当个体的耦合大脑相互协调时,它们越来越多地由脑间同步(IBS)表示,主要使用与fNIRS同时记录大脑的信号(即超扫描)。在fNIRS超扫描研究中,IBS通常通过小波变换相干(WTC)方法进行评估,因为它在将时间序列扩展到时频空间方面具有优势,其中振荡可以以高度直观的方式看到。观察到的IBS可以通过试验,伴侣和条件的基于排列的随机配对来进一步验证。在这里,提出了一个方案来描述如何通过fNIRS技术获取脑信号,通过WTC方法计算IBS,并在超扫描研究中通过排列验证IBS。此外,我们还讨论了使用上述方法时的关键问题,包括fNIRS信号的选择,数据预处理方法以及可选的计算参数。总之,使用WTC方法和排列是在fNIRS超扫描研究中分析IBS的潜在标准管道,有助于IBS的再现性和可靠性。
当个体的耦合大脑相互协调时,它们越来越多地由脑间同步(IBS)表示,主要使用与fNIRS同时记录大脑的信号(即超扫描)。在fNIRS超扫描研究中,IBS通常通过小波变换相干(WTC)方法进行评估,因为它在将时间序列扩展到时频空间方面具有优势,其中振荡可以以高度直观的方式看到。观察到的IBS可以通过试验,伴侣和条件的基于排列的随机配对来进一步验证。在这里,提出了一个方案来描述如何通过fNIRS技术获取脑信号,通过WTC方法计算IBS,并在超扫描研究中通过排列验证IBS。此外,我们还讨论了使用上述方法时的关键问题,包括fNIRS信号的选择,数据预处理方法以及可选的计算参数。总之,使用WTC方法和排列是在fNIRS超扫描研究中分析IBS的潜在标准管道,有助于IBS的再现性和可靠性。
当人们与他人协调时,他们的大脑和身体通过不断的相互适应成为一个耦合单元。大脑之间的耦合可以通过超扫描方法通过脑间同步(IBS)来表示,该方法同时记录两个或多个个体的大脑信号1。事实上,越来越多的fNIRS/EEG超扫描研究发现IBS在各种协作环境中,包括手指敲击2,团体行走3,打鼓4,吉他演奏5和唱歌/哼唱6。fNIRS广泛用于社交互动期间IBS的研究,因为它在相对自然的环境中(与fMRI / EEG相比)对头部/身体运动的限制较小7。
本文提出了一种在fNIRS超扫描研究中通过小波变换相干性(WTC)方法计算IBS的协议。WTC是一种在时频平面上评估两个运动信号之间互相关的方法,因此可以提供比传统相关分析(例如,皮尔逊相关和互相关)更多的信息,后者仅在时域8中。此外,血液动力学信号被转换成小波分量,可以有效地消除低频噪声。虽然WTC很耗时,但它一直是最常用的计算IBS的方法,模仿9,合作行为10,口头交流11,决策12和互动学习13。
本文还介绍了如何通过基于排列的试验、条件和参与者的随机平价来验证 IBS。超扫描研究中的IBS总是被提出来跟踪个体之间的在线社交互动,同时也可以通过其他解释来解释,例如刺激相似性,运动相似性或条件相似性14。排列检验,也称为随机化检验,可以通过对观测到的数据15进行重采样来利用来检验上述零假设。通过使用排列,调查已识别的IBS是否特定于交互行为是有用的,从二元组内的IBS调制到伴侣组16之间。
这里描述的协议详细介绍了如何通过fNIRS技术获取脑信号,通过WTC方法计算IBS,以及如何通过超扫描研究中的排列测试来验证IBS。本研究旨在研究在社会协调过程中,音乐仪表是否引发了特权IBS。根据先前发现中IBS的位置,在额叶皮层中记录了大脑信号1。这个实验任务最初是由Konvalinka和她的17大学开发的,参与者被要求在听完仪表或非仪表刺激后,用伴侣或他们自己的听觉反馈敲击手指。
该协议提供了一个分步程序来计算和验证IBS,使用fNIRS超扫描方法同时收集两个参与者的大脑信号。下面讨论 fNIRS 数据预处理、IBS 计算、统计和 IBS 验证中涉及的一些关键问题。
数据预处理
有必要在超扫描研究中预处理fNIRS数据,以便从可能的噪声(即运动伪影,系统组件)中提取真实信号。虽然在早期的fNIRS超扫描研究中,在分析IBS时跳过了预处理10,32,33?…
The authors have nothing to disclose.
本研究由国家自然科学基金(31872783、31800951)资助。
Computer | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | HP S01-pF157mcn | |
Earphone | Royal Philips Electronics, Eindhoven, The Netherlands | SHE2405BK/00 | |
EEG cap | Compumedics Neuroscan, Charlotte, USA | 64-channel Quik-Cap | |
E-Prime software | Psychology Software Tools, Inc., Pittsburgh, USA | E-Prime 3 | |
fNIRS system | Hitachi Medical Corporation, Tokyo, Japan | ETG-7100 Optical Topography System | |
MATLAB 2014b | The MathWorks, Inc., Natick, MA | MATLAB 2014b | |
MuseScore | Musescore Company, Belgium | MuseScore 3.6.2.548021803 | |
Swimming cap | Decathlon Group, Villeneuve-d'Ascq, France | 1681552 |