סריקת EEG ביתית לאינטראקציות חברתיות בין תינוק למטפל

פרוטוקול זה מתאר כיצד אלקטרואנצפלוגרפיה, אלקטרוקרדיוגרפיה ורישומים התנהגותיים מסונכרנים נלכדו מדיאדות מטפלות בתינוקות בסביבה ביתית.

מחקרי היפר-סריקה קודמים המתעדים את פעילות המוח של מטפלים וילדים נערכו במקביל בעיקר בתחומי המעבדה, ובכך הגבילו את יכולת ההכללה של התוצאות לסביבות בחיים האמיתיים. כאן מוצע פרוטוקול מקיף ללכידת אלקטרואנצפלוגרפיה מסונכרנת (EEG), אלקטרוקרדיוגרפיה (ECG) ורישומים התנהגותיים מדיאדות תינוק-מטפל במהלך משימות אינטראקטיביות שונות בבית. פרוטוקול זה מדגים כיצד לסנכרן את זרמי הנתונים השונים ולדווח על שיעורי שמירת נתוני EEG ובדיקות איכות. בנוסף, נדונים נושאים קריטיים ופתרונות אפשריים ביחס למערך הניסוי, המשימות ואיסוף הנתונים בהגדרות הבית. הפרוטוקול אינו מוגבל לדיאדות מטפלות-תינוקות, אלא ניתן ליישם אותו על קונסטלציות דיאדיות שונות. בסך הכל, אנו מדגימים את הגמישות של מערכי היפר-סריקה של EEG, המאפשרים לערוך ניסויים מחוץ למעבדה כדי ללכוד את פעילויות המוח של המשתתפים בסביבות סביבתיות תקפות יותר מבחינה אקולוגית. עם זאת, תנועה וסוגים אחרים של חפצים עדיין מגבילים את המשימות הניסיוניות שניתן לבצע בסביבה הביתית.

באמצעות הקלטה סימולטנית של פעילויות מוחיות משני נבדקים או יותר המקיימים אינטראקציה, הידועה גם בשם היפר-סריקה, ניתן להבהיר את הבסיס העצבי של אינטראקציות חברתיות בדינמיקה המורכבת, הדו-כיוונית והמהירה שלהן¹. טכניקה זו הסיטה את המוקד מלימוד אנשים בסביבה מבודדת ומבוקרת היטב לבחינת אינטראקציות נטורליסטיות יותר, כגון אינטראקציות הורה-ילד במהלך משחק חופשי ^2,3, פתרון חידות⁴ ומשחקי מחשב שיתופיים ^5,6. מחקרים אלה מראים כי פעילויות מוחיות מסתנכרנות במהלך אינטראקציות חברתיות, כלומר מראות דמיון בין זמנים, תופעה המכונה סנכרון עצבי בין-אישי (INS). עם זאת, הרוב הגדול של מחקרי היפר-סריקה הוגבלו לסביבות מעבדה. בעוד שזה מאפשר שליטה ניסיונית טובה יותר, זה עלול לבוא על חשבון אובדן חלק מהתוקף האקולוגי. התנהגויות שנצפו במעבדה עשויות שלא לייצג את ההתנהגויות האינטראקטיביות היומיומיות הטיפוסיות של המשתתפים בשל הסביבה הלא מוכרת והמלאכותית ואופי המשימות המוטלות⁷.

ההתקדמות האחרונה במכשירי דימות מוחי ניידים, כגון אלקטרואנצפלוגרפיה (EEG) או ספקטרוסקופיה תפקודית של אינפרא אדום קרוב (fNIRS), מקלה על בעיות אלה על ידי הסרת הדרישה מהמשתתפים להישאר מחוברים פיזית למחשב ההקלטה. לכן, הם מאפשרים לנו למדוד את פעילויות המוח של המשתתפים בזמן שהם מתקשרים בחופשיות בכיתה או בבתיהם ^8,9. היתרון של EEG בהשוואה לשיטות דימות מוחי אחרות, כגון fNIRS, הוא שיש לו רזולוציה טמפורלית מצוינת, מה שהופך אותו מתאים במיוחד לחקר דינמיקה חברתית מהירה¹⁰. עם זאת, הוא מגיע עם האזהרה כי אות EEG הוא פגיע מאוד לתנועה וממצאים פיזיולוגיים ולא פיזיולוגיים אחרים¹¹.

למרות זאת, המחקרים הראשונים יישמו בהצלחה מערכי היפר-סריקה של EEG בסביבות ובתנאים מציאותיים. לדוגמה, Dikker et ^al.12 מדדו את אות ה-EEG של קבוצת תלמידים בזמן שהם עסקו בפעילויות שונות בכיתה, כולל השתתפות בהרצאות, צפייה בסרטונים והשתתפות בדיונים קבוצתיים. מחקר זה, יחד עם מחקרים אחרים ^8,9, השתמש בעיקר אלקטרודות EEG יבשות כדי להקל על תהליך ביצוע מדידות בסביבות שאינן מעבדה. בהשוואה לאלקטרודות רטובות, הדורשות יישום של ג'ל מוליך או הדבקה, אלקטרודות יבשות מציעות יתרונות בולטים מבחינת שימושיות. הם הוכחו כבעלי ביצועים דומים לאלקטרודות רטובות באוכלוסיות בוגרות ובתנאים נייחים; עם זאת, הביצועים שלהם עשויים לרדת בתרחישים הקשורים לתנועה עקב רמות עכבה מוגברות¹³.

כאן, אנו מציגים פרוטוקול עבודה ללכידת הקלטות מסונכרנות ממערכת EEG ג'ל נוזלי בצפיפות נמוכה בת שבעה ערוצים עם אלקטרוקרדיוגרפיה עופרת יחידה (ECG) המחוברת לאותו מגבר אלחוטי (קצב דגימה: 500 הרץ) של דיאדות מטפלות-תינוקות בסביבה ביתית. בעוד אלקטרודות אקטיביות שימשו למבוגרים, אלקטרודות פסיביות שימשו במקום לתינוקות מכיוון שהאחרונה מגיעה בדרך כלל בצורה של אלקטרודות טבעתיות, ובכך הקלה על תהליך מריחת הג'ל. בנוסף, הקלטות EEG-ECG סונכרנו לשלוש מצלמות ומיקרופונים כדי ללכוד את התנהגויות המשתתפים מזוויות שונות. במחקר, תינוקות בני 8-12 חודשים והמטפלים שלהם עסקו במטלת קריאה ומשחק בזמן שתועדו EEG, אק"ג והתנהגויות שלהם. כדי למזער את ההשפעה של תנועה מוגזמת על איכות אות ה-EEG, המשימות נערכו בסביבה של שולחן עליון (למשל, שימוש בשולחן המטבח ובכיסא גבוה לתינוק), ודרשו מהמשתתפים להישאר יושבים לאורך כל משימת האינטראקציה. למטפלים סופקו שלושה ספרים המתאימים לגיל וצעצועי שולחן (מצוידים בכוסות יניקה כדי למנוע מהם ליפול). הם הונחו להקריא לילדם במשך כ -5 דקות, ולאחר מכן מפגש משחק של 10 דקות עם הצעצועים.

פרוטוקול זה מפרט את השיטות לאיסוף נתוני EEG-ECG, וידאו ושמע מסונכרנים במהלך משימות הקריאה וההפעלה. עם זאת, ההליך הכולל אינו ספציפי לתכנון מחקר זה, אך מתאים לאוכלוסיות שונות (למשל, דיאדות הורה-ילד, דיאדות חבר) ולמשימות ניסוי. תוצג שיטת הסנכרון של זרמי נתונים שונים. יתר על כן, יתואר צינור עיבוד מקדים בסיסי של EEG המבוסס על Dikker et ^al.12, וידווחו שיעורי שמירת נתוני EEG ומדדי בקרת איכות. מכיוון שהבחירות האנליטיות הספציפיות תלויות במגוון גורמים (כגון תכנון משימות, שאלות מחקר, מונטאז' EEG), ניתוח היפר-סריקה EEG לא יפורט בהמשך, אלא במקום זאת, הקורא יופנה להנחיות ולארגז כלים קיימים (למשל, ¹⁴ להנחיות;^15,16 עבור ארגזי כלים לניתוח היפר-סריקה). לבסוף, הפרוטוקול דן באתגרים ובפתרונות אפשריים להיפר-סריקה של EEG-ECG בבית ובסביבה אחרת בעולם האמיתי.

הפרוטוקול המתואר אושר על ידי מועצת הביקורת המוסדית (IRB) של האוניברסיטה הטכנולוגית נניאנג, סינגפור. הסכמה מדעת התקבלה מכל המשתתפים הבוגרים ומהורים בשם תינוקותיהם.

1. שיקולים של ציוד ומקום בבית הפעלות

1. התכוננו לתנאי לחות וטמפרטורה שונים בהתאם למדינה ולעונה. עבור סביבות עם רמות טמפרטורה ולחות גבוהות, ודא שיש זרימת אוויר מספקת והפעל את יחידת המיזוג בבית במידת האפשר.
2. שמור על מרחק ממשדרי WiFi, ציוד Bluetooth (למשל, טלפונים ניידים, מקלדת, עכבר וכו ') ותנורי מיקרוגל, מכיוון שמכונות סמוכות הפועלות באותו תחום תדרים עלולות לגרום להפרעות. בנוסף, נסו להרחיק את מערך הניסוי ממכשירי טעינה בבית, מכיוון שהדבר עלול לגרום לרעש משמעותי בקו החשמל בנתונים. שימו לב שמאווררים עומדים בקרבת מקום או מאווררי תקרה במהירויות גבוהות עלולים לגרום לכבלי ה-EEG להתנדנד ולתרום לממצאים מכניים.
3. הכינו מרחב מתאים לניסוי שיתקיים בתוך ביתו של המשתתף. ודאו שבאזור הבדיקה יש מספיק מקום פנוי כדי להכיל מטפל אחד ותינוק אחד בכיסא גבוה בישיבה סביב שולחן, וכן שלוש מצלמות על חצובות. נקה את כל הפריטים מהשולחן, במידת האפשר, כדי להפחית הסחות דעת פוטנציאליות.
4. ודא שיש בהירות מספקת באזור הבדיקה עבור מצלמות הווידאו כדי ללכוד את הבעות הפנים של המשתתף. אם השולחנות קרובים לחלונות, אל תמקם את מצלמות הווידיאו הפונות לחלון כדי למנוע סנוור עדשה.

2. הכנות לפני הפגישה

1. יידעו את המשתתפים כי לצורך מדידת EEG, מבוגרים נדרשים לחפוף את שיערם יום לפני הפגישה מבלי למרוח מוצרי שיער. שאלו אם הן יכולות להימנע מלהתאפר ביום בדיקת ה-EEG.
2. ודא שכל ציוד ההקלטה (מיקרופונים ומצלמות וידיאו), מחשבים ניידים, מגברים ובנק החשמל המשמש את תיבת ההדק נטענים יום לפני ההפעלה. בדקו שכל הציוד טעון במלואו כמה שעות לפני הפגישה. נשא מטענים או עדיף מאגרי חשמל ניידים למקרים בלתי צפויים של רמות סוללה נמוכות בציוד.
3. ארוז את כל הטפסים הדרושים וציוד הקלטה לפגישה.

3. הכנת הניסוי בבית המשתתף

1. תכשיר EEG gelling
   1. יש ללבוש זוג כפפות בעת הטיפול בג'ל. מלאו ארבעה מזרקים בג'ל, שני מזרקים עם הקצה הקהה לאלקטרודות הפסיביות, ושני מזרקים עם הקצה העדין יותר לאלקטרודות האקטיביות.
   2. הכינו שתי חתיכות מרובעות של מסקינג טייפ לאלקטרודות א.ק.ג. לתינוקות ולמבוגרים.
2. הכנת ציוד הקלטה
   1. יש להסיר כפפות בעת טיפול בציוד אלקטרוני.
   2. הפעל את כל המחשבים הניידים וחבר את פלאגי EEG למחשבים הניידים המתאימים. ודא שתוכנת ההקלטה EEG פועלת.
   3. חבר את מגברי המבוגרים והתינוק לתוכנת הקלטת EEG במחשבים הניידים המתאימים באמצעות חיבור אלחוטי.
   4. בדוק וודא שלשני המגברים (מבוגר ותינוק) יש את אותן הגדרות יציאת הדק, כלומר, האם סמן ההדק מיוצר בקצה העולה (פעיל גבוה) או היורד (פעיל נמוך) של פולס הקלט.
   5. הרכיבו את שלושת מצלמות הווידיאו על כל חצובה. ודא שכל מצלמת וידיאו לוכדת את המטפל, התינוק, המטפל והתינוק (תצוגה משולבת), בהתאמה (ראה איור 1). לפני תחילת הפגישה, ודא שזוויות מצלמת הווידאו יכולות ללכוד באופן עקבי את פניהם של המשתתפים, בהתחשב בכך שהמטפל לעתים קרובות יורד לעין התינוק במהלך אינטראקציות.
3. הניחו את כיסא האוכל של התינוק ואת כיסא המטפל בקצה השולחן שלהם, כך שהם יעמדו זה מול זה בזווית שבה מצלמות הווידיאו יוכלו לתפוס את הבעות הפנים שלהם (ראו איור 1). אם אין מספיק מקום על השולחן, הניחו את כיסא האוכל של התינוק ואת כיסא המטפלת אחד ליד השני בזווית ישרה.

איור 1: תצוגה מלמעלה למטה של ההגדרה. (1) מצלמת וידיאו הפונה לתינוקות. (2) מצלמת וידאו בתצוגה משולבת. (3) מצלמת וידיאו הפונה למטפל. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

4. יישום חיישן EEG ואק"ג עבור המטפל

1. חיבור מאובטח של המגבר למכסה ה-EEG
   1. עבור המטפל, השתמש בכיס האחורי של מכסה ה- EEG כדי לאחסן את המגבר על מנת להפחית את תנועת הכבל ואת רעש ה- EEG. לפני החלת המכסה על המשתתף, ודא שהמגבר מאוחסן היטב ומחובר למחבר.
   2. יש לוודא שאין מגע עם מים בזמן הטיפול במגבר (כלומר, להסיר את הכפפות אם הן ספוגות בג'ל).
2. בקשו מהמטפלת להסיר את המשקפיים, המסכה או העגילים. אם השיער שלהם קשור, בקשו מהם להסיר את רצועת השיער כדי להוריד את השיער.
3. בעת לבישת כפפות ובאישור המטפל, יש לנקות את המצח באמצעות מקלוני אלכוהול (70% איזופרופיל אלכוהול (IPA)).
4. משני צידי ראשו של המטפל, חלק את השיער בנקודה העליונה ביותר של האוזן כדי להבטיח שהאוזן נראית במלואה, בהתאם לקווי הפרדת שיער טבעיים.
5. מדדו את היקף הראש של המטפל על ידי הנחת סרט המדידה סביב ארבע נקודות ייחוס על הראש: הנזיון (גובה הגבה), מעל פסגת האינון (הנקודה הגבוהה ביותר בחלק האחורי של הראש), ובין הטרגוס השמאלי והימני (קצות האוזניים).
6. מתחו את כובע ה-EEG מבפנים בתנועת יד דמוית כתר והתחילו להניח את הכובע ממצחו של המטפל לכיוון החלק האחורי של ראשו. מבלי לשחרר את הכובע, החליקו את הידיים כלפי מטה כדי להחזיק את הרצועות, משכו אותן כלפי מטה לכיוון הסנטר והדקו את הוו ואת קצוות הלולאה. התאימו את הרצועות לנוחות המשתתף.
   1. ודא שכל פוני או קווצת שיער על פני המשתתף מוסרים מהפנים כדי למנוע אי נוחות או הפרעה לראייה.
   2. החליקו בעדינות את המכסה כדי להבטיח שהאלקטרודות נמצאות במגע הדוק עם הקרקפת. ודא שאין קמטים על הכובע.
7. הניחו את סרט המדידה מעל האלקטרודות בקו האמצע ומדדו את המרחק בין הנזיון לאיניון. ודא כי אלקטרודת Cz של מערכת 10-20 הבינלאומית נמצאת בנקודת האמצע של המדידה. השתמש בשיטת הכיווץ והשחרור כדי להזיז את מיקום המכסה קדימה ואחורה במידת הצורך.
8. מדוד את המרחק בין הטרגוס השמאלי והימני כדי לוודא שהאלקטרודה Cz מתאימה לנקודת האמצע של המדידה והתאם במידת הצורך.
9. יישום EEG וג'ל אק"ג
   1. התחל על ידי מריחת ג'ל על אלקטרודות הייחוס והקרקע. המשך לג'ל את האלקטרודות הנותרות. התחל עם האלקטרודות מאחור מכיוון שייתכן שייקח זמן רב יותר עד שהעכבה תפחת לטווח מקובל (בדרך כלל < 25 kΩ) מכיוון שלמבוגרים בדרך כלל יש יותר שיער מאחור.
   2. בעת החלת ג'ל על המטפל, להשתמש מזרק עם קצה ארוך ועדין יותר. הכנס את קצה המזרק לפתח האלקטרודה וחלק את השערה באמצעות הקימור התחתון של המזרק. יש להשפריץ כמויות קטנות של ג'ל בזמן שהמזרק נשלף החוצה. אם יש רווח גדול בין הקרקפת לאלקטרודה, לחץ בחוזקה על האלקטרודה כדי להבטיח מגע.
   3. השתמש באור כמדריך ייחוס לעכבה אם הגדרת האלקטרודה הפעילה הנתונה מאפשרת זאת. לחלופין, עיין בקריאות העכבה בתוכנת הקלטת EEG כדי לזהות אילו אלקטרודות דורשות שיפור מגע.
      הערה: אלקטרודות עם עכבה נמוכה ואיכות אות טובה (מובטחת על ידי בדיקת ממצאים לפני תחילת ההפעלה) ייצבעו בירוק על המכסה ו / או במונטאז' EEG. אם העכבה לאלקטרודה גבוהה, חזרו על המאמץ להפריד את השיער והזיזו היטב את הג'ל שבאלקטרודה עד לנקודת המגע הברורה עם הקרקפת.
   4. שימו לב שהכובע בדרך כלל אינו מתאים באופן מושלם לכל ראש, ואזורים קעורים בראש עלולים לגרום לרווח טבעי בין האלקטרודה לקרקפת. אם העכבה נשארת גבוהה, יש למרוח תלולית קטנה של ג'ל כדי להבטיח גשר ג'ל בין האלקטרודה לקרקפת. היזהרו לא להזיז את הג'ל הצידה לאחר מכן כדי למנוע גישור עם אלקטרודות שכנות מתחת לפקק.
   5. שימו לב לא למלא את הבארות בג'ל כדי למנוע גישור על אלקטרודות סמוכות מעל הפקק.
   6. לאחר שלכל אלקטרודות ה-EEG יש עכבה נמוכה, נקו את האזור הרך מתחת לעצם הבריח השמאלית של המתאמן באמצעות מגבוני אלכוהול והתחילו לחבר את אלקטרודת האק"ג.
      1. חברו סרט עגול לתחתית אלקטרודת האק"ג ומרחו מספיק ג'ל כדי לכסות את באר האלקטרודה.
      2. חבר את האלקטרודה לאזור הרך מתחת לעצם הבריח השמאלית. החל מסקינג טייפ לבן על החלק העליון של החיישן.

5. יישום חיישן EEG ואק"ג לתינוק

1. בקשו מהמטפלת לעזור לתינוק ללבוש אפוד, המסופק על ידי הנסיינים, עם כיס אחורי, אשר מאוחר יותר יאחסן את המגבר.
2. באישור המטפל יש לנקות את המצח באמצעות מגבוני אלכוהול. מדדו את היקף ראשו של התינוק על ידי הנחת סרט המדידה סביב ארבע נקודות הייחוס.
3. אם התינוק נמצא במצב רוח טוב לכאורה ומשחק בשמחה לבד או עם מטפל, המשך עם חבישת כובע EEG. התייעצו עם המטפל לגבי מצב רוחו של התינוק ונטייתו לחבישת ראש. הכינו מזון יבש או צעצועים כדי להעסיק את ידיו של התינוק לפני המכסה, אם הדבר מוסכם על ההורה. בנוסף, הניחו את התינוק על ברכי המטפלת כדי שירגישו נחמה במהלך תהליך הג'ל.
4. הניחו את הכובע על ראשו של התינוק באותה תנועת מתיחה דמוית כתר, והדקו את הוו ואת קצוות הלולאה מתחת לסנטר. בקש מהנסיין או המטפל השני להנחות את התינוק להסתכל למעלה, באמצעות רעשן, כך שיהיה קל יותר להדק את הקרס ואת קצוות הלולאה.
   1. ודא כי כל פוני או שערות תועות על פניו של התינוק תחובים בצורה מסודרת מתחת לכובע כדי למנוע אי נוחות או הפרעה בראייה.
   2. החליקו בעדינות את המכסה כדי להבטיח שהאלקטרודות נמצאות במגע הדוק עם הקרקפת. ודא שאין קמטים על הכובע.
5. השתמש בסרט המדידה כדי לוודא שהמכסה ממוקם כראוי, עם אלקטרודת Cz בנקודת האמצע או בחלק העליון של הראש והשתמש בשיטת הכיווץ והשחרור כדי להתאים במידת הצורך (ראה שלב 4.7).
6. חברו היטב את המגבר למכסה. לאחר החיבור, הצג את קריאות העכבה.
7. הניחו את המגבר המחובר בכיס בחלק האחורי של אפוד התינוק.
8. יישום EEG וג'ל אק"ג
   1. התחל על ידי מריחת ג'ל על אלקטרודות הייחוס והקרקע. המשך עם ג'ל האלקטרודות הנותרות החל מאחור.
      הערה: תינוקות עשויים להיות קצת בררנים מהנסיינים שנוגעים בראשם או מתחושת הקירור של הג'ל. אם זה המקרה, הקדישו זמן מה למטפל להרגיע את התינוק לפני שתמשיך. הנסיין השני יכול להסיח את דעתו של התינוק (למשל, על ידי ניפוח בועות, שימוש בצעצועים או מתן מזון).
   2. מלא את כל פתחי האלקטרודות בג'ל ולאחר מכן המשך להשתמש בקצות הכותנה כדי לחלק את השיער בתנועה עדינה משמאל לימין אם אתה משתמש באלקטרודות פסיביות (כמו כאן); עיין במונטאז' בתוכנת ההקלטה EEG כדי לבדוק אם יש עכבה בזמן הג'לינג.
   3. ודא שכל האלקטרודות מפגינות עכבה נמוכה בתוכנת ההקלטה EEG, בדרך כלל < 50 kΩ, מכיוון שתינוקות פחות סובלניים לתהליך הג'לינג בהשוואה למבוגרים.
   4. נקו את האזור הרך מתחת לעצם הבריח השמאלית של התינוק באמצעות מגבונים וחברו את האק"ג מתחת לעצם הבריח השמאלית של התינוק לאחר אותו הליך כמו האק"ג של המבוגר.

6. יצירת תיבת טריגר לסנכרון נתונים רב-מודאלי

הערה: מאחר שזרמי נתוני חיישנים שונים (כלומר, EEG, אק"ג, וידאו ושמע) יתחילו להקליט בנקודות זמן שונות במהלך ההפעלה, יש לסנכרן אותם ידנית כדי ליצור ציר זמן יחיד של אירועים. לכן, יש צורך באירוע משותף שניתן ללכוד הן על ידי מצלמת הווידאו (כלומר, אור LED) והן על ידי המגבר (כלומר, אות דיגיטלי או אנלוגי). כדי להשיג זאת, נעשה שימוש בתיבת טריגר סינכרון פנימית, אשר ניתן לבנות באמצעות תוכנית יחידת מיקרו-בקר פשוטה, כמפורט להלן.

1. כדי לבנות את תיבת ההדק, השתמש בלוח פיתוח מיקרו-בקרים, LED, מחבר BNC, בנק חשמל, התקן קלט דיגיטלי (כלומר, לחצן) ופלט פולס/אות חשמלי (כלומר, חוטי הדק) שמתחברים ליציאת ההדק של המגבר (ראה איור 2B).
   1. חבר את מחבר ה-BNC הנשי ללחצן, המשמש כקלט (לדוגמה, פין קלט: 8), ונורית ה-LED ואות הפולס החשמלי פועלים כפלט (לדוגמה, פין פלט: 12; ראה איור 2A).
   2. חברו את מחבר ה-BNC לשני המגברים באמצעות כבלי חוטי חשמל בקוטר 2.5 מ"מ, והפיקו טריגרים של סיבית אחת המסמנים את הדגימות ברשומת ה-EEG-ECG כאשר הוא קורא את אות ה-TTL הדיגיטלי מהלחיצה על הלחצן (ראו איור 2C).
2. הגדר את הגדרות יציאת ההדק של מגברי המבוגר והתינוק באופן זהה כדי להבטיח סנכרון EEG-EEG הדוק ומדויק.
   1. עצבו את מערכת ההדק כך שסמני הדק יופקו בשתי הקלטות המגבר כאשר כפתור ההדק משתחרר (לאחר לחיצה) לעומת כאשר לוחצים עליו.
   2. זהה את המצב הנוכחי של יציאת ההדק במגברים. אם זה בתחילה ב- 0 או ב- LOW, הגדר את היציאה ל- low-active כדי להפיק סמן כשלחצן הלחיצה משתחרר. לחלופין, אם המצב ההתחלתי של היציאה הוא 1 או HIGH, הגדר את היציאה כפעילה גבוהה כדי להפיק סמן בעת שחרור הלחצן (ראה איור 3).

איור 2: בניית תיבת טריגר. (A) דיאגרמת מעגל מיקרו-בקר עבור תיבת טריגר; (ב) פנים תיבת ההדק הבנויה; (C) תיבת הדק המחוברת למגברי EEG-ECG למבוגרים ולתינוקות, ללחצן לחיצת ההדק ולבנק החשמל. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: הגדרות יציאת טריגר פעילה גבוהה ופעילה נמוכה. בהתאם למצב ההתחלתי של פין ההדק (0 או 1), הגדרת יציאת ההדק (פעיל גבוה, HA או פעיל נמוך, LA) נבחרת כך שהסמן מופק בסוף הפעימה (כאשר לחצן ההדק משתחרר). אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

7. סנכרון זרמי חיישנים

1. כדי להקל על הסנכרון, חבר את מקלט המיקרופון למצלמת הווידאו המתאימה שלו, ובכך סנכרן באופן אוטומטי וידאו (מצלמת וידאו) עם שמע (מיקרופון).
   הערה: מאחר שהמיקרופונים מחוברים למצלמות הווידיאו ואלקטרודות ה-EEG והאק"ג מגיעות ממערך ענף אלקטרודות ה-EEG המחוברות לאותו מגבר, זרמי נתונים אלה מסונכרנים מראש באופן אוטומטי.
2. חברו את משדר המיקרופון המתאים לצווארון העליון של המטפל ולאפוד התינוק.
3. התחל את הקלטות מצלמת הווידאו עבור כל שלוש מצלמות הווידאו לאחר שווידאת שמיקומם יכול ללכוד את אות תאורת ה- LED מתיבת ההדק בחדר.
4. הפעל את הקלטת ה- EEG במחשב הנייד ובמגבר (גרסת כרטיס SD) הן עבור התינוק והן עבור המטפל. כדי להקל על הסנכרון לאחר ההפעלה, הפעל תחילה את המצלמות, ולאחר מכן את חיישני ה- EEG לפי הסדר מבוגר-תינוק מכיוון שה- EEG התינוק הוא חיישן המאסטר אליו כל חיישן אחר מסונכרן (כדי למנוע קיזוז וידאו EEG שלילי).
5. חברו את שני המגברים להגדרת תיבת ההדק באמצעות שקע 2.5 מ"מ בחוזקה כדי למנוע סמנים מזויפים (איור 2C).
   הערה: יש לראות סמן הדק בזרם הרציף של EEG כאשר השקע מחובר למגבר.
6. סנכרן את זרמי הנתונים באמצעות התיבה גורם מפעיל.
   1. בצע לחיצות כפתור ארוכות מכיוון שההבדל במראה הסמן בין שתי התצורות (התחלה לעומת סוף לחיצת כפתור) מורגש רק כאשר הלחיצות ארוכות במידה ניכרת (לפחות 1 - 2 שניות).
   2. בצע לחיצות ארוכות מרובות כדי לייצר טריגרים מרובים כדי להגביר את הדיוק והאמינות של הקיזוזים המשוערים בין חיישנים ולסייע בסנכרון פוסט-הוק במצבים שבהם חלק מהטריגרים אינם נרשמים על ידי חלק מהחיישנים.
   3. בדוק את כל המצלמות כדי לוודא אם אות ה- LED מתיבת ההדק גלוי בהקלטות ובדוק אם ישנם סמנים בו זמנית המוצגים בהקלטות EEG השוטפות במחשב הנייד.
7. הסר את המגברים מהגדרת תיבת ההדק וודא שהמגברים מחוברים היטב למכסי EEG המתאימים.
8. בצע הליך סינכרון זה בתחילת ההפעלה הניסיונית ובסופה, במיוחד אם מצלמות אינטרנט משמשות לניטור מסגרות וידאו שנפלו, מה שגורם לסנכרון להיסחף.

8. ניסוי אינטראקציה הורה-תינוק

1. לפני תחילת משימת האינטראקציה הורה-תינוק, הסר את כל הציוד מהשולחן כדי להסיר הסחות דעת פוטנציאליות לניסויי האינטראקציה בין מטפל לתינוק.
2. בצע את המשימות הניסיוניות.
   הערה: המשימות נבחרו כדי להדגיש אינטראקציות נטורליסטיות בין הדיאדה עם הוראות מינימליות או מעורבות של הנסיין (למשל, לקרוא עם התינוק במשך 5 דקות כפי שאתה עושה בדרך כלל בבית). אורך המשימה תלוי בנוחות המשתתפים ובמגבלות הציוד, למשל חיי הסוללה של המגבר.
3. במידת האפשר, ודא שכל הנסיינים מוסתרים מעיני התינוק לאורך כל הניסוי כדי למנוע הסחות דעת. נסיין אחד הוא להישאר בקרבת מקום עם המחשבים הניידים המקליטים כדי להיות מסוגל להתערב במקרה שיתעוררו בעיות הזרמת חיישנים. ודא כי מחשבים ניידים הקלטה נמצאים בקרבת המגברים (< 10 מ ') כדי למנוע דגימות אבודות עקב השפלה אלחוטית (Wi-Fi, Bluetooth).

9. הבהרה בסוף הניסוי

1. עצור את ההקלטות במצלמות וידאו ואת תוכנת ההקלטה EEG במחשב הנייד ובמגבר. כבו את המגבר ונתקו אותו מהמכסה.
2. הסרת מכסי EEG
   1. הסר בעדינות את קלטות האק"ג והאלקטרודות החל מהמטפל או בקש מהמטפל להסיר את האק"ג של התינוק במידת הצורך. מכיוון שעורו של התינוק רגיש, השתמש במגבונים לתינוקות או במים חמים כדי להרטיב את הסרט להסרה קלה יותר.
   2. התחל על ידי הסרת הוו ואת קצוות הלולאה של המכסה, ולאחר מכן לקלף את המכסה לאחור ולהפוך אותו מבפנים החוצה. השתמשו במגבונים לתינוקות כדי לנקות את שאריות הג'ל מראשו של התינוק והמשיכו להסיר את כובע המטפל.
   3. יעץ למטפל כי עודף ג'ל נשטף בקלות במקלחת.
3. הכנות להובלה
   1. הכניסו את מכסה ה-EEG יחד עם אלקטרודות ה-EEG והאק"ג לתוך שקית ניילון. ודאו שהג'ל שעל הפקק אינו בא במגע עם קופסת המפצל של הפקק. שמור את החוטים ואת תיבת המפצל בקופסה מובנית במהלך ההובלה.
   2. כדי למנוע נזק מכני במהלך ההובלה, ארוז את המגבר בקופסה מרופדת כדי למזער רעידות.
4. ניקוי לאחר הפקק במעבדה
   1. התחילו לנקות את פקקי ה-EEG בהקדם האפשרי.
   2. הכניסו את פקקי ה-EEG לאמבט ניקוי והרחיקו את החוטים במטליות יבשות ממקור המים. ודא שקופסת המפצל אינה באה במגע עם מים.
   3. שפכו כליטר מים לאמבטיה והוסיפו 10 מ"ל של חומרי חיטוי על בסיס אלדהיד. השאירו את הפקק בתוך התמיסה למשך 10 דקות. אין לשמור את הפקק בתמיסה זמן רב מדי או לשים יותר מדי חומר חיטוי, שכן זה יאיץ את הידרדרות הכובעים לאורך זמן.
   4. לאחר 10 דקות, השתמשו במברשת שיניים כדי לנקות את שאריות הג'ל מהאלקטרודות מתחת למים זורמים. היזהר במיוחד בעת ניקוי אלקטרודות פעילות מכיוון שיש להן מעגלים אלקטרוניים קטנים המובנים בכל אלקטרודה.
   5. שטפו היטב את הפקק במים כדי להסיר את תמיסת החיטוי.
   6. בעזרת מטלית יבשה, יבשו את הפקק בטפיחות קלות והכניסו מטלית יבשה לתוך הפקק כדי לספוג את שאריות הלחות. סגור את קצוות הוו והלולאה כדי לשמור את המטלית היבשה בתוך המכסה.
   7. תלו את המכסה לייבוש וודאו שהקצוות הרטובים של הפקק אינם פוגשים את המחברים. כדי להשיג זאת, מקם את המכסה במיקום נמוך יותר מקופסת הפיצול והמחברים בזמן התלייה.
5. חיסכון בנתונים
   1. ודא שהנתונים מכרטיסי ה- SD של מצלמות הווידיאו, המגברים וההקלטות מהמחשב הנייד מיוצאים ומגובים באתר אחסון הנתונים.

10. אבטחת איכות נתונים

1. נתוני וידאו-שמע
   1. ודא שהצליל פועל, שלא נחסמה תצוגה במהלך המשימות ושהסמנים נלכדים.
2. נתוני EEG-ECG
   1. ודא שהקלטת כרטיס SD קיימת ואינה פגומה. בדוק אם הסמנים נלכדים בשתי הקלטות ה- EEG.
   2. בדוק אם יש תקלות טכניות, כלומר ניתוק מגבר והפרעות חשמליות או מכניות באות EEG / ECG.

11. עיבוד נתונים

1. סנכרון הקלטות מרובות חיישנים
   1. ייבא את המטפל, התינוק וצפה משולב בסרטוני מצלמת וידאו לתוכנת עריכת הווידאו.
   2. עברו על הסרטון כדי לסמן את המסגרות הספציפיות שבהן כל נורית LED מופיעה לראשונה. המשיכו לעבור על הסרטון והוסיפו סמן נוסף בפריים הספציפי שבו נורית הלד נעלמת לחלוטין עבור כל טריגר.
   3. בצע שלבים אלה עבור כל שלושת הסרטונים. לאחר שתסיים, רשום את מספרי המסגרות של הסמנים מכל הסרטונים בגיליון אלקטרוני.
   4. פתח את קבצי סמן ה- EEG מכרטיס ה- SD של המגבר עבור התינוק והמבוגר. רשום לעצמך את פרטי דוגמת הסמן בגיליון אלקטרוני.
   5. מכיוון שהווידאו מוקלט בפריימים לשנייה (FPS, למשל, 25 FPS) וה- EEG-ECG נרשם בדגימות לשנייה (למשל, 500 הרץ), המר את המסגרת ואת מספרי הדגימה ליחידת מידה משותפת, כגון אלפיות שנייה (ms), כדי שתוכל ליצור ציר זמן יחיד.
   6. עבור כל חיישן (קטעי וידאו והקלטות פיזיולוגיות), חשב את הזמנים בין טריגרים, המכונים כאן אינטרוולים בין טריגרים (ITI), על ידי חיסור חותמת הזמן של ms עבור כל זוג סמנים עוקבים.
      הערה: למרות שזמני ההתחלה של חיישני ההקלטה שונים, ה- ITIs ב- ms עבור אותה קבוצה של טריגרים על פני החיישנים השונים (סרטונים ו- EEG) עדיין צריכים להתאים. לכן, כדי לאמת זאת, חשב את ההבדל בכל ITI (ITI Lag) בין כל חיישן לבין EEG הראשי.
   7. בדוק את איכות הווידאו EEG ITI Lags. מכיוון שקצב הדגימה / FPS שונה בין שני החיישנים, בדרך כלל, ל- EEG יש קצב דגימה גבוה בהרבה מהסרטונים, מה שמאפשר שגיאה עם סובלנות ± מסגרת וידאו אחת (כאן, 40 אלפיות השנייה) עבור פיגורי EEG-video ITI הממוחשבים.
   8. בדוק את איכות EEG למבוגרים - תינוקות EEG ITI Lags. מכיוון שיש להם את אותו קצב דגימה, לאפשר סובלנות שגיאה של ± 1 דגימת EEG (כאן, 2 אלפיות השנייה).
   9. לאחר השלמת בדיקות אלה, חשב את הקיזוזים בין כל חיישן לבין ציר הזמן של חיישן המאסטר (במקרה זה, EEG תינוקות).
   10. הפחת את חותמת הזמן של ms של כל סמן הדק של ה- EEG הראשי מהסמנים המתאימים של כל חיישן (סרטונים, EEG למבוגרים). זה מייצר N [חיישן - EEG ראשי] קיזוז (N = מספר טריגרים) עבור כל חיישן.
   11. עבור כל חיישן, חשב את הממוצע של היסט זה ועגל אותם כלפי מעלה כדי להפיק את מספר הקיזוז הסופי ביחס ל- EEG הראשי. השתמש במספרי היסט אלה כדי לחתוך את נתוני הווידאו וה- EEG כך שיתחילו במקביל ל- EEG הראשי.
2. קידוד וידאו פשוט
   1. כדי לזהות את השלבים השונים של הניסוי בתוך הסרטונים (למשל, התחלה וסיום של משימות הניסוי או הפרעות), רשום את חותמות הזמן הספציפיות במסגרות באמצעות תוכנה לעריכת וידאו.
3. עיבוד מקדים של EEG
   1. גזור את קבצי ה- EEG של המבוגרים והתינוקות בתחילת המשימה ובסופה.
   2. זיהוי והסרה של ערוצים פגומים
      1. רשום לעצמך ערוצים שנראים רועשים ברציפות או שאינם מכילים אות לאורך כל / רוב הקלטת המשימה.
         הערה: עבור הקלטות בצפיפות נמוכה, המטרה היא לשמור על ערוצים רבים ככל האפשר. לכן, עבור ערוצים שהם רעים רק לפרקי זמן קצרים, עדיף להסיר את מקטע הנתונים הפגום בשלב מאוחר יותר של הניתוח ולא את הערוץ עצמו.
      2. התווה ובדוק חזותית את הצפיפות הספקטרלית של הספק (PSD) כדי לזהות ערוצים מרוחקים.
   3. כדי להסיר מגמות ליניאריות איטיות (מעל 2 שניות), סנן את הנתונים במעבר גבוה באמצעות מסנן FIR בסיסי במעבר גבוה עם תדר חיתוך של 0.5 הרץ.
   4. כדי להסיר רעש בתדר גבוה ממקורות מיוגניים וחיצוניים, סינון במעבר נמוך של הנתונים באמצעות מסנן FIR בסיסי במעבר נמוך עם תדר חיתוך של 35 הרץ.
   5. פלח את הנתונים לתקופות רצופות, שאינן חופפות, של 1 שניות.
   6. דחה אוטומטית את כל המקטעים עם הערך המינימלי מתחת ל- -100 μV (למבוגרים) ו- -150 (לתינוקות) ו/או הערך המרבי מעל +100 μV (למבוגרים) ו- +150 (לתינוקות).
   7. בדוק חזותית את כל המקטעים שלא נכללו ב- 11.3.6. דחה ידנית את כל המקטעים המכילים תוצרים. אם רק מקטע 1s אחד מקובל הממוקם בין מקטעים שנדחו, הסר את כל התקופה כך שלא יישמרו מקטעים בודדים של 1s.
   8. לניתוח INS / דיאדי, יש לנתח רק מקטעים מקובלים המשותפים למבוגרים ותינוקות. על ידי הסרת כל המקטעים של המבוגר שנדחים אצל התינוק ולהיפך, ודא שסדרת הזמן EEG של מבוגר ותינוק נשארת מיושרת באופן מושלם.

המשתתפים במחקר זה היו בני 8 עד 12 חודשים, בדרך כלל תינוקות מתפתחים ואמם ו / או סבתם שדיברו אנגלית או אנגלית ושפה שנייה בבית. מכשירי EEG בעלי 7 אלקטרודות ואק"ג חד-ראשי של מבוגרים ותינוקות, כמו גם הקלטות וידאו ושמע משלוש מצלמות ומיקרופונים, נרכשו בו זמנית במהלך המשימות. הפעילות העצבית נמדדה על פני F3, F4, C3, Cz, C4, P3 ו-P4 על פי מערכת 10-20 הבינלאומית. זרמי הנתונים השונים היו מיושרים באופן זמני ונחתכו בתחילת הניסוי ובסופו, כך שכל ההקלטות התחילו בנקודת זמן t = 0 (איור 4).

איור 4: סנכרון זרמי נתונים. שלוש מצלמות (Infant-view, combined-view ו-caregiver-view), המטפל והאק"ג הגולמי של התינוק, כמו גם EEG גולמי של המטפל והתינוק, מסונכרנות לאותו ציר זמן. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

שיעורי שמירת נתוני EEG ומדדי איכות עבור 5 הדיאדות הראשונות של מערך הנתונים עם סך של 10 משתתפים מוצגים בטבלה 1. לאחר דחיית ערוץ שגוי (איור 5), מקטעי נתונים שהכילו ממצאים נדחו באמצעות סף מתח אוטומטי ואחריו בדיקה חזותית של המקטעים הנותרים (איור 6). התוצאות הראו כי הקלטות EEG היו באורך ממוצע של M = 562.96 s (SD ± 148.94 s). מתוכם, M = 34.30% (SD ± 13.00%) מנתוני המבוגרים ו- M = 46.32% (SD ± 16.63%) מנתוני התינוק התקבלו לאחר דחייה אוטומטית וידנית. אם לוקחים בחשבון רק נתונים תואמים בין מבוגר לתינוק, שיעור השמירה ירד ל- M = 20.58% (SD ± 9.51%), והותיר M = 215.00 שניות (SD ± 117.54 שניות) של נתוני משימות מותאמים. יתר על כן, סך של 0 עד 2 ערוצים לכל dyad לא נכללו בשל איכות נתונים ירודה באופן עקבי.

איור 5: זיהוי ערוצים רעים. גלילת נתוני EEG לתינוקות והתוויית צפיפות ספקטרלית של הספק (PSD) עבור 7 ערוצי EEG שבהם ערוץ Cz נצפה כקו שטוח (A: גלילת נתונים, B: תרשים PSD), או ערוץ F3 רועש יתר על המידה (C: גלילת נתונים, D: תרשים PSD). זיהוי ערוץ רע בוצע ב- EEGLAB¹⁷. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 6: דחיית חפץ. תקופות עם חפצים נדחו אוטומטית על פי סף דחייה (A), (B) ואחריו דחייה ידנית באמצעות בדיקה חזותית. החלק המודגש של העלילה מציג קטעים שנדחו לפי סף הדחייה (A) או הדחייה הידנית (B), בהתאמה. הנתונים הוצגו באופן חזותי ב- EEGLAB¹⁷. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

טבלה 1. דו"ח איכות נתוני EEG עבור 5 דיאדות במהלך משימות הניסוי.

בפרוטוקול זה, אנו מבצעים מדידות בבתי המשתתפים שבהם תינוקות ומטפלים עשויים להרגיש נוח יותר והתנהגותם עשויה לייצג יותר את האינטראקציות שלהם בחיים האמיתיים לעומת סביבת מעבדה, ובכך להגדיל את התוקף האקולוגי⁷. יתר על כן, הקלטות בסביבה הביתית עשויות להקל על העומס על המשתתפים, למשל ביחס לזמני הנסיעה, ובכך עשויות להפוך קבוצות משתתפים מסוימות לנגישות יותר. עם זאת, יחד עם יתרונות אלה, הקלטות היפר-סריקה נטורליסטיות של EEG בהקשרים בעולם האמיתי מציבות מערך אתגרים ומגבלות משלהן ביחס לתכנון ופרוטוקול ניסוי, כמו גם תוצרי נתונים. להלן נדונים אתגרים ופתרונות אפשריים להקלטות ביתיות.

הסביבה הנטורליסטית עשויה להציג קבוצה של משתנים מבלבלים כגון מרחב, טמפרטורה והפרעות, אשר עשויים להיות שונים בין קבוצות המשתתפים בבית אך להישאר קבועים בסביבת מעבדה מבוקרת. פרוטוקול EEG hyperscanning דורש ציוד טכני רב, למשל, מספר מצלמות, מיקרופונים ומחשבים ניידים להקלטה, ולכן, חוסר מקום מספיק בבתי המשתתפים עשוי לפעמים להיות בעיה. חוקרים חייבים להיות מודעים לא להקים ציוד באופן אקראי או במקום מוקף עומס. לדוגמה, חשוב לשים לב לא להציב מכשירים על שולחנות עם פריטי אוכל או שתייה ולוודא שחצובות המצלמה אינן חוסמות את הדרך בחללים צרים. אחת הדרכים למנוע בעיות עם מקום תהיה לבקר בביתו של המשתתף מראש כדי לתכנן כראוי מראש את כל אילוצי המקום. כדאי גם לשלוח תזכורות למשתתפים לפנות את השטח הנדרש מפריטים. מצלמות וחצובות צריכות להיות ממוקמות הרחק מהדרך ככל האפשר, במיוחד כאשר הן מחוץ להישג יד מהמקום בו התינוק יושב במהלך הפגישה. יותר מכל, יש לקחת בחשבון את בטיחות כל הצדדים בכל שלבי ההקמה. גורם נוסף שחוקרים עשויים להיתקל בו בסביבות נטורליסטיות הוא טמפרטורות משתנות. בסינגפור, שבה הטמפרטורות גבוהות לאורך כל היום והשנה, עשויים להופיע ממצאים של זיעה בנתוני EEG, אשר ניתן לשלוט טוב יותר בסביבת המעבדה עם מיזוג אוויר מתאים. שימוש במאווררים כדי לשמור על קרירות המשתתפים מציג גם ממצאים אחרים בשל הימצאותם של מכשירי חשמל בקרבת מקום, והאוויר הנושף עלול להזיז את שיער המשתתפים, כמו גם את חוטי ה- EEG, וכתוצאה מכך איכות הנתונים ירודה. באופן אידיאלי, יש להשתמש במיזוג אוויר במהלך הפגישה מכיוון שהוא ישמור על קרירות המשתתפים. עם זאת, אם הדבר אינו אפשרי, ניתן להשתמש במאוורר עילי או מאוורר עומד במקום זאת תוך הקפדה על כך שהוא אינו ממוקם קרוב מדי למשתתפים כדי למנוע יצירת רעש בנתוני ה-EEG. חלופות אחרות יהיו לתזמן את הפגישה בשעות קרירות יותר של היום, במידת האפשר, כך שניתן יהיה להימנע מזיעה. לבסוף, החוקרים צריכים גם להיזהר מכך שהפרעות עלולות להתרחש בסביבה נטורליסטית, במיוחד אם הם מנהלים את הפגישה בבתיהם של המשתתפים. בני משפחה עשויים להיות בסביבה, מה שעלול לגרום לפגיעה בפרטיות בעת צילום הפגישה בחדר משותף שבו הם עשויים להיות עוברים. זה יכול להיות גם הסחת דעת עבור התינוק לראות מטפלים אחרים או בני משפחה במהלך המשימה, אשר עשוי להטות את מדידות EEG. עדיף להזכיר למשתתפים כי עבור הפגישה לרוץ בצורה חלקה, זה יהיה אידיאלי יש בני משפחה אחרים בחדר אחר. החוקרים יכולים גם לנסות לנהל את הפגישה בצורה יעילה ככל האפשר, כדי לא להטריד את בני הבית האחרים יותר מדי. לבסוף, על החוקרים לוודא כי כל הנתונים נאספים וכי הפריטים הדרושים הושלמו לפני שהם עוזבים את ביתו של המשתתף. רשימת פעולות לביצוע ברורה ומאורגנת של מסמכים ופריטים שיש להשלים יכולה לעזור להימנע מהחמצת שלבים חשובים וגם לעזור להשלים אותם ביעילות ובזמן.

מלבד המשתנים המבלבלים הנמצאים בסביבה נטורליסטית, ישנם גם כמה היבטים של הפרוטוקול שיהיה צורך להתאים לכל מפגש בסביבה טבעית הנשלטים אחרת בסביבת מעבדה. לא תתאפשר תקינה להיבטים מסוימים, כגון זוויות מצלמה ותאורה. גמישות בהגדרה תוך הבטחת נתונים באיכות גבוהה וניתנים להשוואה, היא חיונית. זוויות המצלמה עשויות להשתנות בביתו של כל משתתף כתוצאה מהבדלים בפריסה ובמרחב, מה שעלול להקשות על ביאורים מאוחרים יותר של סרטונים לאירועים ספציפיים ומדדי התנהגות. באופן דומה, גם התאורה תהיה שונה בכל בית, מה שיכול להשפיע על איכות הסרטון. חוקרים יכולים להיות מוכנים כראוי על ידי יצירת מערכת כללית של סטנדרטים שניתן להתאים, כגון לוודא שהמשתתפים אינם יושבים מול מקור אור עיקרי ולדעת אילו זוויות מצלמה לתעדף. גורם משתנה נוסף יהיה הרהיטים הזמינים לשימוש בכל הפעלה. מכיוון שהחוקרים ככל הנראה לא יוכלו להביא רהיטים לבתיהם של המשתתפים, הם יצטרכו להסתמך על רהיטים שכבר יש למשתתפים. בשל כך, הרהיטים השונים בהם נעשה שימוש יכולים לשנות את הדינמיקה הפיזית בין המטפל לתינוק. לדוגמה, סוגים שונים של כסאות תינוק ישנו את הגובה והתנוחה בה התינוק יושב במהלך המשימה. זה עשוי להשפיע על האופן שבו המטפל מתקשר עם הילד וגם להשפיע על נתוני EEG עקב חפצים פוטנציאליים של תנועת שרירים או גורמים אחרים. במהלך שלב העיבוד המקדים של ניתוח הנתונים, החוקרים עשויים להיות מסוגלים לזהות את ממצאי ה- EEG הנגרמים על ידי תנועות ספציפיות על ידי חיפוש הדרכה מהסרטונים המסונכרנים. יתר על כן, לאחר מושג כללי של אילו סוגים של התנהגויות הולכים להיות נצפה או מנותח יכול לעזור להבטיח כי הנתונים הדרושים נלכדים למרות הדינמיקה הפיזית המשתנה.

השלכה נוספת של המערך הנטורליסטי של הסביבה הביתית של ניסויי EEG נוגעת לאיכות ושימושיות של נתוני חיישנים פיזיולוגיים. רישומי EEG מועדים להפרעות חפציים ממקורות סביבתיים (לא פיזיולוגיים, כגון רעש קו¹⁸) ופיזיולוגיים (עיניים, זיעה, מיוגניים)¹⁹. למרות ש-EEG אלחוטי בדרך כלל פחות פגיע לרעשי קווים, מכשירים חשמליים בבית, כגון מאווררים, מסכי טלוויזיה ומיזוג אוויר, יציגו חפצי רעש. חפצי תנועה, לעומת זאת, בולטים עוד יותר בסביבה נטורליסטית ותורמים לשימור נתונים נמוך יותר ^11,20, הפחתה ביחס אות לרעש²¹, ופגיעות בניתוח נתונים בפרשנות¹¹. EEG דיאדי ו- EEG לתינוקות מהווים אתגר נוסף בשמירת נתונים בשל משכי הקלטה נמוכים יותר, מצגות פחות סטריאוטיפיות של חפצים, ובמקרה של היפר-סריקה, הצורך בהתאמה של מקטעים נקיים הניתנים לניתוח בזמן 14,22,23. הפחתת גורמים אלה מסתמכת על תכנון ניסויי מחושב ומערך ניסויי מכויל היטב²². למרות שהרכבי EEG בצפיפות גבוהה מאפשרים תיקון חפצים מסוימים וטכניקות הגדלת נתונים, כגון ניתוח רכיבים עצמאיים (ICA) הסרת רכיבי רעש קנוניים, הדבר אינו מומלץ עם תצורות בצפיפות נמוכה. לעומת זאת, הסתמכות על ביאור ידני של ממצאים והסרה של ערוצי EEG מושפעים ומקטעים מובילה לאובדן נתונים גדול יותר. את הפרוטוקול המוצע ניתן לבצע גם עם יותר ערוצי EEG אך במחיר של זמן הכנה ארוך יותר. יתרונות אלה של זמן רכישה קצר יותר לעומת נתוני EEG עשירים יותר חייבים להישקל בזהירות זה מול זה. כאן מדווח אומדן מציאותי של שיעורי שמירת הנתונים מההקלטות הביתיות הנטורליסטיות, תוך הקפדה על תקני איכות מחמירים באמצעות שילוב של תיוג קפיצות מתח אוטומטיות ודחיית חפצים ידנית. למרות ששיעורי השימור היו נמוכים (M = 34% למבוגרים ו- M = 46% לתינוקות), הם נמצאים בטווח למעט עבור רישומי EEG נטורליסטיים לתינוקות ולמבוגרים, למשל, לשם השוואה, Dikker et ^al.12 דיווחו על שיעור שימור של 38% במהלך משימת הדיון ב- EEG למבוגרים באמצעות אלקטרודות יבשות. ניתן להזין את כמות הנתונים הנקיים המשוחזרים מהפרדיגמה לניתוחים נוספים, כגון ניתוחי קישוריות מבוססי תדר זמן. צינורות חצי-אוטומטיים חלופיים לתיקון ממצאים של רישומי EEG בצפיפות נמוכה (למשל, HAPPILEE²⁴), אם כי מחוץ להיקף המאמר הנוכחי, עשויים לסייע בהסרת ממצאים ללא שימוש ב-ICA ובכך להפחית באופן משמעותי את אובדן הנתונים.

כדי להבטיח EEG באיכות גבוהה אך איסוף נתונים אפשרי, החוקרים יצטרכו לשקול כיצד הסביבה הנטורליסטית משפיעה על המשימות שנבחרו למפגש הניסוי. לדוגמה, בחירת המשימות יכולה להתבסס על מה שניתן למצוא בדרך כלל בבתי המשתתפים, כגון שולחן אוכל, כיסאות, כסאות תינוק, משטח משחק וכו '. זה יאפשר פחות ציוד מגושם או רהיטים שצריך להעביר הלוך ושוב וגם יקצר את זמן ההתקנה והניקיון. בניסוי זה נעשה שימוש בספרים ובצעצועים המתאימים למשחק שולחן, המאפשרים למטפל ולילד לשמור על דינמיקת משחק נטורליסטית תוך הגבלת התנועה החופשית כך שניתן יהיה להפחית את תנועת השרירים בתוצרי EEG. כתוצאה מכך, בפרוטוקול הנוכחי, הצעצועים נבחרו על סמך מה שישקף אינטראקציות טבעיות. לדוגמה, צעצועים עם יניקה שניתן להניח במצב נייח עבור המטפל והילד לעסוק על השולחן יש את היתרון כי הם לא יכולים ליפול מהשולחן, אשר עלול לגרום חפצים תנועה כאשר המטפל מנסה להרים אותם. החוקרים צריכים גם להיזהר מזמן הכנה וניקיון כדי להפחית את עומס המשתתפים.

למרות שלבחירה לבצע מדידות EEG בסביבה נטורליסטית יש יתרונות רבים עבור נתונים תקפים יותר מבחינה אקולוגית, החוקרים צריכים להיות מודעים למגבלות ולאתגרים שעלולים לנבוע מתכנון הניסוי וליישם צעדים מספיקים כדי למתן את ההשפעות ככל האפשר. חוקרים חייבים לשאוף לאזן בין תכנון אקולוגי לבין בקרה ניסויית בעת אופטימיזציה של הפרדיגמה שלהם ותכנון ביקוריהם. כפי שתואר לעיל, נדרשת גמישות מסוימת ביחס למערך הניסוי, אשר, עם זאת, מציג שונות רבה יותר בין המשתתפים. בעוד שזה לא רצוי מנקודת מבט ניסיונית, זה עשוי להיות משקף יותר של הסביבה בעולם האמיתי של המשתתפים. בנוסף, המערך הנטורליסטי עשוי להציג סוגים רבים ואחרים של ממצאים לנתוני EEG, כפי שנדון לעיל. אלה יכולים, במידה מסוימת, להיות מופחתים על ידי טכניקות עיבוד מוקדם וניתוח EEG מתאים, אבל בדרך כלל יכול להוביל לאובדן גבוה יותר ואיכות נמוכה יותר של נתונים. יתר על כן, הציוד בו נעשה שימוש, במיוחד המצלמות והחצובות, מגיע עם חסרונות של היותו מגושם וכבד יחסית, מה שמקשה על שינוע ופחות מתאים לחללים סגורים. לבסוף, מערכת האלקטרודות הרטובות זקוקה לחומרים ניסיוניים נוספים (כגון ג'ל, מזרקים, כפפות, מגבונים) וזמני הכנה ארוכים יותר. על הנסיינים להיזהר מאוד שלא להשאיר בלגן בבתי המשתתפים, למשל למרוח ג'ל על חלקי הרהיטים, ולהסביר מראש כי קיים סיכון שהתינוק יעשה זאת. אלקטרודות יבשות יכולות להיות חלופה טובה לעקוף בעיות אלה ולחסוך זמן הגדרה. לכן, עבור הקלטות היפר-סריקה בקבוצות גדולות יותר (למשל, כיתות), אלה עשויות להיות שיטת הבחירה (למשל, ראה ¹²). לכן, על ידי שכלול והתאמה של פרוטוקול זה לנסיבות הקיימות, יש לו פוטנציאל להיות מיושם בסוגים רבים ושונים של סביבות נטורליסטיות, כגון בתי ספר ומקומות עבודה, כדי ללכוד מגוון גדול יותר של היפר-סריקה ונתונים התנהגותיים.

אין להצהיר על ניגוד עניינים.

העבודה מומנה על ידי מענק פוסט-דוקטורט נשיאותי מהאוניברסיטה הטכנולוגית נניאנג שהוענק למציאות מדומה.