstand den observerede adfærd i henhold til kodningsskemaet. Markér varigheden af hver adfærd. Gør dette for hver deltager separat.
      2. Krydshenvis deltagernes tidslinjer for at se efter delt adfærd. Gå tilbage til videoobservationen for at analysere kvaliteten af delingen (supplerende figur 2).
      3. Brug eksportnøglen til at eksportere rådataene som en tekstfil eller tabelfil, så data kan sorteres langs tidslinjen, markeres, tælles og tableres.
        BEMÆRK: I denne protokol blev den sekventielle analysefunktion ikke brugt på grund af det lille antal kodede hændelsessekvenser42.
  4. Målepunkter for tegning
    BEMÆRK: Denne protokol bruger tegningsmålinger til at studere mulige sammenhænge mellem deltagernes blikadfærd og de anvendte psykologiske tests. Følgende kriterier blev fastlagt:
    1. Antal streger: Tæl manuelt antallet af tegnestreger, der er foretaget af hver deltager i hver ansigtstegningssektion.
    2. Linjekontinuitet: Underinddel kategorier af lange og korte linjer. Tæl deltagernes lange og korte linjer manuelt.
      BEMÆRK: Observationstegning er resultatet af direkte observation af et valgt virkeligt objekt. Nogle nylige undersøgelser fandt en sammenhæng mellem linjelængde og sporings- eller tegneopgaver. Sporing af opgavelinjer har tendens til at være længere end tegning af opgavelinjer43. Denne protokol forbinder sporing med memoriserede billeder, som individet har gjort stabile og bærer som tegningsreferencer i hans / hendes symbolske system18.
    3. Tegnemønstre: Relatere til individuelle tegnemønstre18 (figur 3).
      BEMÆRK: Denne protokol overvejer en binær klassifikation for tegningsmønster: 0, når deltageren er i observationstegningstilstand (dvs. når deltageren observerer sit tegneobjekt og kopierer det, han / hun ser); og 1, når tegningen afspejler interne stabile gemte billeder (når der er et mønster af gentagne former som øjne, mund og hår under hele tegningsforholdene).
    4. Overhold detaljer, herunder tælling af tegnede detaljer under eksperimentet (f.eks. rynker, pletter, øjenform og øjenbrynsstørrelse, blandt andre).
      BEMÆRK: Tegnede detaljer kan indikere større opmærksomhed på tegningsobjektet.
  5. Psykologiske tests
    1. Skærm for symptomer på angst og depression, opmærksomhedsunderskud / hyperaktivitetsforstyrrelse og sociale færdigheder, når du udfører gruppestudier. Brug gratis eller kommercielt tilgængelige vægte.
      BEMÆRK: Denne protokol foreslår at bruge følgende: Hospital Angst og Depression skala44; opgørelsen over sociale færdigheder45 (en opgørelse, der evaluerer individets repertoire af sociale færdigheder) og Adult Self-Report Scale (ASRS-18) til vurdering af opmærksomhedsunderskud / hyperaktivitetsforstyrrelse (ADHD) hos voksne46.

Figure 3
Figur 3: Eksempler på individuelle tegnemønstre. Klik her for at se en større version af denne figur.

4. fNIRS-opsætning og dataindsamling

  1. Hardware til dataindsamling
    1. Sørg for at bruge anskaffelseshardware til fNIRS-registreringerne. Optagelserne skal udføres af en kombination af systemer, der kan læses i samme optageprogram, i alt 16 kanaler.
      BEMÆRK: Dataindsamling blev udført ved hjælp af to kontinuerlige bølgesystemer (NIRSport, se materialetabel) til denne undersøgelse. Hvert udstyr har otte LED-belysningskilder, der udsender to bølgelængder af nær-infrarødt lys (760 nm og 850 nm) og otte optiske detektorer (7,91 Hz).
  2. konfiguration af fNIRS optodekanal
    1. Brug NIRSite-værktøjet til at lokalisere optoderne over PFC-regionerne (se materialetabel). Konfigurer fordelingen af optoder på hætterne på en måde, så kanalerne er placeret over interesseområderne på alle deltagernes hoveder.
    2. Opdel optoderne mellem de fire deltagere for samtidig erhvervelse af signaler.
      BEMÆRK: Hætterne skal have en konfiguration baseret på det internationale 10-20-system, og de anatomiske interesseområder omfatter den forreste del af den bilaterale præfrontale cortex. I denne protokol blev optodeplacering styret af fNIRS Optodes' Location Decider (fOLD) værktøjskasse47. ICBM 152-hovedmodellen (se materialetabellen) parcellation genererede montagen. Rekrutteringen af den præfrontale cortexregion i sociale interaktionsopgaver er blevet forklaret som et korrelat af adfærdskontrolprocesser, herunder selvregulering48. Figur 4 viser kildernes og detektorernes position.
  3. Forebyggelse af artefakter
    1. Fjern distraktorer fra det rum, hvor spillet finder sted.
    2. Rådgiv de frivillige til kun at flytte efter behov.
    3. Under eksperimentet skal du afbryde NIRSport-forstærkeren og den bærbare computer fra det elektriske netværk.
    4. Sluk alt andet udstyr, der fungerer i nærheden af det infrarøde spektrum, såsom klimaanlæg. Sluk for elektriske enheder, der findes i miljøet.
  4. Indstilling af fNIRS-apparatet
    1. Tidligere måles hjernens omkreds af de fire deltagere som følger: Mål afstandene mellem nasion og inion omkring hovedet for at bestemme hver deltagers capstørrelse. Brug altid en hætte af mindre størrelse i forhold til hovedets omkreds for at give optoderne mere stabilitet.
    2. På dagen for erhvervelsen skal du instruere deltagerne om at sidde på afføringen og derefter forklare den forventede proces med at placere hætten på hovedet.
    3. Monter kilderne og detektorerne på hætten i henhold til de forudbestemte indstillinger. Som et spørgsmål om organisation skal du følge mønsteret med at bruge optoderne 1 til 4 om emne 1, fra 5 til 8 om emne 2, fra 9 til 12 om emne 3 og fra 13 til 16 om emne 4.
    4. Sæt hætterne på deltagernes hoveder og placer dem, så den centrale midterlinje (Cz) er øverst på hovedet. For at kontrollere, om Cz er i den centrale position, skal du bekræfte, at den er placeret i halvdelen af afstanden mellem nasion og inion.
      1. Mål også afstanden mellem venstre og højre øre (Crus of Helix) over toppen af hovedet og Position Cz.
    5. Brug overcaps for at forhindre omgivende lys i at forstyrre dataindsamlingen.
    6. Tilslut optodernes ledninger til forstærkerne. Som et spørgsmål om organisation skal du følge mønsteret med at forbinde optoder 1 til 8 til NIRSport 1 og optoder 9 til 16 til NIRSport2.
    7. Tilslut både NIRSport 1 og 2 til computeren via et USB-kabel.
  5. Software til dataindsamling
    1. Efter opsætning af udstyret skal du aktivere en software til at hente fNIRS-dataene. I denne undersøgelse blev NIRStar-softwaren (se materialetabellen) brugt. På NIRStar skal du udføre følgende trin:
      1. Klik på Konfigurer hardware på menulinjen. Vælg indstillingen Tandemtilstand under fanen Hardwarespecifikation , så hyperscanningen kan udføres.
      2. På fanen Konfigurer hardware skal du vælge en montage blandt de foruddefinerede almindelige montager eller blandt de tilpassede montager og kontrollere indstillingerne i Kanalopsætning og Topolayout.
      3. Udfør en automatisk kalibrering ved at klikke på Kalibrer på displaypanelet. Signalkvalitetsindikatoren tillader verifikation af integriteten af de modtagne data. Vurder, om kvaliteten af dataene er tilstrækkelig til at starte erhvervelsen; Det vil sige, se om kanalerne signaleres som grønne eller gule.
        BEMÆRK: Hvis de rettede kanaler er repræsenteret i rødt eller hvidt, skal du fjerne dem fra hætten, kontrollere, at der ikke er hår, der forhindrer lyset i at nå hovedet, og rengør optoderne med en klud eller et håndklæde. Tilslut dem igen til hætten, og gentag kalibreringen.
      4. Når du er klar til at starte proceduren, skal du få en forhåndsvisning af, hvordan signalerne modtages ved at klikke på Preview. Start derefter med at optage signalerne på Optag.
      5. Åbn NIRStim, blokprogrammeringssoftwaren (se materialetabellen), og start præsentationen af de programmerede blokke. Markørerne skal registreres automatisk, og deres markering skal ses på fNIRS-dataindsamlingssoftwaren.
      6. Efter afslutningen af proceduren skal du stoppe optagelsen ved at klikke på Stop, lukke softwaren og kontrollere, om filen er gemt i den valgte mappe.
  6. fNIRS dataanalyse
    1. Forbehandle signalerne ved hjælp af NIRSLAB-software49 (se materialetabel). Følg nedenstående trin:
      1. Anvend et båndpastidsfilter (0,01-0,2 Hz) på råintensitetsdataene for at fjerne hjerte- og åndedrætsfrekvenser samt meget lavfrekvente svingninger.
      2. For signalkvalitetskontrol skal du bestemme ekskluderingskriterier for hver kanalforstærkning over otte og variationskoefficient over 7,5%.
      3. Beregn ændringerne i HbO2 og HHb ved at anvende den ændrede Beer-Lambert-lov med hele tidsserien som basislinje.
        BEMÆRK: I denne undersøgelse blev HbO2- og HHb-tidsserier segmenteret i blokke (sociale og ikke-sociale) og eksporteret som tekstfiler til efterfølgende analyse i R-platform8 til statistisk beregning (se materialetabel).
      4. Analyser separat de sociale og kontrolforhold. Konstruer en korrelationsmatrix for hver af de ni blokke af hver tilstand, så dens elementer svarer til korrelationen (Spearman) mellem hvert par forsøgspersoner i den evaluerede kanal. For den statistiske signifikans af korrelationerne mellem individer på tværs af opgaven skal du bruge t-test8 til et gennemsnit på en stikprøve, idet der overvejes et signifikansniveau på 5%.

Figure 4
Figur 4: Fordeling af optoder på emne 1-hætten. Bogstaverne S og D repræsenterer henholdsvis kilder og detektorer. S1 på AF7 koordinat af 10-20 systemet; S2 på AF3; S3 på AF8; S4 på AF4; D1 på FP1; D2 på F5; D3 på FP2; og D4 på F6. Kanalerne placeres i følgende konfiguration: kanal 1 mellem S1-D1; 2 mellem S1-D2; 3 mellem S2-D1; 4 mellem S2-D2; 5 mellem S3-D3; 6 mellem S3-D4; 7 mellem S4-D3; og 8 mellem S4-FD4. Klik her for at se en større version af denne figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Protokollen blev anvendt på en kvartet bestående af unge kvinder (24-27 år), alle studerende på postgraduate programmer (Hospital Israelita Albert Einstein, São Paulo, Brasilien), med kandidat- eller doktorgradsuddannelse. Alle deltagere var højrehåndede, og kun én rapporterede at have tidligere tegneerfaring. Ingen deltagere havde en rapporteret historie med neurologiske lidelser.

For skalaerne og psykologiske testresultater viste to deltagere (2 og 4) høje score for angst (17 og 15 mod referenceværdien på 9)44 og cutoff-værdien for depression (9)44. Alle deltageres skalaresultater for opmærksomhed og hyperaktivitet viste score under cutoff-værdierne

Deltagernes repertoire af sociale færdigheder blev også målt. Emner 2, 3 og 4 opnåede score højere end 70% (veludviklet repertoire af sociale færdigheder). Emne 1 præsenterede en score på 25% (relateret til et underskud i sociale færdigheder). Denne test analyserer også specifikke sociale færdigheder såsom F1, mestring og selvhævdelse med risiko; F2, selvhævdelse i at udtrykke positive følelser; F3, samtale og social opfindsomhed; F4, selveksponering for fremmede og nye situationer; og F5, selvkontrol og aggressivitet. For disse faktorer viste alle deltagere lave score for F1, F2 og F3 (1% til 3%) og høje score for F4 (20% til 65%) og F5 (65% til 100%).

fNIRs foreløbige resultater (figur 5) viste typisk hjerneaktivering for forsøgspersoner 1, 2 og 3 i både sociale og ikke-sociale tegningsforhold i begge kanaler placeret i venstre og højre halvkugle; Aktiveringsmønstrene var dog tydelige. Deltager 4 viste derimod atypisk hjerneaktivering.

Figure 5
Figur 5: Resultater af gruppegennemsnittet af fNIRS-data. (A) Blokgennemsnit af fNIRS-signaler over emne 1. Venstre og højre side kanaler vises separat i x-akser for begge betingelser (sociale og ikke-sociale). (B) Bloker gennemsnittet af fNIRS-signaler over emne 2. Venstre og højre side kanaler vises separat i x-akser for begge betingelser (sociale og ikke-sociale). (C) Bloker gennemsnittet af fNIRS-signaler over emne 3. Venstre og højre side kanaler vises separat i x-akser for begge betingelser (sociale og ikke-sociale). (D) Bloker gennemsnittet af fNIRS-signaler over emne 4. Venstre og højre side kanaler vises separat i x-akser for begge betingelser (sociale og ikke-sociale). Klik her for at se en større version af denne figur.

Oxyhemoglobinsignalet (figur 6) blev kun signifikant synkroniseret mellem forsøgspersoner under den sidste del af opgaven for begge forhold, social og kontrol (figur 6: mediankorrelation på 0,14; t-værdi = 1,77 og p-værdi = 0,046) og i samarbejdstegningsbetingelsen (mediankorrelation på 0,12; t-værdi = 2,39 og p-værdi = 0,028).

Figure 6
Figur 6: Boxplot af forsøgspersonernes hjerne (oxyhemoglobin) korrelationer gennem hele eksperimentet. Hver boks indeholder en vandret linje (der angiver medianen). Den øverste kant repræsenterer den 75. percentil og den nederste kant den 25. percentil. For fejlbjælker er boksplottet baseret på IQR-værdien på 1,5 over den tredje kvartil og under Q1 den nedre kvartil. Stjernen (*) angiver en statistisk signifikant forskel fra nul. Del 1 svarer til den første tredjedel af forsøgsblokken (bestående af C1, C2 og C3 - det første fulde kollaborative design - afbrudt af hvileperioder og den ikke-sociale designbetingelse); Del 2: C4-C6; Del 3: C7-C9. Klik her for at se en større version af denne figur.

Videoanalysen viste, at deltagerne kiggede på hinanden, mens de tegnede partnere og nogle gange delte deres blikke med hinanden. Som med mængden af totalt blik blev der observeret en større mængde synkront blik i de positioner, hvor partneren var i en frontal position. Fra midten til slutningen af eksperimentet faldt de synkrone blikke betydeligt, og i C9 forekom de ikke.

Med hensyn til tegningsanalyse rapporterede kun emne 3 at have tidligere tegneerfaring (et 6-årigt kursus). Emner 1, 2 og 4 havde lignende produktion i mængde og kontinuitet af slagtilfælde. Deltager 3 viste en tegnemåde med korte, ikke-kontinuerlige slag og et større antal samlede slag. Alle fire deltagere fastholdt tilsyneladende et konstant mønster af figurer i deres tegninger (tidligere tegnemønstre), selvom emne 3 og 4 gengav et større antal observerede detaljer. Selv når man tegnede forskellige partnere, var der øjen-, mund- og næsetegningsmønstre, som deltagerne gentog i den sociale tilstand. For deltageren med tidligere tegneerfaring blev der også observeret tidligere tegnemønstre (se 3.4.3.) (f.eks. øjenbryn og øjne).

Supplerende figur 1: Kodegrænseflade og video. Denne figur repræsenterer videokodifikation, segmentering, tidslinjen for begivenheder og kodningsskemaet. Klik her for at downloade denne fil.

Supplerende figur 2: Skæringspunkt mellem blik og tegneopgaver. Tilstand Hvile: hvileperiode på 20 s; Condition Draw: eksperimentets sociale tilstand (40 s); Tilstandsprikker: kontrolbetingelsen for tilslutning af prikker (40 s); Interaktionsblik 1: Emne 1 søger tegnepartner; Interaktionssamtale 1: Emne 1 taler; Interaktionskrop 2: Emne 2 bevæger hænder, skuldre og hoved i ikke-verbal kommunikation. Klik her for at downloade denne fil.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne undersøgelse havde til formål at skabe en protokol ved hjælp af hyperscanning på fire hjerner samtidigt under naturalistiske forhold. Det eksperimentelle paradigme brugte forskellige tegneopgaver og korrelationen mellem flere resultatmål, tegningsmålinger, adfærd og hjernesignaler. De kritiske skridt i denne protokol er overvejelsen af de udfordringer, der opstår som følge af dens høje kompleksitet og opretholdelsen af dens økologiske og naturalistiske forhold.

Videoobservation var nøglen til denne undersøgelse. Det tillod kodning og segmentering af ikke-verbal kommunikationsadfærd på en tidslinje50. Videoens kvalitative analyse tillod observation af blikadfærd i søgen efter tegn, der kunne indikere kodningsfunktionerne (indsamling af information fra den anden) og signalering (kommunikation med andre)39,40. Det hjalp også med at forfine observationsoplysningerne ved at fremhæve individuelle og gruppemønstre13. Kvantitative målinger af blik alene giver ikke forståelse for blikkets kvalitet. Blikket kan kun repræsentere en automatisk opførsel af gentagelse eller tænkning i den kognitive tilstand af sammenligning og strukturering18,19. Det lille antal hændelsessekvenser tillod imidlertid ikke denne undersøgelse at udføre sekventiel analyse og statistisk validering42. Resultaterne viste et signifikant fald i synkrone og asynkrone blikke i de sociale forhold fra midten til slutningen af eksperimentet. En af hypoteserne for denne adfærd kan være selve processen med visuel opfattelse og dannelsen af symbolske repræsentationer, der er forbundet med anerkendelsen af den anden49,51. Denne hypotese er i overensstemmelse med teorien om ansigt til ansigt observation tegning19 og med resultaterne af undersøgelser, der har forbundet længere observationstider for et objekt med vanskeligheder med at beslutte, hvad og hvordan man tegner52. En anden mulig hypotese er forbundet med erhvervelsen af visuel hukommelse af de objekter, der trækkes gennem den eksperimentelle opgave18,53. I resultaterne viste målene for blikadfærd en faldende mængde forbundet med tegnepartnerpositionen. I frontale tegningspositioner var mængden af asynkront og synkront blik større end under de forhold, hvor partneren var til siden. Dette resultat er i overensstemmelse med undersøgelser, der tyder på, at stimulusplacering påvirker visuel opfattelse54. Tilpasningen mellem opmærksomhedsfokus og saccadeadfærd synes at antyde en bestemt "automatisk" komponent til opmærksomhedsfokus med hensyn til nærhed og / eller at bevægelsesbegrænsningen fungerer som en distraktor55. Desuden har nyere undersøgelser vist, at interaktionsperspektivet kan ændre blikmønstre. Når deltagerne er involveret i en opgave, falder social opmærksomhed på andre; Dette tyder på, at mennesker i komplekse sociale miljøer ser mindre på hinanden, og informationsindsamling bruger ikke nødvendigvis direkte blik25. Forskelle i slagtilfælde, tegning og blikadfærd blev også observeret mellem deltagere, der havde og ikke havde tidligere tegneerfaring. Deltageren med tidligere tegneerfaring viste langt mindre mønstergentagelse end andre deltagere og et større antal tegnede detaljer. Antallet af tegnestreger var også højere, og denne tendens blev ledsaget af antallet af prikker, der blev fulgt i sporingsspillet og antallet af direkte blikke til partnere. Det lille antal deltagere gjorde det imidlertid ikke muligt at udføre den resulterende sekventielle dataanalyse og statistiske validering. Tegnepraksis indebærer konstante blikskift mellem figuren og papiret og brugen af visuel hukommelse56. Tidligere undersøgelser tyder på, at tegnepraktikere har lettere ved at kode visuelle former end ikke-praktikere57. Alligevel er resultaterne af undersøgelsen af Miall et al.52 foreslår også, at personer med tegnetræning modulerer deres opfattelse til oplevelsen af observation, mens forudgående viden (f.eks. stabile mentale billeder) synes at styre opfattelsen af ikke-praktiserende læger. Disse aspekter fortjener yderligere undersøgelse, især med hensyn til underliggende neurale netværk og forskelle i opmærksomhedsbehandling og blikadfærd25.

Mange udfordringer opstår ved at udføre hyperscanning på en firepersoners gruppe med fNIRS, især i betragtning af et dynamisk paradigme; Derfor blev ændringer og teknisk fejlfinding udført under raffinering af protokolmetoden. Den første udfordring var målhjerneområdets tilstrækkelighed med begrænsningen af antallet af optoder og vanskeligheden ved at håndtere signaloptagelseskalibrering af fNIRS. Denne protokol forudså undersøgelsen af to hjerneområder, det temporo-parietale kryds (TPJ) og den mediale præfrontale cortex (mPFC). Signaloptagelse af TPJ blev kasseret på grund af den ikke-kontrollerbare vanskelighed ved tætheden og farven på deltagernes hår58 versus antallet af hætter, der skal administreres samtidigt. Der var også stor bekymring for deltagernes komfort og tilgængelighed af tid. Den anden udfordring vedrører registreringen af eksperimentet. Oprindeligt forudså protokollen kun at bruge et 360 ° kamera placeret i midten af bordet til eksperimentet. Brugen af hjælpekameraer viste sig dog at være afgørende. En anden vanskelighed var at løse problemer med tegneteknik for at skabe en robust protokol. De fleste deltagere repræsenterede krop og tøj, områder, der ikke var forudset i spillets regler, på trods af den omhyggelige forklaring, herunder eksponering for tidligere tegnede eksempler. Nogle af deltagerne italesatte, at de havde svært ved at skildre figurernes størrelser og fortsatte tegningen, hvor den tidligere partner var stoppet på grund af proportionerne. Denne verbalisering er i overensstemmelse med resultaterne af undersøgelser, der tyder på, at visuel opfattelse reducerer virkningen af perspektiv og forårsager perceptuelle forvrængninger52. Andre tegneundersøgelser, der fokuserer på forholdet mellem visuel opfattelse og motoriske kommandoer, har også antydet, at forvrængninger på grund af flere faktorer griber ind i blik/hånd-processen20,43. Gowens studieparadigme43 brugte for eksempel to ekspertskuffer, den ene kopiering og den anden tegning fra hukommelsen. Deres resultater foreslog brugen af forskellige neurale strategier for hver tegneteknik. Kopiering synes at afhænge af sammenligninger, visuel feedback og tættere sporing af pennespidsen.

Bekymringer om teknikkens begrænsninger involverer også eksperimentets økologiske tilstand samt brugen af et samarbejdstegningsparadigme. En af dem vedrører deltagernes nærhed (på grund af fNIRS-ledninger og stabilitetsproblemer) og dens mulige interferens i blikforanstaltninger. Forskellige blikadfærdsmønstre kan produceres i sociale sammenhænge med tvungen nærhed (såsom elevatorsituationer)59. Ikke desto mindre blev synkrone blikke observeret, ansigtsudtryk og smil dukkede op gennem kvartetsamlingen, og de indikerer muligvis en følelse af engagement. Disse resultater stemmer overens med resultater fra eksperimenter, hvor "bottom-up" stimuli, såsom at se på den andens ansigt, provokerede skabelsen af fælles repræsentationer blandt deltagerne. Ikke-verbal kommunikation kan skyldes den konceptuelle tilpasning, der opstår i hele interaktionen4. Brug af tegneteknikker "i sig selv" er udfordrende, da de fleste mennesker holder op med at tegne i den realistiske fase (efter 11 eller 12 år). Opfattelsen af tegning som ikke udtryk for virkeligheden skaber frustration eller ubehag ved selvbedømmelse og følgelig modstand mod tegningshandlingen18. Ansigtstegning kan være endnu en faktor for ubehag. På trods af dette viste betingelsen om fælles tegning udført i 40 s sessioner sig effektiv for denne protokol. Da de blev spurgt om oplevelsen, reagerede alle deltagere positivt, lo og kommenterede de fælles portrætter. Den strukturerede form for den eksperimentelle opgave synes at have mindsket byrden ved individuel produktion og lettet interaktionen mellem deltagerne, som i Hass-Cohen et al.19.

Korrelationen mellem signaler eller synkronicitet af hjernesignaler forekom stærkest i den sidste del af eksperimentet for begge tilstande, sociale og ikke-sociale. Hypotesen var, at de sociale (samarbejdsdesign) og ikke-sociale (forbinder prikkerne) betingelser ville resultere i forskellige hjernesignalsynkroniciteter på forskellige tidspunkter i tidslinjen. I den ikke-sociale tilstand forventedes synkroniciteten at være resultatet af den kognitive korrespondance mellem opgaven, der var fælles for alle deltagere8. Selvom de ikke interagerede direkte, forventedes signalernes synkronicitet at forekomme tidligere i tidslinjen for eksperimentet 8,10,11,12. I den sociale tilstand forventedes derimod synkronicitet at forekomme senere på grund af en mulig social interaktion mellem forskellige ukendte individer med forskellige personlige strategier13,14,16,49.

Selvom mange faktorer kan bidrage til de foreløbige resultater, vedrører en mulig fortolkning af dem den tid, deltagerne havde brug for til at blive fortrolige med hinanden og opgaverne og endelig skabe en følelse af gruppe. Tegning i sig selv kan generere reaktivitet og angst gennem selvbedømmelse eller følelsen af at blive evalueret18. Tidligere undersøgelser har forbundet negative evalueringer med variation i gruppeinterpersonel hjernesynkronisering (IBS)17. Desuden kendes betydningen af nærhed mellem deltagerne i denne sammenhæng endnu ikke59. Alternativt kan fortroligheden erhvervet individuelt med opgaverne og med gruppen, omend sent, have genereret en kognitiv korrespondance af engagement, som et "automatisk" engagement, der opstod ud over forskellene mellem de to foreslåede opgaver. 60 Opgaverne synes at have fungeret i en blok. Derfor kan en længere hvileperiode muligvis resultere i forskellige hjernereaktioner ved at sikre nedsat hjernesignaler opfanget af fNIRS mellem tilstande. Et andet resultat, der kræver yderligere opmærksomhed, er det omvendte forhold mellem mængden af synkront og asynkront blik (som faldt gennem hele den eksperimentelle opgave) versus individuel hjerneaktivitet (som steg gennem hele den eksperimentelle opgave). En mulig fortolkning af dette resultat kan ligge i den høje kognitive efterspørgsel af den eksperimentelle opgave52, men vi kan ikke undlade at overveje de neurobiologiske processer, der er involveret i menneskelig empatisk binding1.

Denne protokol har en innovativ karakter, først ved at anvende tegneteknikker, der anvendes i kunstterapi til at provokere empatiske bånd mellem deltagerne; for det andet af den dynamiske karakter af den socialøkologiske situation; og for det tredje ved samtidig måling af fire hoveder ved hjælp af fNIRS hyperscanningsteknikken. Den tegning sociale tilstand fremmede øjenkontakt mellem deltagerne, hvilket gjorde det muligt for protokollen at undersøge, hvordan blikadfærd understøtter interpersonel interaktionsadfærd i naturalistiske situationer og de forskellige personlige strategier, der bruges til at genkende andre49. Det er også et lovende redskab til at undersøge, om blikadfærd faktisk er forbundet med opmærksomhedsprocessen18 og engagement mellem partnere61 under de samme betingelser. At relatere alle disse spørgsmål, især i et paradigme udført i en gruppe under naturalistiske forhold, er en udfordring for social neurovidenskab.

Mange faktorer kan have bidraget til disse foreløbige resultater. Alle disse forskellige variabler fortjener yderligere undersøgelse, og brugen af denne protokol kan give vigtige spor til bedre forståelse af gruppens sociale relationer i en naturalistisk sammenhæng.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Paulo Rodrigo Bazán har leveret freelance videnskabelig rådgivning til NIRx Medizintechnik GmbH og til Brain Support Corporation, som er distributør af NIRx Medizintechnik GmbH. De øvrige forfattere erklærer, at der ikke er nogen interessekonflikter med hensyn til forfatterskabet eller offentliggørelsen af denne artikel.

Acknowledgments

Forfatterne takker Instituto do Cérebro (InCe-IIEP) og Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) for denne studiestøtte. En særlig tak til José Belém de Oliveira Neto for den engelske korrekturlæsning af denne artikel.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Feldman, R. The neurobiology of human attachments. Trends in Cognitive Sciences. 21 (2), 80-99 (2017).
  2. Hove, M. J., Risen, J. L. It's all in the timing: Interpersonal synchrony increases affiliation. Social Cognition. 27 (6), 949-960 (2009).
  3. Long, M., Verbeke, W., Ein-Dor, T., Vrtička, P. A functional neuro-anatomical model of human attachment (NAMA): Insights from first- and second-person social neuroscience. Cortex. 126, 281-321 (2020).
  4. Redcay, E., Schilbach, L. Using second-person neuroscience to elucidate the mechanisms of social interaction. Nature Reviews Neuroscience. 20 (8), 495-505 (2019).
  5. Babiloni, F., Astolfi, L. Social neuroscience and hyperscanning techniques: Past, present and future. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 44, 76-93 (2014).
  6. Balardin, J. B., et al. Imaging brain function with functional near-infrared spectroscopy in unconstrained environments. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 1-7 (2017).
  7. Scholkmann, F., Holper, L., Wolf, U., Wolf, M. A new methodical approach in neuroscience: Assessing inter-personal brain coupling using functional near-infrared imaging (fNIRI) hyperscanning. Frontiers in Human Neuroscience. 7, 1-6 (2013).
  8. Brockington, G., et al. From the laboratory to the classroom: The potential of functional near-infrared spectroscopy in educational neuroscience. Frontiers in Psychology. 9, 1-7 (2018).
  9. Sonkusare, S., Breakspear, M., Guo, C. Naturalistic stimuli in neuroscience: Critically acclaimed. Trends in Cognitive Sciences. 23 (8), 699-714 (2019).
  10. Duan, L., et al. Cluster imaging of multi-brain networks (CIMBN): A general framework for hyperscanning and modeling a group of interacting brains. Frontiers in Neuroscience. 9, 1-8 (2015).
  11. Ikeda, S., et al. Steady beat sound facilitates both coordinated group walking and inter-subject neural synchrony. Frontiers in Human Neuroscience. 11 (147), 1-10 (2017).
  12. Liu, T., Duan, L., Dai, R., Pelowski, M., Zhu, C. Team-work, team-brain: Exploring synchrony and team interdependence in a nine-person drumming task via multiparticipant hyperscanning and inter-brain network topology with fNIRS. NeuroImage. 237, 118147 (2021).
  13. Jiang, J., et al. Leader emergence through interpersonal neural synchronization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 112 (14), 4274-4279 (2015).
  14. Nozawa, T., et al. Interpersonal frontopolar neural synchronization in group communication: An exploration toward fNIRS hyperscanning of natural interactions. Neuroimage. 133, 484-497 (2016).
  15. Dai, B., et al. Neural mechanisms for selectively tuning in to the target speaker in a naturalistic noisy situation. Nature Communications. 9 (1), 2405 (2018).
  16. Lu, K., Qiao, X., Hao, N. Praising or keeping silent on partner's ideas: Leading brainstorming in particular ways. Neuropsychologia. 124, 19-30 (2019).
  17. Lu, K., Hao, N. When do we fall in neural synchrony with others. Social Cognitive and Affective Neuroscience. 14 (3), 253-261 (2019).
  18. Edwards, B. Drawing on the Right Side of the Brain: The Definitive, 4th Edition. , Penguin Publishing Group. London, UK. (2012).
  19. Hass-Cohen, N., Findlay, J. C. Art Therapy & The Neuroscience of Relationship, Creativity, &Resiliency. Skills and Practices. , W.W. Norton & Company. New York, NY. (2015).
  20. Maekawa, L. N., de Angelis, M. A. A percepção figura-fundo em paciente com traumatismo crânio-encefálico. Arte-Reabilitação. , Memnon Edições Científicas. São Paulo, Brazil. 57-68 (2011).
  21. Babiloni, C., et al. Simultaneous recording of electroencephalographic data in musicians playing in ensemble. Cortex. 47 (9), 1082-1090 (2011).
  22. Babiloni, C., et al. Brains "in concert": Frontal oscillatory alpha rhythms and empathy in professional musicians. NeuroImage. 60 (1), 105-116 (2012).
  23. Müller, V., Lindenberger, U. Cardiac and respiratory patterns synchronize between persons during choir singing. PLoS ONE. 6 (9), 24893 (2011).
  24. Greco, A., et al. EEG Hyperconnectivity Study on Saxophone Quartet Playing in Ensemble. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2018, 1015-1018 (2018).
  25. Osborne-Crowley, K. Social Cognition in the real world: Reconnecting the study of social cognition with social reality. Review of General Psychology. 24 (2), 144-158 (2020).
  26. Kantrowitz, A., Brew, A., Fava, M. Proceedings of an interdisciplinary symposium on drawing, cognition and education. , Teachers College Columbia University. New York, NY. 95-102 (2012).
  27. Petersen, C. S., Wainer, R. Terapias Cognitivo-Comportamentais para Crianças e Adolescentes. , Ciência e Arte. Artmed. Brazil. (2011).
  28. Sheng, L., Yang, G., Pan, Q., Xia, C., Zhao, L. Synthetic house-tree-person drawing test: A new method for screening anxiety in cancer patients. Journal of Oncology. 2019, 5062394 (2019).
  29. Li, C. Y., Chen, T. J., Helfrich, C., Pan, A. W. The development of a scoring system for the kinetic house-tree-person drawing test. Hong Kong Journal of Occupational Therapy. 21 (2), 72-79 (2011).
  30. Ferreira Barros Klumpp, C., Vilar, M., Pereira, M., Siqueirade de Andrade, M. Estudos de fidedignidade para o desenho da família cinética. Revista Avaliação Psicológica. 19 (1), 48-55 (2020).
  31. Adams, E. Drawing to learn learning to draw. TEA: Thinking Expression Action. , https://www.nsead.org/files/f7246b7608216d52696dc3ed81256213.pdf (2013).
  32. Bernardo, P. P. A Prática da Arteterapia. Correlações entre temas e recursos. Vol 1. , Arteterapia. São Paulo, Brazil. (2008).
  33. Staback, D. DRAWN: Exploring Interaction Through Drawing as Collaborative Play. , Available from: gamelab.mit.edu/wp/wp-content/uploads/2016/08/Staback-Drawn-report.pdf (2016).
  34. Cheng, X., Li, X., Hu, Y. Synchronous brain activity during cooperative exchange depends on gender of partner: AfNIRS-based hyperscanning study. Human Brain Mapping. 36 (6), 2039-2048 (2015).
  35. Baker, J., et al. Sex differences in neural and behavioral signatures of cooperation revealed by fNIRS hyperscanning. Scientific Reports. 6, 1-11 (2016).
  36. Bowie, C. R., Harvey, P. D. Administration and interpretation of the Trail Making Test. Nature Protocols. 1 (5), 2277-2281 (2006).
  37. Valenzuela, M. J., Sachdev, P. Brain reserve and dementia: A systematic review. Psychological Medicine. 4 (36), 441-454 (2006).
  38. Johnson, D. K., Storandt, M., Morris, J. C., Galvin, J. E. Longitudinal study of the transition from healthy aging to Alzheimer disease. Archives of Neurology. 66 (10), 1254-1259 (2009).
  39. Risco, E., Richardson, D. C., Kingstone, A. The dual function of gaze. Current Directions in Psychological Science. 25 (1), 70-74 (2016).
  40. Capozzi, F., et al. Tracking the Leader: Gaze Behavior in Group Interactions. iScience. 16, 242-249 (2019).
  41. Cavallo, A., et al. When gaze opens the channel for communication: Integrative role of IFG and MPFC. NeuroImage. 119, 63-69 (2015).
  42. Kauffeld, S., Meyers, R. A. Complaint and solution-oriented circles: Interaction patterns in work group discussions. European Journal of Work and Organizational Psychology. 18 (3), 267-294 (2009).
  43. Gowen, E., Miall, R. C. Eye-hand interactions in tracing and drawing tasks. Human Movement Science. 25 (4-5), 568-585 (2006).
  44. Marcolino, J., Suzuki, F., Alli, L., Gozzani, J., Mathias, L. Medida da ansiedade e da depressão em pacientes no pré-operatório. Estudo comparativo. Revista Brasileira Anestesiologia. 57 (2), 157-166 (2007).
  45. del Prette, Z., del Prette, A. Inventario de Habilidades Sociais. del Prette, Z., del Prette, A. , Casa do Psicólogo. Brazil. (2009).
  46. Mattos, P., et al. Artigo Original: Adaptação transcultural para o português da escala Adult Self-Report Scale para avaliação do transtorno de déficit de atenção/hiperatividade (TDAH) em adultos. Revista de Psiquiatria Clinica. 33 (4), 188-194 (2006).
  47. Zimeo Morais, G. A., Balardin, J. B., Sato, J. R. fNIRS Optodes' Location Decider (fOLD): A toolbox for probe arrangement guided by brain regions-of-interest. Scientific Reports. 8 (1), 3341 (2018).
  48. Davidson, R. J. What does the prefrontal cortex "do" in affect: Perspectives on frontal EEG asymmetry research. Biological Psychology. 67 (1-2), 219-233 (2004).
  49. Hessels, R. S. How does gaze to faces support face-to-face interaction? A review and perspective. Psychonomic Bulletin and Review. 27 (5), 856-881 (2020).
  50. Mangold, P. Discover the invisible through tool-supported scientific observation: A best practice guide to video-supported behavior observation. Mindful Evolution. Conference Proceedings. , Klinkhardt. Bad Heilbrunn, Germany. (2018).
  51. Kandel, E. R. The Age of Insight. The quest to understand the unconscious in art, mind and brain from Vienna 1900 to the present. , Random House Publishing Group. New York, NY. (2012).
  52. Miall, R. C., Nam, S. H., Tchalenko, J. The influence of stimulus format on drawing-A functional imaging study of decision making in portrait drawing. Neuroimage. 102, 608-619 (2014).
  53. Gombrich, E. H. Art and Illusion: A study in the psychology of pictorial representation. 6th ed. , Phaidon. New York, NY. (2002).
  54. Kirsch, W., Kunde, W. The size of attentional focus modulates the perception of object location. Vision Research. 179, 1-8 (2021).
  55. Deubel, H., Schneidert, W. X. Saccade target selection and object recognition: Evidence for a common attentional mechanism. Vision Research. 36 (12), 1827-1837 (1996).
  56. Tchalenko, J. Eye movements in drawing simple lines. Perception. 36 (8), 1152-1167 (2007).
  57. Perdreau, F., Cavanagh, P. The artist's advantage: Better integration of object information across eye movements. iPerceptions. 4 (6), 380-395 (2013).
  58. Quaresima, V., Bisconti, S., Ferrari, M. A brief review on the use of functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) for language imaging studies in human newborns and adults. Brain and Language. 121 (2), 79-89 (2012).
  59. Holleman, G. A., Hessels, R. S., Kemner, C., Hooge, I. T. Implying social interaction and its influence on gaze behavior to the eyes. PLoS One. 15 (2), 0229203 (2020).
  60. Dikker, S., et al. Brain-to-brain synchrony tracks real-world dynamic group interactions in the classroom. Current Biology. 27 (9), 1375-1380 (2017).
  61. Gangopadhyay, N., Schilbach, L. Seeing minds: A neurophilosophical investigation of the role of perception-action coupling in social perception. Social Neuroscience. 7 (4), 410-423 (2012).

Tags

Neurovidenskab udgave 186
Gruppesynkronisering under samarbejdstegning ved hjælp af funktionel nær-infrarød spektroskopi
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Gonçalves da Cruz Monteiro, V., … More

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

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

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

Waiting X
Simple Hit Counter