유아-양육자의 사회적 상호 작용을 위한 가정 기반 EEG 하이퍼스캐닝
Summary
이 프로토콜은 가정 환경에서 유아 양육자의 다이아드에서 동기화된 뇌파, 심전도 및 행동 기록을 캡처한 방법을 설명합니다.
Abstract
간병인과 어린이의 뇌 활동을 동시에 기록하는 이전의 하이퍼스캐닝 연구는 주로 실험실 내에서 수행되었기 때문에 결과의 일반화 가능성이 실제 환경에 대한 일반화 가능성에 제한이 있었습니다. 여기에서는 가정에서 다양한 대화형 작업을 수행하는 동안 유아-양육자 다이아드의 동기화된 뇌파(EEG), 심전도(ECG) 및 행동 기록을 캡처하기 위한 포괄적인 프로토콜이 제안됩니다. 이 프로토콜은 서로 다른 데이터 스트림을 동기화하고 EEG 데이터 보존률 및 품질 검사를 보고하는 방법을 보여줍니다. 또한 가정 환경에서의 실험 설정, 작업 및 데이터 수집과 관련된 중요한 문제와 가능한 솔루션에 대해 논의합니다. 이 프로토콜은 유아 양육자 다이아드에 국한되지 않고 다양한 다이아드 별자리에 적용될 수 있습니다. 전반적으로, 우리는 보다 생태학적으로 유효한 환경 환경에서 참가자의 뇌 활동을 포착하기 위해 실험실 외부에서 실험을 수행할 수 있는 EEG 하이퍼스캐닝 설정의 유연성을 보여줍니다. 그러나 움직임 및 기타 유형의 인공물은 여전히 가정 환경에서 수행할 수 있는 실험적 작업을 제한합니다.
Introduction
하이퍼스캐닝(hyperscanning)이라고도 하는 두 개 이상의 상호 작용하는 피험자의 뇌 활동을 동시에 기록함으로써 복잡하고 양방향적이며 빠르게 진행되는 역학에서 사회적 상호 작용의 신경 기초를 설명할 수 있게 되었습니다1. 이 기법은 고립되고 엄격하게 통제된 환경에서 개인을 연구하는 것에서 자유 놀이 2,3, 퍼즐 풀기4 및 협동 컴퓨터 게임 5,6 중 부모-자식 상호 작용과 같은 보다 자연스러운 상호 작용을 조사하는 것으로 초점을 옮겼습니다. 이 연구는 사회적 상호 작용 중에 뇌 활동이 동기화됨, 즉 시간적 유사성을 보인다는 것을 보여주며, 이러한 현상을 대인 신경 동기화(INS)라고 합니다. 그러나 대부분의 하이퍼스캐닝 연구는 실험실 환경에 국한되어 있습니다. 이것은 더 나은 실험 통제를 허용하지만 일부 생태학적 타당성을 잃는 대가를 치를 수 있습니다. 실험실에서 관찰된 행동은 낯설고 인공적인 환경과 부과된 과제의 특성으로 인해 참가자의 전형적인 일상 상호작용 행동을 대표하지 않을 수 있다7.
최근 뇌파검사(EEG) 또는 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)과 같은 모바일 신경영상 장치의 발전으로 참가자가 기록 컴퓨터에 물리적으로 연결되어 있어야 하는 요구 사항을 제거함으로써 이러한 문제를 완화했습니다. 따라서 참가자가 교실이나 가정에서 자유롭게 상호 작용하는 동안 참가자의 뇌 활동을 측정할 수 있습니다 8,9. fNIRS와 같은 다른 신경영상 기법과 비교했을 때 EEG의 장점은 시간적 해상도가 뛰어나 빠르게 진행되는 사회적 역동성을 조사하는 데 특히 적합하다는 점이다10. 그러나 EEG 신호는 움직임 및 기타 생리적 및 비생리학적 인공물에 매우 취약하다는 주의가 수반된다11.
그럼에도 불구하고 첫 번째 연구는 실제 환경과 조건에서 EEG 하이퍼스캐닝 설정을 성공적으로 구현했습니다. 예를 들어, Dikker et al.12은 강의 참석, 비디오 시청, 그룹 토론 참여를 포함한 다양한 교실 활동에 참여하는 학생 그룹의 EEG 신호를 측정했습니다. 이 연구는 다른 연구 8,9와 함께 비실험실 환경에서 측정을 수행하는 과정을 용이하게 하기 위해 주로 건조 EEG 전극을 사용했습니다. 전도성 겔 또는 페이스트의 도포가 필요한 습식 전극과 비교할 때 건식 전극은 유용성 측면에서 주목할 만한 이점을 제공합니다. 그들은 성인 인구 및 정지 상태에서 습식 전극과 유사한 성능을 나타내는 것으로 나타났습니다. 그러나, 이들의 성능은 임피던스 레벨(impedance levels)13의 증가로 인해 모션 관련 시나리오에서 감소할 수 있다.
여기에서는 가정 환경에서 유아 양육자 dyad의 동일한 무선 증폭기(샘플링 속도: 500Hz)에 연결된 단일 리드 심전도(ECG)를 사용하여 저밀도 7채널 액체 젤 EEG 시스템에서 동기화된 녹음을 캡처하기 위한 작업 프로토콜을 제시합니다. 능동 전극은 성인에게 사용되었지만, 수동형 전극은 일반적으로 고리 전극 형태로 제공되어 겔 적용 과정을 용이하게 하기 때문에 유아에게 대신 사용되었습니다. 또한 EEG-ECG 녹화를 3대의 카메라 및 마이크와 동기화하여 다양한 각도에서 참가자의 행동을 캡처했습니다. 이 연구에서 8-12개월 된 영아와 보호자는 EEG, ECG 및 행동을 기록하는 동안 읽기 및 놀이 작업에 참여했습니다. 과도한 움직임이 EEG 신호 품질에 미치는 영향을 최소화하기 위해 과제는 탁자 위 환경(예: 부엌 탁자 및 유아용 유아용 의자 활용)에서 수행되었으며 참가자는 상호 작용 과제 내내 앉아 있어야 했습니다. 간병인에게는 연령에 맞는 책 3권과 탁상용 장난감(떨어지는 것을 방지하기 위해 흡입 컵이 장착되어 있음)이 제공되었습니다. 그들은 약 5분 동안 아이에게 책을 읽어 준 다음 장난감을 가지고 10분 동안 놀아주도록 지시받았습니다.
이 프로토콜은 읽기 및 재생 작업 중에 동기화된 EEG-ECG, 비디오 및 오디오 데이터를 수집하는 방법을 자세히 설명합니다. 그러나 전체 절차는 이 연구 설계에만 국한되지 않고 다양한 모집단(예: 부모-자식 다이아드, 친구 다이아드) 및 실험 작업에 적합합니다. 서로 다른 데이터 스트림의 동기화 방법이 제시됩니다. 또한 Dikker et al.12를 기반으로 한 기본 EEG 전처리 파이프라인을 간략하게 설명하고 EEG 데이터 보존률 및 품질 관리 지표를 보고합니다. 특정 분석 선택은 다양한 요인(예: 작업 설계, 연구 질문, EEG 몽타주)에 따라 달라지기 때문에 하이퍼스캐닝-EEG 분석은 더 이상 자세히 설명되지 않고 대신 독자는 기존 지침 및 도구 상자(예: 지침의 경우 14;15,16 하이퍼스캐닝 분석 도구 상자의 경우). 마지막으로, 이 프로토콜은 가정 및 기타 실제 환경에서 EEG-ECG 하이퍼스캐닝에 대한 과제와 잠재적 솔루션에 대해 논의합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 프로토콜에서 우리는 유아와 양육자가 더 편안하게 느낄 수 있고 그들의 행동이 실험실 환경과 달리 실제 상호 작용을 더 잘 나타낼 수 있는 참가자의 집에서 측정을 수행하여 생태학적 타당성을 높입니다7. 더욱이, 가정 환경에서의 녹화는 예를 들어, 이동 시간과 관련하여 참가자의 부담을 완화할 수 있으며, 따라서 특정 참가자 그룹을 보다 접근하기 쉽게 만들 수 있다. 그?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 연구는 난양기술대학교(Nanyang Technological University)의 대통령 박사후 연구원 장학금(Presidential Postdoctoral Fellowship Grant)으로 자금을 지원받았으며, VR에 수여되었습니다.
Materials
| 10 cc Luer Lock Tip syringe without Needle | Terumo Corporation | ||
| actiCAP slim 8-channel electrode set (LiveAMP8) | Brain Products GmbH | ||
| Arduino Software (IDE) | Arduino | Arduino IDE 1.8.19 | The software used to write the code for the Arduino microcontroller. Alternate programming software may be used to accompany the chosen microcontroller unit. |
| Arduino Uno board | Arduino | Used for building the circuit of the trigger box. Alternate microcontroller boards may be used. | |
| BNC connectors | BNC connectors to connect the various parts of the trigger box setup. | ||
| BNC Push button | Brain Products GmbH | BP-345-9000 | BNC trigger push button to send triggers. |
| BNC to 2.5 mm jack trigger cable (80 cm) | Brain Products GmbH | BP-245-1200 | BNC cables connecting the 2 LiveAmps to the trigger box. |
| BrainVision Analyzer Version 2.2.0.7383 | Brain Products GmbH | EEG analysis software. | |
| BrainVision Recorder License with dongle | Brain Products GmbH | S-BP-170-3000 | |
| BrainVision Recorder Version 1.23.0003 | Brain Products GmbH | EEG recording software. | |
| Custom 8Ch LiveAmp Cap passive (infant EEG caps) | Brain Products GmbH | LC-X6-SAHS-44, LC-X6-SAHS-46, LC-X6-SAHS-48 | For infant head sizes 44, 46, 48 . Alternate EEG caps may be used. |
| Dell Latitude 3520 Laptops | Dell | Two laptops, one for adult EEG recording and one for infant EEG recording. Alternate computers may be used. | |
| Dental Irrigation Syringes | |||
| LiveAmp 8-CH wireless amplifier | BrainProducts GmbH | BP-200-3020 | Two LiveAmps, one for adult EEG and one for infant EEG. Alternate amplifier may be used. |
| Manfrotto MT190X3 Tripod with 128RC Micro Fluid Video Head | Manfrotto | MT190X3 | Alternate tripods may be used. |
| Matlab Software | The MathWorks, Inc. | R2023a | Alternate analysis and presentation software may be used. |
| Power bank (10000 mAh) | Philips | DLP6715NB/69 | Alternate power banks may be used. |
| Raw EEG caps | EASYCAP GmbH | For Adult head sizes 52, 54, 56, 58. Alternate EEG caps may be used. | |
| Rode Wireless Go II Single Set | Røde Microphones | Alternate microphones may be used. | |
| Sony FDR-AX700 Camcorder | Sony | FDR-AX700 | Alternate camcorders or webcams may be used. |
| SuperVisc High-Viscosity Gel | EASYCAP GmbH | NS-7907 |
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