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Neuroscience

기능적 근적외선 분광법을 사용한 협업 드로잉 중 그룹 동기화

Published: August 05, 2022
doi:
10.3791/63675
, , , ,
1Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE)

Summary

본 프로토콜은 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)과 비디오 기반 관찰을 결합하여 협업 드로잉 작업 중 사중주에서 대인 관계 동기화를 측정합니다.

Abstract

기능적 근적외선 분광법 (fNIRS)은 생태 학적 환경에서 그룹 대인 관계 상호 작용을 연구하는 것과 관련된 여러 피험자의 대뇌 피질 활성화를 측정하는 데 특히 적합한 비 침습적 방법입니다. 많은 fNIRS 시스템이 기술적으로 두 명 이상의 개인을 동시에 모니터링할 수 있는 가능성을 제공하지만, 그룹 상호 작용에서 혈역학 및 행동 반응을 추적하기 위한 구현하기 쉬운 설정 절차와 신뢰할 수 있는 패러다임을 확립하는 것이 여전히 필요합니다. 본 프로토콜은 fNIRS와 비디오 기반 관찰을 결합하여 협력 작업 중 사중주에서 대인 관계 동기화를 측정합니다. 이 프로토콜은 데이터 수집 및 패러다임 설계에 대한 실용적인 권장 사항과 예시적인 데이터 분석 예제에 대한 지침 원칙을 제공합니다. 이 절차는 잘 알려진 쇄빙선 활동인 협업 얼굴 그리기 작업에서 영감을 받은 사회적 조건과 비사회적 조건 사이의 뇌 및 행동 대인 관계 반응의 차이를 평가하도록 설계되었습니다. 설명된 절차는 그룹 자연주의적 사회적 상호작용 활동을 fNIRS 환경에 적응시키기 위한 향후 연구를 안내할 수 있습니다.

Introduction

대인 관계 상호 작용 행동은 공감 적 유대를 연결하고 만드는 과정의 중요한 구성 요소입니다. 이전 연구에 따르면 이러한 행동은 사회적 접촉 중에 생물학적 및 행동 신호가 일치 할 때 동시성의 발생으로 표현 될 수 있습니다. 증거는 처음으로 상호 작용하는 사람들 사이에 동시성이 발생할 수 있음을 보여줍니다 1,2,3. 사회적 상호 작용과 그 기본 신경 메커니즘에 대한 대부분의 연구는 한 사람 또는 2 인칭 접근법 2,4를 사용하며이 지식을 그룹 사회 역학으로 바꾸는 것에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 3 명 이상의 개인 그룹에서 대인 관계 반응을 평가하는 것은 여전히 과학 연구의 과제입니다. 이것은 자연 주의적 조건 하에서 일상적인 인간의 사회적 상호 작용의 복잡한 환경을 실험실로 가져올 필요성으로 이어진다5.

이러한 맥락에서 기능적 근적외선 분광법 (fNIRS) 기술은 자연 주의적 맥락에서 대인 관계 상호 작용과 뇌 상관 관계 간의 관계를 평가하기위한 유망한 도구입니다. 기능적 자기 공명 영상 (fMRI)에 비해 참가자 이동성에 대한 제한이 적고 모션 아티팩트 6,7에 탄력적입니다. fNIRS 기술은 뇌 활성화 (산소화 및 탈산 소화 헤모글로빈의 혈중 농도 변화)에 대한 반응으로 혈역학 적 효과를 평가함으로써 작동합니다. 이러한 변화는 두피 조직을 통한 적외선의 확산량으로 측정할 수 있습니다. 이전 연구에서는 생태학적 하이퍼스캐닝 실험에서 이 기술의 유연성과 견고성과 응용신경과학에 대한 지식을 확장할 수 있는 잠재력을 입증했습니다6,8.

그룹에서 사회적 상호 작용 과정의 신경 상관 관계에 대한 자연주의적 평가를 위한 실험적 작업의 선택은 응용 신경과학 연구9에 접근하는 데 중요한 단계입니다. 그룹 패러다임에서 fNIRS를 사용하여 문헌에 이미보고 된 몇 가지 예는 음악 성능10,11,12, 교실 상호 작용8 및 커뮤니케이션13,14,15,16,17을 포함합니다.

이전 연구에서 아직 탐구되지 않은 측면 중 하나는 사회적 상호 작용을 평가하기 위해 공감 구성 요소를 조작하는 것을 주요 특징으로 하는 그리기 게임의 사용입니다. 이러한 맥락에서 낯선 사람들 사이의 역학에서 사회적 상호 작용을 유도하는 데 자주 사용되는 게임 중 하나는 협업 그리기 게임18,19입니다. 이 게임에서는 종이를 같은 부분으로 나누고 그룹 참가자는 모든 구성원의 공유 된 자화상을 그리는 데 도전합니다. 결국 각 구성원은 여러 손으로 협업 방식으로 초상화를 그립니다.

목표는 그룹 파트너의 얼굴에 시각적 관심을 집중시킴으로써 유발 된 낯선 사람들 간의 빠른 통합을 촉진하는 것입니다. 그것은 회원들 사이의 호기심과 그에 따른 공감 과정을 지원하는 능력 때문에 “쇄빙”활동으로 간주 될 수 있습니다19.

그리기 작업을 사용하는 장점 중 하나는 단순성과 재생산 용이성입니다20. 또한 음악 연주 패러다임21,22,23,24를 사용한 연구에서 볼 수 있듯이 특정 기술 교육이나 기술이 필요하지 않습니다. 이러한 단순성은 또한사회적 맥락 4,9,25 내에서 보다 자연주의적인 자극의 선택을 가능하게 한다.

드로잉은 집단에서 사회적 행동을 유도하는 도구가되는 것 외에도 심리 평가26을위한 도구로 간주됩니다. 집-나무-사람(HTP)27,28,29, 인간 그림 그리기 – 시스토 척도 27 및 운동 가족 그림30과 같은 일부 그래픽 투영 심리 테스트는 질적 및 양적 진단을 위해 보완적인 방식으로 사용됩니다. 그들의 결과는 일반적으로 무의식적 인 과정을 표현하여 개인의 상징 체계에 대한 단서를 제공하므로 세계, 경험, 애정 등에 대한 해석을 제공합니다.

드로잉의 연습은 생각하게하고 경험과 사물에 대한 의미를 창출하고 감각, 감정, 생각 및 행동을 추가합니다31. 이러한 삶의 경험을 인식하고 처리하는 방법에 대한 단서를 제공합니다26. 드로잉은 시각적 코드를 사용하여 생각이나 감정을 이해하고 전달할 수있게하여 조작에 접근 할 수있게하여 새로운 아이디어와 독서의 가능성을 만듭니다31.

미술 치료에서 드로잉은 주의력, 기억력, 생각과 감정의 조직32을 위한 도구이며, 사회적 상호작용33을 생성하는 수단으로 사용될 수 있다.

이 연구는 협업 드로잉 역학을 사용하여 사중주에서 대인 관계 상호 작용 중 혈관 및 행동 뇌 반응을 평가하기위한 자연 주의적 실험 프로토콜을 개발하는 것을 목표로했습니다. 이 프로토콜에서는 사중주의 뇌 반응 (개별 및 파트너 간의 동시성)과 행동 측정 (그리기 및 시선 행동)과 같은 가능한 결과 측정에 대한 평가가 제안됩니다. 목표는 사회 신경 과학에 대한 더 많은 정보를 제공하는 것입니다.

Protocol

이 방법론은 이스라엘 알버트 아인슈타인 병원(HIAE) 윤리 위원회의 승인을 받았으며 협업 드로잉 경험 동안 청년들과 함께 신경 데이터(fNIRS)와 시선 행동 데이터를 수집하는 절차를 기반으로 합니다. 수집된 모든 데이터는 Redcap 플랫폼에서 관리되었습니다( 재료 표 참조). 이 프로젝트는 이스라엘 알버트 아인슈타인 병원(HIAE)의 과학 무결성 위원회의 감사를 받았습니다. 18-30 세의 젊?…

Representative Results

이 프로토콜은 젊은 여성 (24-27 세)으로 구성된 사중주에 적용되었으며, 모두 대학원 프로그램 (브라질 상파울루 이스라엘 알버트 아인슈타인 병원)의 학생이며 석사 또는 박사 수준의 교육을받습니다. 모든 참가자는 오른손잡이였으며 한 명만이 이전에 그림을 그린 경험이 있다고 보고했습니다. 신경 장애의 병력이보고 된 참가자는 없었다. 척도 및 심리 테스트 결과의 경우 …

Discussion

이 연구는 자연 주의적 조건에서 동시에 4 개의 뇌에 대한 하이퍼 스캔을 사용하는 프로토콜을 만드는 것을 목표로했습니다. 실험 패러다임은 다양한 그리기 작업과 여러 결과 측정, 그림 메트릭, 행동 및 뇌 신호의 상관 관계를 사용했습니다. 이 프로토콜의 중요한 단계는 높은 복잡성과 생태 및 자연 주의적 조건의 유지로 인해 발생하는 문제를 고려하는 것입니다.

비디오 ?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

저자는이 연구 지원에 대해 Instituto do Cérebro (InCe-IIEP)와 Hospital Israelita Albert Einstein (HIAE)에게 감사드립니다. 이 기사의 영어 교정에 대해 José Belém de Oliveira Neto에게 특별한 감사를드립니다.

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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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).
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