Межмозговая синхронность в открытом совместном обучении: исследование fNIRS-гиперсканирования

Недавно, чтобы выявить параллельную активность мозга через интерактивные диады или членов группы, исследователи используют подход гиперсканирования^1,2. В частности, электроэнцефалограмма (ЭЭГ), функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) и функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия (фНИРС) используются для записи нейронной и мозговой активности двух или более субъектов одновременно^3,4,5. Исследователи извлекают нейронный индекс, влекущий за собой параллельную связь мозга, на основе этого метода, который относится к межмозговой синхронности (IBS) (то есть выравниванию фазы и / или амплитуды нейронных или гемодинамических сигналов во времени). Большое разнообразие исследований гиперсканирования обнаружило СРК во время социального взаимодействия между несколькими людьми (например, игрок-аудитория, инструктор-ученик и лидер-последователь)^6,7,8. Кроме того, СРК имеет конкретные последствия эффективного обучения и обучения^{9,10,11,12,13,14.} С увеличением исследований гиперсканирования в натуралистических сценариях обучения необходимо установить стандартный протокол экспериментов гиперсканирования и конвейер анализа данных в этой области.

Таким образом, в данной работе представлен протокол для проведения гиперсканирования диад совместного обучения на основе fNIRS и конвейер для анализа IBS. fNIRS представляет собой оптический инструмент визуализации, который излучает ближний инфракрасный свет для оценки спектрального поглощения гемоглобина косвенно, а затем гемодинамическая / оксигенационная активность измеряется^15,16,17. По сравнению с фМРТ, fNIRS менее подвержен артефактам движения, что позволяет проводить измерения у субъектов, которые проводят реальные эксперименты (например, имитацию, разговор и невербальную коммуникацию)^18,7,19. По сравнению с ЭЭГ, fNIRS имеет более высокое пространственное разрешение, что позволяет исследователям обнаружить местоположение мозговой активности^20. Таким образом, эти преимущества в пространственном разрешении, логистике и осуществимости квалифицируют fNIRS для проведения измерений гиперсканирования^1. Используя эту технологию, новый исследовательский орган обнаруживает индексный термин как IBS – нейронное выравнивание мозговой активности двух (или более) людей – в различных формах натуралистических социальных условий^{9,10,11,12,13,14.} В этих исследованиях для расчета этого показателя применяются различные методы (например, корреляционный анализ и анализ когерентности вейвлет-трансформ (ВТЦ)); между тем, стандартный конвейер для такого анализа необходим, но отсутствует. В результате в данной работе представлен протокол проведения гиперсканирования на основе fNIRS и конвейер с использованием анализа ЦМТ для идентификации СРК.

Это исследование направлено на оценку СРК в диадах совместного обучения с использованием метода гиперсканирования fNIRS. Во-первых, гемодинамический ответ регистрируется одновременно в префронтальной и левой височно-теменной областях каждой диады во время совместного обучения. Эти регионы были идентифицированы как связанные с интерактивным преподаванием и обучением^{9,10,11,12,13,14.} Во-вторых, IBS рассчитывается по каждому соответствующему каналу. Процесс записи данных fNIRS состоит из двух частей: сеанс состояния покоя и сеанс совместной работы. Сеанс покоя длится 5 мин, в течение которых оба участника (сидя лицом к лицу, отдельно друг от друга столом (0,8 м)) должны оставаться неподвижными и расслабляться. Этот сеанс состояния покоя служит в качестве базового уровня. Затем, на совместной сессии, участникам говорят изучить все учебные материалы вместе, вызывая понимание, обобщая правила и следя за тем, чтобы все учебные материалы были освоены. Здесь представлены конкретные этапы проведения эксперимента и анализа данных fNIRS.