La synchronisation inter-cerveaux dans l’apprentissage collaboratif ouvert : une étude fNIRS-Hyperscanning

Récemment, pour révéler l’activité cérébrale simultanée à travers les dyades interactives ou les membres d’un groupe, les chercheurs ont utilisé l’approche hyperscan^1,2. Plus précisément, l’électroencéphalogramme (EEG), l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et la spectroscopie fonctionnelle dans le proche infrarouge (fNIRS) sont utilisés pour enregistrer les activités neuronales et cérébrales de deux sujets ou plus simultanément^3,4,5. Les chercheurs extraient un indice neuronal impliquant un couplage cérébral simultané basé sur cette technique, qui fait référence à la synchronisation inter-cerveau (IBS) (c’est-à-dire l’alignement de phase et / ou d’amplitude des signaux neuronaux ou hémodynamiques à travers le temps). Une grande variété de recherches sur l’hyperscan ont révélé que le SCI était au cours de l’interaction sociale entre plusieurs personnes (par exemple, joueur-public, instructeur-apprenant et leader-suiveur)^6,7,8. En outre, IBS a des implications spécifiques de l’apprentissage et de l’enseignement^efficaces9,10 ,^11,12,13,14. Avec l’essor de la recherche sur l’hyperscan dans les scénarios d’apprentissage naturalistes, il est nécessaire d’établir un protocole standard d’expériences d’hyperscan et le pipeline d’analyse de données dans ce domaine.

Ainsi, cet article fournit un protocole pour effectuer l’hyperscan basé sur fNIRS des dyades d’apprentissage collaboratif et un pipeline pour l’analyse du SCI. fNIRS est un outil d’imagerie optique, qui émet de la lumière proche infrarouge pour évaluer indirectement l’absorption spectrale de l’hémoglobine, puis l’activité hémodynamique / oxygénation est mesurée^15,16,17. Comparé à l’IRMf, le fNIRS est moins sujet aux artefacts de mouvement, ce qui permet des mesures de sujets qui font des expériences réelles (par exemple, imitation, conversation et communication non verbale)^18,7,19. En comparaison avec l’EEG, fNIRS détient une résolution spatiale plus élevée, permettant aux chercheurs de détecter l’emplacement de l’activité cérébrale²⁰. Ainsi, ces avantages en termes de résolution spatiale, de logistique et de faisabilité qualifient fNIRS pour effectuer des mesures d’hyperscanning¹. En utilisant cette technologie, un organisme de recherche émergent détecte un terme d’index comme IBS – l’alignement neuronal de l’activité cérébrale de deux (ou plus) personnes – dans différentes formes de contextes sociaux naturalistes^{9,10,11,12,13,14}. Dans ces études, diverses méthodes (c.-à-d. l’analyse de corrélation et l’analyse de la cohérence de la transformation des ondelettes (WTC)) sont appliquées pour calculer cet indice; en attendant, un pipeline standard sur une telle analyse est essentiel mais fait défaut. En conséquence, un protocole pour effectuer l’hyperscan basé sur fNIRS et un pipeline utilisant l’analyse WTC pour identifier IBS est présenté dans ce travail

Cette étude vise à évaluer le SCI dans les dyades d’apprentissage collaboratif en utilisant la technique d’hyperscan fNIRS. Tout d’abord, une réponse hémodynamique est enregistrée simultanément dans les régions préfrontale et temporopariétale gauche de chaque dyade au cours d’une tâche d’apprentissage collaboratif. Ces régions ont été identifiées comme associées à l’enseignement et à l’apprentissage^{interactifs9,10 , 11,12,13,14}. Deuxièmement, l’IBS est calculé sur chaque canal correspondant. Le processus d’enregistrement des données fNIRS se compose de deux parties : la session à l’état de repos et la session collaborative. La séance de repos dure 5 min, pendant laquelle les deux participants (assis face à face, séparés l’un de l’autre par une table (0,8 m)) sont tenus de rester immobiles et de se détendre. Cette session d’état de repos sert de référence. Ensuite, dans la session collaborative, les participants sont invités à étudier ensemble l’ensemble du matériel d’apprentissage, en suscitant la compréhension, en résumant les règles et en s’assurant que tout le matériel d’apprentissage est maîtrisé. Ici, les étapes spécifiques de la réalisation de l’expérience et de l’analyse des données fNIRS sont présentées.