功能近红外光谱超扫描在心理咨询中的应用研究

该协议旨在提供在心理咨询中进行 fNIRS 超扫描研究的方法的详细描述。这包括实验的准备工作、收集数据的过程以及随后的数据分析过程。

功能性近红外光谱 （fNIRS） 超扫描是一种创新技术，可以实时监测参与社交互动的多个个体的大脑活动。该领域的研究人员通过脑间同步指数 （IBS） 量化并发的大脑活动。在心理咨询研究中，使用 fNIRS 测量 IBS 因其能够阐明咨询师与客户互动动态的潜力而受到关注。然而，该领域目前缺乏精确测量咨询师和客户之间 IBS 的标准化协议，这将有助于在咨询过程中揭示实时互动模式。为了满足这一需求，本文提出了一个详细的标准化协议，概述了在心理咨询环境中进行 fNIRS 超扫描的程序步骤，重点是大脑信号的获取、咨询师和客户之间 IBS 的计算，以及分析整个咨询过程中 IBS 的导联滞后模式。实施这种标准化的 fNIRS 超扫描管道不仅提高了心理咨询研究中 IBS 测量的可重复性和可靠性，还有助于更深入地了解工作联盟背后的神经机制。通过将 fNIRS 超扫描整合到自然主义咨询环境中，研究人员可以促进对 IBS 与咨询结果之间的相关性的理解，从而可能为心理健康治疗的个性化方法提供信息。

近年来，使用超扫描技术探索二元或群体交互过程中的共享大脑活动已成为一个流行的研究方向。研究人员通常采用脑电图 （EEG）¹、功能性磁共振成像 （fMRI）² 或功能性近红外光谱 （fNIRS）³ 来同时监测多个受试者的神经和大脑活动。因此，引入了脑间同步 （IBS） ⁴ 的神经科学指标，以量化人与人之间大脑活动耦合的程度，并仔细分析神经或血流动力学信号随时间的相位和振幅对齐⁵。IBS 是指两个或多个个体的大脑活动在社交互动过程中保持一致或同步的现象。这种同步可以以各种形式发生，例如大脑振荡的相位、频率或振幅 ^6,7,8。

在涉及多个参与者的自然主义社会互动领域，大量研究阐明了 IBS 现象，特别是在亲子动态⁹ （parent-child dynamics）、教育者与学生交流¹⁰（educator-student exchanges 10）、浪漫伙伴关系¹¹ （romantic partnerships） 和观众-表演者参与¹² （audience-performer engagements） 等不同情况下。值得注意的是，与与陌生人的互动相比，IBS 在亲子和浪漫伙伴关系等亲密关系中表现出更高的水平^13,14，这凸显了它对情感联系深度的敏感性。同时，这种高度的 IBS 经常与协作效率和行为改善的提高相吻合，这表明在促进积极的社会结果方面发挥着功能作用¹⁵。

在咨询的背景下，工作联盟——一个与咨询效能¹⁶ 密切相关的关键结构——体现了一种独特的人际关系动力，在治疗过程中，咨询师和来访者之间逐渐演变。从本质上讲，这种联盟建立在培养深厚的情感纽带和建立高效的合作框架之上¹⁷。因此，在咨询互动中探索 IBS 提供了一个新的视角，可以增强对这些治疗关系的复杂性和质量的理解。

来访者感知到的顾问同理心有助于发展工作联盟¹⁸.这表明工作联盟的建立可能源于咨询师和来访者之间的相互理解和相应的神经活动。同理心可以分为两个部分:情感同理心和认知同理心。额下回 （IFG） 与情感同理心有关，也与面对面交流的神经过程有关¹⁹。右颞顶交界处 （rTPJ） 是心智理论网络的重要组成部分，与认知同理心密切相关，尤其是在理解他人的心理状态方面²⁰。因此，咨询中的早期大脑同步研究将这两个区域优先为感兴趣区域 （ROI），并主要在 rTPJ 中识别 IBS²¹。因此，随后的研究主要集中在 rTPJ²² 上。研究发现，在咨询期间，客户和治疗师之间 rTPJ 的神经同步明显高于对话环境。rTPJ 中同步神经活动的增加与治疗联盟的强度之间存在正相关²¹。咨询中独特的活动模式可能是对情绪表达和个人经历的深入探索的结果。这表明 IBS 值得在咨询中进一步调查。此外，增强的 rTPJ 活性与工作联盟强度之间的相关性表明，IBS 可以作为评估咨询关系的神经生物学基础，提供一种新的评估指标。

虽然这些发现强调了 IBS 在咨询师-客户动态中的有前途的作用，但它们也强调需要进一步阐明大脑同步、咨询效果和工作联盟之间的直接因果关系。为了推动这一新兴领域的发展，开发标准化的超扫描协议和严格的数据分析方法至关重要。通过改进方法学工具包，可以更精确地绘制有效咨询的神经基础，最终提高治疗干预的质量及其结果。

本文提供了有关如何进行基于 fNIRS 的超扫描研究以及如何观察和分析顾问-客户二人组之间的 IBS 的协议。fNIRS 是一种用于测量大脑活动的无创成像技术。它通过检测大脑内血氧和血容量的变化来发挥作用，这些变化是神经活动的间接标志。这是通过向大脑发射近红外光并测量血细胞吸收或散射的光量来实现^{的 23}。因此，测量血流动力学/氧合活性。相比之下，fNIRS 提供比 fMRI 更高的时间分辨率，并且比 EEG 更不容易受到运动伪影的影响，因此非常适合研究自然环境中的社交互动，例如心理咨询⁸。

本文还介绍了通过小波变换相干 （WTC） 方法计算 IBS 的具体步骤²⁴。WTC 是一种分析技术，用于测量不同频率的两个信号之间随时间的变化。它有利于确定大脑区域之间或研究参与者之间的同步区域。它通过使用小波变换分析两个时间序列的交叉光谱来计算两个时间序列之间的相干性。要了解 WTC 的重要性，必须首先了解小波变换 （WT）²⁵、Coherence²⁶ 的基本概念，以及它们如何在 WTC²⁷ 的框架中收敛。

小波变换是一种数学工具，擅长将复杂信号分解为其构成的时频分量，从而能够分析频率随时间的局部变化和信号的整体频率成分²⁷。这一特性在研究神经活动时特别有利，神经活动本质上是非平稳的，并且在不同频率上表现出动态变化。另一方面，相干性量化了两个信号具有相似频率分量和相位关系的程度，作为它们之间同步的指标²⁶。通过结合这两个概念，WTC 提供了一种评估 IBS 的有力方法，捕捉个体之间神经耦合的时间演变和频率特异性，并深入了解大脑或大脑的不同部分如何在整个任务或刺激中动态交互²⁴。

虽然传统的 WTC 框架仅测试不同个体的大脑信号之间的相关性，但这里提出了一种考虑咨询师和来访者之间互动方向性的方法。有不同的超前滞后模式，其中一个信号始终先于另一个信号的变化特定时间间隔，这表明根据以前的研究，IBS 中存在时间关系^28,29。在咨询期间，咨询师和客户之间可能不会同时发生 IBS。因此，需要一种全面的方法来探索 IBS 的方向性。该方法阐明了咨询师在咨询的各个阶段（领导 IBS、与客户一起进行阶段 IBS 或由客户领导）所扮演的角色。

本研究根据咨询师和客户之间的 IBS 评分是否可以作为评估具有不同成人依恋类型的客户之间的联盟质量或结果的潜在生物标志物的研究问题，提出了一个详细且可实施的协议。该协议概述了利用 fNIRS 超扫描技术在咨询环境中调查心理咨询师和客户之间的 IBS。它提供了对实验程序、每个步骤的注意事项以及后续数据处理方法的全面描述。预计该协议将为有兴趣在心理咨询领域探索 IBS 的未来学者提供有价值的见解和指导。数据收集和处理的具体协议如下所示。

所有参与者在参与前签署了书面知情同意书，并在实验后获得了大约 60 元（中国货币）的报酬。上述研究程序已获得华东师范大学人类研究保护专业委员会 （HR 425-2020） 的批准。

1. 实验准备

1. 研究中包含的措施
   1. 成人依恋方式
      1. 在一个名为文娟行的中国在线调查平台（类似于世界其他地区的 SurveyMonkey 或 Qualtrics;见材料表）上准备修订后的中文版亲密关系体验修订版 （ECR-R^30,31） 以预筛选参与者。
         注:ECR-R 的中文版由 18 个项目组成，测量依恋类型的两个维度（依恋回避和依恋焦虑）。使用 7 分自我报告的李克特量表，范围从 1（非常不同意）到 7（非常同意）。该量表适用于讲中文的参与者。研究人员可以根据参与者的语言和文化背景选择 ECR³² 或合适的修订版本。
      2. 准备一份中文修订版的关系问卷 （RQ）³⁰ ，以确保参与者符合典型的依恋类型。
         注意:RQ 由四个简短的段落组成，描述了四种不同的附件样式。要求参与者使用从 1（非常不同意）到 7（非常同意）的 7 点自我报告李克特量表选择最适合他们的段落。有必要找到第二个测量相同尺寸的量表来阐明参与者的依恋方式，因为需要典型的参与者。本问卷适用于讲中文的参与者。研究人员可以根据参与者的语言和文化背景选择 RQ³³ 或合适的修订版。
   2. 工作联盟
      1. 准备中文版的工作联盟清单 - 简表修订版（客户版）^34,35 （WAI-SR），以在实验后衡量客户报告的工作联盟。
         注意:WAI-SR 的中文版共由 12 个项目组成，衡量治疗工作联盟的三个方面，包括 （a） 治疗任务的协议，（b） 治疗目标的协议，以及 （c） 情感纽带的发展。该量表基于 5 点李克特量表，范围从 1 ="从"到 5 ="总是"，分数越高代表联盟工作越好。本问卷适用于讲中文的参与者。研究人员可以根据参与者的语言和文化背景选择 WAI-SR³⁶ 或合适的修订版。
   3. 临床结局
      1. 准备常规评估临床结果-结果测量 （CORE-OM） 的中文修订版^37,38 用于招募参与者。
         注:CORE-OM 中文修订版包括四个维度:主观幸福感、问题/症状、生活/社会功能以及对自我和他人的风险，共 34 个项目。确保这些领域反映痛苦和功能障碍的不同领域，"项目集群"解决焦虑、抑郁、身体问题和创伤等症状领域。本问卷适用于讲中文的参与者。研究人员可以根据参与者的语言和文化背景选择 CORE-OM³⁷ 或适当修订的版本。
      2. 使用修订后的中文版常规评估临床结果-10 （CORE-10）38 在实验前后评估症状的严重程度，以减轻参与者的认知负荷。
         注意:CORE-10 是 CORE-OM 的简化版本，它由 10 个项目组成，采用 0 到 4 的 5 分制，分数越高表示心理困扰程度越高。在咨询过程前后通过前测和后测来评估客户，并注意测前和测后分数的差异表明第一次咨询会议的临床效果。计算 CORE-10（测试前分数减去测试后分数）的变化量，以证明客户症状的改善。本问卷适用于讲中文的参与者。研究人员可以根据参与者的语言和文化背景选择 CORE-10³⁸ 或合适的修订版。
2. 参与者
   1. 客户
      1. 根据以前的发现，招募同性（女性）的客户和咨询师，以避免同步大脑活动中的性别影响^39,40。
      2. 通过文娟星平台招募校园内出现心理困扰的女大学生（见 材料表），并要求参与者报告她们的主诉进行咨询。确保他们有自己寻求帮助的愿望。
      3. 确保学生客户是右撇子，并且视力和听力正常或矫正至正常。确保学生客户没有已知的先前或当前的精神或身体诊断。确保他们没有其他正在进行的心理咨询。
      4. 使用既定的临界分数来确保女性样本的 CORE-OM 分数保持在 1.17 以下，确认她们在过去一周内没有达到心理困扰的临床诊断标准，并保持对客户心理健康水平的控制。根据客户对中文版 RQ 的自我评估，将客户分为安全或消除附件类别。
      5. 根据 ECR-R 的分数，在消除依恋类别中选择所有参与者中回避程度高的前 27% 组成消除组;在 Secure Attachment 类别中选择所有焦虑程度较低的参与者中排名前 27% 的参与者参加 Secure 组。
      6. 成功招募参与者后，与顾问确认会议是否侧重于参与者报告的问题，并评估报告问题的严重性。
         注意:预筛选过程涉及 252 名大学生客户，最终选择了 37 名面临中等学业压力、学校适应问题或人际关系困难的参与者进行正式实验。客户参与者的平均年龄为 20.46 岁 （SD = 2.17），所有参与者均为女大学生。在年龄 （t（35） = 0.51， p = .62） 或 CORE-OM （t（35） = −1.76， p = .09） 的问题/症状域方面未观察到解雇客户 （n = 16） 和安全客户 （n = 21） 之间有显著差异。
   2. 辅导员
      1. 从大学心理健康中心招募几名辅导员。
      2. 确保咨询师是右撇子，视力和听力正常或矫正，在中国心理学会注册，并拥有 2-10 年的咨询经验。
      3. 确保辅导员接受过大学咨询培训计划，并使用相同的咨询整合定向疗法方法⁴¹ 进行半结构化咨询，重点关注访客的情绪状态、当前的痛苦和咨询目标。
         注:来自中国心理学会 （CPS） 的 7 名女性咨询师参与了这项研究，平均年龄为 34.42 岁 （SD = 5.09）。在辅导员中，6 人自我认定为安全依恋，1 人自我认定为无理会依恋。然而，解雇顾问对联盟、BS 和 IBS 的评分与其他 6 名顾问的评分没有显着差异 （均 p > .05）。
   3. 顾问和客户的随机匹配
      1. 随机匹配二人组中的辅导员和学生客户。由于辅导员人数少，每个辅导员在不同时间与几位客户配对。确保顾问一次只看到一个访客。
3. 自制 fNIRS 帽
   注意:如果 fNIRS 系统有合适的标准瓶盖，则无需自制 fNIRS 瓶盖。
   1. 准备两个由尼龙织物制成的中型泳帽，以放置视光支架网格并覆盖感兴趣的大脑区域（参见 材料表）。使用以下步骤修补泳帽，以满足实验的需要。
      注意:鉴于参与者的头部尺寸不同，应准备不同尺寸的活页夹，以便在实验过程中使 optodes 靠近参与者的头部。
   2. 要根据标准国际 10-20 系统⁴² 将参考灯固定在泳帽上，请使用标准的 10-20 EEG 帽（参见 材料表 ）。将 EEG 帽放在头模上，然后将其中一个游泳帽放在 EEG 帽上。
      注意: 由于泳帽和脑电图帽的尺寸可能不完全相同，因此请确保泳帽都没有歪斜。
   3. 通过 EEG 帽电极在泳帽上用红色标记标记参考optos（Cz、T3、T4）。然后，标记感兴趣区域 （ROI） 的参考光灯。
      注意:在该研究中，选择右侧颞顶叶交界处 （rTPJ） 作为 ROI，并在右侧颞顶叶区域放置 4 x 4 视叶探针贴片。ROI 的参考光标位于 P6。
   4. 参考泳帽上 P6 处的补丁。将 P6 放在贴片上 T4 附近柱后部的第二个 optode。标记其他光电件的位置，然后在标记的位置切出直径约为 15 毫米的小孔，以确保网格支架适合。
      注:4 x 4 贴片包括 8 个发射器和 8 个检测器，包括 24 个测量通道 （CH1-CH24）。fNIRS 系统是一种光学地形测量系统，旨在通过同时测量含氧血红蛋白 （oxy-Hb） 和脱氧血红蛋白 （deoxy-Hb） 浓度的变化来收集 fNIRS 数据（参见材料表），提供 30 mm 的标准间隔。此外，稍后将使用 SPM8 的 MATLAB（参见材料表）工具箱在标准的蒙特利尔神经学研究所坐标空间中确定每个通道的相应解剖结构（参见图 1）。
   5. 将探针嵌入孔中，以将贴片适当地安装到修改后的泳帽上。按照上述步骤修补另一顶泳帽。最后，通过 fNIRS 测量系统为每个参与者设置 4 x 4 探针组的布局，对应于两个帽的探针排列。

2. 参与者到达前

1. 至少提前 30 分钟启动 fNIRS 系统，以确保实验期间 5 °C 至 35 °C 的稳定常温范围。
   注意: 无需打开激光器。
2. 在 fNIRS 系统中，激活事件相关测量模式，并确保可以通过按特定键触发不同状态的记录。检查其他参数，例如受试者 ID，以确保正确的 fNIRS 测量。通过将相应的 Optode 探针插入瓶盖上的 Optode 探针贴片，将 fNIRS 帽连接到 fNIRS 系统。
   1. 具体来说，将这里的实验过程设置为与事件相关的设计，包括两部分:静息状态会话和咨询会话。在 NIRSPort 系统 （NIRx） 中，将 F1 键设置为静息状态会话的标记，将 F2 键设置为咨询会话的标记。
      注意:对于其他 fNIRS 系统的用户，标记会话的过程可能有所不同，请务必查阅特定系统的手册或设置，以确保正确的会话标记。
3. 为参与者准备知情同意书和步骤 1.1 中提到的问卷。准备一个秒表，以提醒参与者静息状态已结束。准备一个时钟来提醒辅导员咨询时间限制。准备一些带灯的探针，将参与者的头发移到一边，以防头发阻挡信号。
4. 将实验室设置为真实场景中的标准咨询室，咨询师和来访者在两组中彼此成 90° 坐着，两把椅子之间的距离为 40 厘米。顾问坐在右边，客户坐在左边。

3. 数据收集过程

1. 向参与者提供说明
   1. 当两个参与者到达时，请确保他们不再认识彼此。提醒参与者将手机保持静音状态。
   2. 要求客户参与者阅读并签署知情同意书，填写一些人口统计信息，并填写 CORE-10 以评估他们到达实验室后的心理健康。此过程通常需要大约 5 分钟。
   3. 让参与者就座。打开激光。然后，给参与者戴上 fNIRS 帽。
      注意:将帽的中心定位在参与者头部的 CZ 处，4 x 4 贴片覆盖 rTPJ。
   4. 提醒参与者，如果在调整 optodes 时感到不舒服，他们可以调整姿势。整理光纤束并将其放在椅子的扶手上，不要接触参与者，以防他们感到沉重或疲倦。
      1. 提醒参与者在实验过程中不要调整盖子的位置或进行剧烈的头部运动，以防止损坏光纤或改变光电的位置。
   5. 校准信号。单击 fNIRS 系统中的 AUTO GAIN 以检查信号的质量。对于信号不佳，首先确保探头尖端完全就位。然后，使用活页夹封闭帽子的间隙，并使用发光的探针清除头发障碍物，以防头发阻挡信号。重复直到所有通道都显示绿色，表示信号质量可接受。
      注:在 NIRSPort 系统 （NIRx） 中，通道信号不佳以黄色表示，而信号充足则以绿色表示。其他 fNIRS 系统的用户应参考其特定的系统说明以进行适当的调整。
2. 运行实验
   1. 获得参与者的同意，然后打开摄像头以记录咨询过程。
   2. 验证信号质量并启动 fNIRS 记录。指导参与者闭上眼睛休息 5 分钟，用预定义的键（例如 F1）标记开始，并使用秒表为休息时间计时。
   3. 提醒参与者在 5 分钟后停止休息。再次按 F1 键以标记静息状态已结束。重新检查信号质量。
   4. 提醒参与者这是一个 40 分钟的咨询以及时钟在哪里。告诉参与者他们可以开始咨询。按之前设置的 F2 键标记咨询的开始。
   5. 将参与者留在实验室中，直到 40 分钟后。
3. 实验后
   1. 敲开实验室的门，确保参与者已经结束了他们的谈话。按 F2 键标记实验结束。结束摄像机录制。帮助参与者摘下帽子。
      注意:事后查看视频以确认咨询是否按预期进行。
   2. 邀请客户填写 WAI-SR 和 CORE-10。此过程通常需要大约 5 分钟。感谢参与者并为他们提供一些金钱补偿。
   3. 保存数据。使用光盘并单击 Text File Out 导出原始 fNIRS 数据。关闭 fNIRS 系统。拔下 optode 探头。
      注意:此步骤特定于 NIRSPort 系统 （NIRx）。对于其他系统，请根据系统的说明进行必要的调整。
   4. 用乙醇擦拭探针和探针支架。定期用温和的清洁剂清洗瓶盖（拔下探头支架）并风干。

4. 数据分析

1. 数据预处理
   注意:软件 MATLAB（请参阅 材料表 ） 用于使用以下工具箱执行所有数据分析:荷马 2⁴³ 和 Hitachi2nirs⁴⁴.当对时间信息感兴趣时，即当两种情况下都存在激活时，使用 Homer 2 来比较两种情况的响应函数在平均振幅和潜伏期方面的差异。Hitachi2nirs 是一个 MATLAB 脚本，用于将 Hitachi ETG4000 的原始.csv输出文件转换为 .nirs 文件，以便与 Homer2 一起使用⁴⁴.
   1. 从光盘复制数据集并将原始 .csv 文件转换为。nirs 格式，在 Hitachi2nirs 中使用 csv2nirs。然后，在 MATLAB 中键入 Homer2_UI 启动 Homer2 工具箱，并使用 hmrIntensity2OD 函数将光强度数据转换为光密度 （OD） 测量值。平均每个参与者每个通道的 OD 点。拒绝 OD 信号太强或太弱（超过 5 个标准偏差 （SD））的通道。
   2. 使用 hmrMotionArtifact 函数，使用带有 Daubechies 5 （db5） 小波的小波变换和调整参数 0.1^45,46 来检测运动伪影，以实现最佳灵敏度。检测到伪影后，使用 hmrMotionCorrectSpline 通过样条插值来校正它们，平滑信号并减少与运动相关的噪声，从而提高数据质量。
   3. 使用 hmrBandpassFilt 函数对 OD 信号进行带通滤波，所选频率范围为 0.01–0.1 Hz，以消除低频漂移和高频噪声。
   4. 使用 Homer2 的 hmrR_OD2conc 函数，根据修改后的 Beer-Lambert 定律⁴⁷，将 OD 数据转换为氧合血红蛋白 （Oxy-Hb） 和脱氧血红蛋白 （DeOxy-Hb） 值。
      注意:Oxy-HB 浓度变化集中在进行所有数据分析上，因为该指标可以反映大脑活动期间血流的变化 ^48,49，具有高信噪比，并且已更广泛地用于基于 fNIRS 超扫描的社会互动研究 ^50,51。
   5. 使用 hmrMotionCorrectGlobal 函数，通过基于小波变换 （基于 WT） 的方法去除全局生理噪声，例如血压。
      注意:基于 WT 的方法对数据的时间属性更敏感。如果重点是参与者之间的整体交互模式，而不是每个时间点的详细变化，那么主成分分析 （PCA）³ 是更好的选择。由 Zhang 等人提出的 PCA 方法主要涉及几个步骤，包括分解信号、进行空间平滑和重建信号以去除非神经全局分量。 enPCAFilter 函数可用于使用 PCA 从 fNIRS 数据中去除全局生理噪声。这里采用了 Duan 及其同事²⁷ 提出的基于 WT 的方法。
      1. 使用小波变换相干 （ WTC ）^24,52 来检测受全局生理噪声污染的时频点。该方法允许检测两个信号在不同时间尺度上的相干性，适用于分析时间序列数据中的复杂动态关系。
         注意:具体来说，首先计算当前通道信号和来自其他每个通道的未滤波信号之间的时频分布 WTC 图（也称为标量图⁵³）。然后，根据每个时频像素的 WTC 值的重要性将这些 WTC 映射转换为二进制形式。随后，对这些 WTC 地图进行平均，从而创建一个全球协变的时频地图。此复合映射的每个像素处的值表示当前通道在该特定时频点与其他通道全局同步的程度。最终，通过在此全局协变时频图上设置阈值 k 来生成当前通道的降噪掩码。
      2. 使用 WT 将当前降噪通道的信号分解为时频空间。
      3. 将派生的掩码应用于小波系数，以抑制受噪声污染的时频点处的小波能量。
      4. 使用逆 WT 重建信号。
      5. 对每个通道重复上述步骤，完成全局生理噪声去除。
2. 计算客户-顾问的大脑间同步性
   1. 要计算在两个参与者的每个通道中测得的时频域中信号之间的相关性，请使用 Wavelet Transform Coherence 函数。
   2. 使用母小波的默认设置（即，具有参数 beta 和 gamma 的广义莫尔斯小波），这是一种基本波形，可以通过膨胀（缩放）和平移⁵⁴ 从中得出一系列小波。执行连续小波变换，将时间序列数据转换为时频空间。
   3. 将 MonteCarloCount 设置为用于显著性检验的代理数据集数量的表示，并使用 Auto AR1 计算时间序列的自相关系数。
   4. 使用 Wavelet Coherence 函数计算时频空间中两个信号之间的相关性。重复这些步骤，直到从 24 个录制通道生成 24 个 WTC 矩阵。
   5. 确定对心理咨询敏感的兴趣频率 （FOI）。
      1. 根据之前专注于心理咨询任务的 fNIRS 超扫描研究中使用的频率范围，选择并平均 0.01 Hz 和 0.1 Hz 之间频率范围的相干值（分别对应于 100 秒和 10 秒的周期）⁵⁵。
         注意:需要执行进一步的统计确认，而不是简单地限制选定的频段。
      2. 通过分别对每个通道组合的静息和咨询阶段的 WTC 值进行时间平均来标准化 WTC 值，有助于标准化数据并准备进行比较。这种标准化对于减少可变性和关注特定于任务的效果至关重要。
      3. 将静止阶段 WTC 值设置为基线水平 WTC，将任务阶段 WTC 值设置为任务水平 WTC。
         注意:静止阶段 WTC 值用作基准，以表示正常的、与任务无关的状态。相比之下，任务阶段 WTC 值反映了心理咨询期间的状态。这种区分可以分离出咨询对大脑活动的特定影响。
      4. 使用 Groppe 作品的 mult_comp_perm_t1 功能。进行配对样本 t 检验，以比较每个频率点的基线水平 WTC 和任务水平 WTC。
         注意:此步骤有助于统计确定哪些频率点在基线和任务状态之间表现出显著差异。比较有助于确定咨询具有可衡量效果的具体频率范围。
      5. 确定任务效果显著的频率区间（咨询>静息， p < 0.0005⁵⁶）。
         注意:此步骤涉及识别与休息相比，咨询期间显示连贯性显着增加的频率区间。阈值 p < 0.0005 用于控制多重比较并确保结果的稳健性。
      6. 将 FOI 确定为 p 值低于 0.0005 的频率点及其最近的频率点 （p < 0.01）。
         注意:此标准确保所选频段不仅重要，而且与观察到的咨询效果相关。
      7. 计算研究中每对每个通道的指定 FOI 内的平均 WTC 值。
      8. 对两组受试者中每个时期获得的脑间同步值进行 Fisher-Z 统计变换，以获得 WTC 值的正态分布，这可以作为分析 IBS 的指标。
3. 更多统计数据
   1. 确定与任务相关的频道。
      1. 通过从任务级别 WTC 中减去基线级别 WTC，获得与任务相关的 WTC 值。
      2. 利用指定感兴趣频率上与任务相关的平均 WTC 值，对每个通道进行单样本 t 检验。
      3. 使用 mafdr 函数将错误发现率 （ p < 0.05 ） ⁵⁷ 校正方法应用于多重比较。
      4. 将与任务相关的通道确定为调整后 p 值低于 0.05 的通道。
   2. 比较不同任务条件之间的 IBS。在每个任务相关通道的不同条件组（即安全组和消除组）的 WTC 值之间进行单样本 t 检验。
   3. 此外，在整个心理咨询过程中确定两组之间 IBS 的差异。将咨询分为两个阶段:早期（0-15 分钟）和晚期（15-35 分钟）。
   4. 在不同任务条件下，分别对相应阶段的任务相关 WTC 值和任务相关 WTC 的增量（计算为后期值减去早期阶段值）执行单样本 t 检验。
   5. 检查 IBS 中的时间滞后效应。将顾问的大脑活动向前或向后移动到客户的大脑活动 2-12 秒（步骤 = 2 秒），并根据上述步骤重新计算与任务相关的 WTC 值。检查顾问主导的 IBS、客户主导的 IBS 和阶段内 IBS 之间是否存在差异。
   6. 使用多元回归分析评估 IBS 与行为数据之间的关系。
      注意:WTC 计算代码作为 补充文件 1 提供。

结果表明，在角回 （ANG） 的第 19 通道 （ANG;见图 2） 处，安全组与任务相关的 WTC 增量高于忽略组 （t = 2.50，调整后 p = 0.07），影响略为显著。选择 CH19 的 WTC 值用于进一步分析 IBS。关于 IBS 的时间滞后效应，与安全组 （M = -0.02，SD = 0.07） 相比，在解雇组 （M = 0.04，SD = 0.07） 中观察到的晚期顾问主导的 IBS 显着 更高，t （31） = 6.18，p = 0.018，Cohen 的 d = 0.86。 同样，与安全组 （M = -0.02，SD = 0.07），t （31） = 5.97，p = 0.020，Cohen 的 d = 0.86 相比，在排除组 （M = 0.04，SD = 0.07） 中发现晚期客户主导的 IBS 显着升高。 （见表 1）。其他 IBS 指标均未显示任何显著差异。

在安全组内，在早期 （r = 0.552，p = 0.018） 和整个阶段 （r = 0.489，p = 0.039） 观察到 CORE 评分变化的增加与无滞后 IBS 的增加之间存在显著相关性。 相比之下，这些相关性在解雇组中不显著。相反，在排除组内，发现晚期和整个阶段无滞后 IBS 的增加与联盟任务维度的减少之间存在显著的负相关（r = -0.612，p = 0.015 晚期; r = -0.522，全阶段 p = 0.046）。这些相关性在安全组中并不显著（参见图 3）。

使用多元回归分析，发现成人依恋缓和了早期 （p = 0.031） 和全期无滞后 IBS （p = 0.022） 与 CORE-10 分数变化之间的相关性（见 表 2）。除了前面提到的指标外，在 IBS 指标和行为数据之间没有发现显着的相关性或调节因子。

该研究揭示了 ANG 中 IBS 的增加，该区域对注意力、记忆、语言和社会处理至关重要^58,59。这一发现进一步强化了这样一种观点，即在心理咨询过程中，大脑区域的耦合可能与咨询师与其安全客户之间的心理化系统有关。

这项研究表明，与安全二人组相比，解雇二人组在 ANG 中的后期咨询师主导和客户主导的 IBS 显着更高。这表明来访者的依恋方式会影响咨询期间 IBS 的动态。

只有对于安全二元组，早期和全期 IBS 与 CORE 评分的变化呈显著正相关。这表明安全客户的 IBS 增加可能表明心理咨询过程的发展更加顺畅。成人依恋方式显着调节了早期和全期无滞后 IBS 与 CORE-10 评分变化之间的相关性（图 4）。这表明 IBS 与咨询结果之间的复杂和非线性关系受到来访者构成异质性的影响，尤其是他们的成人依恋类型。

研究结果表明，在解雇组内，晚期和全期无滞后 IBS 的增加与联盟任务维度的减少显著相关。这可能与以下事实有关:倾向于忽视或避免负面情绪的患者需要更多的情绪反应，而不是咨询师的指导⁶⁰。为了阐明同步性对二元调节是有益还是有害，未来的研究应该调查在此过程中同步的时间和方向。这项研究表明，IBS 可能有助于识别解雇客户与其顾问之间独特的互动模式，表明它有可能作为评估这些客户联盟质量的生物标志物。

图 1:实验的环境设置。请单击此处查看此图的较大版本。

图 2:Optodes 探头组。 探针组覆盖正确的颞顶区域。此数字经 Dai 等人 ²² 许可修改。 请单击此处查看此图的较大版本。

图 3:安全组和消除组之间与任务相关的 WTC 增量差异的 T 图。在安全组中，在具有正值的通道上发现更强的 WTC 值增量;而在消除组中，在负值的通道中发现了更强的 WTC 值增量。较高的绝对值以较深的颜色显示。请单击此处查看此图的较大版本。

图 4: IBS 和 CORE-10 评分之间的相关性。（A） 早期 IBS 与两个依恋组 CORE-10 评分变化的相关性。（B） IBS 后期与两个依恋组工作联盟的任务维度之间的相关性。（C） 两个依恋组全期 IBS 和 CORE-10 评分变化的相关性。此数字经 Dai 等人 ²² 许可修改。 请单击此处查看此图的较大版本。

表 1:两组 IBS 的比较。 *p < 0.05。

表 2:以联盟的键维度作为结果变量 *p < 0.05 的多元线性回归。

补充文件 1: wtc_computaion.m 请点击这里下载此文件。

在本方案中，描述了如何在心理咨询的自然环境中进行 fNIRS 超扫描实验的具体步骤，如何计算咨询师和客户之间的 IBS，以及如何确定 IBS 在整个咨询过程中的导联滞后模式。详细的作可以帮助研究人员重复 fNIRS 超扫描实验并进一步研究开放科学。下面讨论了有关实验设计、实验实施和数据分析的一些关键问题。

fNIRS 实验可以使用区组设计、事件相关设计或两者的混合设计进行设计。目前的研究采用与事件相关的设计来探索在自然环境中进行的咨询会议期间咨询师和客户之间的实时神经动力学。在这种设计中，刺激或任务（例如，咨询师或客户的反应）被离散和随机地呈现，使研究人员能够捕捉对单个事件的反应。这种方法为实验设计提供了灵活性，并能够详细分析不同的刺激和认知过程如何在大脑活动中表现出来⁶¹。而在区组设计中，刺激或任务以连续的块形式呈现，每个块包含相同条件的多个试验。这种方法提高了信噪比并产生强大的血流动力学反应，使其更容易分析⁶¹.通过交替使用这些阻滞和受控条件阻滞，研究人员可以系统地检查咨询互动对大脑活动的长期影响。与专注于对特定时刻的即时反应的事件相关设计不同，块状设计可以揭示整个咨询过程中持续的神经过程。未来的研究可以考虑采用区组设计或混合设计，以更深入地研究长期咨询过程中 IBS 的变化。通过整合这些设计，研究人员可以全面了解咨询对大脑功能和神经机制的影响。

同时，值得注意的是，此处讨论的实验偏离了标准的 50 分钟咨询会议，仅持续 40 分钟。这种缩短的持续时间主要源于参与者在长时间佩戴带有 optodes 的 fNIRS 帽时所经历的不适，以及在整个咨询过程中难以保持静止。通过此调整，预计收集的数据信号的质量将得到提高，从而确保高可靠性和有效性。

此外，鉴于 IBS 中既定的性别效应，正如之前的研究^39,40 所证明的那样，本研究专门只招募了女性参与者来减轻这种影响。仅关注女性可以更精确地隔离和分析其他变量的影响，从而最大限度地减少性别对合作互动期间同步大脑活动的混淆影响。进一步的研究可能会探讨不同的性别组合是否会在咨询过程中引发不同的大脑同步模式。

在 fNIRS 超扫描实验中，确保信号质量至关重要。实验人员必须接受全面的培训，为信号可能被阻塞或降级的情况做好准备。鉴于多个参与者的参与，需要足够数量的实验者来正确安装和调整 fNIRS 帽以获得高质量的信号。放置后，应在实验开始前立即检查和确认信道信号，以确保一切正常。

鉴于咨询过程的保密性，实验者的存在并不理想。因此，在实验记录期间确保信号质量是一项挑战。可以探索远程监控技术，让实验者能够在不损害隐私的情况下监督过程。此外，自动信号质量检查和警报的开发有助于实时识别潜在问题，从而能够及时采取纠正措施并提高数据完整性和可靠性。

这里介绍的数据分析包括三个部分:数据预处理、IBS 计算和进一步的统计。数据预处理过程旨在消除可能的噪声（即运动伪影、光学伪影）。应使用适当的滤波器和算法来减少这些干扰的影响。在目前的研究中，使用基于小波的方法来消除全局生理噪声，因为它对数据的时间特性更敏感。其他方法，例如主成分分析 （PCA）³，也可用于删除全局成分，例如当参与者之间的整体交互模式而不是每个时间点的详细变化时，不特定于任务的大脑活动。

采用 WTC 方法计算 IBS。选择这种方法具有以下主要优点:首先，它提供了对信号时变频率内容的详细见解，使研究人员能够观察两个信号之间的相干性如何随时间和不同频率变化。此外，它还有助于检测和量化超扫描设置中不同大脑区域或受试者之间的同步程度。此外，它特别适用于分析非平稳数据，由于生理和实验变化，这在 fNIRS 数据中很常见。总而言之，它可以识别发生重要关系的时间段和频率，从而更容易将神经动力学与认知或行为事件联系起来。

此外，这里介绍的研究通过将时间滞后函数应用于 fNIRS 数据，探讨了参与者之间 IBS 的方向性，这加深了对咨询师和客户之间互动特征的理解。其他方法，例如 Granger 因果关系分析 （GCA）⁶²，也可以通过使用向量自回归模型表征信息流的方向和两个信号序列之间的因果关系来检测 IBS 的方向性。使用此方法时，需要注意的是，格兰杰因果关系分析 （GCA） 在数据分析过程中假设变量之间存在线性关系。此假设可能会限制其捕获更复杂的非线性关系的能力，从而影响分析结果的准确性和全面性。在关于 fNIRS 超扫描研究的现有文献中，GCA 已被用于估计各种任务中的 IBS，包括合作⁶³ 和模仿⁶⁴。也可以考虑这种方法在心理咨询领域的未来应用。

需要注意这项研究的几个局限性。首先，本研究的生态效度有限。考虑到参与者长时间佩戴 fNIRS 探针帽会感到不适，并且在咨询期间难以保持不动，因此将会话持续时间调整为 40 分钟。然而，现实生活中的典型咨询会议通常从 50 分钟到 60 分钟不等。未来的研究应侧重于开发更舒适、更方便的数据收集技术，并探索更灵活和多样化的研究设计，以更好地反映咨询过程的真实复杂性。其次，根据以前的研究，IBS 中存在性别效应^39,40;因此，本研究仅招募女性参与者以避免这种影响。进一步的研究探讨了不同的性别组合在咨询过程中是否会产生不同的大脑同步模式。最后，本研究中使用的 fNIRS 有一个局限性:它只能检测皮层水平血流浓度的变化。这种约束限制了对咨询过程中与客户和咨询师之间关系发展相关的神经事件的探索。因此，这项研究只关注 rTPJ，未来可以进一步扩展到其他大脑区域。此外，该研究出乎意料地观察到了角回的结果。虽然 rTPJ 和角回之间存在一些重叠，但两者的独特功能值得进一步关注，未来的研究应更深入地探讨这一点。

该协议在实时心理咨询场景中提供了实验进行和数据处理的管道，探索了咨询师-客户 IBS 中的超前滞后模式。这样的管道为该领域提供了标准指南，允许研究人员重复实验和进一步可能的视角。未来应提出更合适、更全面的算法来提炼信号质量，计算 IBS，探索 IBS 的方向性。此外，还应开发更广泛的应用领域，例如精神病学领域、已婚夫妇、家庭系统，甚至组织系统。此外，研究人员可以将 fNIRS 与 EEG 或 MRI 等其他成像技术相结合，以提供对大脑活动和相互作用的更丰富、更全面的见解。还应实施 fNIRS 数据的实时分析，以便在临床、教育或管理环境中提供即时反馈，增强治疗学习和管理结果。

作者没有什么可披露的。

本研究得到了国家自然科学基金 （31900767）、上海市科学技术委员会研究项目 （20dz2260300） 和中央高校基本科研业务费资金支持。