Nova estrutura para entender a coerência entre cérebros em estudos de hipervarredura por espectroscopia funcional no infravermelho próximo (fNIRS)

Summary

A coerência da transformada wavelet (WTC) é uma metodologia comum para avaliar o acoplamento entre sinais que é usada em estudos de hipervarredura por espectroscopia funcional no infravermelho próximo (fNIRS). Uma caixa de ferramentas para avaliar a direcionalidade da interação do sinal é apresentada neste trabalho.

Abstract

Apesar do crescente corpo de estudos de hipervarredura por espectroscopia funcional no infravermelho próximo (fNIRS), a avaliação do acoplamento entre dois sinais neurais usando a coerência da transformada wavelet (WTC) parece ignorar a direcionalidade da interação. O campo está atualmente carecendo de uma estrutura que permita aos pesquisadores determinar se um alto valor de coerência obtido usando uma função WTC reflete sincronização em fase (ou seja, a ativação neural é vista em ambos os membros da díade ao mesmo tempo), sincronização defasada (ou seja, a ativação neural é vista em um membro da díade antes do outro membro), ou sincronização antifase (ou seja, a ativação neural é aumentada em um membro da díade e diminuída no outro). Para atender a essa necessidade, uma abordagem complementar e mais sensível para analisar a coerência de fase de dois sinais neurais é proposta neste trabalho. A caixa de ferramentas permite que os investigadores estimem a direcionalidade do acoplamento classificando os valores de ângulo de fase obtidos usando o WTC tradicional em sincronização em fase, sincronização defasada e sincronização antifase. A caixa de ferramentas também permite que os pesquisadores avaliem como a dinâmica das interações se desenvolve e muda ao longo da tarefa. O uso dessa nova abordagem do WTC e da caixa de ferramentas avançará nossa compreensão de interações sociais complexas por meio de seus usos em estudos de hipervarredura fNIRS.

Introduction

Nos últimos anos, houve uma mudança nos tipos de estudos realizados para compreender as bases neurais do comportamento social ^1,2. Tradicionalmente, os estudos em neurociência social têm se concentrado na ativação neural em um cérebro isolado durante uma tarefa socialmente relevante. No entanto, os avanços na tecnologia de neuroimagem agora permitem o exame da ativação neural no cérebro de um ou mais indivíduos durante a interação social, como ocorre em ambientes da "vida real"³. Em ambientes da "vida real", os indivíduos são capazes de se mover livremente, e os padrões de ativação cere....

Protocol

O estudo foi conduzido na Florida Atlantic University (FAU) e aprovado pelo Comitê de Revisão Institucional (IRB) da FAU.

1. Utilização do software Homer3 (Tabela de Materiais) para realizar o pré-processamento dos dados de hipervarredura do fNIRS

NOTA: Homer3 é um aplicativo MATLAB que analisa dados do fNIRS para obter estimativas e mapas de ativação cerebral²⁹. Homer3 pode ser baixado e instalado a partir do seguinte link (https://openfnirs.org/software/homer/).

1. Abra o MATLAB e navegue até a pasta onde os arquivos .nirs brutos são salvos. Selecione e abra a pas....

Results

Esta seção demonstra os tipos de análises que podem ser realizadas com a caixa de ferramentas (que pode ser baixada em https://www.ariel.ac.il/wp/sns/download/ ou https://github.com/Minisharmaa/Leader-Follower-By-Phase.). Para essas análises, foram utilizados dados da fNIRS coletados com uma pequena amostra de díades lactentes-pais. Seis pares de díades mãe-bebê foram testados por meio de uma tarefa comportamental validada, a tarefa de brincar livre³¹, que é o mais próximo possível de uma interaçã.......

Discussion

Um dos métodos mais utilizados em estudos com fNIRS é a coerência com transformada wavelet (WTC), que é uma medida da correlação cruzada de duas séries temporais em função da frequência e do tempo¹⁰. O WTC calcula a coerência e a defasagem de fase entre duas séries temporais usando análises correlacionais (Arquivo Suplementar 1). Estudos de hipervarredura FNIRS têm utilizado o WTC para estimar a SII em vários domínios do funcionamento, incluindo monitoramento de ação 12,

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
NIRScout	NIRx Medical Technologies, LLC	n.a.8	fontes, 8 detectores
MATLAB	The Mathworks, Inc.	Matlab 2022a	Neste protocolo, várias caixas de ferramentas e funções MATLAB foram usadas: a caixa de ferramentas HOMER3 foi usada para converter Intensidade em OD, para remover artefatos de movimento por meio de sua função hmrMotionCorrectWavelet com parâmetros padrão e para converter OD para Conc. A caixa de ferramentas Wavelet foi usada para calcular o WTC.