導(dǎo)讀

向通信輔助技術(shù)的轉(zhuǎn)變已經(jīng)滲透到人類社會(huì)生活的各個(gè)方面。然而，它對(duì)社會(huì)腦的影響仍然是未知的，其影響可能在發(fā)育過渡期特別強(qiáng)烈。本研究采用雙腦視角，并利用超掃描EEG測(cè)量了62對(duì)母子(兒童年齡：M=12.26，范圍10-14，向青春期過渡的階段)在實(shí)時(shí)面對(duì)面互動(dòng)vs技術(shù)輔助遠(yuǎn)程交流期間的腦間同步性。在beta(14-30Hz)范圍內(nèi)，實(shí)時(shí)互動(dòng)條件下的額葉和顳葉區(qū)域之間具有9個(gè)顯著的腦間連接。母親的右側(cè)額葉區(qū)域與孩子的左右額葉、顳葉和中央?yún)^(qū)域相連，表明其在雙腦動(dòng)態(tài)中起著調(diào)節(jié)作用。相比之下，遠(yuǎn)程互動(dòng)條件只引起了一個(gè)顯著的腦間半球交叉連接，這削弱了傳遞社會(huì)情感信號(hào)的實(shí)時(shí)社交互動(dòng)中強(qiáng)大的右腦-右腦連接。此外，雖然兩種互動(dòng)之間的社會(huì)行為水平相當(dāng)，但大腦-行為關(guān)聯(lián)僅在實(shí)時(shí)互動(dòng)條件下出現(xiàn)。母子右側(cè)顳葉-顳葉同步與對(duì)視時(shí)刻相關(guān)，孩子的參與度和共情行為與右側(cè)額葉-額葉同步相關(guān)。

前言

面對(duì)面的社交互動(dòng)是人類的一個(gè)關(guān)鍵特征，從母親和嬰兒之間的第一次社會(huì)交流開始，持續(xù)到童年、青春期和成年期，并負(fù)責(zé)非語(yǔ)言社會(huì)信號(hào)與生理過程的同步協(xié)調(diào)，描繪了一種生物行為同步的機(jī)制，該機(jī)制在整個(gè)生命中維持人類的社會(huì)性。事實(shí)上，合作能力、讀懂他人意圖的熟練程度以及共情能力已被理論化為人類凌駕于動(dòng)物界之上的關(guān)鍵決定因素。作為社會(huì)取向的生物，人類每天面對(duì)面的互動(dòng)有助于復(fù)雜認(rèn)知技能，共情能力以及大腦結(jié)構(gòu)和功能的成熟。

一種假設(shè)支持以面對(duì)面交流的普遍效應(yīng)，即腦間同步。腦間同步被定義為多個(gè)大腦之間神經(jīng)動(dòng)力學(xué)的時(shí)間相干性，并已成為社會(huì)神經(jīng)科學(xué)研究中的焦點(diǎn)。面對(duì)面互動(dòng)的幾個(gè)特征被認(rèn)為是增強(qiáng)腦間同步的關(guān)鍵特征，包括對(duì)視，社交參與度，共情和人際互惠等。尤其值得一提的是，對(duì)視已被反復(fù)證明可以促進(jìn)腦間同步，并增強(qiáng)社會(huì)信號(hào)的交流，從而實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)。在使用fNIRS和雙腦EEG的一項(xiàng)研究中，與目光轉(zhuǎn)移時(shí)刻相比，對(duì)視與更大的腦-腦耦合有關(guān)。

盡管人類大腦在進(jìn)化過程中通過自然情境下的社會(huì)互動(dòng)得到了擴(kuò)展，但現(xiàn)代技術(shù)將這種自然情境下的面對(duì)面互動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴恍枰p方在同一場(chǎng)景下的交流模式(如通過社交媒體平臺(tái))，這種演變將我們的文化和生物遺傳延伸到了未知的領(lǐng)域。我們現(xiàn)在通過各種社交媒體平臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。通過科技進(jìn)行社交已經(jīng)成為一種日常實(shí)踐(企業(yè)活動(dòng)、親密關(guān)系...），但其對(duì)社會(huì)腦的潛在影響仍然是未知的。自COVID-19以來(lái)，技術(shù)輔助通信成為了社交的主要方式，孩子們通過互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上課、交流，事實(shí)上，大部分社會(huì)生活都變成了一種技術(shù)輔助的模式，使人們能夠通過屏幕保持聯(lián)系。但這種社交方式也有其缺點(diǎn)，有研究表明，每天超過2-3小時(shí)的基于技術(shù)輔助的溝通與較差的心理健康有關(guān)；長(zhǎng)時(shí)間的虛擬通信甚至?xí)?dǎo)致疲勞、抑郁、焦慮等癥狀。而向青春期的過渡是大腦快速重組的時(shí)期，這意味著它也是精神病理和社會(huì)適應(yīng)不良的脆弱性時(shí)期。技術(shù)通信的快速發(fā)展使其對(duì)青少年社會(huì)腦的影響成為社會(huì)神經(jīng)科學(xué)的重要研究課題，這些研究對(duì)青少年的未來(lái)具有重要意義。

基于此，本研究采用雙腦方法考察了技術(shù)輔助通信對(duì)青少年社會(huì)腦的影響。使用超掃描EEG測(cè)量了青少年及其母親在實(shí)時(shí)面對(duì)面互動(dòng)vs遠(yuǎn)程視頻聊天時(shí)的腦間同步性?；谙惹暗难芯?，研究者預(yù)計(jì)在實(shí)時(shí)社交互動(dòng)中的大腦-行為耦合以及更多的神經(jīng)連接與更頻繁的對(duì)視和更多的社會(huì)參與度有關(guān)。此外，在自然主義情景的腦間同步研究中，beta同步性已被證明能夠維持浪漫伴侶和親密朋友之間的交流，能夠增強(qiáng)同理心和社會(huì)參與度，因此本研究將研究重點(diǎn)放在腦間beta波段的同步性上。

方法

參與者

共140名健康參與者(70對(duì)母子)參與了本次研究。兒童的平均年齡為12.26歲(SD=1.21，男性占44%，長(zhǎng)子/長(zhǎng)女占66%)。母親的平均年齡為43.74歲(SD=4.41)，平均受教育年限為16.96歲(SD=2.5)，是生母和主要照顧者。所有家庭都是中產(chǎn)階級(jí)背景，81%的家庭與孩子的父親同住在一起。該研究是在COVID-19之前完成的。該實(shí)驗(yàn)得到了瑞赫曼大學(xué)倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，所有母親都為自己和孩子簽署了書面知情同意書，實(shí)驗(yàn)退出自由，并獲得全額補(bǔ)償。參與者參與研究后可獲得報(bào)酬(每小時(shí)30美元)。

程序

該研究在兩個(gè)相鄰的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，包括三個(gè)sessions的雙腦EEG記錄。第一個(gè)session是記錄母子在休息狀態(tài)(Rest)下的大腦活動(dòng)，此時(shí)沒有互動(dòng)。第二和第三個(gè)session在參與者中是平衡的，一半的參與者對(duì)進(jìn)行實(shí)時(shí)面對(duì)面互動(dòng)，另一半的參與者對(duì)通過視頻聊天進(jìn)行互動(dòng)。在實(shí)時(shí)面對(duì)面互動(dòng)中，母親和孩子面對(duì)面坐著，并就計(jì)劃的積極話題進(jìn)行互動(dòng)。在視頻聊天互動(dòng)中，母親和孩子通過兩個(gè)獨(dú)立房間的電腦屏幕進(jìn)行交流，并在門鎖上的情況下就計(jì)劃的積極話題進(jìn)行互動(dòng)(圖4A)。所有實(shí)驗(yàn)條件中都有一名高級(jí)技術(shù)人員在場(chǎng)，以確保質(zhì)量控制。手動(dòng)檢查兩個(gè)房間的攝像機(jī)記錄(使用Mangold互動(dòng)，Mangold International GmbH軟件)，以評(píng)估兩個(gè)互動(dòng)者之間的通信延遲，并發(fā)現(xiàn)低于400ms(M=370ms，SD=190ms)。

EEG預(yù)處理

預(yù)處理是使用Python 3.8和MNE軟件(v0.17.0)進(jìn)行的。首先，將每個(gè)母子對(duì)的EEG數(shù)據(jù)分成兩個(gè)數(shù)據(jù)文件，分別為兒童和母親，以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的預(yù)處理。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均參考，并應(yīng)用1-50Hz的帶通濾波。與先前的研究一致，將數(shù)據(jù)分割成1000ms的epochs，epochs之間有500ms的重疊。采用貝葉斯優(yōu)化的自動(dòng)拒絕(AutoReject) v0.1無(wú)監(jiān)督算法作為閾值方法，以刪除EEG通道中含有瞬態(tài)跳躍和影響通道組的偽跡試次。值得注意的是，雖然AutoReject專門排除特定通道中的瞬態(tài)跳躍試次，但該算法無(wú)法以最佳方式去除可能影響多個(gè)傳感器的系統(tǒng)性生理偽跡，例如眨眼或肌肉運(yùn)動(dòng)。因此，MNE的Infomax和CORRMAP被用來(lái)去除影響數(shù)據(jù)的系統(tǒng)生理偽跡。在AR之后，對(duì)每個(gè)參與者的前5s樣本進(jìn)行目視檢查，以檢驗(yàn)AR校正前和后的輸出結(jié)果。這種特定的AR算法已在180多項(xiàng)研究中使用，雖然目視檢查可能仍然是EEG數(shù)據(jù)的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”，但自動(dòng)算法能夠確保不同實(shí)驗(yàn)室分析相同數(shù)據(jù)時(shí)結(jié)果的可復(fù)制性更好。接下來(lái)，手動(dòng)刪除偽跡成分(IC)。圖1顯示了用于排除眨眼、眼動(dòng)、肌肉偽跡和非生理噪聲的IC成分示意圖。在本研究中，去除眼動(dòng)成分是非常有必要的，因?yàn)楸狙芯啃枰u(píng)估對(duì)視同步與腦間同步之間的關(guān)系。經(jīng)過預(yù)處理后，確定了三種實(shí)驗(yàn)條件下的最終epochs數(shù)是相似的(圖2)。

圖1

圖2

連接分析

使用加權(quán)相位滯后指數(shù)(wPLI)計(jì)算腦間同步，這是一種腦間連接方法，在之前的自然社會(huì)互動(dòng)研究中使用過。wPLI方法降低了檢測(cè)到假陽(yáng)性連接的概率，這可能導(dǎo)致共享相同設(shè)置的參與者由于類似的感官體驗(yàn)而產(chǎn)生假陽(yáng)性超連接，自然超掃描EEG研究中，wPLI被認(rèn)為是PLV的替代方法。wPLI方法根據(jù)滯后的大小對(duì)每個(gè)相位差進(jìn)行加權(quán)，因此在零附近的相位差只會(huì)輕微影響wPLI的計(jì)算，因此適合作為評(píng)估自然社會(huì)互動(dòng)中的腦間連接方法。

計(jì)算beta頻段(13.5-29.5Hz)的雙腦間神經(jīng)連接值。分析信號(hào)的計(jì)算采用FIR濾波和希爾伯特變換，采用漢明窗避免失真和邊界效應(yīng)。與先前的研究一致，本研究基于研究假設(shè)將EEG劃分為預(yù)先定義的興趣區(qū)域(ROI)，共檢測(cè)了6個(gè)ROI，每個(gè)ROI由3個(gè)電極組成：右額葉(RF：Fp2，F(xiàn)4，F(xiàn)8)，左額葉(LF：Fp1，F(xiàn)3，F(xiàn)7)，右中央(RC：FC2，CP2，C4)，左中央(LC：FC1，CP1，C3)，右顳葉(RT：T8，TP10，P8)和左顳葉(LT：T7，TP9，P7)。這使得母親和孩子的ROI之間具有36種可能的關(guān)系組合。

結(jié)果

比較社交互動(dòng)中的神經(jīng)同步

面對(duì)面互動(dòng)

以數(shù)據(jù)類型(真實(shí)面對(duì)面連接、基線數(shù)據(jù))和ROI(所有可能的36種組合)為被試內(nèi)變量的重復(fù)測(cè)量方差分析顯示，條件的主效應(yīng)顯著(p＜0.001)，ROI的主效應(yīng)不顯著(p=0.38)，兩者之間無(wú)交互作用(p=0.64)。這些發(fā)現(xiàn)表明，相比于基線，面對(duì)面互動(dòng)過程中的腦間同步性總體上提高了。

視頻聊天通信

以數(shù)據(jù)類型(真實(shí)視頻聊天連接，基線數(shù)據(jù))和ROI(所有可能的36種組合)為被試內(nèi)變量的重復(fù)測(cè)量方差分析顯示，條件的主效應(yīng)顯著(p＜0.001)，表明當(dāng)參與者進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信(相比于基線)時(shí)，腦間連接總體上有所提高。ROI的主效應(yīng)不顯著(p=0.62)，并且條件與ROI之間沒有交互作用(p=0.89)。這些結(jié)果表明，在視頻聊天通信條件下的所有ROI中，腦間連接有所增加。

靜息態(tài)

以數(shù)據(jù)類型(實(shí)際靜息態(tài)連接，基線數(shù)據(jù))和ROI(所有可能的36種組合)為被試內(nèi)變量的重復(fù)測(cè)量方差分析顯示，ROI主效應(yīng)不顯著(p=0.34)，并且條件和ROI之間沒有交互作用(p=0.37)，但條件的主效應(yīng)顯著(p＜0.001)，反映了休息條件下的連接表現(xiàn)低于基線數(shù)據(jù)。這些發(fā)現(xiàn)表明，與基線相比，社交互動(dòng)增加了腦間同步性，但當(dāng)雙方不進(jìn)行社交互動(dòng)時(shí)，大腦間的連接并沒有高于基線條件。

比較不同實(shí)驗(yàn)條件下的腦間同步

接下來(lái)，使用重復(fù)測(cè)量方差分析比較了所有三種實(shí)驗(yàn)條件(面對(duì)面，視頻聊天，靜息態(tài))和所有36個(gè)ROI連接的腦間連通性情況。結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)條件的主效應(yīng)顯著(p＜0.001)，通過Bonferroni校正的事后比較表明，與靜息態(tài)相比，面對(duì)面和視頻聊天互動(dòng)時(shí)腦間連通性增加，而且面對(duì)面互動(dòng)過程中的腦間同步顯著大于視頻聊天互動(dòng)過程(p=0.001)。這表明，與面對(duì)面互動(dòng)條件相比，遠(yuǎn)程通信會(huì)導(dǎo)致大腦間同步性顯著降低（圖3）。

圖3.三種實(shí)驗(yàn)條件下的腦間同步分析。

與靜息態(tài)相比，實(shí)時(shí)面對(duì)面互動(dòng)的神經(jīng)同步模式

首先通過非參數(shù)置換檢驗(yàn)和基于單因素重復(fù)測(cè)量方差分析的單變量方差分析比較了面對(duì)面互動(dòng)和靜息態(tài)條件下的神經(jīng)同步性，該方差分析旨在檢測(cè)面對(duì)面互動(dòng)與靜息態(tài)條件下的wPLI。結(jié)果表明，與靜息態(tài)條件相比，面對(duì)面互動(dòng)條件下的主效應(yīng)顯著(p=.001)。接下來(lái)，使用一種更保守的方法來(lái)計(jì)算母子大腦的每個(gè)ROI之間的連接。采用非參數(shù)Wilcoxon符號(hào)秩檢驗(yàn)來(lái)比較面對(duì)面互動(dòng)與其他條件之間的wPLI連通性差異。所有結(jié)果都經(jīng)過Bonferroni校正，在36個(gè)連接中可以觀察到有9個(gè)顯著的大腦間連接(p＜0.05)（圖4），與靜息態(tài)條件相比，面對(duì)面互動(dòng)條件下顯示出更大的神經(jīng)同步性。

圖4.實(shí)驗(yàn)程序和主要結(jié)果。

與靜息態(tài)相比，視頻聊天時(shí)的神經(jīng)同步

通過非參數(shù)置換檢驗(yàn)和單變量方差分析比較了視頻聊天互動(dòng)和靜息態(tài)條件下的神經(jīng)同步性，以檢測(cè)視頻聊天互動(dòng)與靜息態(tài)條件下的wPLI。結(jié)果顯示，視頻聊天條件的總體主效應(yīng)顯著(p=.001)。利用Bonferroni進(jìn)行多重比較校正后，36個(gè)連接中只有1個(gè)顯著的大腦間連接，即母親的右額葉區(qū)域和孩子的左顳區(qū)之間存在顯著連接(pBonferroni校正=.02)（圖5B）。總的來(lái)說，本研究結(jié)果表明，當(dāng)技術(shù)參與調(diào)節(jié)互動(dòng)過程時(shí)，大腦與大腦之間的連接顯著減少。

圖5.腦間連接可視化。

大腦-行為耦合

在實(shí)時(shí)面對(duì)面互動(dòng)過程中，母子對(duì)視時(shí)會(huì)有更強(qiáng)的顳葉-顳葉同步(p=0.032)（圖6A），更多的對(duì)視同步與更大的右側(cè)顳葉連通性相關(guān)。在視頻聊天互動(dòng)過程中卻沒有這種效應(yīng)(P＞0.25)。無(wú)論是面對(duì)面或視頻聊天互動(dòng)條件下，母子的額葉-額葉連接與對(duì)視同步無(wú)關(guān)。兒童共情社交投入與母子的額葉-額葉連通性有關(guān)（圖6B），但在視頻聊天互動(dòng)過程中不存在這種連接。此外，使用事后探索性分析來(lái)檢驗(yàn)兒童共情投入的腦間連接關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)母親右額-兒童左顳葉之間的連接與兒童在互動(dòng)過程中的共情投入相關(guān)（圖6C）。

圖6.面對(duì)面范式中大腦-行為相關(guān)性的可視化。

結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，人類的社會(huì)互動(dòng)，無(wú)論是實(shí)時(shí)面對(duì)面的還是遠(yuǎn)程的，都會(huì)引發(fā)互動(dòng)雙方之間的神經(jīng)耦合，而雙方在沒有進(jìn)行社交交流的情況下(靜息態(tài))，并不會(huì)提高神經(jīng)同步性水平。這些發(fā)現(xiàn)支持了一些觀點(diǎn)，即日常面對(duì)面的互動(dòng)通過自下而上的生物行為過程調(diào)節(jié)人類的社會(huì)腦，并增加了腦間連接的維度。其次，技術(shù)輔助通信削弱了自然情境下的社會(huì)互動(dòng)所產(chǎn)生的腦間同步水平。最后，只有在實(shí)時(shí)面對(duì)面互動(dòng)條件下，腦間和行為(包括對(duì)視和共情投入)標(biāo)記之間才存在顯著的關(guān)系。

本研究結(jié)果清楚地證明了我們的社交互動(dòng)因技術(shù)所付出的代價(jià)。與實(shí)時(shí)面對(duì)面互動(dòng)時(shí)的9個(gè)顯著腦間連接相比，視頻互動(dòng)條件下的連接僅僅只有一個(gè)連接具有統(tǒng)計(jì)顯著性。不難看出，這種通過視頻的遠(yuǎn)程互動(dòng)削弱了自然情境互動(dòng)下豐富的右腦-右腦聯(lián)系。在母子面對(duì)面互動(dòng)中，發(fā)現(xiàn)了兩種同源腦間連接：(1)母親和孩子的右側(cè)額葉區(qū)域，以及(2)母親和孩子的右側(cè)顳葉區(qū)域之間。此外，母親的額葉區(qū)域與本研究測(cè)量的孩子的每個(gè)腦區(qū)(左右額葉、左右中央、左右顳葉)相連，這表明母親右側(cè)額葉區(qū)域在維持腦間同步方面具有獨(dú)特的作用。母親的右側(cè)額葉區(qū)域可能參與監(jiān)測(cè)互動(dòng)并動(dòng)態(tài)調(diào)整其特征，以確保在孩子神經(jīng)處理的多個(gè)水平上進(jìn)行豐富的腦間耦合。母親和孩子之間的互動(dòng)不僅引發(fā)了相似的右腦連接，而且還引發(fā)了母親-額葉和孩子-顳葉區(qū)域之間的緊密連接關(guān)系，額-顳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是關(guān)鍵的社會(huì)認(rèn)知功能的基礎(chǔ)，并且超掃描研究也表明在社會(huì)交流中額-顳神經(jīng)是同步的。這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步支持了這樣一種觀點(diǎn)，即腦間同步是成熟大腦調(diào)節(jié)未成熟大腦以適應(yīng)社會(huì)生活的一種機(jī)制。

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

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

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