導(dǎo)讀

人類大腦支持行為的一個(gè)基本特征是它在腦區(qū)之間建立連接的能力。一種有前景的方法認(rèn)為，在社交行為中，大腦區(qū)域不僅與大腦內(nèi)的其他腦區(qū)建立連接，而且還與互動(dòng)伙伴的其他腦區(qū)協(xié)調(diào)活動(dòng)。本文探索腦間和腦內(nèi)耦合是否對運(yùn)動(dòng)同步有不同的貢獻(xiàn)，并重點(diǎn)研究了與觀察執(zhí)行系統(tǒng)相關(guān)的額下回(IFG)和與錯(cuò)誤監(jiān)測和預(yù)測相關(guān)的背內(nèi)側(cè)前額葉皮層(dmPFC)之間的耦合。參與者被隨機(jī)分成兩組，在執(zhí)行開放式3D手部運(yùn)動(dòng)任務(wù)的同時(shí)進(jìn)行fNIRS掃描，該任務(wù)包括三個(gè)條件：背對背運(yùn)動(dòng)、自由運(yùn)動(dòng)或有意同步。結(jié)果表明，與背對背和自由運(yùn)動(dòng)條件相比，有意同步條件下的行為同步性更高。在自由運(yùn)動(dòng)和有意同步條件下，IFG和dmPFC的腦間耦合明顯，但在背對背條件下不明顯。重要的是，腦間耦合可以正向預(yù)測有意識(shí)的同步，而腦內(nèi)耦合可以預(yù)測自由運(yùn)動(dòng)期間的同步。這些結(jié)果表明，在有意同步過程中，大腦組織的變化使得腦間網(wǎng)絡(luò)(而非腦內(nèi)連接)有助于成功的交流，揭示了從腦內(nèi)反饋回路到雙腦反饋回路的轉(zhuǎn)變。

前言

現(xiàn)有的研究表明，大腦功能網(wǎng)絡(luò)會(huì)根據(jù)環(huán)境的變化而重新配置。近年來，網(wǎng)絡(luò)方法已經(jīng)擴(kuò)展到將互動(dòng)個(gè)體的大腦視為腦間網(wǎng)絡(luò)的組成部分，該網(wǎng)絡(luò)在社會(huì)交互過程中動(dòng)態(tài)變化。這些腦間功能網(wǎng)絡(luò)來自參與聯(lián)合行動(dòng)的兩個(gè)或多個(gè)個(gè)體的腦區(qū)協(xié)調(diào)活動(dòng)。雖然腦間耦合有助于社會(huì)聯(lián)系，而不僅僅是共享感覺運(yùn)動(dòng)環(huán)境的副現(xiàn)象，但問題是腦間和腦內(nèi)功能網(wǎng)絡(luò)是否對成功的社交互動(dòng)有不同的貢獻(xiàn)。

本研究旨在通過對運(yùn)動(dòng)同步范式下的腦間和腦內(nèi)耦合研究來探討這一問題。人際同步需要兩個(gè)或多個(gè)互動(dòng)個(gè)體在時(shí)間上的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。最近的社會(huì)同步理論將運(yùn)動(dòng)同步視為與一種與“更高”水平一致性(包括情緒一致性和認(rèn)知一致性)有關(guān)的行為。例如，研究表明，操縱面部運(yùn)動(dòng)會(huì)影響情緒傳染。同樣，心理治療期間的運(yùn)動(dòng)同步被證明可以預(yù)測治療關(guān)系。這些研究表明，運(yùn)動(dòng)同步與其他形式的情緒和認(rèn)知一致性有關(guān)，這種行為可能代表了人際聯(lián)系的一種基本形式。

當(dāng)沒有明確的社會(huì)目標(biāo)一致性時(shí)，同步經(jīng)常會(huì)自發(fā)出現(xiàn)，這在身體姿勢、面部表情、鼓掌和行走的無意識(shí)同步中表現(xiàn)得很明顯。值得注意的是，人類的幾種行為一致性，例如士兵的整齊步伐、集體宗教儀式、舞蹈或音樂表演是有意識(shí)的，預(yù)先計(jì)劃的，可能需要訓(xùn)練，這表明了集體行為對人類社會(huì)化的潛在貢獻(xiàn)。雖然自發(fā)同步的動(dòng)態(tài)類似于有意識(shí)同步，但有意識(shí)同步的同步水平很高，因?yàn)樗婕懊鞔_監(jiān)控自己的行為，并將其與互動(dòng)伙伴的行為進(jìn)行比較。

由于實(shí)現(xiàn)同步需要對對方的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)測，以及不斷觀察和更新預(yù)測，因此需要大腦系統(tǒng)①監(jiān)控自己和互動(dòng)伙伴之間的差距(錯(cuò)誤)，②觀察伙伴的行為，并自動(dòng)激活自己對這種行為的表征。

錯(cuò)誤監(jiān)測與前扣帶皮層(ACC)、背內(nèi)側(cè)前額葉皮層(dmPFC)以及腦島的活動(dòng)有關(guān)。人際同步還涉及時(shí)間協(xié)調(diào)，包括時(shí)間預(yù)測和錯(cuò)誤監(jiān)控。值得注意的是，考察動(dòng)態(tài)聯(lián)合作用神經(jīng)底物的單腦fMRI研究發(fā)現(xiàn)，除了觀察-執(zhí)行系統(tǒng)之外，與錯(cuò)誤檢測和校正相關(guān)的腦區(qū)(如dmPFC和前腦島)與感知同步難度的增加呈正相關(guān)。

除了錯(cuò)誤監(jiān)測系統(tǒng)之外，以往的同步神經(jīng)影像學(xué)研究主要集中在觀察-執(zhí)行系統(tǒng)的核心區(qū)域——額下回(IFG)，因?yàn)闊o論是在執(zhí)行動(dòng)作時(shí)還是在被動(dòng)觀察動(dòng)作時(shí)，該區(qū)域通常都是活躍的。IFG在行為觀察與行為執(zhí)行的動(dòng)態(tài)耦合中發(fā)揮作用，并參與理解人際行為一致性。使用超掃描方法的研究發(fā)現(xiàn)，在需要協(xié)調(diào)的社交互動(dòng)中，IFG的活動(dòng)通常在互動(dòng)伙伴之間耦合。同樣，在一項(xiàng)關(guān)于自然語言交流的說話者-聽者耦合研究中，也報(bào)告了IFG的腦間耦合。研究表明，在相互適應(yīng)過程中，IFG的腦間耦合增加，并且在合作互動(dòng)后，發(fā)現(xiàn)了IFG和ACC的人際指尖運(yùn)動(dòng)和腦間神經(jīng)同步增加。

雖然在有意識(shí)的同步期間，認(rèn)知努力主要集中在試圖與他人協(xié)調(diào)，以盡量減少錯(cuò)誤，但在自由運(yùn)動(dòng)期間，認(rèn)知努力集中在自我運(yùn)動(dòng)而非他人運(yùn)動(dòng)上。與此相一致的是，先前有研究報(bào)告了在與他人同步現(xiàn)場講話期間，自我聲音的神經(jīng)活動(dòng)減少，這表明在互動(dòng)過程中，自我參照的大腦活動(dòng)減少。因此，當(dāng)行為高度同步時(shí)，與校準(zhǔn)(IFG)和差距檢測(dmPFC)相關(guān)的腦間連接可能是最高的，因?yàn)樵谶@種情況下，兩個(gè)大腦可以同時(shí)激活各自的校準(zhǔn)系統(tǒng)。相反，在僅包括偶發(fā)差距檢測(如自發(fā)同步)的相互作用中，可能會(huì)增加腦內(nèi)耦合，這將導(dǎo)致大腦之間很少有共激活的情況。然而，當(dāng)參與者意識(shí)到這種差距時(shí)，每個(gè)大腦中的校準(zhǔn)系統(tǒng)所采取的校正行動(dòng)越多，預(yù)期的行為同步性就越強(qiáng)。

在表征分離(專用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的高連接性)和整合(專用網(wǎng)絡(luò)間的連接)的拓?fù)淠X網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)的研究中，可以發(fā)現(xiàn)腦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部連接與腦網(wǎng)絡(luò)之間連接的潛在權(quán)衡。有證據(jù)表明，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)功能分離和網(wǎng)絡(luò)間功能整合之間存在一種固有的權(quán)衡，因此，在腦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)和腦網(wǎng)絡(luò)間的動(dòng)態(tài)中也可能存在一種平衡，例如，當(dāng)交互伙伴變得高度耦合時(shí)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚蜁?huì)朝著腦間連接而不是腦內(nèi)連接的方向變化。因此可以認(rèn)為，當(dāng)參與者之間存在差距時(shí)，誤差和觀察-執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)之間的腦內(nèi)耦合可能支持同步的出現(xiàn)。然而，當(dāng)有意識(shí)同步期間的同步性很高時(shí)，相互預(yù)測和對另一方動(dòng)作表征的依賴增加是至關(guān)重要的。因此，可以假設(shè)高水平的同步應(yīng)該由增加的腦間耦合而不是腦內(nèi)耦合來支持。

在這里，本研究的目標(biāo)是確定是否可以從腦間和腦內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)組織來解釋成功的運(yùn)動(dòng)同步。本研究使用fNIRS對受試者在完成開放式運(yùn)動(dòng)任務(wù)(圖1a)時(shí)進(jìn)行掃描，包括背對背條件、自由運(yùn)動(dòng)條件(低同步性)和有意識(shí)同步條件(高同步性)。由于按鍵、手指敲擊等簡單動(dòng)作的主要特點(diǎn)是節(jié)奏清晰，但不涉及復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)形式或計(jì)劃，因此無法在現(xiàn)實(shí)生活中完整地再現(xiàn)人際運(yùn)動(dòng)同步性，因此本研究將重點(diǎn)關(guān)注3D復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，它允許靈活多樣的動(dòng)作，需要?jiǎng)討B(tài)運(yùn)動(dòng)計(jì)劃的即興發(fā)揮。與2D運(yùn)動(dòng)相比，3D運(yùn)動(dòng)涉及前額葉結(jié)構(gòu)的更高活動(dòng)，需要付出更多的認(rèn)知努力。以往研究很少在復(fù)雜3D運(yùn)動(dòng)環(huán)境中檢查人際同步期間互動(dòng)參與者的大腦耦合，盡管日常任務(wù)中的人際同步(如跳舞、體育運(yùn)動(dòng)或合奏樂器)涉及各種復(fù)雜的動(dòng)作手勢，需要運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和即興發(fā)揮。對3D運(yùn)動(dòng)的研究允許檢查精細(xì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的形式和速度，從而為檢查人際互動(dòng)期間的運(yùn)動(dòng)同步性提供了一種生態(tài)測量方法。為此，本研究使用了二元同步的時(shí)變測量方法來檢查手持游戲控制器(在3D空間中進(jìn)行手部移動(dòng))的二人組之間的行為同步性，同時(shí)使用雙fNIRS系統(tǒng)測量二人組成員的腦內(nèi)和腦間的相干性(見任務(wù)視頻鏈接：https://youtu.be/VEPWVY9dzRM)?；?dòng)伙伴的IFGs之間的耦合可以支持動(dòng)作表征中的協(xié)調(diào)，而dmPFCs之間的耦合支持相互預(yù)測。在這兩個(gè)中心(觀察-執(zhí)行和錯(cuò)誤檢測)耦合的情況下，腦間耦合可能支持一個(gè)人的動(dòng)作表征和另一個(gè)人錯(cuò)誤檢測的協(xié)調(diào)(圖1b)。本研究預(yù)測，與背對背運(yùn)動(dòng)相比，整體面對面的互動(dòng)將增加錯(cuò)誤監(jiān)測系統(tǒng)(dmPFC)和觀察-執(zhí)行系統(tǒng)(IFG；見圖1b)中腦內(nèi)和腦間的耦合。重要的是，由于有意識(shí)同步需要更多地依賴他人的表征，因此腦間耦合(而非腦內(nèi)耦合)可以正向預(yù)測有意同步。

方法

參與者

研究對象為來自海法大學(xué)的80名健康本科生。共有64名女性和16名男性(平均年齡為23.74±4.24歲)參加了這項(xiàng)研究，以獲得班級(jí)學(xué)分或報(bào)酬。所有參與者的視力正?；虺C正至正常。排除標(biāo)準(zhǔn)包括任何神經(jīng)、精神疾病或慢性疾病史。為避免跨性別效應(yīng)，采用在線隨機(jī)數(shù)字生成器將所有參與者隨機(jī)分配到相同性別的成對組中。女性(M=0.423，SD=0.021)和男性(M=0.465，SD=0.044；F=0.735，p=.4)在任務(wù)表現(xiàn)(通過CVV測量)上沒有觀察到性別差異。其中6對參與者因未完成任務(wù)或由于數(shù)據(jù)采集困難而被排除，剩下34對數(shù)據(jù)用于分析。參與者在參與之前并不知曉實(shí)驗(yàn)假設(shè)。所有參與者均簽署了書面知情同意書。本實(shí)驗(yàn)獲得了海法大學(xué)(University of Haifa)機(jī)構(gòu)審查委員會(huì)(IRB)的批準(zhǔn)(批準(zhǔn)文號(hào)為032/18)，包括書面同意程序。

Razer 3D同步任務(wù)

Razer任務(wù)允許使用手持式Razer Hydra游戲控制器來評(píng)估兩個(gè)個(gè)體3D運(yùn)動(dòng)之間的時(shí)變?nèi)穗H同步性。Razer?Hydra設(shè)備是一個(gè)游戲控制器，可以跟蹤手部的運(yùn)動(dòng)和方向。它由參與者手持，并允許在空間中自由移動(dòng)。參與者被指示移動(dòng)他們的手部，并做出任何他們想要的動(dòng)作，包括圓周運(yùn)動(dòng)、遠(yuǎn)離和朝向身體方向的移動(dòng)以及向身體的左右兩側(cè)移動(dòng)。正如該視頻片段所示(https://youtu.be/VEPWVY9dzRM)，頻繁產(chǎn)生的動(dòng)作是舞蹈式或有節(jié)奏的，并且以固定的間隔重復(fù)，形成一個(gè)有規(guī)則的方向模式。

該任務(wù)包括三個(gè)條件(圖2)：①為了測量無交互時(shí)的基線活動(dòng)，本研究在實(shí)驗(yàn)開始和結(jié)束時(shí)包括了2min的背對背條件(BB)，即參與者背靠背坐著，并被要求自由移動(dòng)他們的手部，沒有方向或速度的限制；②自由運(yùn)動(dòng)條件(FM)，其中參與者在面對面時(shí)自由地移動(dòng)手部；③有意同步條件(IS)，即明確指示參與者同步移動(dòng)手部。除了盡可能地同步他們的手部動(dòng)作外，沒有任何特別的指示。每個(gè)任務(wù)條件持續(xù)2min，各任務(wù)條件之間間隔15s的休息時(shí)間。本研究進(jìn)行的初步試點(diǎn)研究結(jié)果表明，有意同步可能會(huì)影響自由運(yùn)動(dòng)過程中自發(fā)同步的出現(xiàn)，因此，所有參與者都先執(zhí)行BB條件，其次是FM條件，然后是IS條件，最后再是BB條件。參與者被要求在整個(gè)session中保持靜止，除了手和手臂的運(yùn)動(dòng)，避免任何頭部或身體的運(yùn)動(dòng)，并且避免言語交流。

控制器在三個(gè)空間軸上記錄參與者的手部位置：x表示參與者之間的直線位置(向前/向后)，y表示水平軸(右/左)，z表示垂直軸(向上/向下)。所有參與者均為右利手。使用Razer?Hydra游戲控制器(Sixense，Los Gatos，CA)，能夠以50Hz的采樣頻率跟蹤手部動(dòng)作。

任務(wù)測量

在每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下，以50Hz的采樣率記錄手部在3D空間中的位置(時(shí)長為120s)。瞬時(shí)速度計(jì)算為每個(gè)參與者連續(xù)位置測量值之間的差值。為了消除抖動(dòng)，對計(jì)算的速度應(yīng)用100ms的高斯滑動(dòng)窗口(圖3)。通過計(jì)算不同時(shí)間延遲3D速度矢量(CVV)之間的余弦值來測量運(yùn)動(dòng)同步性，計(jì)算公式如下：

CVV的取值范圍在1到-1之間，其中CVV=0表示矢量方向上不一致，而CVV=1表示兩個(gè)矢量指向完全相同的方向，反映了相同的運(yùn)動(dòng)，CVV=?1表示兩個(gè)矢量指向相反的方向，反映了鏡像運(yùn)動(dòng)。本研究認(rèn)為同向運(yùn)動(dòng)和反向運(yùn)動(dòng)都表示同步，因此使用絕對值|CVV|作為人際同步性的測量標(biāo)準(zhǔn)。

出于分析目的，本研究還通過隨機(jī)重組參與者的運(yùn)動(dòng)模式生成了一組控制配對，即創(chuàng)建了“偽二元組”。由兩名參與者組成，每個(gè)參與者來自不同的真實(shí)二人組。進(jìn)一步計(jì)算了真實(shí)二人組和偽二元組的行為同步性。本研究使用R語言線性混合效應(yīng)(LME)模型和R語言的lme4包來檢驗(yàn)不同條件下(BB，F(xiàn)M和IS)的同步水平。在所有情況下，超過總體均值±2.5個(gè)SD的同步值被排除在外(8.46%)。

fNIRS數(shù)據(jù)采集使用兩套Brite23功能近紅外光譜(fNIRS)系統(tǒng)(Artinis Medical Systems，Elst，The Netherlands)同時(shí)測量二人組的神經(jīng)活動(dòng)。每個(gè)系統(tǒng)由7個(gè)接收器和11個(gè)發(fā)射器組成，每個(gè)參與者有23個(gè)測量通道，光電二極管之間的距離為3.5cm(圖4)。根據(jù)國際10-20系統(tǒng)覆蓋前額葉皮層(IFG，dmPFC)，將光電極置于頭部。連續(xù)波fNIRS采用760和850nm兩種波長來評(píng)估皮層血流動(dòng)力學(xué)活動(dòng)。使用Oxysoft軟件(v.3.0.52，Artinis Medical Systems，Elst，The Netherlands)測量氧合血紅蛋白(O2Hb)和脫氧血紅蛋白(HHb)的濃度，采樣頻率為10Hz。

fNIRS數(shù)據(jù)分析

采用基于MATLAB的HOMER2分析軟件包對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。采用小波運(yùn)動(dòng)校正方法對光密度數(shù)據(jù)中的運(yùn)動(dòng)偽影進(jìn)行校正。隨后，使用改進(jìn)的比爾-朗伯定律，將光密度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為氧合血紅蛋白(O2Hb)和脫氧血紅蛋白(HbR)濃度，并采用差分路徑長度因子(DPF)進(jìn)行部分體積校正。所有通道O2Hb濃度的時(shí)間序列通過HOMER圖形界面進(jìn)行目視檢查。隨后的分析排除了運(yùn)動(dòng)相關(guān)的偽影和噪聲。此外，噪聲過大的通道和無法識(shí)別參與者心跳的通道被排除在分析之外。在初步預(yù)處理之后，將基于PCA的空間濾波應(yīng)用于O2HB數(shù)據(jù)。然后，使用Matlab的WTC-16工具箱，通過小波變換相干(WTC)函數(shù)估計(jì)腦間和腦內(nèi)耦合，從而識(shí)別局部鎖相活動(dòng)。計(jì)算0.15~0.015Hz之間的平均相干值。這個(gè)頻段允許我們排除與心跳(約1-2Hz)和呼吸(0.2-0.3Hz)相關(guān)的噪聲。最后，對平均WTC值進(jìn)行Fisher z變換，使其分布?xì)w一化。此外，本研究還評(píng)估了“偽二元組”的WTC。

基于通道定位和與社會(huì)認(rèn)知相關(guān)腦區(qū)的先驗(yàn)知識(shí)，創(chuàng)建了三個(gè)感興趣區(qū)域(ROI)，將通道分為左右前額葉外側(cè)區(qū)域，包括兩個(gè)雙側(cè)額下回(左/右IFG)；前額葉內(nèi)側(cè)區(qū)域，包括背內(nèi)側(cè)前額葉皮層(dmPFC)。為了觀察參與者的腦間/腦內(nèi)一致性，本研究檢查了所有ROIs對中的WTC值。

數(shù)據(jù)分析

本研究使用R語言線性混合效應(yīng)(LME)模型和R語言的lme4包來檢查不同條件(BB、FM和IS)下的行為同步性水平。對于神經(jīng)成像數(shù)據(jù)，本研究還使用LME模型來檢查偽二元組和真實(shí)組在不同條件(BB、FM和IS)下的腦間和腦內(nèi)耦合水平。為了檢驗(yàn)參與者在不同任務(wù)條件下的腦間耦合是否存在差異，本研究構(gòu)建了兩個(gè)LME模型，其中條件(BB、FM和IS)和ROI對作為固定因子，二人組的ID號(hào)作為隨機(jī)因子，相干性(WTC)值作為因變量。為了檢測大腦和行為之間的關(guān)系，本研究構(gòu)建了三個(gè)LME模型，分別由條件、ROI和WTC的連續(xù)值作為固定因子和二人組的ID作為隨機(jī)因子組成，用于預(yù)測無滯后運(yùn)動(dòng)同步(“完全同步”)。

結(jié)果

行為同步

為了研究實(shí)時(shí)交互(真實(shí)組)與偽二元組在同步水平上的差異，構(gòu)建了兩個(gè)LME模型。兩者均將條件(BB、FM和IS)和組別(真實(shí)組，偽二元組)作為固定因子，二元組的ID號(hào)作為隨機(jī)因子，總行為同步性作為因變量。這兩個(gè)模型的不同之處在于，第一個(gè)模型只考慮了固定因子的主效應(yīng)，而第二個(gè)模型還考慮了固定因子之間的交互作用。根據(jù)Baayen等人(2008)的研究，使用II型Wald χ2檢驗(yàn)來檢驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測能力的增加與由于固定效應(yīng)之間的交互作用而增加模型復(fù)雜性的成本之間的關(guān)系。第二個(gè)模型產(chǎn)生了顯著更高的預(yù)測能力(p＜.001)，因此進(jìn)行了進(jìn)一步分析。模型分析顯示，組別與條件的交互作用顯著(p＜.001)。對模型內(nèi)的交互作用進(jìn)行分析，使用Bonferroni進(jìn)行多重比較校正，顯示在IS條件下，真實(shí)組的總行為同步均值顯著大于偽二元組(p＜.001)。相比之下，真實(shí)組和偽二元組在FM條件和BB條件下均無顯著差異，見圖5。

腦間耦合

為了檢查真實(shí)二人組與偽二元組之間是否存在腦間耦合的差異，本研究構(gòu)建了三個(gè)LME模型，其中包括組別(偽/真實(shí))，條件(BB、FM和IS)和ROI對作為固定因子，二元組ID號(hào)作為隨機(jī)因子，相干性(WTC)值作為因變量。這三個(gè)模型在固定因子之間的交互水平有所不同，從第一個(gè)模型中僅存在主效應(yīng)，到第二個(gè)模型中存在主效應(yīng)和雙向交互作用，到第三個(gè)模型中存在所有可能的主效應(yīng)和交互作用。II型Wald χ2比較檢驗(yàn)顯示，第二個(gè)模型的預(yù)測能力顯著高于第一個(gè)模型(p＜.001)，第三個(gè)模型的預(yù)測能力明顯高于第二個(gè)模型(p＜.05)。因此，本研究將使用第三個(gè)模型進(jìn)行進(jìn)一步的分析。分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，組別、條件和ROI之間存在顯著的交互作用(p＜.05)，即在表示參與者之間L.IFG到L.IFG耦合的ROI中，真實(shí)組在FM(以及IS和BB)條件下的相干性值顯著高于偽組(顯著性均為p＜.001)。同樣，在表示dmPFC-dmPFC耦合的ROI中，真實(shí)組在FM(p＜.05)、IS(p＜.005)和BB(p＜.05)條件下的相干性值顯著高于偽組。在表示R.IFG-R.IFG耦合的ROI中，真實(shí)組在IS條件下的相干值顯著高于偽組(p＜.05；圖6)。通過Bonferroni多重比較校正，真實(shí)組和偽組之間未發(fā)現(xiàn)其他顯著差異。最后，在R.IFG-R.IFG耦合和dmPFC-dmPFC耦合的ROI中，IS條件下的相干值明顯高于BB條件下的相干值。使用Bonferroni進(jìn)行多重比較校正，未發(fā)現(xiàn)其他顯著差異，見圖7。

腦間耦合作為行為預(yù)測因子為了研究腦間耦合對行為的預(yù)測價(jià)值，本研究構(gòu)建了三個(gè)LME模型，分別由條件、ROI和WTC的連續(xù)值作為固定因子，以及二元組的IDs作為隨機(jī)因子組成，用于預(yù)測無滯后運(yùn)動(dòng)同步性。II型Wald χ2檢驗(yàn)表明，第二個(gè)模型的預(yù)測能力顯著高于第一個(gè)模型(p＜.05)，第三個(gè)模型的預(yù)測能力明顯高于第二個(gè)模型(p＜.001)。因而使用第三個(gè)模型進(jìn)行分析，它包含了條件、ROI和WTC之間所有可能的交互作用(圖8)。LME模型檢驗(yàn)顯示，條件、ROI和WTC之間存在顯著的交互作用(p＜.001)。由于WTC是一個(gè)連續(xù)預(yù)測因子，因此使用R語言的交互作用包進(jìn)一步研究了這種交互。在IS條件下，WTC是dmPFC-dmPFC、L.IFG-L.IFG、R.IFG-dmPFC、R.IFG-L.IFG和R.IFG-R.IFG中運(yùn)動(dòng)同步值的顯著正向預(yù)測因子，即WTC值的增加預(yù)示著同步值的增加。在FM條件下，WTC是dmPFC-dmPFC同步的顯著正向預(yù)測因子。在BB條件下，WTC是L.IFG-dmPFC和L.IFG-L.IFG完全同步的顯著正向預(yù)測因子。

腦內(nèi)耦合為了檢驗(yàn)參與者在不同任務(wù)條件下的腦內(nèi)耦合是否存在差異，本研究構(gòu)建了兩個(gè)LME模型，其中包括條件(BB、FM和IS)和ROI對作為固定因子，二元組ID號(hào)作為隨機(jī)因子，相干性(WTC)值作為因變量。第一個(gè)模型僅包括固定因子的主效應(yīng)，而第二個(gè)模型也包括它們之間可能的交互作用。II型Wald χ2比較檢驗(yàn)顯示，第二個(gè)模型的預(yù)測能力明顯高于第一個(gè)模型(p＜.001)，因此第二個(gè)模型被用于進(jìn)一步的分析。第二個(gè)模型的分析顯示，條件和ROI之間存在顯著的交互作用(p＜.001)，即在R.IFG-dmPFC中，BB條件下的ROI相干性顯著低于FM(p＜.05)和IS(p＜.005)條件下的ROI相干性，而FM和IS條件之間沒有明顯差異。同樣，在R.IFG-L.IFG中，BB條件下的相干性略低于FM條件(p=.06)，并顯著低于IS條件(p＜.001)。而在L.IFG-dmPFC中，BB條件下的相干性顯著高于FM(p＜.001)和IS條件(p＜.001)，見圖9。

腦內(nèi)耦合作為行為預(yù)測因子

本研究進(jìn)一步考察了腦內(nèi)耦合對行為的預(yù)測價(jià)值。在這項(xiàng)分析中，使用了三個(gè)ROI子集(L.IFG-dmPFC，R.IFG-dmPFC和L.IFG-R.IFG)，并計(jì)算了每個(gè)參與者大腦中的WTC值。本研究構(gòu)建了三個(gè)LME模型，每個(gè)模型由條件、ROI和WTC的連續(xù)值作為固定因子，參與者的IDs作為隨機(jī)因子，用于預(yù)測無滯后運(yùn)動(dòng)的同步性。II型Wald χ2檢驗(yàn)顯示，第二個(gè)模型的預(yù)測效果明顯優(yōu)于第一個(gè)模型(p＜.001)，第三個(gè)模型的預(yù)測效果明顯優(yōu)于第二個(gè)模型(p＜.05)。隨后，因此第三個(gè)模型被用于進(jìn)一步的分析。對該模型的檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，條件、ROI和WTC相干性之間存在顯著的交互作用(p＜.05)。在L.IFG-dmPFC中，WTC相干性在FM和BB條件下對行為同步性具有顯著的正向預(yù)測作用，但在IS條件下不顯著。值得注意的是，在R.IFG-dmPFC和R.IFG-L.IFG中，WTC相干性僅在IS條件下對行為同步性有顯著的負(fù)向預(yù)測作用(圖10)。大腦和行為數(shù)據(jù)摘要如圖11所示，它描述了IS條件下行為同步性的腦間和腦內(nèi)預(yù)測因子。

結(jié)論

本研究結(jié)果表明，在不同的任務(wù)條件下，大腦具有改變其腦內(nèi)和腦間網(wǎng)絡(luò)的功能網(wǎng)絡(luò)組織的能力。腦間耦合正向預(yù)測有意識(shí)的同步，腦內(nèi)耦合負(fù)向預(yù)測有意識(shí)的同步，以及腦內(nèi)耦合能夠預(yù)測自由運(yùn)動(dòng)期間的同步性，這些發(fā)現(xiàn)表明，腦內(nèi)耦合對于嘗試同步(自由運(yùn)動(dòng))的早期階段很重要，但是當(dāng)獲得同步時(shí)，對腦間網(wǎng)絡(luò)的依賴需求越來越大。這強(qiáng)調(diào)了從腦內(nèi)和腦間組織的角度來解釋腦組織中與任務(wù)相關(guān)的差異的效用。本研究認(rèn)為，探索網(wǎng)絡(luò)之間的平衡可以闡明有效社會(huì)互動(dòng)背后的最佳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但本研究的一個(gè)限制是所使用的系統(tǒng)中缺乏短分離通道(SSCs)。這導(dǎo)致測量到的fNIRS信號(hào)與流向頭皮和其他間歇性組織的血流混合在一起。然而，本研究通過Zhang等人(2016)提出的方法在信號(hào)后處理中去除這種干擾，最大限度地抵消了這種影響。未來的研究可以從網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)科學(xué)的方法中發(fā)現(xiàn)不同類型社會(huì)互動(dòng)的機(jī)制，從而進(jìn)一步研究大腦內(nèi)部和之間的重構(gòu)如何成為成功溝通的基礎(chǔ)。

原文：Inbar Z. Marton-Alper, Andrey Markus, Michael Nevat, Rotem Bennet, Simone G. Shamay-Tsoory. Differential contribution of between and within-brain coupling to movement synchronization.?Hum Brain Mapp. 2023;1-16.DOI: 10.1002/hbm.26335

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