fNIRS-Hipertarama Verilerindeki Yönlü Bilgi Akışının Kısmi Dalgacık Dönüşümü Tutarlılık Yöntemi Kullanılarak Ölçülmesi

Sosyal etkileşim insanlar için hayati öneme sahiptir ^1,2. Sosyal etkileşimin çift beyinli nörobilişsel mekanizmasını anlamak için, hipertarama yaklaşımı son zamanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır ve kişilerarası sinirsel senkronizasyon (INS) kalıplarının sosyal etkileşim sürecini iyi karakterize edebileceğini göstermektedir 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12 ,^13,14. Son çalışmalar arasında, ilginç bir bulgu, bir dyad’daki bireylerin rol farkının, zaman gecikmeli bir INS modeline yol açabileceğidir, yani INS, bir bireyin beyin aktivitesi, dinleyicilerden konuşmacılara^5,9, liderlerden takipçilere^4, öğretmenlerden öğrencilere⁸, anneden çocuklara^13,15 ve romantik bir çiftte kadınlardan erkeklere⁶. En önemlisi, zaman gecikmeli INS’nin aralığı ile sorgulama yapan öğretmenler ve^8’e cevap veren öğrenciler arasında veya annelerin ebeveynlik davranışları ile çocukların uyum davranışları arasında olduğu gibi sosyal etkileşim davranışları arasında iyi bir yazışma vardır.¹⁵. Bu nedenle, zaman gecikmeli INS, kişilerarası sözlü iletişim için yakın tarihli bir hiyerarşik modelde önerildiği gibi, bir bireyden diğerine yönlü bir bilgi akışını yansıtabilir¹⁶.

Önceden, zaman gecikmeli INS, natüralist sosyal etkileşimleri incelerken nispeten yüksek uzamsal çözünürlüğü, ses anatomik lokalizasyonu ve hareket artefaktlarının olağanüstü yüksek toleransı nedeniyle fonksiyonel yakın kızılötesi spektroskopi (fNIRS) sinyali üzerinde hesaplanıyordu¹⁷. Dahası, sosyal etkileşim sırasında sinirsel zaman gecikmesi ile davranışsal zaman gecikmesi arasındaki yazışmaları tam olarak karakterize etmek için, her zaman gecikmesi için INS gücünü elde etmek önemlidir (örneğin, zaman gecikmesi olmamasından 10 s’lik bir zaman gecikmesine). Bu amaçla, daha önce, dalgacık dönüşümü tutarlılığı (WTC) prosedürü, bir bireyin beyin sinyalini başka bir bireyin ^5,6,18’ine göre ileri veya geri kaydırdıktan sonra yaygın olarak uygulandı. Bu geleneksel WTC prosedürünü fNIRS sinyalleri için kullanırken, potansiyel bir zorluk vardır, çünkü gözlemlenen zaman gecikmeli INS, fNIRS sinyalinin bireysel bir ^19,20,21 için otokorelasyon etkisi ile karıştırılabilir. Örneğin, diyadik bir sosyal etkileşim süreci sırasında, katılımcı A’nın t zaman noktasındaki sinyali, aynı zaman noktasında katılımcı B’ninkiyle senkronize edilebilir. Bu arada, t zaman noktasındaki katılımcı A’nın sinyali, otokorelasyon etkisi nedeniyle daha sonraki bir zaman noktası t + 1’deki katılımcı A’nınkiyle senkronize edilebilir. Bu nedenle, t zaman noktasındaki katılımcı A’nın sinyali ile t + 1 zaman noktasındaki katılımcı B’nin sinyali arasında sahte bir zaman gecikmeli INS oluşabilir.

Mihanović ve meslektaşları²² ilk önce kısmi dalgacık dönüşüm tutarlılığı (pWTC) adı verilen bir yöntem tanıttı ve daha sonra deniz bilimlerinde^{uyguladı 23,24}. Bu yöntemin asıl amacı, iki sinyalin tutarlılığını tahmin ederken dışsal kafa karıştırıcı gürültüyü kontrol etmekti. Burada, fNIRS hipertarama verilerindeki otokorelasyon sorununu ele almak için, pWTC yöntemi, fNIRS sinyalindeki zaman gecikmeli INS’yi hesaplamak için genişletildi. Tam olarak, katılımcı A’dan katılımcı B’ye kadar olan zaman gecikmeli bir INS (ve yönlü bir bilgi akışı), aşağıdaki denklem kullanılarak hesaplanabilir (Denklem 1)²³.

Burada, sırasıyla A ve B katılımcılarından A ve B olmak üzere iki sinyal olduğu varsayılmaktadır. B sinyalinin oluşumu her zaman n zaman gecikmeli A sinyalinden önce gelir, burada WTC (A t, B _{t + n}) geleneksel zaman gecikmeli WTC’dir. WTC (A t, A _t+n), katılımcı A’daki otomatik ilişkili WTC’dir. WTC (A t, B t), katılımcı A ve B arasındaki _t zaman noktasında zaman hizalanmış WTC’dir . * karmaşık eşlenik operatördür (Şekil 1A).

Şekil 1: pWTC’ye genel bakış. (A) pWTC’nin mantığı. Bir dyad içinde iki sinyal A ve B vardır. A’nın oluşumu her zaman B’ninkini n gecikmeli olarak takip eder. Gri kutu, belirli bir zaman noktası t veya t + n’deki bir dalgacık penceresidir. pWTC denklemine (şekilde temsil edilen) dayanarak, üç WTC’nin hesaplanması gerekir: A_{t + n} ve B_t’nin zaman gecikmeli WTC’si; A _t ve A _t+n’nin A katılımcısındaki otomatik korelasyonlu WTC; ve t, A t ve B _t zaman noktalarında zaman hizalanmış WTC. (B) Optod prob setlerinin düzeni. CH11 T3’e yerleştirildi ve CH25, uluslararası 10-20 sistemi 27,28’i takiben ^T4’e yerleştirildi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Bu protokol ilk olarak pWTC’nin otokorelasyon zorluğunu ne kadar iyi çözdüğünü göstermek için bir simülasyon deneyi başlattı. Daha sonra, pWTC’nin natüralist sosyal etkileşimlerin ampirik bir deneyine dayanan adım adım nasıl yürütüleceğini açıkladı. Burada, yöntemi tanıtmak için bir iletişim bağlamı kullanılmıştır. Bunun nedeni, daha önce, zaman gecikmeli INS’nin genellikle doğalcı bir iletişim bağlamında hesaplanmış olmasıdır 3,4,6,8,13,15,18. Ek olarak, pWTC ile geleneksel WTC arasında bir karşılaştırma ve Granger nedensellik (GC) testi ile doğrulama da yapılmıştır.