İşlevsel Yakın Kızılötesi Spektroskopi Kullanarak İşbirlikçi Çizim Sırasında Grup Senkronizasyonu
Summary
Mevcut protokol, işbirlikçi bir çizim görevi sırasında dörtlülerde kişilerarası senkronizasyonu ölçmek için fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi (fNIRS) ve video tabanlı gözlemi birleştirir.
Abstract
Fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi (fNIRS), ekolojik ortamlarda grup kişilerarası etkileşimlerini incelemek için ilgili olan birden fazla denekte serebral korteks aktivasyonunu ölçmek için özellikle uygun olan invaziv olmayan bir yöntemdir. Birçok fNIRS sistemi teknik olarak ikiden fazla kişiyi aynı anda izleme imkanı sunsa da, grup etkileşiminde hemodinamik ve davranışsal tepkileri izlemek için uygulanması kolay kurulum prosedürleri ve güvenilir paradigmalar oluşturmak hala gereklidir. Mevcut protokol, işbirlikçi bir görev sırasında dörtlülerde kişilerarası senkronizasyonu ölçmek için fNIRS ve video tabanlı gözlemi birleştirir. Bu protokol, veri toplama ve paradigma tasarımı için pratik önerilerin yanı sıra açıklayıcı bir veri analizi örneği için yol gösterici ilkeler sağlar. Prosedür, iyi bilinen bir buz kırıcı aktivite olan İşbirlikçi Yüz Çizim Görevi’nden esinlenen sosyal ve sosyal olmayan koşullar arasındaki beyin ve davranış kişilerarası tepkilerindeki farklılıkları değerlendirmek için tasarlanmıştır. Açıklanan prosedürler, grup natüralist sosyal etkileşim faaliyetlerini fNIRS ortamına uyarlamak için gelecekteki çalışmalara rehberlik edebilir.
Introduction
Kişilerarası etkileşim davranışı, empatik bağlar kurma ve oluşturma sürecinin önemli bir bileşenidir. Önceki araştırmalar, bu davranışın, biyolojik ve davranışsal sinyaller sosyal temas sırasında hizalandığında, eşzamanlılık oluşumunda ifade edilebileceğini göstermektedir. Kanıtlar, ilk kez etkileşime giren insanlar arasında eşzamanlılığın gerçekleşebileceğini göstermektedir 1,2,3. Sosyal etkileşimler ve bunların altında yatan nöral mekanizmalar üzerine yapılan çalışmaların çoğu, tek bir kişi veya ikinci kişi yaklaşımı 2,4 kullanır ve bu bilginin sosyal dinamikleri gruplandırmak için aktarılması hakkında çok az şey bilinmektedir. Kişilerarası tepkileri üç veya daha fazla kişiden oluşan gruplar halinde değerlendirmek, bilimsel araştırmalar için hala bir zorluktur. Bu, natüralist koşullar altında gündelik insandaki sosyal etkileşimlerin karmaşık ortamını laboratuvara getirme gerekliliğine yol açmaktadır5.
Bu bağlamda, fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi (fNIRS) tekniği, natüralist bağlamlarda kişilerarası etkileşim ile beyin korelasyonları arasındaki ilişkileri değerlendirmek için umut verici bir araçtır. Fonksiyonel manyetik rezonans görüntülemeye (fMRI) kıyasla katılımcı hareketliliği üzerinde daha az kısıtlama sunar ve hareket artefaktlarına karşı dayanıklıdır 6,7. fNIRS tekniği, beyin aktivasyonuna (oksijenli ve deoksijenli hemoglobinin kan konsantrasyonundaki değişiklikler) yanıt olarak hemodinamik etkileri değerlendirerek çalışır. Bu varyasyonlar, kızılötesi ışığın kafa derisi dokusundan difüzyon miktarı ile ölçülebilir. Önceki çalışmalar, ekolojik hipertarama deneylerinde tekniğin esnekliğini ve sağlamlığını ve uygulamalı sinirbilimdeki bilgiyi genişletme potansiyelini göstermiştir 6,8.
Gruplar halinde sosyal etkileşim süreçlerinin nöral korelasyonlarının natüralist değerlendirmesi için deneysel bir görevin seçilmesi, uygulamalı sinirbilim çalışmalarına yaklaşmada çok önemli bir adımdır9. Grup paradigmalarında fNIRS kullanımı ile literatürde bildirilen bazı örnekler arasında müzik performansı10,11,12, sınıf etkileşimi8 ve iletişim13,14,15,16,17 sayılabilir.
Önceki çalışmalar tarafından henüz keşfedilmemiş yönlerden biri, ana özelliği empatik bileşenlerin sosyal etkileşimi değerlendirmek için manipülasyonu olan çizim oyunlarının kullanılmasıdır. Bu bağlamda, yabancılar arasındaki dinamiklerde sosyal etkileşimi teşvik etmek için sıklıkla kullanılan oyunlardan biri de işbirlikçi çizim oyunu 18,19’dur. Bu oyunda, kağıt yaprakları eşit parçalara bölünür ve grup katılımcıları tüm üyelerin ortak otoportrelerini çizmeye zorlanır. Sonunda, her üyenin portresi birkaç el tarafından işbirlikçi bir şekilde çizilir.
Amaç, görsel dikkati grup ortaklarının yüzlerine yönlendirerek kışkırtılan yabancılar arasında hızlı entegrasyonu teşvik etmektir. Üyeler arasında merakı ve bunun sonucunda ortaya çıkan empatik süreçleri destekleme kabiliyeti nedeniyle “buz kırıcı” bir aktivite olarak kabul edilebilir19.
Çizim görevlerini kullanmanın avantajlarından biri, basitlikleri ve çoğaltma kolaylığıdır20. Ayrıca, müzikal performans paradigmaları21,22,23,24 kullanılarak yapılan çalışmalarda görüldüğü gibi, herhangi bir özel teknik eğitim veya beceri gerektirmezler. Bu basitlik aynı zamanda sosyal bağlamda daha doğalcı bir uyaranın seçilmesini sağlar 4,9,25.
Çizim, gruplarda sosyal davranışı teşvik etmek için bir araç olmasının yanı sıra, psikolojik değerlendirme için de bir araç olarak kabul edilir26. Ev-Ağaç-Kişi (HTP)27,28,29, İnsan Figürü Çizimi – Sisto Ölçeği 27 ve Kinetik Aile Çizimi30 gibi bazı grafik-projektif psikolojik testler, nitel ve nicel tanılar için tamamlayıcı bir şekilde kullanılmaktadır. Sonuçları genellikle bilinçdışı süreçleri ifade eder, bireyin sembolik sistemi ve dolayısıyla dünya, deneyimler, duygular vb. hakkındaki yorumları hakkında ipuçları verir.
Çizim pratiği kişiyi düşündürür, deneyimler ve şeyler için anlam yaratmaya yardımcı olur, duyumlar, duygular, düşünceler ve eylemler ekler31. Bu yaşam deneyimlerinin nasıl algılanacağı ve işleneceği hakkında ipuçları verir26. Çizim, kişinin düşünceleri veya duyguları anlamasını ve iletmesini sağlamak için görsel kodlar kullanır, onları manipülasyona erişilebilir kılar ve böylece yeni fikirler ve okumalar için olanak yaratır31.
Sanat terapisinde çizim, dikkat, hafıza ve düşünce ve duyguların organizasyonu üzerinde çalışmak için bir araçtır32 ve sosyal etkileşim üretmek için bir araç olarak kullanılabilir33.
Bu çalışmada, işbirlikçi bir çizim dinamiği kullanarak dörtlülerde kişilerarası etkileşim sırasında vasküler ve davranışsal beyin tepkilerini değerlendirmek için natüralist bir deneysel protokol geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu protokolde, dörtlünün beyin tepkilerinin (bireysel olarak ve ortaklar arasındaki eşzamanlılık) değerlendirilmesi ve davranışsal ölçümler (çizim ve bakış davranışı) gibi olası sonuç ölçütleri önerilmektedir. Amaç, sosyal sinirbilim hakkında daha fazla bilgi sağlamaktır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışma, natüralist koşullar altında aynı anda dört beyinde hipertarama kullanarak bir protokol oluşturmayı amaçlamıştır. Deneysel paradigma, farklı çizim görevleri ve çoklu sonuç ölçütlerinin, çizim metriklerinin, davranışlarının ve beyin sinyallerinin korelasyonunu kullandı. Bu protokoldeki kritik adımlar, yüksek karmaşıklığından kaynaklanan zorlukların göz önünde bulundurulması ve ekolojik ve doğalcı koşullarının korunmasıdır.
Video gözlemi…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Yazarlar bu çalışma desteği için Instituto do Cérebro (InCe-IIEP) ve Hospital Israelita Albert Einstein’a (HIAE) teşekkür eder. José Belém de Oliveira Neto’ya bu makalenin İngilizce redaksiyonu için özel teşekkürler.
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).
