“心有灵犀”来自于脑电波的同步化

　　作者 |Lydia Denworth

　　翻译 | Kolibri

　　审校 | 酷炫脑 小草

　　编辑 | 能能

　　miifotos.com

　　社会神经学家一直想知道，当一个人给另外一个人讲故事，或者是一群人在一起看电影的时候，每个个体的大脑神经元活动会出现哪些变化，这种活动又有什么特别的性质。

　　我们人类本质上是社会性动物。

　　但即使在社会神经科学这样一个专门研究人们在社会互动中的神经机制的研究领域，也没能很好地模拟真实的社会环境。

　　比如，研究人员很少捕捉到两个人在一起交流时复杂的大脑活动过程。

　　达特茅斯学院（Dartmouth College）的神经学家塔利亚·惠特利（Thalia Wheatley）表示：“我们一生都在与他人沟通交流，建立这样或那样的联系，但是我们对于人与人之间如何建立联系还知之甚少，更别说了解我们常说的“心心相印”的潜在神经机制。”

　　1. 多个大脑的同步监测

　　这种现状正在得到一点点的改变，越来越多的科学家开始尝试利用先进的技术手段和复杂的数学模型去捕捉 2 个人、3 个人甚至 12 个人在进行眼神交流、分享故事或者其他一些社会活动时的大脑活动信号。

　　尽管类似的社会神经科学研究还处在萌芽阶段，但人们仍然希望能够深入了解其中的神经生理机制，增进我们对沟通这一常见社会互动的基本了解，并最终为治疗社交障碍等精神类疾病提供科学依据。

　　以往脑研究技术的缺乏限制了社会神经科学的发展。

　　比如，脑成像需要受试者保持安静状态，这就导致科研人员难以记录到自然状态下高质量的大脑数据。

　　纽约大学的神经学家 David Poeppel 表示：“同时记录两个大脑的活动信息，不是简单的 1+1=2 的实验过程，它的难度要远远大于分别记录两个大脑的研究，你必须保持机器运转和数据收集的完全同步。”

　　尽管如此，一位目前在弗吉尼亚理工大学工作的物理学家 Read Montague 和他的同事在 20 年前分别将两个受试者同时置于功能性磁共振成像（fMRI）仪器中，成功实现了两个大脑活动的同步监测。

　　Read Montague 进行功能性磁共振成像 (fMRI) 监测| healthmanagement.org

　　在该项研究中，一位受试者（发送者）看到红色或绿色的图像后传递相应的信号给另一位受试者（接收者），接收者要判断发送者是否有说谎。如果接收者判断正确就可以得到相应的奖励。

　　Montague 称两个大脑的同步研究方法为“超扫描技术”，他的研究也证明了同时监测两个大脑的可行性[1]。

　　超扫描技术示意图 |qims.amegroups.com

　　起初，Montague 的研究并没有得到社会神经学家的重视，反倒是得到了其他神经经济学家的效仿。

　　但“超扫描技术”这一名词已经广泛应用于一人以上的大脑成像研究中。这一技术主要包括脑电图（EEG）、脑磁图以及功能性近红外光谱成像技术。

　　EEG 超扫描技术 |Aura Astolfiet.al,2011

　　这些新兴的科学技术拓展了神经科学的研究领域，因为其实用性和方便性得到了广泛的应用。

　　2. 社交过程是否会产生不同的认知过程？

　　除了交互神经科学的实际问题，还有一个较为深层的问题是：在社交互动中收集的大脑活动信息是否会与人们在独处环境或仅作为被观察者条件下得到的信息有所不同？

　　当你注视的人回头看你一眼，你的大脑会发生相应的变化吗？自己说一句话和当面说给其他人听会有所不同吗？

　　答案是肯定的，有。

　　慕尼黑马普精神病学研究所的精神病学家和社会神经学家 Leonhard Schilbach 说：“有越来越多的证据表明：当你直接与另一个人接触而不是在观察另一个人时，社会认知会发生根本的变化。”

　　要证明这些差异并不需要同时对多个大脑进行监测研究，只需要保证在相对自然的环境中进行研究即可。

　　马里兰大学的心理学家 Elizabeth Redcay 的研究重点是自闭症患者在儿童中期时的社会互动。

　　在 2010 年的时候，她还是麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）的博士后研究员，与丽贝卡·萨克斯（Rebecca Saxe）一起工作。在那时，Redcay 进行了一项开创性的实验研究。

　　一名受试者待在扫描仪内，另一名受试者（实际上是一位研究人员）通过视频与其进行实时互动。之后，将第一位受试者与另一位对话者的录像互动扫描图像进行对比。实验发现，实时互动能让大脑中与社会认知和奖励的脑区更加活跃[2]。

　　实验过程示意|Elizabeth Redcay et.al, 2010

　　她在随后进一步的研究中陆续发现了大脑在两种不同互动方式中的反应差异。

　　在儿童的大脑研究中发现，当孩子们相信自己是和同龄人在进行交流的时候，会有更多的与分析他人情感相关（也称“心智化”）的脑区参与到互动的过程中。相反，如果他们觉得不是在和同龄人交流，则参与的脑区会比较少。

　　不同互动方式反应差异 |Elizabeth Redcayet.al, 2010

　　在对社会互动的关键组成部分——联合注意力进行研究的时候，Redcay 发现，大脑的心智化脑区（如颞顶叶交界处），会在互动状态和独自看东西时有所不同。

　　现在她想知道，自闭症患者的大脑社交互动方式会不会也有不同。

　　“大脑中与这些心智化有关的脑区是否会影响到人们的社交互动？”她说，“现在说这个还为时过早。但是很明显，如果你仅仅只是观察，是不能全面了解这方面内容的。“

　　Schilbach 一直是他所谓的“第二人称神经科学理论”的主要支持者之一。他的研究对象还包括虚拟人物，这些虚拟人物似乎会对参与者的目光做出一些反应。

　　“在这种情况下，所谓的‘心智化网络‘和‘行动观察网络‘之间的联系似乎比我们想象的要紧密得多。” Schilbach 说道，“它们之间相互影响，有时是互补的，有时是抑制的。”

　　进一步研究还发现，即使是非常简单的行为，比如在盯着一个人的时候，相信对方也会盯回来，这样一个意识到自己行为会影响另一个人的交互过程会激活大脑的奖励回路，尤其是腹侧纹状体[3]。

　　而当我们发现一个行为的回报越高，我们就越有可能重复它。

　　3. 眼睛是心灵的窗户

　　另一个人的大脑内发生了什么？眼神可以透露一些信息。

　　目光接触能够激活大脑的社交功能并且能够告知对方自己在集中注意力。这也就是我们常说的，眼睛是心灵的窗户。

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　　日本国立生理科学研究所的 Norihiro Sadato 和他的同事们在 2019 年初运用超扫描技术发现，眼神交流可以同时激活不同个体大脑的相同区域，从而让不同个体的大脑之间产生共鸣[4]。

　　比如小脑，它能够预测两个人对同一动作的情感反应；边缘系统，它在我们移动身体的任何部分（包括眼睛）或者是观察其他人的动作的时候都会被激活。目前普遍认为，大脑边缘系统是我们情感分析和调节的基础结构。

　　相互讲故事是研究彼此之间产生共鸣的理想方式。

　　普林斯顿大学（Princeton University）的神经学家尤里·哈森（Uri Hasson）利用讲故事的方法，对大脑的同步现象进行了开创性的研究[5]。

　　神经学家尤里·哈森（Uri Hasson）| youtube.com

　　在这项研究中，他让第一位受试者在扫描仪中讲述一个故事，然后让第二位受试者在扫描仪内听第一位受试者讲述故事的录音。

　　哈森对比了说话者和倾听者在不同时刻的脑活动信号，发现了两个大脑发生同步的证据。

　　哈森说：“倾听者的脑活动变得与说话者大脑活动相似。大脑越相似，倾听者的理解能力就越强。作为一个个体，你的大脑活动实际上是由其他与你沟通交流的大脑决定的。”

　　倾听者与说话者实验结果示意图 | Uri et.al, 2012

　　最近，哈森在与达特茅斯大学的惠特利学院进行合作，共同探索是否能够观察到多个个体大脑在交流过程中的同步现象。

　　惠特利表示，良好的交流意味着“一起创造新的想法和体验，这是你一个人无法做到的。”她想在大脑中观察到这个过程。

　　他们的研究需要多所大学的扫描仪进行联网同步实验（因为大部分学校的心理学专业都只有一台扫描仪）。这些受试者会在扫描仪监测时轮流叙述一个故事，也就是说，每个受试者负责讲述一部分剧情。

　　如果科学家能够在这个互动的过程中捕捉到大脑的状态，也就能观察到不同个体大脑活动在交流中时而相近，时而远离。

　　4. 两人以上脑活动的同步研究

　　随着技术的成熟和研究的深入，神经科学家不再局限于只研究两个大脑，而是开始尝试同时研究多个受试者的脑活动。

　　这类研究使用到脑电技术，因为它相对便捷。

　　以往的研究表明，当我们在参加音乐会或看电影等社会活动的时候，不同个体间的脑电波会保持同步性，反映出我们的大脑会对交响乐的起承转合和电影剧情的跌宕起伏做出相同的反应。

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　　如今，科学家正尝试把同样的方法应用于课堂教学上，来研究如何提高学生的课堂效率。

　　在纽约市高中进行的一系列研究中，来自纽约大学的研究人员跟踪记录了生物课上每个学生的脑电数据，持续了一学期。

　　研究发现，学生在课堂上表现越投入，脑电波的同步性会越高。同步性越好表明学生之间以及师生之间的关系越亲近，而越亲近的关系意味着产生更多的共鸣。

　　目前，该研究团队在进一步探索课堂上脑电波的同步水平是否能够预测学生对知识的掌握程度。Schilbach 相信交互神经科学还能实际应用于精神病学。例如，他可以帮助分析哪位治疗师会对哪位病人治疗效果更好。

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　　参考文献：

　　[1] Aura Astolfi,Jlenia Toppi,Fabrizio De Vico Fallani,Giovanni Vecchiato,Febo Cincotti,Christopher T. Wilke,Han Yuan,Donatella Mattia,Serenella Salinari,Bin He, andFabio Babiloni.Imaging the Social Brain by Simultaneous Hyperscanning During Subject Interaction.[J]IEEE Intell Syst, 2011,26(5): 38–45.doi:10.1109/MIS.2011.61

　　[2]Elizabeth Redcay,David Dodell-Feder,Mark J. Pearrow,1Penelope L. Mavros,Mario Kleiner,John D.E. Gabrieli, andRebecca Saxe.Live face-to-face interaction during fMRI: a new tool for social cognitive neuroscience. [J]Neuroimage, 2010.doi:10.1016/j.neuroimage.2010.01.052

　　[3]Marcus Wilms,Leonhard Schilbach,Ulrich Pfeiffer,Gary Bente,Gereon R. Fink,andKai Vogeley.It’s in your eyes—using gaze-contingent stimuli to create truly interactive paradigms for social cognitive and affective neuroscience. [J]2010 Mar; 5(1): 98–107.doi:10.1093/scan/nsq024

　　[4]Takahiko Koike,Motofumi Sumiya,Eri Nakagawa,Shuntaro Okazaki, andNorihiro Sadato.What Makes Eye Contact Special? Neural Substrates of On-Line Mutual Eye-Gaze: A Hyperscanning fMRI Study. [J]eNeuro.2019. doi:10.1523/ENEURO.0284-18.2019

　　[5]Uri Hasson,Asif A. Ghazanfar,Bruno Galantucci,Simon Garrod,andChristian Keysers.Brain-to-Brain coupling: A mechanism for creating and sharing a social world. [J]Trends Cogn Sci.201216(2): 114–121.doi:10.1016/j.tics.2011.12.007