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NIRX超扫描采集

陈锐CR BrainTechnology 2019-06-30

新的起点是成功的开端,目标是行动的航标。一个人生活中没有任何目标,就如大海中漂泊的孤舟,不是稳步前进,而是随波逐流。


2019年第一篇文章,新的起点,新的远航。

2018年,我们不曾遗忘;2019年,我们重新起航。

在写每篇文章的时候,对于小编来说都是没有概念的,总是想到哪就写到哪,得空了,不忙了就来写写文章,我向往悠闲自得的生活,但往往不得,生活这镜子总是时刻鞭策着自己再努力一点,新的一年,祝愿各位小伙伴们事事顺利,健健康康。


在2019年新年开始的第一次近红外脑成像技术培训中,有童鞋问小编。NIRX的近红外脑成像设备能不能做三个人或者三个人以上同时采集数据,当时的小编,说真的一脸懵,在小编做过的实验中,Hyperscanning技术,小编是做过的,更多的是两个人的数据采集,不论是在EEG的超扫描中还是NIRS的超扫描中,这也是常见的。


Hyperscanning技术的目的是提供在特定运动或认知任务期间相互作用的两个或更多个受试者中的大脑活动的同时记录。不论是在EEG、fNIRS以及fMRI设备中均会有使用,从多个受试者中同时记录数据的可用性不仅仅是为了分析每个受试者的大脑活动与其特定行为状态相关,而且是为分析不同受试者间大脑活动的相关连通性开辟了新的研究方向,所以说超扫描技术是比较难掌握的技术,不论是在数据采集时还是在数据分析时均是比较复杂的技术。


在先前推送的一篇文章中《 fNIRS中的超扫描(hyperscanning)技术研究》在文章中使用NIRSport 16 x 16的设备同时采集了四个人的数据,这说明超扫描技术在NIRX设备中是有办法实现的。今天我们就以NIRX公司的近红外脑成像设备进行超扫描采集设置,当然在EEG采集信号中也可以进行超扫描采集,这将在后续中有可能会谈到。


NIRX近红外脑成像采集涉及的软件:

1、NIRSite头部定位模板软件

2、NIRStar数据采集软件


1.NIRSite

在此软件中,头部定位系统采用的是EEG上的10-20头部定位系统,具体的定位说明可参看 国际10-20系统(视频版)》,研究人员可根据自己的研究需求进行光源source-探测器detector的排布。如下图所示


在上图中展示了3x3的montage设计,在软件内可保存成.mat格式供后续NIRStar采集软件的使用。


2.NIRStar采集软件

在NIRX的设备中,NIRStar采集软件是非常重要的软件,这款软件能满足各种数据采集方式的记录,从普通的单人实验到多人以上的实验数据记录,这都是可以实现的。


单人普通实验记录:

在软件的Configration中,NIRX公司内置了很多可供普通实验的montage文件,在Predefined montages中,你可以找到很多关于标准的前额区,运动区、后枕区的montage文件。当这些montage是满足你的研究需求时,你仅仅只需要点击OK,进行接下来的校准即可进行数据采集。

当然,这是常见的现象。在特定要求下的实验,往往内置的montage是不满足我们的研究需求的,所以在前面所说到的NIRSite软件,这将是我们完成特定要求的非常有用的工具软件。当在Site软件内建立好所想要研究的脑区Montage后,可以在NIRStar中进行导入。在以上图片中的按钮NEW即可进行导入,以上这只是完成单人受试者采集的基本需求,这将是很容易的完成的。


双人Hyperscanning采集

超扫描采集,指代的是采集受试者在两人或者两人以上同时进行数据采集,在这种采集模式下,对设备的要求相对会高一些,我们常见到的近红外脑成像的光源数和探测器数会在16 x 16以上,当然在数量小于16的时候也是可以进行超扫描采集的,但这样探测脑区的位置会相对的小很多。在本文中,小编以NIRX公司16 x 16的光源和探测器进行采集,如果您的光源数小于16也想进行超扫描数据采集,可以在后台留言,我将不遗余力的帮助你。在NIRX公司内置的模板中,双人超扫描采集是非常容易的进行操作。在正常单人的模板中,您可以找到Perform Hyperscanning选项,当您只要勾选上,你就可以看到1-8号光源和探测器则是属于1号受试者的,9-16号就属于2号受试者的。接下来就点击OK,进行校正即可进行数据采集。


两人以上的Hyperscanning采集

超过两人以上的采集,这将是一个非常特别的采集方式,当前的软件是没有内置的模板可供选择的。当然,没有任何的阻难能决定我不去做研究,在这种情况下,我们需要手动的排布通道,并能清楚的知道哪些光源和探测器对应的是哪个脑区,在这里,我们考虑在多人上的采集是否要考虑覆盖探测脑区的范围以及对称性等问题。一旦确定使用的光源和探测器后,我们就需要在NIRStar上设置对应的通道,在configration-topolayout中手动设置光源与探测器对应的通道。如下图,

当我们设置好相应的topolayout后,我们就可以进行数据采集了,你应该会知道这并不会像双人采集数据时,软件会自动帮助你把每个受试者的数据单独保存成文件,在手动设置中,软件保存下来的文件仅仅是一个数据文件,这就需要我们在后期分析,通过不同通道的数据,我们要将每个受试者的数据进行分离。这将是一个非常复杂的过程,在NIRStar中没有直接分离的code,但我们可以通过原始文件中wl1和wl2中的数据,通过文本的形式将通道分离开,这需要对NIRx的原始数据有很深的理解。当您有这方面的需求时,可以在后台留言,我将不遗余力的帮助你。


在最后,对于超扫描技术这是困难的,但是这是一个探索脑网络甚至可以说在不同受试者间的相关性间的新技术。在《Concurrent mapping of brain activation from multiple subjects during social interaction by hyperscanning: a mini-review》文献中谈到,超扫描技术已有的研究中,像模仿、目光接触、博弈、合作竞争以及自然场景,这些都将在未来的研究领域中得到很开阔的发展,特别是在教育课堂中,检查学生-学生间、老师-学生间多个人的脑区相关性及激活程度,超扫描技术将是一个很重要的手段。



推荐文献阅读:

Social Neuroscience and Hyperscanning Techniques: Past, Present and Future


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