Comparative Analysis of Inter-Brain Synchrony during Cooperative and Competitive SSVEP-based BCI Gameplay

Abstract

협력과 경쟁은 중요한 사회적 상호작용이며 이에 대한 이해는 여러 분야의 사회 연구에 기여 할 수 있습니다. 최근 몇 년 동안, 사회적 상호작용에서 신경 역학을 분석하기 위해 하이퍼 스캐닝 기술이 많이 사용되고 있습니다. 본 연구는 두더지 잡기 과제 형태로 설계된 정상 상 태 시각 유발 전위(SSVEP) 기반 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 게임 플레이 중 기록된 EEG 데 이터를 통해 협력과 경쟁을 비교합니다. 같은 팀 피험자들의 inter-brain synchrony (IBS)를 분석하여 협력과 경쟁의 신경 활동의 차이를 분석합니다. 협력, 경쟁 게임과는 별도로 시행 된 싱글 게임에서 측정한 EEG 데이터로 구한 IBS를 기준선으로 삼아 협력과 경쟁의 IBS에 서 통계적으로 유의한 채널쌍을 식별합니다. 유의한 채널쌍을 바탕으로 그래프 이론 기반 네 트워크 지표와 task performance 간의 상관성을 분석했습니다. 해당 분석 결과, 협력은 알 파와 로우 베타 대역에서 그리고 경쟁은 델타 대역에서 유의한 상관관계가 나타났습니다. 협 력의 결과는 외인성 요인을 최소화한 SSVEP-BCI 패러다임에서도 알파 대역의 IBS와 task performance 간의 양의 상관관계가 관찰됨을 보여줍니다. 경쟁의 결과는 집중과 연관된 저 주파 대역 신경 동기화가 관찰되었음을 시사하며, 경쟁 상황에서의 저주파 IBS 역할에 대한 이해를 보완합니다.|Cooperation and competition are important social interactions, and understanding them can contribute to various fields of social research. In recent years, hyperscanning techniques have been widely used to analyze the neural dynamics of social interactions. This study compared cooperation and competition using EEG data recorded during a steady-state visual evoked potential (SSVEP)-based brain-computer interface (BCI) gameplay, designed as a whack-a-mole task. Inter-Brain Synchrony (IBS) of participants on the same team was analyzed to examine differences in neural activity between cooperation and competition. IBS obtained from EEG data recorded during a single-mode game, conducted separately from the cooperative and competitive games, was used as a baseline to identify statistically significant channel pairs. Based on these significant channel pairs, correlations between graph theory-based network metrics and task performance were analyzed. The analysis revealed significant correlations for cooperation in the alpha and low-beta bands, while competition showed significant correlations in the delta band. The results for cooperation demonstrate that even in an SSVEP-BCI paradigm that minimizes exogenous factors, a positive correlation between IBS in the alpha band and task performance is observed. Results in the competitive condition suggest low-frequency neural synchronization potentially related to attentional processes, providing further insight into the role of low-frequency IBS in competitive situations.