कार्यात्मक निकट अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ Hyperscanning प्रयोगों का आयोजन
Summary
वर्तमान प्रोटोकॉल का वर्णन कैसे fNIRS hyperscanning प्रयोगों का संचालन करने के लिए और मस्तिष्क के लिए मस्तिष्क synchrony का विश्लेषण. इसके अलावा, हम चुनौतियों और संभावित समाधान पर चर्चा ।
Abstract
दो या अधिक बातचीत व्यक्तियों, एक दृष्टिकोण hyperscanning के समवर्ती मस्तिष्क रिकॉर्डिंग, सामाजिक संपर्क के neurobiological आधार की हमारी समझ के लिए बढ़ती महत्व प्राप्त कर रहे हैं, और संभवतः पारस्परिक संबंधों . कार्यात्मक निकट अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (fNIRS) hyperscanning प्रयोगों के संचालन के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है क्योंकि यह एक उच्च नमूना दर के साथ स्थानीय hemodynamic प्रभाव उपायों और, महत्वपूर्ण बात, यह प्राकृतिक सेटिंग्स में लागू किया जा सकता है, सख्त गति की आवश्यकता नहीं प्रतिबंध. इस लेख में, हम पैरेंट-चाइल्ड dyads के साथ fNIRS hyperscanning प्रयोगों के संचालन के लिए और ब्रेन-टू-ब्रेन synchrony का विश्लेषण करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं । इसके अलावा, हम महत्वपूर्ण मुद्दों और भविष्य के निर्देशों पर चर्चा, प्रयोगात्मक डिजाइन के बारे में, fNIRS चैनलों के स्थानिक पंजीकरण, शारीरिक प्रभावों और डेटा विश्लेषण तरीकों । वर्णित प्रोटोकॉल पैरेंट-चाइल्ड dyads के लिए विशिष्ट नहीं है, लेकिन विभिन्न dyadic नक्षत्रों जैसे वयस्क अजनबियों, रोमांटिक साझेदारों या भाई-बहनों के लिए कई प्रकार से लागू किया जा सकता है. समाप्त करने के लिए, fNIRS hyperscanning क्षमता के लिए चल रहे सामाजिक संपर्क है, जो संभवतः क्या व्यक्तिगत दिमाग की गतिविधियों की जांच द्वारा अध्ययन किया जा सकता है परे जाने की गतिशीलता में नए अंतर्दृष्टि उपज है ।
Introduction
हाल के वर्षों में, neuroscientists दो या अधिक व्यक्तियों के मस्तिष्क की गतिविधियों को एक साथ रिकॉर्डिंग द्वारा सामाजिक बातचीत का अध्ययन करने के लिए शुरू कर दिया है, एक दृष्टिकोण hyperscanning1शब्द । यह तकनीक इन इंटरैक्शन को अंतर्निहित neurobiological तंत्रों को स्पष्ट करने के नए अवसर खोलती है. पूरी तरह से सामाजिक बातचीत को समझने के लिए, यह अलगाव में एक दिमाग का अध्ययन करने के लिए पर्याप्त नहीं हो सकता है बल्कि2व्यक्तियों बातचीत के दिमाग की संयुक्त गतिविधियों । विभिंन neuroimaging तकनीकों का प्रयोग, hyperscanning अध्ययन से पता चला है कि व्यक्तियों या समूहों के बातचीत के मस्तिष्क की गतिविधियों को सिंक्रनाइज़, उदाहरणके लिए, जबकि वे अपने कार्यों में समंवय3, संगीत4,5संचार करना, कक्षा6 गतिविधियों में संलग्न या7सहयोग ।
लेख कार्यात्मक निकट अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी (fNIRS) के साथ एक साथ रिकॉर्डिंग के संचालन के लिए एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है । कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) के समान, fNIRS मस्तिष्क सक्रियण के लिए hemodynamic प्रतिक्रिया के उपाय । oxygenated और deoxygenated हीमोग्लोबिन में परिवर्तन (ऑक्सी-एचबी और deoxy-एचबी) के आधार पर ऊतक8के माध्यम से diffusively संचरित के पास अवरक्त प्रकाश की मात्रा की गणना कर रहे हैं । fNIRS अच्छी तरह से hyperscanning प्रयोगों के संचालन के लिए अनुकूल है, विशेष रूप से बच्चों के साथ, क्योंकि यह कम विवश और fMRI से अधिक प्राकृतिक सेटिंग्स में लागू किया जा सकता है । इसके अलावा, यह दोनों, fMRI और ईईजी9से आंदोलन कलाकृतियों की संभावना कम है । इसके अलावा, fNIRS डेटा उच्च नमूना आवृत्तियों (जैसे, 10 हर्ट्ज) पर प्राप्त किया जा सकता है, इस प्रकार यह अत्यधिक अपेक्षाकृत धीमी hemodynamic प्रतिक्रिया का नमूना है और इस तरह संभावित मस्तिष्क के एक अधिक पूर्ण लौकिक तस्वीर प्रदान करता है hemodynamics10 .
इस प्रोटोकॉल Reindl एट अल के अध्ययन के भीतर विकसित किया गया था । 11 और थोड़ा संशोधित किया गया है (विशेष रूप से चैनल स्थान और बुरा चैनल की पहचान के संबंध में) अधिक हाल ही में । अध्ययन के उद्देश्य के लिए माता पिता के सिंक्रनाइज़ मस्तिष्क गतिविधि-बाल dyads की जांच की थी । fNIRS hyperscanning का प्रयोग, हम बच्चों की ललाट मस्तिष्क क्षेत्रों में मस्तिष्क को मस्तिष्क synchrony (पांच से नौ साल की आयु वर्ग) और उनके माता पिता, ज्यादातर माताओं, एक सहकारी और एक प्रतियोगी कंप्यूटर कार्य के दौरान का आकलन किया । वे पिछले hyperscanning अध्ययन1में सामाजिक इंटरैक्टिव प्रक्रियाओं के लिए महत्वपूर्ण क्षेत्रों के रूप में पहचान की गई थी के रूप में आकडे मस्तिष्क क्षेत्रों को लक्षित किया गया. सहकारी और प्रतिस्पर्धी कार्य मूलतः कुई एट अल द्वारा विकसित किए गए थे । 12 और हाल ही में कई पिछले अध्ययन13,14,15द्वारा नियोजित । Reindl एट अल के अध्ययन के लिए । 11, बच्चों के लिए उपयुक्त होने के लिए कार्य संशोधित किए गए । प्रतिभागियों को या तो एक लक्ष्य (सहयोग) के जवाब में बटन प्रेस के माध्यम से संयुक्त रूप से जवाब देने के लिए या अंय खिलाड़ी (प्रतियोगिता) की तुलना में तेजी से जवाब निर्देश दिए गए । प्रत्येक बच्चे को एक बार माता पिता के साथ और एक बार माता पिता के रूप में एक ही लिंग के एक वयस्क अजनबी के साथ प्रत्येक कार्य प्रदर्शन किया । प्रत्येक बच्चे के भीतर-वयस्क dyad, तरंगिका जुटना मस्तिष्क को मस्तिष्क synchrony के एक उपाय के रूप में इसी चैनल के ऑक्सी-एचबी संकेतों के लिए गणना की गई थी ।
इस प्रोटोकॉल के लिए सहकारी और प्रतिस्पर्धी खेल के दौरान माता पिता और बच्चे के fNIRS hyperscanning डेटा इकट्ठा प्रक्रियाओं का वर्णन । समग्र प्रक्रिया, तथापि, इस अनुसंधान डिजाइन करने के लिए विशिष्ट नहीं है, लेकिन अलग आबादियों के लिए उपयुक्त है (जैसे, वयस्क अजनबियों, रोमांटिक भागीदारों, भाई बहन, आदि) और विभिंन प्रयोगात्मक कार्यों की एक संख्या के लिए अनुकूलित किया जा सकता है । इस प्रोटोकॉल भी एक संभव विश्लेषणात्मक प्रक्रिया है, जो आवश्यक और वैकल्पिक डेटा fNIRSing डेटा, गलत चैनल का पता लगाने, तरंगिका जुटना विश्लेषण और सत्यापन द्वारा यादृच्छिक जोड़ी विश्लेषण सहित डाटा विश्लेषण कदम, कवर रूपरेखा ।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रोटोकॉल में, हम एक साथ दो विषयों के ललाट मस्तिष्क क्षेत्रों में ऑक्सी-एचबी और deoxy-एचबी के एकाग्रता परिवर्तन को मापने, मस्तिष्क से मस्तिष्क synchrony का विश्लेषण करने के लिए कैसे fNIRS hyperscanning प्रयोगों और एक संभ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम जर्मन संघीय राज्य और सरकारों की उत्कृष्टता पहल द्वारा वित्त पोषित किया गया (ERS बीज कोष, OPSF449) । हिताची NIRS सिस्टम को जर्मन रिसर्च फाउंडेशन DFG (948/18-1 FUGG) की फंडिंग से सपोर्ट मिला ।
Materials
| NIRS measurement system with probe sets and probe holder grids | Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Japan | ETG-4000 Optical Topography System | The current study protocol requires an optional second adult probe set for 52 channels of measurement in total as well as two 3×5 probe holder grids. |
| raw EEG caps | EASYCAP GmbH, Herrsching, Germany | C-SCMS-56; C-SCMS-58 | Caps must be provided with holes for NIRS probes by the experimenter. Choose cap size the same size or slightly larger than participant's head circumference. |
| Technical computing software | The MathWorks, Inc., Natick, MA | MATLAB R2014a (or later versions) | Serves as base for Psychophysics Toolbox extensions (stimulus presentation), SPM for fNIRS toolbox (fNIRS data analysis), and ASToolbox (WTC computation). |
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