研究社会互动问题的新方法:fNIRS超扫描技术
2021年07月22日 08:56 来源:《中国社会科学报》2021年7月22日第2213期 作者:金哲宇 王沛

  社会互动是我们日常生活的核心组成部分。作为一个复杂的动态反馈回路,社会互动将个体的行为、反应和内部认知过程联系起来。在认知神经科学看来,社会互动是两个或多个神经系统之间的相互作用,这些神经系统通过感官输入和行为相互耦合。不过,由于个体的大脑之间不存在直接的沟通渠道(如膜电位、神经递质的直接传递),大脑之间的信息交互必须通过间接的、可表达的方式(如手势动作、声音、言语,或接触动作)进行。研究者们想要更全面地了解社会互动的神经机制,就必须从神经动力学角度探讨大脑之间的耦合,即社会互动者的大脑是如何联系在一起的,以及它们如何随着时间的推移共同变化。因此,作为新近引入的概念和方法学框架,双人神经科学(2 person neuroscience,2PN)视角通过对两个或多个参与者进行同步神经成像(超扫描)来研究人类社会互动的神经基础。这种方法将社会互动理解为一个动态的塑造行为、共享认知状态和社会关系的多大脑框架以及神经系统的综合网络。

  近红外光谱超扫描技术(functional near infrared spectrum hyperscanning,fNIRS-hyperscanning)(以下简称“fNIRS超扫描技术”)可以在实时交互过程中同时测量两个或更多人大脑活动的氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白浓度的相对变化,从而推测两个或多个参与者之间大脑活动的同步情况(Inter-brain synchrony,IBS),也有研究者将其称作人际神经同步(interpersonal neural synchronization,INS)或大脑间神经耦合。与传统的单脑fNIRS 研究相比,超扫描能够同时测量两个或多个参与者的大脑血氧变化活动,这就从根本上改变了以往社会互动研究中“伪交互”的境况。因此,两个或多个参与者大脑的某个脑区的同步激活作为社会互动质量的衡量指标,相较于以往单脑研究中单个被试的某个脑区的血氧浓度变化,更具说服力。此外,由于fNIRS超扫描技术具有无伤害、无噪音等特点,可以被应用到婴儿、老年人、自闭症儿童等特殊被试群体中,而不必担心给被试带来伤害或不适。

  更重要的是,相比于功能性核磁共振(fMRI)超扫描以及脑电(EEG)超扫描技术,fNIRS超扫描技术能够提供相对宽松的外部环境,参与者在实验过程中可以进行对话、交流,也可以有面部、肢体的动作,能够尽可能地模仿真实的社会互动情景。具体来说,在进行fMRI超扫描时,研究者不得不将被试固定在核磁舱内,被试只得躺在核磁舱中且头部保持固定不动,难以进行交流、动作;而EEG技术所采集的电信号对于头部活动非常敏感,哪怕是小幅度的头部动作都会带来电信号的大幅变化,因此同样难以模仿真实互动情景中的表情、言语交流。相比之下,fNIRS超扫描技术允许被试在穿戴设备之后进行简单的头部活动,或面对面的口语交流,能够尽可能模拟真实的社会互动情景,从而使研究具有较高的外部效度,为社会互动的大脑机制提供有力证据。

  目前,fNIRS超扫描技术在国内外已经被广泛地应用到社会互动的研究过程中,通过可穿戴的fNIRS设备,研究者们在与社会互动问题密切相关的领域进行了诸多研究。例如,探究学生与教师的教学互动过程,亲子互动过程的影响因素,言语识别与理解过程,无领导小组讨论过程中的大脑活动,团体成员在相互交流的条件下合作完成创造性任务,对比高抑郁症风险婴儿与低抑郁症风险婴儿大脑半球内与半球间的连通情况等。大量高外部效度研究的陆续出现表明,fNIRS超扫描技术能够在言语理解、教学互动、群体创造性、合作竞争、共同决策等社会互动问题领域发挥作用。这些高外部效度的研究不仅能够提高心理学实验的可重复性,增强结果的可推广度,而且更容易进行实际应用,值得研究者们高度重视。

  总而言之,fNIRS超扫描技术——这种将多个参与者大脑连接起来的方法,不再将个体视为孤立的社会活动者,而是将社会活动之中相互作用的参与者视为一个神经的集成网络。透过这一视角,研究人员既可以对社会互动之中的人际神经同步进行探讨,又能够以人际神经同步作为指标,探讨潜在因素对于社会互动行为的影响。fNIRS超扫描技术的人际神经同步能够有效地表征活动参与者之间的社会互动质量,然而,目前fNIRS超扫描技术相关研究还处于起步阶段,未来的研究者可以在以下几方面进一步开展研究。

  第一,广度拓宽,即进一步拓宽fNIRS超扫描技术的应用领域。自然主义范式的逐渐兴起使得心理学实验不再局限于固定的范式,因此,这一方法未来可以更灵活地运用到更多社会互动领域中去。比如,在心理咨询领域,研究者发现,与普通聊天相比,来访者在向咨询师进行心理咨询时,右颞顶叶连接处(rTPJ)的神经同步明显增强;此外,由于fNIRS环境安静且具有无创性,是一种容易被监护人接受的研究方法,因此能够在儿童、幼儿等群体中应用。亲子进行合作任务时,双侧前额叶皮层和颞顶叶区域神经同步增强,神经同步与互助行为存在正相关,神经同步结果比母子行为结果能更有效地预测二人解决问题的成功率。未来的研究者可以将这一方法拓展至更多领域,如构建和谐医患关系、增强团队合作、揭示大脑加工机制等。

  第二,深度挖掘,即深入挖掘人际神经同步的内涵及机制。社会互动过程中,人际神经同步是如何与群体行为相联系的?虽然前人研究已经证实,个体间神经同步性与共同的行为、认知或变量影响有关,但人际神经同步在社会互动中的具体作用方式仍然不够清晰。人际神经同步是社会互动的起因,还是社会互动的结果,这仍然需要学者们未来再做探索,需要更多的证据支持才能做出判断。

  第三,短板补齐,结合fMRI、ERP、tDCS、TMS等技术进行多模态成像,更加全面地探讨社会互动情景中所激活的大脑区域或网络。具体来说,单一方法难免存在系统原因带来的缺陷,而通过多种技术之间的优势互补,研究者不仅能够进一步证实某个脑区在某种社会互动中的作用,更有可能厘清这些脑区或神经网络在互动过程中是如何发挥作用的,或是进一步探索功能柱层面的机制。此外,研究者还可以尝试与虚拟现实技术等新技术联动。曾有研究采用fMRI超扫描与虚拟现实技术相结合,通过技术互补有效地增强了参与者的代入感。在未来,研究者们也可以考虑采用经颅直流电刺激(transcranial direct current stimulation, tDCS)或磁刺激(transcranial magnetic stimulation,TMS)方法直接控制个体的行为。通过多种技术优势互补,使人们能够更深入地了解社会互动的神经机制。

  对脑间同步及其潜在机制的深入研究,有助于加深我们对“社会大脑”的理解,也可以帮助我们进一步理解集体行为的神经基础。在未来,随着人类对大脑的深入了解以及与大脑直接接触能力的增强,或许有朝一日可以绕过外部交流的瓶颈,在大脑之间提供直接的、高带宽的连接,实现“脑—脑接口”。

  (本文系国家社会科学重大招标项目“和谐医患关系的心理机制及其促进技术研究”(17ZDA327)阶段性成果)

  (作者单位:上海师范大学教育学院心理系;华东师范大学教育学部)

责任编辑:张月英
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