قياس تدفق المعلومات الاتجاهية في بيانات fNIRS-hyperscanning باستخدام طريقة تماسك تحويل المويجات الجزئية

التفاعل الاجتماعي له أهمية حيوية للبشر ^1,2. لفهم الآلية العصبية المعرفية ثنائية الدماغ للتفاعل الاجتماعي ، تم مؤخرا استخدام نهج المسح المفرط على نطاق واسع ، مما يدل على أن أنماط التزامن العصبي بين الأشخاص (INS) يمكن أن تميز عملية التفاعل الاجتماعي^{بشكل جيد} 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 ^{، 13,14}. من بين الدراسات الحديثة ، هناك نتيجة مثيرة للاهتمام هي أن اختلاف دور الأفراد في الصبغة قد يؤدي إلى نمط متأخر زمنيا من INS ، أي أن INS يحدث عندما يتخلف نشاط الدماغ لفرد واحد عن نشاط فرد آخر بثوان ، مثل ذلك من المستمعين إلى المتحدثين ^5,9 ، من القادة إلى الأتباع⁴ ، من المعلمين إلى الطلاب⁸ ، من الأمهات إلى الأطفال¹³،^{15 ،} ومن النساء إلى الرجال في زوجين رومانسيين⁶. الأهم من ذلك ، هناك تطابق جيد بين الفترة الفاصلة بين INS المتخلفة زمنيا وسلوكيات التفاعل الاجتماعي ، مثل بين المعلمين الذين يسألون والطلاب الذين يجيبون^{على 8} أو بين سلوكيات الأبوة والأمومة للأمهات وسلوكيات الامتثال للأطفال¹⁵. وبالتالي ، قد يعكس INS المتخلف زمنيا تدفق معلومات اتجاهي من فرد إلى آخر ، كما هو مقترح في نموذج هرمي حديث للتواصل اللفظي بين الأشخاص¹⁶.

في السابق ، تم حساب INS المتخلفة زمنيا بشكل أساسي على إشارة التحليل الطيفي الوظيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة (fNIRS) بسبب دقتها المكانية العالية نسبيا ، والتوطين التشريحي الصوتي ، والتسامح العالي بشكل استثنائي مع القطع الأثرية المتحركة¹⁷ عند دراسة التفاعلات الاجتماعية الطبيعية. علاوة على ذلك ، لتحديد المراسلات بدقة بين التأخر الزمني العصبي والفارق الزمني السلوكي أثناء التفاعل الاجتماعي ، من الضروري الحصول على قوة INS لكل تأخر زمني (على سبيل المثال ، من عدم وجود فارق زمني إلى فارق زمني قدره 10 ثوان). لهذا الغرض ، في السابق ، تم تطبيق إجراء تماسك تحويل المويجات (WTC) على نطاق واسع بعد تحويل إشارة الدماغ لفرد واحد إلى الأمام أو الخلف بالنسبة إلى إشارة فرد آخر ^5,6,18. عند استخدام هذا الإجراء التقليدي لمركز التجارة العالمي لإشارات fNIRS ، هناك تحد محتمل لأن INS المتخلفة زمنيا المرصودة قد تكون مرتبكة بسبب تأثير الارتباط الذاتي لإشارة fNIRS لفرد 19,20,21. على سبيل المثال ، أثناء عملية التفاعل الاجتماعي الديادي ، قد تتم مزامنة إشارة المشارك A في النقطة الزمنية t مع إشارة المشارك B في نفس النقطة الزمنية. وفي الوقت نفسه ، قد تتم مزامنة إشارة المشارك A في النقطة الزمنية t مع إشارة المشارك A في نقطة زمنية لاحقة t + 1 بسبب تأثير الارتباط الذاتي. لذلك ، قد يحدث INS زائف متأخر زمنيا بين إشارة المشارك A في النقطة الزمنية t وإشارة المشارك B في النقطة الزمنية t + 1.

قدم ميهانوفيتش وزملاؤه²² أولا طريقة تسمى تماسك تحويل المويجات الجزئي (pWTC) ، ثم طبقوها في العلوم البحرية^23,24. كان الغرض الأصلي من هذه الطريقة هو التحكم في الضوضاء المربكة الخارجية عند تقدير تماسك إشارتين. هنا ، لمعالجة مشكلة الارتباط التلقائي في بيانات المسح الضوئي التشعبي fNIRS ، تم توسيع طريقة pWTC لحساب INS المتخلفة زمنيا على إشارة fNIRS. على وجه التحديد ، يمكن حساب INS متأخر زمنيا (وتدفق معلومات اتجاهي) من المشارك A إلى المشارك B باستخدام المعادلة أدناه (المعادلة 1)²³.

هنا ، من المفترض أن هناك إشارتين ، A و B ، من المشاركين A و B ، على التوالي. يسبق حدوث الإشارة B دائما حدوث الإشارة A بفارق زمني قدره n ، حيث يكون WTC (A t ، B _{t + n}) هو مركز التجارة العالمي التقليدي المتخلف زمنيا. مركز التجارة العالمي (A t، A _t+n) هو مركز التجارة العالمي المرتبط ذاتيا في المشارك A. WTC (A t، B t) هو مركز التجارة العالمي المتوافق زمنيا في النقطة الزمنية t بين المشارك A و B. * هو المشغل المقترن المعقد (الشكل 1A).

الشكل 1: نظرة عامة على pWTC. (أ) منطق مركز التجارة العالمي. هناك إشارتان A و B ، داخل dyad. يحدث A دائما بعد حدوث B مع تأخر n. المربع الرمادي هو نافذة موجية عند نقطة زمنية معينة t أو t + n. واستنادا إلى معادلة pWTC (الممثلة في الشكل)، يلزم حساب ثلاثة مراكز تجارية عالمية: مركز التجارة العالمي المتخلف زمنيا من A_t+n وB_t؛ و ( مركز التجارة العالمي المرتبط ذاتيا في المشارك A من A t و A_{t + n} ؛ ومركز التجارة العالمي المتوافق مع الوقت عند النقطة الزمنية t و A t و B_t. (ب) تخطيط مجموعات مسبار optode. تم وضع CH11 في T3 ، وتم وضع CH25 في T4 وفقا للنظام الدولي 10-20^27,28. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

قدم هذا البروتوكول لأول مرة تجربة محاكاة لإظهار مدى نجاح pWTC في حل تحدي الارتباط الذاتي. ثم شرح كيفية إجراء pWTC بطريقة خطوة بخطوة استنادا إلى تجربة تجريبية للتفاعلات الاجتماعية الطبيعية. هنا ، تم استخدام سياق اتصال لتقديم الطريقة. ويرجع ذلك إلى أنه في السابق ، كان يتم حساب INS المتخلفة زمنيا عادة في سياق اتصال طبيعي³،⁴،^6،8،¹³،^15،18. بالإضافة إلى ذلك ، أجريت أيضا مقارنة بين pWTC و WTC التقليدي والتحقق من الصحة مع اختبار السببية Granger (GC).