科学研究｜何时，我们与他人的大脑会表现出神经活动同步性？

脑间活动同步性（interpersonal brain synchronization, IBS）指个体间脑活动信号的相关性或者相干性，可衡量个体间的互动关系。通俗来讲，IBS指在某一时间段里，多个个体的脑活动之间的相似程度。研究者们可通过超扫描技术（hyperscanning，指同时记录参与同一认知活动的两人或者多人的脑活动）来揭示个体间的IBS变化。学界关于IBS意义的解释以下述两种假说为主：合作互动假说（Cooperative Interaction Hypothesis）和相似任务假说（Similar Task Hypothesis）。前者认为IBS意味着多个个体在进行合作互动，而后者认为IBS仅仅意味着多个个体在进行相似的认知任务。

我院郝宁教授课题组设计了一种新的实验范式来检验上述两种假说，并探究IBS的时程变化。

郝宁教授课题组随机招募被试44名，并将这些被试随机两两配对分入三人小组中（第三个小组成员是我们的实验助手，即假被试）。因此，一共组建了22组三人小组。每个小组需要完成一个时长5分钟的团体头脑风暴任务，任务为具体情境任务（Realistic Presented Problem, RPP）。题目大致内容如下：“如果有个人一直在你学习的时候打扰你，影响了你的学习和任务进度，你会怎么去解决这个问题呢？请尽量多地去报告你觉得新颖的/创新的处理方法。”在任务期间，每组内的三名成员需要按照依次轮流的模式进行报告。最先报告的被试为被试1（P1），其次为被试2（P2），最后为假被试（F）。在任务过程中，假被试仅需要报告事先准备好的答案，不需要考虑其他两个真被试报告了什么观点。也就是说，虽然假被试和两位真被试在完成同一个任务，但是他与两位真被试之间无任何合作性互动。而两个真被试对此并不知情，他们认为这是需合作完成的团体任务。任务期间，研究者使用功能性近红外光谱技术（fNIRS）同时观测记录三个个体在前额叶脑区的脑活动变化（见图1）。研究者根据这些脑活动变化计算团队内部个体（两两配对）的脑间活动同步性（interpersonal brain synchronization, IBS）。 在这样的设计中，研究者便能够在同一个小组内比较“存在合作互动的两个组员之间的IBS”和“不存在合作互动的两个组员之间的IBS”的差异。这里需要注意：前者指两个真被试之间的IBS，即P2P1；而后者指任意一个真被试和一个假被试之间的IBS，即FP1或P2F。倘若研究结果表明前者的IBS要显著高于后者的IBS，那么本研究结果在一定意义上支持了合作互动假说；倘若两者的IBS不存在显著差异，本研究结果则在一定意义上支持了相似任务假说。

行为结果表明，“P2P1”表现出了比“FP1”和“P2F”更多的合作行为，并且“P2P1”之间的合作行为随着时间不断提升（见图2C）。同时，在任务表现上，“P2P1”的观念流畅性随着时间不断下降，而观念独特性则随着时间不断上升（见图2A，B）。脑间活动同步性结果表明，相对于“FP2”和“P1F”，P1的右侧背外侧前额叶和P2的左侧背外侧前额叶之间的IBS显著较高（见图3A，B）。此外，P2P1在这两个脑区的IBS随着时间逐渐提升（见图3C，图4）。综上，研究者认为本研究结果在一定意义上支持了合作互动假说，即个体之间的IBS意味着这些个体之间存在着合作性互动。同时，研究结果也表明，这样一种反映合作互动的IBS会随着时间逐渐提升。

图1实验设置.

注：(A)任务过程示意图 (B)额叶光极板放置位置(C) 实验设计。

图2团体行为表现。

注：(A)“P2P1”的观念流畅性的时程变化。 (B)“P2P1”的观念独特性的时程变化。(C) 团体内任意两个个体的合作行为表现及时程变化。P1表示最先报告的被试，P2表示第二个报告的被试，F表示假被试。p* < 0.05; p** < 0.01; p*** < 0.001。

图3前额叶皮层的脑-脑间活动同步性

注：（A）脑间活动同步性所在脑区示意图。（B）团体内任意两个个体之间在双侧背外侧前额叶的IBS图。（C）团体内任意两个个体之间在双侧背外侧前额叶的IBS的时程变化图。*p < 0.05, **p < 0.01, ***p < 0.001。

图4双侧背外侧前额叶的IBS的时程变化

注：（A）团体内任意两个个体间IBS的时程变化。（B）P2P1的IBS的时程变化图。（C）P2F的IBS的时程变化图。（D）P1F的IBS的时程变化图。

本研究已在线发表于Social Cognitive and Affective Neuroscience 杂志（SCI, 5-Year IF: 4.941）。博士生卢克龙为第一作者，郝宁教授为通讯作者。该研究受到上海市“曙光”计划项目（16SG25），上海市哲学社会科学规划一般项目（2017BSH008），教育部人文社会科学研究规划基金项目（17YJA190007）的资助。

近年来，超扫描研究者们尝试了从不同的角度去揭示IBS的内在含义，这对于揭示人类社会互动过程背后的内在神经机制具有深远意义。本研究不仅在一定意义上揭示了IBS的具体含义，为合作互动假说提供了实证支持，而且为超扫描研究者提供了新的研究范式。

社会互动过程背后的脑-脑间互动神经活动是心理学和神经科学研究领域的一大热点。近年来，郝宁教授课题组采用近红外成像技术，通过同时扫描多人大脑活动的方法，揭示不同因素对团队创造活动过程和结果的影响及其背后脑-脑间互动神经机制。此前，该课题组探究了不同人际互动模式的两人组在自然状态下完成团体创造力任务的表现及两人脑-脑间活动的同步性的影响。研究成果已发表在Cerebral Cortex杂志（Lu et al., 2018）。该课题组还探讨了不同类型的能力组配（如由低创造力或高创造力个体组成的团队）对团体创造表现的影响及背后的脑-脑间互动神经机制，相关结果也已发表在NeuroImage杂志 (Xue et al., 2018)。此外，该课题组也探讨了不同类型的组内评价（积极、消极、无评价）对团体创造表现的影响及背后的脑-脑间互动神经机制，相关结果发表在Neuropsychologia杂志（Lu et al., 2019）。

论文信息：（#第一作者，*通讯作者）

Lu, K. (#), Hao, N*. (2019). When do we fall in neural synchrony with others? Social Cognitive and Affective Neuroscience. online publication, 

doi:10.1093/scan/nsz012.

Lu, K. (#), Qiao, X., Hao, N*. (2019). Praising or keeping silent on partner’s ideas: Leading brainstorming in particular ways. Neuropsychologia, 124, 19-30. doi:10.1016/j.neuropsychologia.2019.01.004. 

Lu, K. (#), Xue, H. (#), Nozawa, T., Hao, N. *(2018). Cooperation makes a group be more creative. Cerebral Cortex. online publication, 

doi: 10.1093/cercor/bhy215.

Xue, H. (#), Lu, K. (#), & Hao, N. * (2018). Cooperation makes two less-creative individuals turn into a highly-creative pair. NeuroImage, 172, 527-537. 

doi:10.1016/j.neuroimage.2018.02.007.

图文｜卢克龙

编辑｜张鹏骞