Гиперсканирование ЭЭГ на дому для социального взаимодействия между младенцем и воспитателем

С помощью одновременной записи мозговой активности двух или более взаимодействующих субъектов, также известной как гиперсканирование, стало возможным выяснить нейронную основу социальных взаимодействий в их сложной, двунаправленной и быстро развивающейся динамике^. Этот метод сместил акцент с изучения индивидуумов в изолированных, строго контролируемых условиях на изучение более натуралистических взаимодействий, таких как взаимодействие родителей и детей во время свободной игры ^{2,3, решение} головоломок 4 и кооперативные компьютерные игры ^5,6. Эти исследования показывают, что активность мозга синхронизируется во время социальных взаимодействий, т.е. демонстрирует временное сходство, явление, называемое межличностной нейронной синхронией (INS). Тем не менее, подавляющее большинство исследований гиперсканирования было ограничено лабораторными условиями. Хотя это позволяет улучшить экспериментальный контроль, это может произойти за счет потери некоторой экологической обоснованности. Поведение, наблюдаемое в лаборатории, может не отражать типичное повседневное интерактивное поведение участников из-за незнакомой и искусственной обстановки и^{характера поставленных} задач.

Последние достижения в области мобильных устройств нейровизуализации, такие как электроэнцефалография (ЭЭГ) или функциональная спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне (fNIRS), смягчают эти проблемы, устраняя требование о том, чтобы участники оставались физически подключенными к записывающему компьютеру. Таким образом, они позволяют измерять активность мозга участников во время их свободного взаимодействия в классе или дома ^8,9. Преимущество ЭЭГ по сравнению с другими методами нейровизуализации, такими как fNIRS, заключается в том, что она имеет отличное временное разрешение, что делает ее особенно подходящей для исследования быстро развивающейся^{социальной динамики}. Тем не менее, это связано с оговоркой, что сигнал ЭЭГ очень уязвим к движению и другим физиологическим и нефизиологическим артефактам.

Несмотря на это, в первых исследованиях были успешно реализованы установки гиперсканирования ЭЭГ в реалистичных средах и условиях. Например, Dikker et ^al.12 измеряли сигнал ЭЭГ группы студентов, когда они занимались различными видами деятельности в классе, включая посещение лекций, просмотр видео и участие в групповых дискуссиях. В этом исследовании, наряду с другими исследованиями ^8,9, преимущественно использовались сухие электроды ЭЭГ для облегчения процесса проведения измерений в нелабораторных условиях. По сравнению с мокрыми электродами, которые требуют нанесения проводящего геля или пасты, сухие электроды имеют заметные преимущества с точки зрения удобства использования. Было показано, что они демонстрируют производительность, сопоставимую с влажными электродами во взрослой популяции и стационарных условиях; Однако их производительность может снизиться в сценариях, связанных с движением, из-за повышенных уровней импеданса¹³.

В данной работе мы представляем рабочий протокол для захвата синхронизированных записей с семиканальной жидкостной гелевой ЭЭГ-системы низкой плотности с электрокардиографией (ЭКГ) в одном отведении, подключенной к тому же беспроводному усилителю (частота дискретизации: 500 Гц) диад младенца-воспитателя в домашних условиях. В то время как активные электроды использовались для взрослых, пассивные электроды использовались вместо этого для младенцев, поскольку последние обычно имеют форму кольцевых электродов, тем самым облегчая процесс нанесения геля. Кроме того, записи ЭЭГ-ЭКГ были синхронизированы с тремя камерами и микрофонами, чтобы зафиксировать поведение участников под разными углами. В исследовании дети в возрасте 8-12 месяцев и их опекуны выполняли задание по чтению и игре, в то время как их ЭЭГ, ЭКГ и поведение записывались. Чтобы свести к минимуму влияние чрезмерного движения на качество сигнала ЭЭГ, задания проводились в настольной обстановке (например, с использованием кухонного стола и детского стульчика для кормления), требуя, чтобы участники оставались на своих местах на протяжении всего задания на взаимодействие. Воспитателям были предоставлены три соответствующие возрасту книги и настольные игрушки (оснащенные присосками для предотвращения их падения). Им было поручено читать своему ребенку в течение примерно 5 минут, после чего последовала 10-минутная игровая сессия с игрушками.

В этом протоколе подробно описаны методы сбора синхронизированных данных ЭЭГ-ЭКГ, видео и аудио во время чтения и воспроизведения. Общая процедура, однако, не специфична для данного исследовательского плана, но подходит для различных популяций (например, диады родитель-ребенок, диады друзей) и экспериментальных задач. Будет представлен метод синхронизации разных потоков данных. Кроме того, будет описан базовый конвейер предварительной обработки ЭЭГ на основе Dikker et ^al.12, а также будут представлены показатели хранения данных ЭЭГ и показатели контроля качества. Поскольку конкретные аналитические решения зависят от множества факторов (таких как дизайн задачи, исследовательские вопросы, монтаж ЭЭГ), гиперсканирующий анализ ЭЭГ не будет подробно описан, а вместо этого читатель будет отсылаться к существующим рекомендациям и инструментариям (например, ¹⁴ для рекомендаций;^15,16 для наборов инструментов для анализа гиперсканирования). Наконец, в протоколе обсуждаются проблемы и потенциальные решения для гиперсканирования ЭЭГ-ЭКГ в домашних условиях и других реальных условиях.