超扫描神经影像技术在人际互动研究中的应用

惠泺潼

摘 要 人际互动是构成人类社会的基础，它反映在人类社会的方方面面。研究人际互动对于人类个体及群体都有至关重要的意义。近年来近红外超扫描技术为我们研究真实情景人际互动提供了重要的技术支持。本文回顾了使用近红外光谱成像超扫描技术对人际互动的研究。详细阐述了超扫描在合作、交流、模仿等人际互动研究中的得出的结果。最后讨论了该技术在人际互动研究中的优缺点及未来发展。

关键词 人际互动 近红外光谱成像超扫描 合作 交流 模仿

中图分类号：R688；R445.2 文献标识码：A

0引言

人类社会被贯穿于个体、家庭、社区甚至国家的复杂人际互动所塑造。人际互动的主要形式有：合作，竞争，对话等。了解人际互动过程中大脑活动的特点对于理解人际关系，进而提升生活质量，解决问题（如孤独症）有重要价值。神经影像（Neuronimaging）技术的发展使研究者在对大脑不产生损伤的情况下对其活动进行测量成为可能，这种技术深化了我们对社会认知过程神经活动机制的理解。

然而，当前对人际互动神经影像学的研究集中在单被试研究方面，这些研究存在以下两个方面的问题。首先，人际互动涉及两个或多个人，然而大多数研究一次只观测一个人的大脑活动，但是通过研究一个人的大脑是不能完全揭示涉及两人及以上的人际互动的脑机制；第二，现实生活中的人际互动发生在自然情景中，但之前的大多数研究主要是在实验室环境中进行的，而如何在实验室里模拟日常人际互动是一个社会神经科学普遍存在的挑战。

1脑成像超扫描技术

脑成像超扫描（Hyperscanning）技术是同时获得两个或多人脑部活动数据的技术，它通过同时记录多个人的大脑激活情况而揭示人际互动的脑机制。超扫描范式提供了一种有价值的观察社会互动过程中社会认知神经信号的方式。Duane和Behrendt在1965年采用脑电技术（Electroencephalogram，EEG）开展了第一个超扫描研究。最近，研究者使用多种神经成像技术（如EEG、functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI）进行超扫描研究。

当前有大量研究采用fMRI技术同时测量两个人在人际互动过程中的大脑活动特点。然而，fMRI不能提供真实情景下的社会互动，在实验过程中被试必须躺下且不能动，实验中被试也不能用声音交流。这导致fMRI超扫描研究获得的人际互动结论难以推广至日常生活。也有研究者采用EEG超扫描探讨真实社会情境下的人际互动，但这种技术最大的缺陷在于不能对神经电信号进行精确定位。

新进发展的功能性近红外光谱成像技术（functional Near-Infrared Spectroscopy，fNIRS）可以在无侵入情况下探测大脑皮层氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的浓度变化，从而测量大脑血流情况，根据血流情况来定位激活脑区。另外，相对于fMRI，fNIRS的造价较低、设备维护简单，更重要的是它具有实验过程中被试可以自由移动的高灵活特性。与其他研究人际互动的脑成像技术相比，其最大的优点是生态效度较高。因此，最近采用fNIRS超扫描的研究获得蓬勃发展，这些研究大多是使用一台fNIRS扫描仪同时测量两个人的大脑活动特点，该技术具有以下优点：不需要额外的fNIRS和网络设备，可节省资金；在数据获得阶段不需要同步化处理；不像其他的跨点超扫描，它不需要复杂的协调和计划；操作简单、便捷。这些优点使得单设备fNIRS成为研究社会认知的有力工具。基于此，fNIRS逐渐成为较多涉及人际互动的社会认知神经科学研究通用的新兴技术。

2人际互动的功能性近红外光谱成像研究

2.1人际合作

人际合作是两个或多个人或群体为达到共同目的，自觉或不自觉地在行动上相互配合的一种互动方式；人际冲突则指人与人、群体与群体对于一个共同目标的争夺。以往的研究表明合作行为过程中， 大脑一致性增长的区域包括前额叶，眶额叶皮层，左侧顶岛盖，前扣带回等脑区。由于实验技术的限制，之前对合作的研究都集中于单个被试的研究。近年来有研究者采用fNIRS超扫描技术对人际合作行为进行了开创性研究。

Cui等采用fNIRS超扫描技术同时扫描两个人在进行电脑合作游戏时的大脑活动特点，试图揭示合作的脑机制。11对被试参与该研究，每对被试需要完成四类游戏：合作，竞争及两个控制游戏，结果发现相对于竞争和控制游戏条件，被试对在完成合作游戏过程中出现显著的额上回（Superior Frontal Cortex，SFC）激活的一致性。研究者还发现随着被试对实验过程熟悉度的增加，被试对间的合作性也显著提高，因此研究者认为练习可以促进合作。Li等进一步对合作游戏中被试对间的性别进行操纵，游戏中被试对性别分为同性被试对和异性被试对。研究发现合作过程存在性别差异。男性被试对和异性被试对间的合作性显著高于女性被试对，同时大脑活动的一致性与合作任务表现之间的正相关仅存在于异性被试对。

积木广泛用于社会心理研究，如友谊、社交缺陷儿童的人际互动行为等。Liu等的研究创造了一个真实的互动情景，在该情景中两人进行合作搭积木游戏，并用fNIRS对游戏过程中被试对大脑激活情况进行扫描。研究者把合作分为三个不同水平及一个控制条件：完全合作，平行游戏，阻碍交互以及一个控制条件，对话。完全合作涉及高水平的人际间合作，然而阻碍条件最不利于合作。对话部分的设计用来控制来自口头交流引起的神经活动。实验发现合作和阻碍条件下有强烈的一致性，前者激活的脑区位于布鲁德曼第8、第9区，后者激活的脑区位于布鲁德曼第8区。

2.2人际交流

从进化的角度来看，在人际交流过程中我们的祖先更适应面对面的交流形式，这种交流特点是面部表情、身体姿态和口语等多种感觉通道的信息同步进行。然而，在今天我们具有更多的交流方式，如手机和e-mail，它们逐渐的支配了人们的日常生活。面对面交流和其他类型交流的主要区别表现为：面对面交流涉及多种感觉信息整合；面对面交流涉及搭档间持续的轮流说话行为。当前电子邮件等高科技交流方式与面对面交流的神经机制的异同尚不清楚。

Jiang等采用fNIRS超扫描技术对面对面交流和其他交流方式的脑机制进行探讨。研究中包括四类交流方式：面对面对话；面对面独白；背对背对话和背对背独白。实验结果表明被试对间的左侧额下回（Inferior Frontal Cortex，IFC）激活一致性仅存在于面对面交流的过程中。通过比较面对面交流和面对面独白的脑激活特点表明轮流说话行为对神经活动的一致性具有至关重要的意义。此外，研究者对大脑激活一致性时间点与被试对交流过程的录像带进行比较，发现一致性发生的时间点与被试交流发生的时间点相匹配，这种交流包括对话，微笑，点头等，这一方面说明被试大脑一致性主要由面对面交流控制，而不只是简单的口语信息传递；另外一方面说明通过神经同步性可以精确的预测交流行为。

3结论及展望

功能性近红外光谱成像超扫描技术为人际互动提供了一种新颖的研究方法，这种方法使得对真实情境下人际互动的研究成为可能。超扫描技术可以揭示单个大脑扫描所不能揭示的信息，该研究方法标志着神经生物指标的新阶段，它可以被用来诊断社会认知相关的疾病，也可用来对治疗的效果进行定量。传统的神经生物指标通常是基于单脑的结构或活动。相反，该阶段所描述生物统计学是基于两个大脑神经信号的相关。该阶段的信息可以为人际缺陷（如自闭症）研究提供重要的信息，对于诊断和治疗社会认知紊乱有巨大的潜能。

然而，该技术最大的缺点是空间定位不准，同时两被试各自的电极通道所处的脑区无法精确对应。为了解决这个问题，Liu等引入了MNI坐标系统，希望使用这种方法提高脑区定位的精确度。另外一个缺点是无法探测深层脑区，在以后的研究应该将fNIRS和fMRI结合起来。其次，利用超扫描技术研究社会认知尚处于初步阶段。很多人际交互常常不止发生在两个人之间，而且目前大多数研究只测量了部分脑区。为了实现多人研究及全脑扫描的目的，还需要进一步深化超扫描技术。

参考文献

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