Iperscansione EEG domiciliare per le interazioni sociali tra bambino e caregiver

Con la registrazione simultanea delle attività cerebrali di due o più soggetti interagenti, nota anche come hyperscanning, è diventato possibile chiarire le basi neurali delle interazioni sociali nelle^{loro dinamiche complesse}, bidirezionali e frenetiche. Questa tecnica ha spostato l’attenzione dallo studio di individui in contesti isolati e strettamente controllati all’esame di interazioni più naturalistiche, come le interazioni genitore-figlio durante il gioco libero ^2,3, la risoluzione di enigmi⁴ e i giochi cooperativi per computer ^5,6. Questi studi dimostrano che le attività cerebrali si sincronizzano durante le interazioni sociali, cioè mostrano somiglianze temporali, un fenomeno chiamato sincronia neurale interpersonale (INS). Tuttavia, la grande maggioranza degli studi di iperscansione è stata confinata in ambienti di laboratorio. Se da un lato ciò consente un migliore controllo sperimentale, dall’altro può andare a scapito della perdita di una certa validità ecologica. I comportamenti osservati in laboratorio potrebbero non essere rappresentativi dei tipici comportamenti interattivi quotidiani dei partecipanti a causa dell’ambiente non familiare e artificiale e della natura dei compiti imposti⁷.

I recenti progressi nei dispositivi mobili di neuroimaging, come l’elettroencefalografia (EEG) o la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS), alleviano questi problemi eliminando l’obbligo per i partecipanti di rimanere fisicamente connessi al computer di registrazione. Pertanto, ci consentono di misurare le attività cerebrali dei partecipanti mentre interagiscono liberamente in classe o nelle loro case ^8,9. Il vantaggio dell’EEG rispetto ad altre tecniche di neuroimaging, come l’fNIRS, è che ha un’eccellente risoluzione temporale, che lo rende particolarmente adatto per indagare dinamiche sociali frenetiche¹⁰. Tuttavia, viene fornito con l’avvertenza che il segnale EEG è altamente vulnerabile al movimento e ad altri artefatti fisiologici e non fisiologici¹¹.

Nonostante ciò, i primi studi hanno implementato con successo configurazioni di iperscansione EEG in ambienti e condizioni realistiche. Ad esempio, Dikker et ^al.12 hanno misurato il segnale EEG di un gruppo di studenti mentre erano impegnati in varie attività in classe, tra cui frequentare lezioni, guardare video e partecipare a discussioni di gruppo. Questo studio, insieme ad altri studi ^8,9, ha utilizzato prevalentemente elettrodi EEG a secco per facilitare il processo di conduzione delle misurazioni in ambienti non di laboratorio. Rispetto agli elettrodi umidi, che richiedono l’applicazione di gel o pasta conduttiva, gli elettrodi asciutti offrono notevoli vantaggi in termini di usabilità. È stato dimostrato che mostrano prestazioni paragonabili agli elettrodi umidi nelle popolazioni adulte e in condizioni stazionarie; Tuttavia, le loro prestazioni possono diminuire in scenari legati al movimento a causa dell’aumento dei livelli di impedenza¹³.

Qui, presentiamo un protocollo di lavoro per acquisire registrazioni sincronizzate da un sistema EEG su gel liquido a sette canali a bassa densità con un elettrocardiogramma (ECG) a singola derivazione collegato allo stesso amplificatore wireless (frequenza di campionamento: 500 Hz) di diadi bambino-caregiver in un ambiente domestico. Mentre gli elettrodi attivi sono stati utilizzati per gli adulti, gli elettrodi passivi sono stati utilizzati invece per i neonati poiché questi ultimi si presentano tipicamente sotto forma di elettrodi ad anello, facilitando così il processo di applicazione del gel. Inoltre, le registrazioni EEG-ECG sono state sincronizzate con tre telecamere e microfoni per catturare i comportamenti dei partecipanti da diverse angolazioni. Nello studio, i neonati di 8-12 mesi e i loro caregiver si sono impegnati in un compito di lettura e gioco mentre venivano registrati l’EEG, l’ECG e i comportamenti. Per ridurre al minimo l’impatto di un movimento eccessivo sulla qualità del segnale EEG, le attività sono state condotte in un ambiente da tavolo (ad esempio, utilizzando il tavolo della cucina e un seggiolone per neonati), richiedendo ai partecipanti di rimanere seduti durante l’attività di interazione. Agli assistenti sono stati forniti tre libri adatti all’età e giocattoli da tavolo (dotati di ventose per evitare che cadano). Sono stati istruiti a leggere al loro bambino per circa 5 minuti, seguiti da una sessione di gioco di 10 minuti con i giocattoli.

Questo protocollo descrive in dettaglio i metodi per la raccolta di dati EEG-ECG, video e audio sincronizzati durante le attività di lettura e riproduzione. La procedura complessiva, tuttavia, non è specifica per questo disegno di ricerca, ma è appropriata per diverse popolazioni (ad esempio, diadi genitore-figlio, diadi amiche) e compiti sperimentali. Verrà presentato il metodo di sincronizzazione di diversi flussi di dati. Inoltre, verrà delineata una pipeline di pre-elaborazione EEG di base basata su Dikker et ^al.12 e verranno riportati i tassi di conservazione dei dati EEG e le metriche di controllo della qualità. Poiché le scelte analitiche specifiche dipendono da una varietà di fattori (come la progettazione del compito, le domande di ricerca, il montaggio EEG), l’analisi dell’hyperscanning-EEG non sarà ulteriormente dettagliata, ma invece, il lettore sarà indirizzato alle linee guida e agli strumenti esistenti (ad esempio, ¹⁴ per le linee guida;^15,16 per gli strumenti di analisi hyperscanning). Infine, il protocollo discute le sfide e le potenziali soluzioni per l’iperscansione EEG-ECG a casa e in altri contesti del mondo reale.