NeuroImage：通信辅助技术削弱了脑间同步？看来维系情感还得面对面互动才行...

导读

向通信辅助技术的转变已经渗透到人类社会生活的各个方面。然而，它对社会脑的影响仍然是未知的，其影响可能在发育过渡期特别强烈。本研究采用双脑视角，并利用超扫描EEG测量了62对母子(儿童年龄：M=12.26，范围10-14，向青春期过渡的阶段)在实时面对面互动vs技术辅助远程交流期间的脑间同步性。在beta(14-30Hz)范围内，实时互动条件下的额叶和颞叶区域之间具有9个显著的脑间连接。母亲的右侧额叶区域与孩子的左右额叶、颞叶和中央区域相连，表明其在双脑动态中起着调节作用。相比之下，远程互动条件只引起了一个显著的脑间半球交叉连接，这削弱了传递社会情感信号的实时社交互动中强大的右脑-右脑连接。此外，虽然两种互动之间的社会行为水平相当，但大脑-行为关联仅在实时互动条件下出现。母子右侧颞叶-颞叶同步与对视时刻相关，孩子的参与度和共情行为与右侧额叶-额叶同步相关。

前言

面对面的社交互动是人类的一个关键特征，从母亲和婴儿之间的第一次社会交流开始，持续到童年、青春期和成年期，并负责非语言社会信号与生理过程的同步协调，描绘了一种生物行为同步的机制，该机制在整个生命中维持人类的社会性。事实上，合作能力、读懂他人意图的熟练程度以及共情能力已被理论化为人类凌驾于动物界之上的关键决定因素。作为社会取向的生物，人类每天面对面的互动有助于复杂认知技能，共情能力以及大脑结构和功能的成熟。

一种假设支持以面对面交流的普遍效应，即脑间同步。脑间同步被定义为多个大脑之间神经动力学的时间相干性，并已成为社会神经科学研究中的焦点。面对面互动的几个特征被认为是增强脑间同步的关键特征，包括对视，社交参与度，共情和人际互惠等。尤其值得一提的是，对视已被反复证明可以促进脑间同步，并增强社会信号的交流，从而实现共同目标。在使用fNIRS和双脑EEG的一项研究中，与目光转移时刻相比，对视与更大的脑-脑耦合有关。

尽管人类大脑在进化过程中通过自然情境下的社会互动得到了扩展，但现代技术将这种自然情境下的面对面互动转变为不需要双方在同一场景下的交流模式(如通过社交媒体平台)，这种演变将我们的文化和生物遗传延伸到了未知的领域。我们现在通过各种社交媒体平台进行远程通信。通过科技进行社交已经成为一种日常实践(企业活动、亲密关系...），但其对社会脑的潜在影响仍然是未知的。自COVID-19以来，技术辅助通信成为了社交的主要方式，孩子们通过互联网平台上课、交流，事实上，大部分社会生活都变成了一种技术辅助的模式，使人们能够通过屏幕保持联系。但这种社交方式也有其缺点，有研究表明，每天超过2-3小时的基于技术辅助的沟通与较差的心理健康有关；长时间的虚拟通信甚至会导致疲劳、抑郁、焦虑等症状。而向青春期的过渡是大脑快速重组的时期，这意味着它也是精神病理和社会适应不良的脆弱性时期。技术通信的快速发展使其对青少年社会脑的影响成为社会神经科学的重要研究课题，这些研究对青少年的未来具有重要意义。

基于此，本研究采用双脑方法考察了技术辅助通信对青少年社会脑的影响。使用超扫描EEG测量了青少年及其母亲在实时面对面互动vs远程视频聊天时的脑间同步性。基于先前的研究，研究者预计在实时社交互动中的大脑-行为耦合以及更多的神经连接与更频繁的对视和更多的社会参与度有关。此外，在自然主义情景的脑间同步研究中，beta同步性已被证明能够维持浪漫伴侣和亲密朋友之间的交流，能够增强同理心和社会参与度，因此本研究将研究重点放在脑间beta波段的同步性上。

方法

参与者

共140名健康参与者(70对母子)参与了本次研究。儿童的平均年龄为12.26岁(SD=1.21，男性占44%，长子/长女占66%)。母亲的平均年龄为43.74岁(SD=4.41)，平均受教育年限为16.96岁(SD=2.5)，是生母和主要照顾者。所有家庭都是中产阶级背景，81%的家庭与孩子的父亲同住在一起。该研究是在COVID-19之前完成的。该实验得到了瑞赫曼大学伦理委员会的批准，所有母亲都为自己和孩子签署了书面知情同意书，实验退出自由，并获得全额补偿。参与者参与研究后可获得报酬(每小时30美元)。

程序

该研究在两个相邻的实验室中进行，包括三个sessions的双脑EEG记录。第一个session是记录母子在休息状态(Rest)下的大脑活动，此时没有互动。第二和第三个session在参与者中是平衡的，一半的参与者对进行实时面对面互动，另一半的参与者对通过视频聊天进行互动。在实时面对面互动中，母亲和孩子面对面坐着，并就计划的积极话题进行互动。在视频聊天互动中，母亲和孩子通过两个独立房间的电脑屏幕进行交流，并在门锁上的情况下就计划的积极话题进行互动(图4A)。所有实验条件中都有一名高级技术人员在场，以确保质量控制。手动检查两个房间的摄像机记录(使用Mangold互动，Mangold International GmbH软件)，以评估两个互动者之间的通信延迟，并发现低于400ms(M=370ms，SD=190ms)。

EEG预处理

预处理是使用Python 3.8和MNE软件(v0.17.0)进行的。首先，将每个母子对的EEG数据分成两个数据文件，分别为儿童和母亲，以实现单独的预处理。对数据进行平均参考，并应用1-50Hz的带通滤波。与先前的研究一致，将数据分割成1000ms的epochs，epochs之间有500ms的重叠。采用贝叶斯优化的自动拒绝(AutoReject) v0.1无监督算法作为阈值方法，以删除EEG通道中含有瞬态跳跃和影响通道组的伪迹试次。值得注意的是，虽然AutoReject专门排除特定通道中的瞬态跳跃试次，但该算法无法以最佳方式去除可能影响多个传感器的系统性生理伪迹，例如眨眼或肌肉运动。因此，MNE的Infomax和CORRMAP被用来去除影响数据的系统生理伪迹。在AR之后，对每个参与者的前5s样本进行目视检查，以检验AR校正前和后的输出结果。这种特定的AR算法已在180多项研究中使用，虽然目视检查可能仍然是EEG数据的“黄金标准”，但自动算法能够确保不同实验室分析相同数据时结果的可复制性更好。接下来，手动删除伪迹成分(IC)。图1显示了用于排除眨眼、眼动、肌肉伪迹和非生理噪声的IC成分示意图。在本研究中，去除眼动成分是非常有必要的，因为本研究需要评估对视同步与脑间同步之间的关系。经过预处理后，确定了三种实验条件下的最终epochs数是相似的(图2)。

图1

图2

连接分析

使用加权相位滞后指数(wPLI)计算脑间同步，这是一种脑间连接方法，在之前的自然社会互动研究中使用过。wPLI方法降低了检测到假阳性连接的概率，这可能导致共享相同设置的参与者由于类似的感官体验而产生假阳性超连接，自然超扫描EEG研究中，wPLI被认为是PLV的替代方法。wPLI方法根据滞后的大小对每个相位差进行加权，因此在零附近的相位差只会轻微影响wPLI的计算，因此适合作为评估自然社会互动中的脑间连接方法。

计算beta频段(13.5-29.5Hz)的双脑间神经连接值。分析信号的计算采用FIR滤波和希尔伯特变换，采用汉明窗避免失真和边界效应。与先前的研究一致，本研究基于研究假设将EEG划分为预先定义的兴趣区域(ROI)，共检测了6个ROI，每个ROI由3个电极组成：右额叶(RF：Fp2，F4，F8)，左额叶(LF：Fp1，F3，F7)，右中央(RC：FC2，CP2，C4)，左中央(LC：FC1，CP1，C3)，右颞叶(RT：T8，TP10，P8)和左颞叶(LT：T7，TP9，P7)。这使得母亲和孩子的ROI之间具有36种可能的关系组合。

结果

比较社交互动中的神经同步

面对面互动

以数据类型(真实面对面连接、基线数据)和ROI(所有可能的36种组合)为被试内变量的重复测量方差分析显示，条件的主效应显著(p＜0.001)，ROI的主效应不显著(p=0.38)，两者之间无交互作用(p=0.64)。这些发现表明，相比于基线，面对面互动过程中的脑间同步性总体上提高了。

视频聊天通信

以数据类型(真实视频聊天连接，基线数据)和ROI(所有可能的36种组合)为被试内变量的重复测量方差分析显示，条件的主效应显著(p＜0.001)，表明当参与者进行远距离通信(相比于基线)时，脑间连接总体上有所提高。ROI的主效应不显著(p=0.62)，并且条件与ROI之间没有交互作用(p=0.89)。这些结果表明，在视频聊天通信条件下的所有ROI中，脑间连接有所增加。

静息态

以数据类型(实际静息态连接，基线数据)和ROI(所有可能的36种组合)为被试内变量的重复测量方差分析显示，ROI主效应不显著(p=0.34)，并且条件和ROI之间没有交互作用(p=0.37)，但条件的主效应显著(p＜0.001)，反映了休息条件下的连接表现低于基线数据。这些发现表明，与基线相比，社交互动增加了脑间同步性，但当双方不进行社交互动时，大脑间的连接并没有高于基线条件。

比较不同实验条件下的脑间同步

接下来，使用重复测量方差分析比较了所有三种实验条件(面对面，视频聊天，静息态)和所有36个ROI连接的脑间连通性情况。结果显示，实验条件的主效应显著(p＜0.001)，通过Bonferroni校正的事后比较表明，与静息态相比，面对面和视频聊天互动时脑间连通性增加，而且面对面互动过程中的脑间同步显著大于视频聊天互动过程(p=0.001)。这表明，与面对面互动条件相比，远程通信会导致大脑间同步性显著降低（图3）。

图3.三种实验条件下的脑间同步分析。

与静息态相比，实时面对面互动的神经同步模式

首先通过非参数置换检验和基于单因素重复测量方差分析的单变量方差分析比较了面对面互动和静息态条件下的神经同步性，该方差分析旨在检测面对面互动与静息态条件下的wPLI。结果表明，与静息态条件相比，面对面互动条件下的主效应显著(p=.001)。接下来，使用一种更保守的方法来计算母子大脑的每个ROI之间的连接。采用非参数Wilcoxon符号秩检验来比较面对面互动与其他条件之间的wPLI连通性差异。所有结果都经过Bonferroni校正，在36个连接中可以观察到有9个显著的大脑间连接(p＜0.05)（图4），与静息态条件相比，面对面互动条件下显示出更大的神经同步性。

图4.实验程序和主要结果。

与静息态相比，视频聊天时的神经同步

通过非参数置换检验和单变量方差分析比较了视频聊天互动和静息态条件下的神经同步性，以检测视频聊天互动与静息态条件下的wPLI。结果显示，视频聊天条件的总体主效应显著(p=.001)。利用Bonferroni进行多重比较校正后，36个连接中只有1个显著的大脑间连接，即母亲的右额叶区域和孩子的左颞区之间存在显著连接(p_{Bonferroni校正}=.02)（图5B）。总的来说，本研究结果表明，当技术参与调节互动过程时，大脑与大脑之间的连接显著减少。

图5.脑间连接可视化。

大脑-行为耦合

在实时面对面互动过程中，母子对视时会有更强的颞叶-颞叶同步(p=0.032)（图6A），更多的对视同步与更大的右侧颞叶连通性相关。在视频聊天互动过程中却没有这种效应(P＞0.25)。无论是面对面或视频聊天互动条件下，母子的额叶-额叶连接与对视同步无关。儿童共情社交投入与母子的额叶-额叶连通性有关（图6B），但在视频聊天互动过程中不存在这种连接。此外，使用事后探索性分析来检验儿童共情投入的脑间连接关系，结果发现母亲右额-儿童左颞叶之间的连接与儿童在互动过程中的共情投入相关（图6C）。

图6.面对面范式中大脑-行为相关性的可视化。

结论

本研究发现，人类的社会互动，无论是实时面对面的还是远程的，都会引发互动双方之间的神经耦合，而双方在没有进行社交交流的情况下(静息态)，并不会提高神经同步性水平。这些发现支持了一些观点，即日常面对面的互动通过自下而上的生物行为过程调节人类的社会脑，并增加了脑间连接的维度。其次，技术辅助通信削弱了自然情境下的社会互动所产生的脑间同步水平。最后，只有在实时面对面互动条件下，脑间和行为(包括对视和共情投入)标记之间才存在显著的关系。

本研究结果清楚地证明了我们的社交互动因技术所付出的代价。与实时面对面互动时的9个显著脑间连接相比，视频互动条件下的连接仅仅只有一个连接具有统计显著性。不难看出，这种通过视频的远程互动削弱了自然情境互动下丰富的右脑-右脑联系。在母子面对面互动中，发现了两种同源脑间连接：(1)母亲和孩子的右侧额叶区域，以及(2)母亲和孩子的右侧颞叶区域之间。此外，母亲的额叶区域与本研究测量的孩子的每个脑区(左右额叶、左右中央、左右颞叶)相连，这表明母亲右侧额叶区域在维持脑间同步方面具有独特的作用。母亲的右侧额叶区域可能参与监测互动并动态调整其特征，以确保在孩子神经处理的多个水平上进行丰富的脑间耦合。母亲和孩子之间的互动不仅引发了相似的右脑连接，而且还引发了母亲-额叶和孩子-颞叶区域之间的紧密连接关系，额-颞神经网络是关键的社会认知功能的基础，并且超扫描研究也表明在社会交流中额-颞神经是同步的。这些发现进一步支持了这样一种观点，即脑间同步是成熟大脑调节未成熟大脑以适应社会生活的一种机制。

原文：Technologically-Assisted Communication Attenuates Inter-Brain Synchrony.

https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2022.119677

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