Gruppensynchronisierung während des kollaborativen Zeichnens mit funktioneller Nahinfrarotspektroskopie
Summary
Das vorliegende Protokoll kombiniert funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) und videobasierte Beobachtung, um die interpersonelle Synchronisation in Quartetten während einer kollaborativen Zeichenaufgabe zu messen.
Abstract
Die funktionelle Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) ist eine nicht-invasive Methode, die sich besonders für die Messung der Aktivierung der Großhirnrinde bei mehreren Probanden eignet und für die Untersuchung zwischenmenschlicher Interaktionen in der Gruppe in ökologischen Umgebungen relevant ist. Obwohl viele fNIRS-Systeme technisch die Möglichkeit bieten, mehr als zwei Personen gleichzeitig zu überwachen, ist die Etablierung einfach zu implementierender Setup-Verfahren und zuverlässiger Paradigmen zur Verfolgung von hämodynamischen und Verhaltensreaktionen in der Gruppeninteraktion immer noch erforderlich. Das vorliegende Protokoll kombiniert fNIRS und videobasierte Beobachtung, um die interpersonelle Synchronisation in Quartetten während einer kooperativen Aufgabe zu messen. Dieses Protokoll enthält praktische Empfehlungen für die Datenerfassung und das Paradigmendesign sowie Leitprinzipien für ein anschauliches Beispiel für die Datenanalyse. Das Verfahren wurde entwickelt, um Unterschiede in den zwischenmenschlichen Reaktionen des Gehirns und des Verhaltens zwischen sozialen und nicht-sozialen Bedingungen zu bewerten, die von einer bekannten Eisbrecheraktivität, der Collaborative Face Drawing Task, inspiriert wurden. Die beschriebenen Verfahren können zukünftige Studien leiten, um die naturalistischen sozialen Interaktionsaktivitäten der Gruppe an die fNIRS-Umgebung anzupassen.
Introduction
Zwischenmenschliches Interaktionsverhalten ist ein wichtiger Bestandteil des Prozesses der Verbindung und Schaffung empathischer Bindungen. Frühere Forschungen deuten darauf hin, dass sich dieses Verhalten im Auftreten von Synchronizität ausdrücken kann, wenn biologische und Verhaltenssignale während des sozialen Kontakts übereinstimmen. Es gibt Hinweise darauf, dass Synchronizität zwischen Menschen auftreten kann, die zum ersten Mal interagieren 1,2,3. Die meisten Studien über soziale Interaktionen und die ihnen zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen verwenden einen Single-Person- oder Second-Person-Ansatz2,4, und es ist wenig darüber bekannt, wie dieses Wissen auf die soziale Dynamik von Gruppen übertragen werden kann. Die Auswertung zwischenmenschlicher Reaktionen in Gruppen von drei oder mehr Personen ist immer noch eine Herausforderung für die wissenschaftliche Forschung. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, die komplexe Umwelt sozialer Interaktionen im Alltag des Menschen unter naturalistischen Bedingungen ins Labor zu bringen5.
In diesem Zusammenhang ist die Technik der funktionellen Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) ein vielversprechendes Werkzeug, um die Beziehungen zwischen zwischenmenschlicher Interaktion in naturalistischen Kontexten und ihren Gehirnkorrelationen zu bewerten. Sie weist im Vergleich zur funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) weniger Einschränkungen in der Mobilität der Teilnehmer auf und ist widerstandsfähig gegen Bewegungsartefakte 6,7. Die fNIRS-Technik funktioniert durch die Bewertung hämodynamischer Effekte als Reaktion auf die Gehirnaktivierung (Veränderungen der Blutkonzentration von sauerstoffreichem und sauerstoffarmem Hämoglobin). Diese Variationen können durch die Menge der Diffusion von Infrarotlicht durch das Kopfhautgewebe gemessen werden. Frühere Studien haben die Flexibilität und Robustheit der Technik in ökologischen Hyperscanning-Experimenten und das Potenzial zur Erweiterung des Wissens in den angewandten Neurowissenschaften gezeigt 6,8.
Die Wahl einer experimentellen Aufgabe zur naturalistischen Erfassung der neuronalen Korrelate sozialer Interaktionsprozesse in Gruppen ist ein entscheidender Schritt in der Annäherung an angewandte neurowissenschaftliche Studien9. Einige Beispiele, die bereits in der Literatur mit der Verwendung von fNIRS in Gruppenparadigmen berichtet wurden, sind Musikperformance 10, 11, 12, Interaktion im Klassenzimmer8 und Kommunikation 13, 14, 15, 16, 17.
Einer der Aspekte, die in früheren Studien noch nicht untersucht wurden, ist die Verwendung von Zeichenspielen, deren Hauptmerkmal die Manipulation empathischer Komponenten zur Beurteilung der sozialen Interaktion ist. In diesem Zusammenhang ist eines der Spiele, die häufig verwendet werden, um soziale Interaktion in der Dynamik zwischen Fremden zu induzieren, das kollaborative Zeichenspiel18,19. In diesem Spiel werden Blätter in gleiche Teile geteilt und die Gruppenteilnehmer werden aufgefordert, gemeinsame Selbstporträts aller Mitglieder zu zeichnen. Am Ende lässt jedes Mitglied sein Porträt in Zusammenarbeit von mehreren Händen zeichnen.
Ziel ist es, eine schnelle Integration unter Fremden zu fördern, die durch die visuelle Aufmerksamkeit auf die Gesichter der Gruppenpartner gelenkt wird. Es kann aufgrund seiner Fähigkeit, Neugier und daraus resultierende empathische Prozesse unter den Mitgliedern zu unterstützen, als “eisbrechende” Aktivität angesehen werden19.
Einer der Vorteile der Verwendung von Zeichenaufgaben ist ihre Einfachheit und Leichtigkeit der Reproduktion20. Sie erfordern auch keine spezifische technische Ausbildung oder Fähigkeiten, wie in den Studien mit den musikalischen Aufführungsparadigmen 21,22,23,24 zu sehen ist. Diese Einfachheit ermöglicht auch die Wahl eines naturalistischeren Stimulus in einem sozialen Kontext 4,9,25.
Abgesehen davon, dass die Zeichnung ein Instrument zur Induktion von sozialem Verhalten in Gruppen ist, wird sie auch als Werkzeug zur psychologischen Bewertung angesehen26. Einige grafisch-projektive psychologische Tests, wie z.B. House-Tree-Person (HTP)27,28,29, Human Figure Drawing – Sisto Scale 27 und Kinetic Family Drawing30, werden komplementär für qualitative und quantitative Diagnosen verwendet. Ihre Ergebnisse drücken in der Regel unbewusste Prozesse aus, die Hinweise auf das symbolische System des Individuums und damit auf seine Interpretationen der Welt, Erfahrungen, Neigungen usw. geben.
Die Praxis des Zeichnens regt zum Nachdenken an und hilft, einen Sinn für Erfahrungen und Dinge zu schaffen, indem sie Empfindungen, Gefühle, Gedanken und Handlungen hinzufügt31. Es gibt Hinweise darauf, wie diese Lebenserfahrungen wahrzunehmen und zu verarbeitensind 26. Das Zeichnen verwendet visuelle Codes, um Gedanken oder Gefühle zu verstehen und zu kommunizieren, sie für Manipulationen zugänglich zu machen und so die Möglichkeit für neue Ideen und Lesarten zu schaffen31.
In der Kunsttherapie ist das Zeichnen ein Werkzeug, um an Aufmerksamkeit, Gedächtnis und Organisation von Gedanken und Gefühlen zu arbeiten32, und es kann als Mittel verwendet werden, um soziale Interaktion zu erzeugen33.
Diese Studie zielte darauf ab, ein naturalistisches experimentelles Protokoll zu entwickeln, um vaskuläre und verhaltensbezogene Gehirnreaktionen während der zwischenmenschlichen Interaktion in Quartetten unter Verwendung einer kollaborativen Zeichendynamik zu bewerten. In diesem Protokoll wird die Auswertung der Gehirnreaktionen des Quartetts (individuell und die Synchronizität zwischen den Partnern) und der möglichen Ergebnismaße, wie z.B. Verhaltensmaße (Zeichen- und Blickverhalten) vorgeschlagen. Ziel ist es, mehr Informationen über die sozialen Neurowissenschaften bereitzustellen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Diese Studie zielte darauf ab, ein Protokoll zu erstellen, das Hyperscanning an vier Gehirnen gleichzeitig unter naturalistischen Bedingungen verwendet. Das experimentelle Paradigma verwendete verschiedene Zeichenaufgaben und die Korrelation mehrerer Ergebnismaße, Zeichnungsmetriken, Verhaltensweisen und Gehirnsignale. Die entscheidenden Schritte innerhalb dieses Protokolls sind die Berücksichtigung der Herausforderungen, die sich aus seiner hohen Komplexität ergeben, und die Aufrechterhaltung seiner ökologischen und…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken dem Instituto do Cérebro (InCe-IIEP) und dem Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE) für die Unterstützung der Studie. Besonderer Dank geht an José Belém de Oliveira Neto für das englische Korrekturlesen dieses Artikels.
Materials
| 2 NIRSport | NIRx Medizintechnik GmbH, Germany | Nirsport 88 | The equipment belong to InCe ( Instituto do Cérebro – Hospital Israelita Albert Einstein). two continuous-wave systems (NIRSport8x8, NIRx Medical Technologies, Glen Head, NY, USA) with eight LED illumination sources emitting two wavelengths of near-infrared light (760 and 850 nm) and eight optical detectors each. 7.91 Hz. Data were acquired with the NIRStar software version 15.2 (NIRx Medical Technologies, Glen Head, New York) at a sampling rate of 3.472222. |
| 4 fNIRS caps | NIRx Medizintechnik GmbH, Germany | The blackcaps used in the recordings had a configuration based on the international 10-20 | |
| Câmera 360° – Kodak Pix Pro SP360 | Kodak | Kodak PixPro: https://kodakpixpro.com/cameras/360-vr/sp360 | |
| Cameras de suporte – Iphone 8 | Apple | Iphone 8 | Supporting Camera |
| fOLD toolbox (fNIRS Optodes’ Location Decider) | Zimeo Morais, G.A., Balardin, J.B. & Sato, J.R. fNIRS Optodes’ Location Decider (fOLD): a toolbox for probe arrangement guided by brain regions-of-interest. Scientific Reports. 8, 3341 (2018). https://doi.org/10.1038/s41598-018-21716-z | Version 2.2 (https://github.com/nirx/fOLD-public) | Optodes placement was guided by the fOLD toolbox (fNIRS Optodes’ Location Decider, which allows placement of sources and detectors in the international 10–10 system to maximally cover anatomical regions of interest according to several parcellation atlases. The ICBM 152 head model parcellation was used to generate the montage, which was designed to provide coverage of the most anterior portion of the bilateral prefrontal cortex |
| Notebook Microsoft Surface | Microsoft | Notebook receiver of the fNIRS signals | |
| R platform for statistical computing | https://www.r-project.org | R version 4.2.0 | R is a free software environment for statistical computing and graphics. It compiles and runs on a wide variety of UNIX platforms, Windows and MacOS |
| REDCap | REDCap is supported in part by the National Institutes of Health (NIH/NCATS UL1 TR000445) | REDCap is a secure web application for building and managing online surveys and databases. | |
| software Mangold Interact | Mangold International GmbH, Ed. | interact 5.0 | Mangold: https://www.mangold-international.com/en/products/software/behavior-research-with-mangold-interact.html. Allows analysis of videos for behavioral outcomes and of autonomic monitoring for emotionally driven physiological changes (may require additional software, such as DataView). Allow the use of different camera types simultaneously and hundreds of variations of coding methods. |
| software NIRSite | NIRx Medizintechnik GmbH, Germany | NIRSite 2.0 | For creating the montage and help optode placement and location in the blackcaps. |
| software nirsLAB-2014 | NIRx Medizintechnik GmbH, Germany | nirsLAB 2014 | fNIRS Data Processing |
| software NIRStar | NIRx Medizintechnik GmbH, Germany | version 15.2 | for fNIRS data aquisition: NIRStar software version 15.2 at a sampling rate of 3.472222 |
| software NIRStim | NIRx Medizintechnik GmbH, Germany | For creation and organization of paradigm blocks |
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