Hyperscanning: Potential mental health applications

Abstract

Hyperscanning refers to the simultaneous imaging of the brains of two or more individuals. Previously, social interactions were studied by imaging one person at a time, which may have left gaps in understanding how interacting brains are related to each other. Hyperscanning has been suggested to allow the measurement of synchronization between interacting brains based on the amplitude and phase of neural oscillations. This synchronization between brains is also known as interpersonal neural synchrony. Mental health disorders have been suggested to affect the formation of inter-brain synchronization. For example, individuals with social anxiety disorder or bipolar disorder may form either excessively strong or weak brain-to-brain synchronization compared to healthy individuals in social settings. This literature review aims to explore the applications of hyperscanning in mental health care. The study contributes to mental health research, which is increasingly important as mental health issues pose a growing challenge to society. The reviewed results suggest that hyperscanning is promising for diagnosing and monitoring mental health disorders. It could be used as a tool to identify biological correlates of mental illnesses and measure inter-brain synchronization between patients and therapists. Studies suggest that better synchronization correlates with more successful therapy, offering continuous insights into treatment outcomes. Research suggests that inter-brain synchronization could even be regulated through non-invasive methods like transcranial alternating current stimulation (tACS), which uses electrical currents to influence brain activity, or hyper-neurofeedback, which gives feedback on real-time brain data. Combined with hyperscanning, these techniques could enhance inter-brain synchronization in therapy, which could increase therapeutic success. Despite its potential, challenges with hyperscanning arise, such as developing new analytical methods for multi-brain data and removing noise from the data during naturalistic social interactions. The complexity of mental health disorders highlights the need for further research and application development.

Hyperskannaus tarkoittaa kahden tai useamman ihmisen aivojen kuvantamista samanaikaisesti. Sosiaalisia tilanteita kuvattiin ennen yksi ihminen kerrallaan, minkä seurauksena tulokset aivojen välisestä synkronisaatiosta jäivät vajaaksi. Hyperskannauksen avulla voidaan mitata synkronisaatiota muun muassa neuronien sähkökemiallisten oskillaatioiden amplitudin ja vaiheiden perusteella. Mielenterveyden häiriöiden on havaittu vaikuttavan aivojen välisen synkronisaation muodostumiseen. Ihmisillä, joilla on esimerkiksi sosiaalisen ahdistuksen häiriö tai kaksisuuntainen mielialahäiriö, voi olla poikkeavan voimakasta tai vähäistä synkronisaatiota. Tämän kirjallisuustutkimuksen tavoite on löytää hyperskannauksen sovelluksia mielenterveyden hoidossa. Tulokset osoittavat, että hyperskannauksella on lupaavia sovelluksia mielenterveydessä, kuten mielenterveysongelmien diagnosoinnin tukena ja terapiakäyntien seurannassa. Menetelmä voi paljastaa mielensairauksien biologisia korrelaatteja ja mahdollistaa potilaan ja terapeutin aivojen synkronisaation mittaamisen. Tutkimukset osittavat, että aivojen välistä synkronisaatiota voidaan säädellä vaihtovirtastimulaation (engl. transcranial alternating current stimulation, tACS) tai hyper- neuropalautteen avulla. TACS vaikuttaa suoraan aivojen toimintaan sähkövirran avulla, kun taas hyperneuropalaute hyödyntää reaaliaikaista palautetta aivotoiminnasta vuorovaikutuksen säätelyyn. Näiden yhdistäminen hyperskannaukseen voisi edistää synkronisaatiota erityisesti terapeuttisissa tilanteissa. Lopuksi todetaan, että hyperskannaukseen liittyy yhä merkittäviä haasteita, kuten kokonaan uusien analyysimenetelmien kehittäminen useiden aivojen datan käsittelyyn sekä sosiaalisten vuorovaikutuksien tuottaman kohinan poistaminen. Näistä syistä hyperskannausta ja sen sovelluksia mielenterveydessä on tärkeä kehittää edelleen.