EEG-hyperscanning voor thuisgebruik voor sociale interacties tussen baby en verzorger

Met de gelijktijdige registratie van hersenactiviteiten van twee of meer op elkaar inwerkende proefpersonen, ook wel hyperscanning genoemd, is het mogelijk geworden om de neurale basis van sociale interacties op te^{helderen in} hun complexe, bidirectionele en snelle dynamiek. Deze techniek heeft de focus verlegd van het bestuderen van individuen in geïsoleerde, strak gecontroleerde omgevingen naar het onderzoeken van meer naturalistische interacties, zoals ouder-kindinteracties tijdens vrij spel ^2,3, puzzels oplossen⁴ en coöperatieve computerspellen ^5,6. Deze studies tonen aan dat hersenactiviteiten synchroniseren tijdens sociale interacties, d.w.z. temporele overeenkomsten vertonen, een fenomeen dat interpersoonlijke neurale synchronie (INS) wordt genoemd. De overgrote meerderheid van hyperscanning-onderzoeken is echter beperkt tot laboratoriumomgevingen. Hoewel dit een betere experimentele controle mogelijk maakt, kan dit ten koste gaan van het verlies van enige ecologische validiteit. Gedrag dat in het laboratorium wordt waargenomen, is mogelijk niet representatief voor het typische dagelijkse interactieve gedrag van de deelnemers vanwege de onbekende en kunstmatige omgeving en de aard van de opgelegde taken⁷.

Recente ontwikkelingen op het gebied van mobiele neuroimaging-apparaten, zoals elektro-encefalografie (EEG) of functionele nabij-infraroodspectroscopie (fNIRS), verlichten deze problemen door de vereiste weg te nemen dat deelnemers fysiek verbonden moeten blijven met de opnamecomputer. Ze stellen ons dus in staat om de hersenactiviteiten van deelnemers te meten terwijl ze vrij communiceren in de klas of thuis ^8,9. Het voordeel van EEG in vergelijking met andere neuroimaging-technieken, zoals fNIRS, is dat het een uitstekende temporele resolutie heeft, waardoor het bijzonder geschikt is voor het onderzoeken van snelle sociale dynamieken¹⁰. Toch komt het met het voorbehoud dat het EEG-signaal zeer kwetsbaar is voor beweging en andere fysiologische en niet-fysiologische artefacten¹¹.

Desondanks hebben de eerste studies met succes EEG-hyperscanning-opstellingen geïmplementeerd in realistische omgevingen en omstandigheden. Dikker et ^al.12 maten bijvoorbeeld het EEG-signaal van een groep studenten terwijl ze zich bezighielden met verschillende klassikale activiteiten, waaronder het bijwonen van colleges, het bekijken van video’s en het deelnemen aan groepsdiscussies. Deze studie, samen met andere studies ^8,9, heeft voornamelijk droge EEG-elektroden gebruikt om het proces van het uitvoeren van metingen in niet-laboratoriumomgevingen te vergemakkelijken. In vergelijking met natte elektroden, waarvoor geleidende gel of pasta moet worden aangebracht, bieden droge elektroden aanzienlijke voordelen op het gebied van bruikbaarheid. Het is aangetoond dat ze vergelijkbare prestaties vertonen als natte elektroden in volwassen populaties en stationaire omstandigheden; Hun prestaties kunnen echter afnemen in bewegingsgerelateerde scenario’s als gevolg van verhoogde impedantieniveaus¹³.

Hier presenteren we een werkprotocol om gesynchroniseerde opnames vast te leggen van een zevenkanaals vloeibaar gel-EEG-systeem met een lage dichtheid met een enkele elektrocardiografie (ECG) die is aangesloten op dezelfde draadloze versterker (bemonsteringsfrequentie: 500 Hz) van baby-verzorger-dyades in een thuisomgeving. Terwijl actieve elektroden werden gebruikt voor volwassenen, werden in plaats daarvan passieve elektroden gebruikt voor zuigelingen, omdat deze laatste meestal in de vorm van ringelektroden worden geleverd, waardoor het proces van het aanbrengen van gel wordt vergemakkelijkt. Bovendien werden EEG-ECG-opnames gesynchroniseerd met drie camera’s en microfoons om het gedrag van de deelnemers vanuit verschillende hoeken vast te leggen. In de studie waren baby’s van 8-12 maanden oud en hun verzorgers bezig met een lees- en speeltaak terwijl hun EEG, ECG en gedrag werden geregistreerd. Om de impact van overmatige beweging op de kwaliteit van het EEG-signaal te minimaliseren, werden de taken uitgevoerd in een tafelmodel (bijv. met behulp van de keukentafel en een kinderstoel), waarbij de deelnemers tijdens de interactietaak moesten blijven zitten. Verzorgers kregen drie voor hun leeftijd geschikte boeken en tafelspeelgoed (uitgerust met zuignappen om te voorkomen dat ze vallen). Ze kregen de opdracht om hun kind ongeveer 5 minuten voor te lezen, gevolgd door een speelsessie van 10 minuten met het speelgoed.

Dit protocol beschrijft de methoden voor het verzamelen van gesynchroniseerde EEG-ECG-, video- en audiogegevens tijdens de lees- en afspeeltaken. De algemene procedure is echter niet specifiek voor deze onderzoeksopzet, maar is geschikt voor verschillende populaties (bijv. ouder-kind-dyades, vriend-dyades) en experimentele taken. De methode voor synchronisatie van verschillende datastromen zal worden gepresenteerd. Verder zal een basispijplijn voor EEG-voorverwerking op basis van Dikker et ^al.12 worden geschetst, en zullen retentiepercentages van EEG-gegevens en kwaliteitscontrolestatistieken worden gerapporteerd. Aangezien de specifieke analytische keuzes afhankelijk zijn van een verscheidenheid aan factoren (zoals taakontwerp, onderzoeksvragen, EEG-montage), zal hyperscanning-EEG-analyse niet verder worden uitgewerkt, maar zal de lezer in plaats daarvan worden verwezen naar bestaande richtlijnen en toolboxen (^bijv.14 voor richtlijnen;^15,16 voor toolboxen voor hyperscanninganalyse). Ten slotte bespreekt het protocol de uitdagingen en mogelijke oplossingen voor EEG-ECG-hyperscanning thuis en in andere real-world omgevingen.