סנכרון קבוצתי במהלך ציור שיתופי באמצעות ספקטרוסקופיה פונקציונלית של אינפרה-אדום קרוב
Summary
הפרוטוקול הנוכחי משלב ספקטרוסקופיה פונקציונלית של אינפרה-אדום קרוב (fNIRS) ותצפית מבוססת וידאו כדי למדוד סנכרון בין-אישי ברביעיות במהלך משימת ציור שיתופית.
Abstract
ספקטרוסקופיה פונקציונלית של תת-אדום קרוב (fNIRS) היא שיטה לא פולשנית המתאימה במיוחד למדידת הפעלת קליפת המוח במספר נבדקים, הרלוונטית לחקר אינטראקציות בין-אישיות קבוצתיות בסביבה אקולוגית. למרות שמערכות fNIRS רבות מציעות טכנית את האפשרות לנטר יותר משני אנשים בו זמנית, עדיין נדרשת קביעת נהלי התקנה קלים ליישום ופרדיגמות אמינות למעקב אחר תגובות המודינמיות והתנהגותיות באינטראקציה קבוצתית. הפרוטוקול הנוכחי משלב fNIRS ותצפית מבוססת וידאו למדידת סנכרון בין-אישי ברביעיות במהלך משימה שיתופית. פרוטוקול זה מספק המלצות מעשיות לרכישת נתונים ועיצוב פרדיגמה, כמו גם עקרונות מנחים לדוגמה לניתוח נתונים להמחשה. ההליך נועד להעריך הבדלים בתגובות הבין-אישיות של המוח וההתנהגות בין מצבים חברתיים ולא חברתיים בהשראת פעילות שוברת קרח ידועה, מטלת ציור הפנים השיתופית. הנהלים המתוארים יכולים להנחות מחקרים עתידיים להתאמת פעילויות אינטראקציה חברתית נטורליסטיות קבוצתיות לסביבת fNIRS.
Introduction
התנהגות אינטראקציה בין-אישית היא מרכיב חשוב בתהליך החיבור ויצירת קשרים אמפתיים. מחקרים קודמים מצביעים על כך שהתנהגות זו יכולה לבוא לידי ביטוי בהתרחשות של סינכרוניות, כאשר אותות ביולוגיים והתנהגותיים מתיישרים במהלך מגע חברתי. עדויות מראות כי סינכרוניזציה יכולה להתרחש בין אנשים אינטראקציה בפעם הראשונה 1,2,3. רוב המחקרים על אינטראקציות חברתיות והמנגנונים העצביים הבסיסיים שלהן משתמשים בגישה של אדם יחיד או אדם שני 2,4, ומעט ידוע על העברת הידע הזה לדינמיקה חברתית קבוצתית. הערכת תגובות בין-אישיות בקבוצות של שלושה אנשים או יותר היא עדיין אתגר למחקר מדעי. זה מוביל לצורך להביא למעבדה את הסביבה המורכבת של אינטראקציות חברתיות בבני אדם יומיומיים בתנאים נטורליסטיים5.
בהקשר זה, טכניקת הספקטרוסקופיה הפונקציונלית של אינפרה-אדום קרוב (fNIRS) היא כלי מבטיח להערכת היחסים בין אינטראקציה בין-אישית בהקשרים נטורליסטיים לבין קורלציה מוחית. הוא מציג פחות מגבלות על ניידות המשתתפים בהשוואה להדמיית תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) והוא עמיד בפני תוצרי תנועה 6,7. טכניקת fNIRS פועלת על ידי הערכת השפעות המודינמיות בתגובה להפעלת המוח (שינויים בריכוז הדם של המוגלובין מחומצן ולא מחומצן). וריאציות אלה ניתנות למדידה על ידי כמות הדיפוזיה של אור אינפרא אדום דרך רקמת הקרקפת. מחקרים קודמים הדגימו את הגמישות והחוסן של הטכניקה בניסויי היפר-סריקה אקולוגיים ואת הפוטנציאל להרחיב את הידע במדעי המוח היישומיים 6,8.
הבחירה במשימה ניסיונית להערכה נטורליסטית של המתאמים העצביים של תהליכי אינטראקציה חברתית בקבוצות היא צעד מכריע בהתקרבות למחקרים יישומיים במדעי המוח9. כמה דוגמאות שכבר דווחו בספרות עם השימוש ב- fNIRS בפרדיגמות קבוצתיות כוללות ביצועי מוסיקה 10,11,12, אינטראקציה בכיתה8, ותקשורת 13,14,15,16,17.
אחד ההיבטים שעדיין לא נחקרו על ידי מחקרים קודמים הוא השימוש במשחקי ציור שיש להם כתכונה העיקרית מניפולציה של מרכיבים אמפתיים כדי להעריך אינטראקציה חברתית. בהקשר זה, אחד המשחקים המשמשים לעתים קרובות כדי לעורר אינטראקציה חברתית בדינמיקה בין זרים הוא משחק ציור שיתופי18,19. במשחק זה, גיליונות נייר מחולקים לחלקים שווים, ומשתתפי הקבוצה מאותגרים לצייר דיוקנאות עצמיים משותפים של כל החברים. בסופו של דבר, לכל חבר יש את הדיוקן שלהם משורטט בצורה שיתופית על ידי כמה ידיים.
המטרה היא לקדם אינטגרציה מהירה בין זרים, המתעוררת על ידי הפניית תשומת לב חזותית לפניהם של השותפים בקבוצה. היא יכולה להיחשב כפעילות “שוברת קרח” בשל יכולתה לתמוך בסקרנות ובתהליכים אמפתיים הנובעים מכך בקרב החברים19.
אחד היתרונות של שימוש במשימות ציור הוא הפשטות שלהם ואת הקלות של רבייה20. הם גם אינם דורשים הכשרה טכנית או מיומנויות ספציפיות, כפי שניתן לראות במחקרים המשתמשים בפרדיגמות של ביצוע מוזיקלי21,22,23,24. פשטות זו מאפשרת גם בחירה של גירוי נטורליסטי יותר בתוך הקשר חברתי 4,9,25.
מלבד היותו מכשיר לגרימת התנהגות חברתית בקבוצות, ציור נחשב גם כלי להערכה פסיכולוגית26. כמה מבחנים פסיכולוגיים גרפיים-פרויקטיביים, כגון בית-עץ-אדם (HTP)27,28,29, ציור דמות אנושית – סולם סיסטו 27, וציור משפחתי קינטי30 משמשים באופן משלים לאבחנות איכותיות וכמותיות. התוצאות שלהם בדרך כלל מבטאות תהליכים לא מודעים, נותן רמזים על המערכת הסימבולית של הפרט, ולכן, הפרשנויות שלהם על העולם, חוויות, רגשות, וכו ‘
תרגול הציור גורם לאדם לחשוב ועוזר ליצור משמעות לחוויות ולדברים, ומוסיף תחושות, רגשות, מחשבות ופעולות31. זה נותן רמזים על איך לתפוס ולעבד את חוויות החיים האלה26. ציור משתמש בקודים חזותיים כדי לאפשר לאדם להבין ולתקשר מחשבות או רגשות, מה שהופך אותם לנגישים למניפולציה, ובכך ליצור את האפשרות לרעיונות חדשים וקריאות31.
בטיפול באמנות, ציור הוא כלי לעבודה על תשומת לב, זיכרון וארגון של מחשבות ורגשות32, והוא יכול לשמש כאמצעי ליצירת אינטראקציה חברתית33.
מחקר זה נועד לפתח פרוטוקול ניסויי נטורליסטי להערכת תגובות מוחיות וסקולריות והתנהגותיות במהלך אינטראקציה בין-אישית ברביעיות באמצעות דינמיקת ציור שיתופית. בפרוטוקול זה מוצעת הערכת התגובות המוחיות של הרביעייה (בנפרד והסינכרוניזציה בין בני זוג) ומדדי התוצאה האפשריים, כגון מדדים התנהגותיים (התנהגות ציור ומבט). המטרה היא לספק מידע נוסף על מדעי המוח החברתיים.
Protocol
Representative Results
Discussion
מחקר זה נועד ליצור פרוטוקול באמצעות היפר-סריקה על ארבעה מוחות בו-זמנית בתנאים נטורליסטיים. הפרדיגמה הניסויית השתמשה במשימות ציור שונות ובמתאם של מדדי תוצאה מרובים, מדדים, התנהגויות ואותות מוחיים. השלבים הקריטיים בפרוטוקול זה הם התחשבות באתגרים הנובעים ממורכבותו הגבוהה ושמירה על התנאים ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מודים למכון סרברו (InCe-IIEP) ולבית החולים ישראלטה אלברט איינשטיין (HIAE) על התמיכה במחקר זה. תודה מיוחדת לחוסה בלם דה אוליביירה נטו על ההגהה האנגלית של מאמר זה.
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 |
References
- Feldman, R. The neurobiology of human attachments. Trends in Cognitive Sciences. 21 (2), 80-99 (2017).
- Hove, M. J., Risen, J. L. It’s all in the timing: Interpersonal synchrony increases affiliation. Social Cognition. 27 (6), 949-960 (2009).
- 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).
- Redcay, E., Schilbach, L. Using second-person neuroscience to elucidate the mechanisms of social interaction. Nature Reviews Neuroscience. 20 (8), 495-505 (2019).
- Babiloni, F., Astolfi, L. Social neuroscience and hyperscanning techniques: Past, present and future. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 44, 76-93 (2014).
- Balardin, J. B., et al. Imaging brain function with functional near-infrared spectroscopy in unconstrained environments. Frontiers in Human Neuroscience. 11, 1-7 (2017).
- 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).
- 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).
- Sonkusare, S., Breakspear, M., Guo, C. Naturalistic stimuli in neuroscience: Critically acclaimed. Trends in Cognitive Sciences. 23 (8), 699-714 (2019).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Nozawa, T., et al. Interpersonal frontopolar neural synchronization in group communication: An exploration toward fNIRS hyperscanning of natural interactions. Neuroimage. 133, 484-497 (2016).
- 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).
- Lu, K., Qiao, X., Hao, N. Praising or keeping silent on partner’s ideas: Leading brainstorming in particular ways. Neuropsychologia. 124, 19-30 (2019).
- Lu, K., Hao, N. When do we fall in neural synchrony with others. Social Cognitive and Affective Neuroscience. 14 (3), 253-261 (2019).
- Edwards, B. . Drawing on the Right Side of the Brain: The Definitive, 4th Edition. , (2012).
- Hass-Cohen, N., Findlay, J. C. . Art Therapy & The Neuroscience of Relationship, Creativity, &Resiliency. Skills and Practices. , (2015).
- Maekawa, L. N., de Angelis, M. A. A percepção figura-fundo em paciente com traumatismo crânio-encefálico. Arte-Reabilitação. , 57-68 (2011).
- Babiloni, C., et al. Simultaneous recording of electroencephalographic data in musicians playing in ensemble. Cortex. 47 (9), 1082-1090 (2011).
- Babiloni, C., et al. Brains "in concert": Frontal oscillatory alpha rhythms and empathy in professional musicians. NeuroImage. 60 (1), 105-116 (2012).
- Müller, V., Lindenberger, U. Cardiac and respiratory patterns synchronize between persons during choir singing. PLoS ONE. 6 (9), 24893 (2011).
- 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).
- 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).
- Kantrowitz, A., Brew, A., Fava, M. . Proceedings of an interdisciplinary symposium on drawing, cognition and education. , 95-102 (2012).
- Petersen, C. S., Wainer, R. . Terapias Cognitivo-Comportamentais para Crianças e Adolescentes. , (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- Adams, E. Drawing to learn learning to draw. TEA: Thinking Expression Action. , (2013).
- Bernardo, P. P. . A Prática da Arteterapia. Correlações entre temas e recursos. Vol 1. , (2008).
- 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).
- Baker, J., et al. Sex differences in neural and behavioral signatures of cooperation revealed by fNIRS hyperscanning. Scientific Reports. 6, 1-11 (2016).
- Bowie, C. R., Harvey, P. D. Administration and interpretation of the Trail Making Test. Nature Protocols. 1 (5), 2277-2281 (2006).
- Valenzuela, M. J., Sachdev, P. Brain reserve and dementia: A systematic review. Psychological Medicine. 4 (36), 441-454 (2006).
- 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).
- Risco, E., Richardson, D. C., Kingstone, A. The dual function of gaze. Current Directions in Psychological Science. 25 (1), 70-74 (2016).
- Capozzi, F., et al. Tracking the Leader: Gaze Behavior in Group Interactions. iScience. 16, 242-249 (2019).
- Cavallo, A., et al. When gaze opens the channel for communication: Integrative role of IFG and MPFC. NeuroImage. 119, 63-69 (2015).
- 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).
- Gowen, E., Miall, R. C. Eye-hand interactions in tracing and drawing tasks. Human Movement Science. 25 (4-5), 568-585 (2006).
- 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).
- del Prette, Z., del Prette, A., del Prette, Z., del Prette, A. . Inventario de Habilidades Sociais. , (2009).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Mangold, P. Discover the invisible through tool-supported scientific observation: A best practice guide to video-supported behavior observation. Mindful Evolution. Conference Proceedings. , (2018).
- Kandel, E. R. . The Age of Insight. The quest to understand the unconscious in art, mind and brain from Vienna 1900 to the present. , (2012).
- 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).
- Gombrich, E. H. . Art and Illusion: A study in the psychology of pictorial representation. 6th ed. , (2002).
- Kirsch, W., Kunde, W. The size of attentional focus modulates the perception of object location. Vision Research. 179, 1-8 (2021).
- Deubel, H., Schneidert, W. X. Saccade target selection and object recognition: Evidence for a common attentional mechanism. Vision Research. 36 (12), 1827-1837 (1996).
- Tchalenko, J. Eye movements in drawing simple lines. Perception. 36 (8), 1152-1167 (2007).
- Perdreau, F., Cavanagh, P. The artist’s advantage: Better integration of object information across eye movements. iPerceptions. 4 (6), 380-395 (2013).
- 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).
- 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).
- Dikker, S., et al. Brain-to-brain synchrony tracks real-world dynamic group interactions in the classroom. Current Biology. 27 (9), 1375-1380 (2017).
- 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).
