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The Neuroscientist:是什么引导我们在神经和行为上与特定的人保持一致?基于近红外超扫描研究的神经生物学模型
发布者:admin 发布时间:2019/11/29

  超扫描功能近红外光谱(fNIRS)研究表明,在不同形式的社会互动中存在大脑间神经同步(IBSinterbrainneural synchrony)。在这里,我们回顾了最近的文献,并提出了促进IBS的几个因素,由此我们提出以下问题:在一个充满他人且有机会与他们同步的世界里,是什么引导我们的神经和行为与任何特定的人一致呢?我们认为,相互的社会注意系统(mutualsocial attention systems)脑区之间的IBS(即颞顶联合区和/或前额叶皮层之间的耦合)促进和增强了调节特定互动的能力,即参与者和目标之间的互动。我们进一步认为,多巴胺和催产素的神经化学机制是这一回路激活的基础。最后,我们提出了未来研究的可能方向,强调需要开发一个以IBS为直接调节目标的参与者的相互社会注意系统之间的脑-脑神经反馈系统。本文由以色列阿里尔大学行为科学与心理学系HilaZ. Gvirts和以色列海法大学心理学系Rotem Perlmutter发表在The Neuroscientist杂志


关键词:mutual social attention相互社会注意, functional nearinfrared spectroscopy 近红外脑功能成像(fNIRS), interbrain neural synchrony脑间神经同步,neural alignment神经一致性, social alignment社会一致性


1fNIRS和超扫描:研究生态环境中大脑间神经同步的新兴工具

传统上,社会神经科学研究的重点是理解社会相关刺激对单个大脑的影响。然而,这种传统的一人方法现在被认为不足以研究现实生活中的社会互动,社会神经科学家正在转向第二人称的神经科学(second-personneuroscience)方法。这种方法强调了理解个体如何通过调节双向信息交换来相互影响的必要性。随着功能性近红外光谱(fNIRS)超扫描技术的使用,研究人员现在可以更好地测量与社会互动相关的脑间耦合。

fNIRS是一种无创光学成像技术,利用近红外光间接评估大脑皮层外层神经元的代谢活动。这是通过测量氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白的变化来实现的,这些变化与神经元的代谢活动相关,类似于功能性磁共振成像(fMRI)获得的血氧水平依赖(BOLD)反应。然而,与fMRI相比,fNIRS的空间分辨率较低,因为它的范围仅限于大脑皮层外层。虽然它的空间分辨率优于脑电图(EEG)技术,使我们能够精确定位代谢活动的区域,但它的时间分辨率低于脑电图技术。值得注意的是,与fMRIEEG相比,fNIRS对运动伪影的敏感度较低,这使我们能够研究实验室外的大脑在真实情况下的功能活动,例如在自由活动的参与者身上。(注:思影科技为荷兰ARTINIS近红外脑功能产品中国地区合作伙伴,如感兴趣详情可联系微信号:siyingyxf进行咨询)

使用这种技术,新兴的大量研究显示在不同形式的自然的社会互动中存在脑间神经同步(同步两个或更多的人的神经系统),包括身体运动协调和模仿,并排玩电脑合作游戏,面对面交流。

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2、促进IBS的因素

在一个充满他人和有机会与他们同步的世界里,是什么引导我们的神经与特定的人同步呢?不同形式的社会交往可能在不同的任务依赖脑区诱发IBS。然而,在回顾了现有的fNIRS超扫描研究文献后,我们认为有几个普遍的因素促进了IBS在社会交往中的表现,这些因素根植于大脑的前额叶和颞叶区域(图1)。

 

由于交互的不同方面,将交互视为重要的,将导致更大的需要协调它及其。因此,更大的大脑间神经同步(IBS)应该出现在相互社会注意系统中,以促进这种更大的协调。

 

首先,IBS似乎受到正在进行的社会活动类型的影响。与非互动的社交活动相比,它更有可能发生在互动过程中,所需的互动水平会调节IBS(大脑间神经同步的水平。例如,对于同时玩合作游戏和阻碍游戏的参与者,在额中回(MFG)和额上回(SFG)中观察到强烈的IBS。这种IBS对平行游戏的参与者不存在。仅在合作条件下,在背内侧前额叶皮层(DMPFC)中出现了额外的IBS。很可能,在合作而非竞争的任务中,亲子二人组在背外侧前额叶皮层(DLPFC)和额极皮层表现出IBS。此外,DLPFC和颞顶联合区(TPJ)IBS被发现用于合作的创造性任务,而不用于竞争的创造性任务或合作的简单非创造性任务。因此,特定任务所需的交互和行为同步水平似乎在前额叶和颞叶区域对IBS有越来越大的影响。

另一个可能影响IBS的因素是交互的场景例如,面对互动的伙伴似乎会增加IBS,正如唱歌的受试者左下额叶皮层和右TPJ的活动同时增加所显示的那样,或者面对面玩电脑游戏。此外,在面对面而非背对背的谈话中,IBS更明显。

最后,另一个因素是交互伙伴的性质最近的一项研究表明,在男女恋人的右额叶皮层上有IBS,而在男女朋友或陌生人的大脑上没有,这与更好的合作任务表现有关。另一项研究发现,与IBS相关的重要任务存在于额极皮层、眶额皮层和左DLPFC的异性双侧(男性-女性)而非同性双侧(男性-男性、女性-女性)

综上所述,我们可以得出结论,IBS的一个主要特征是我们与谁以及如何互动的问题。IBS更可能出现在自然的社会交往中,其中人际交往的核心要素是存在的。因此,面对面的交流,共同的注视和微笑可以改善和增强IBS。事实上,早在婴儿期,人们就发现共同凝视可以加强交流过程中的神经连接,最近的研究表明,直接凝视可以加强成人与婴儿在交流过程中的双向神经连接。作者得出结论,互动伙伴之间的IBS可以在整个互动过程中加强,因为每个参与者不断产生突出的社会线索(例如,发声和凝视)。这样的社会线索需要互动各方的相互关注,作为同步触发器,重置合作伙伴正在进行的振荡。

此外,IBS很可能出现在那些对我们很重要的人身上,要么是因为我们和他们有关系(例如,男女恋人二人组),或者因为我们想与他们联系,在情感上与他们更亲近,或者为了提高我们的伴侣关系的效力而使我们的认知与他们一致(例如,在合作任务期间)(图1)。

 

3、相互社会注意系统中的IBS促进了共同注意

由于相互作用的伙伴的重要性和/或所处的环境似乎是观察到的所有类型的IBS的社会交互作用的特征,这些交互作用似乎可能共享一个共同的机制。我们认为这是一种相互注意的机制。

相互注意是社会认知的基础,是社会交往的关键。在此,我们认为上述脑区的IBS支持这种相互关注,促进更多的协调,并将更多的注意力分配到显著的相互作用上,以增加其潜在收益。

因此,不奇怪的是,为什么在这些相互作用中始终显示耦合的大脑区域是那些以前的单脑研究中主要与社会认知相关的TPJ(颞顶联合区)PFC。更具体地说,之前发现TPJ与社会连接和社会刺激驱动的注意力有关,PFC的激活与注意力处理和心智理论有关。这两个区域在几项研究中相互联系,被发现是同一个网络的一部分,负责心智化和心智理论,以及其他社会认知。我们在此将这些区域称为相互社会注意系统。我们认为这个系统,由不同的单脑激活区域组成,是独一无二的,因为它拥有在相互作用的伙伴之间配对的潜力。由于相互和同步激活是这个系统的主要特征,我们称之为相互社会注意系统。

在我们的方法中强调第二人称的转变是很重要的。我们认为,为了实现社会互动的潜在收益,仅仅激活个体大脑中与社会注意力相关的区域是不够的。相互激活(这些参与者在这些脑区之间存在耦合)将导致最优的协调,并随后实现共同的目标和意图。

最近的超扫描研究支持了这一观点。例如,一项研究发现,额下皮层的IBS越强,学习者对教师的协调配合能力就越强,这反映在学习者对教师声音行为和互动的关注程度上。在最近的一项研究中,左侧PFC中的IBS实际上是用来预测教学效果的,这进一步支持了共享注意力对于实现共同目标的重要性。在多个说话者的情况下,左侧TPJIBS在听者和被注意的说者之间存在,但与其他未被注意的说者之间不存在,这表明一种潜在的神经机制,可以选择性地调谐到目标发言者,同时不调谐到其他非目标发言者。此外,Cui和其他人(2016)发现,通过告诉参与者相互合作或竞争,将交互标记为显著,会影响交互伙伴事件相关电位(ERPs)在注意和动机振幅上的同步(N1P3)在另一项研究中,如果认为联合作用有利于其表现(实验诱导)的二人组,也就是说,他们的相互作用被标记为显著的,倾向于使他们的PFCs相互同步。最近,Fishburn(2018)强调了共享意图的重要性,他们发现,与单独执行相同的任务相比,一起执行任务的参与者的PFCs中的IBS有所增加。在最近的一项三人小组合作任务研究中,其中一名参与者是同谋者,假装参与了这项研究,这加强了共享意图的重要性。即使真正的参与者和同谋者在同一个房间里,相互交流,共同完成任务,但只有真正参与者的双侧DLPFCs之间的IBS更大。这些发现进一步抵消了这样的批评,即更大的IBS(大脑间神经同步只是反映了参与者对类似任务的需求。总的来说,这条证据线支持这样一种观点,即相互作用被认为越重要,共同意向性越强,相互社会注意系统区域内的耦合就越强。

 

4、IBS在相互社会注意系统中的亲社会影响

有趣的是,相互社会注意系统中的IBS不仅将更多的注意力分配到显著的相互作用上,而且可能与社会交往的亲社会结果有关。例如,研究发现,在合作任务中,大脑中额叶皮层的IBS增加了参与者随后互相帮助的倾向。此外,在DLPFC和额极皮层之间的父子二人组的IBS被证明调节了父母和孩子的情绪调节之间的联系,表明这种神经同步可能促进了孩子的适应性情绪调节的发展。

这些发现表明,注意力的耦合与社会福利有关。为了让父母帮助调节孩子的情绪,他们首先必须适应孩子年代情绪——例如,注意社会知觉线索,比如面部和直言不讳的表达,采用心理理论来推断他们的孩子是什么感觉和预测如何最好的帮助。为了让孩子成功地被调节,他们必须能够与父母的社会知觉线索和调节线索相协调,并预测父母可能会帮助调节他们。

相互注意似乎涉及到人类生活的亲社会方面的成就,但这一观点有一个问题:相互社会注意系统内的功能失调的IBS是否可能有助于理解与社会认知和相互作用缺陷相关的精神病学和临床条件的病因学和维持。Bilek(2017)的研究为这一观点提供了实证支持,表明边缘性人格障碍(BPD)患者右TPJ(颞顶联合区)内的IBS异常。作者认为,IBS的这种异常可能是这些患者在日常社会交往中出现困难的基础。

 

5、相互社会注意系统中社会一致性与IBS之间的联系

我们认为,我们在相互社会关注系统中提出的IBS是对现有的关于社会协调的文献的补充。社会一致性被定义为个体在各种日常情况下对自己的动作、情绪和认知的倾向。Schilbach(2016)认为,当积极参与正在进行的社会互动时,个体会自动地将自己的行为与其他参与者的行为协调起来。最近,Shamay-Tsoory等人(2019年)提出了一种神经功能模型来解释这种看似自动的倾向,他们提出了社会一致性与喜爱和亲近之间的双向联系。该模型表明,社会一致性是由一个三部分组成的反馈回路调节的:错误监测系统,对偏差(由DMPFC和背侧前扣带皮层(dACC))做出反应,一个观察-执行系统,调节社会一致性(由额下回[IFG]、顶下叶[IPL]、颞上沟[STS]和前运动皮层组成),当完成社会一致性时激活的奖赏系统(由OFC、腹内侧PFC和腹侧纹状体组成)。

鉴于实现连接被认为是社会一致性的一个关键动力,我们认为,社会一致性本质上是一种具有共同意向性、共同目标和相互关注的社会互动。因此,我们假设相互社会注意系统中的IBS与理解社会一致性及其神经基础相关,因为它的作用是将相互注意分配到交互中,以确保参与者之间的行为一致性。例如,人与人之间的运动同步需要及时的运动调整,如果所有的参与者没有同时将注意力分配到彼此的运动上,这是不可能实现的。然而,同步运动也有可能进一步激发对互动的注意力分配,从而可能增强相互社会注意系统中的IBS同步运动标志着连接,因此也标志着互动的重要性。因此,这两个成分之间的联系可能是双向的,它们形成了一个反馈回路。

为了支持这一观点,人们发现行为的一致性由IBS所中介,IBS所在脑区与Shamay-Tsoory等人提出的社会一致性回路(如左额下皮层)和相互社会注意系统相关的区域(如右侧TPJ)有关。此外,在与社会注意力缺陷相关的情况下,如自闭症谱系障碍(ASD)和精神分裂症,也会观察到异常的社会一致性,进一步支持相互社会注意和社会一致性之间可能存在的联系。

 

6、相互注意、同步和奖赏环路:IBS的神经生物学基础

在这里,我们提出了一个核心机制,社会一致性有两个部分组成环路(图2  

(1)我们在此提出IBS在相互社会关注系统中,

(2)2Shamay-Tsoory等人提出的社会一致性的潜在机制。如上所述,这个模型包括奖励系统的激活,这可能导致与社会一致性相关的奖励感觉。

2:一个相互关注、同步和回报的循环。在相互的社会注意系统和社会一致性中,存在着双向的大脑间神经同步(IBS),因为每一个组成部分都可能触发另一个组成部分的激活。这种激活会带来一种奖励感。这种潜在的奖励也通过多巴胺(DA)和催产素(OT)的神经化学相互作用来刺激最初的神经排列。需要注意的是,这个循环的每个组成部分都受到个人因素的影响,比如个性特征和社会心理能力。最后,我们提出了通过使用脑-脑神经反馈系统人工诱导这种一致性回路的可能性。

鉴于社会刺激的更大回报价值也会导致社会注意力的增强,我们认为与社会一致性相关的相同回报也与相互社会注意力系统相关。因此,它会导致更大激活,有效地关闭这两个环路,并进一步链接它的两个组件(图2)。

关键的是,我们认为神经化学机制可能是回路激活的基础。神经激素催产素(OT)被发现在社会协调中调节不同形式的社会和神经排列的一致性。多巴胺在奖赏回路中起着关键的作用,它是我们神经与社会协调回路的组成部分,并为神经协调提供动力。鉴于OT与中脑边缘束中的多巴胺能神经元相互作用,这可能表明这种相互作用在相互社会注意系统的调节中起着关键作用。的确,有人认为通过对奖赏途径的影响,OT很可能调节人们对关键社会线索的注意力,而不管它们的效价(积极或消极)

回到我们最初的问题,是什么引导我们将自己的行为与特定的个体联系起来,而不是与非特定的他人联系起来?我们认为OT(催产素)DA(多巴胺)之间的交互不仅激活了相互社会注意系统,而且调节每一个潜在的相互作用的脑区的奖励价值,从而确定优先级并决定应该分配的注意力的数量。也就是说,它有助于决定我们应该把注意力和行为与谁联系起来。然而,由于社会一致性也会触发奖赏系统的激活,从而触发DA的释放,实现社会一致性可能会通过多巴胺反应激活相互社会注意系统。如前所述,相互社会注意系统中的IBS和社会一致性之间的联系似乎是双向的,这里我们强调神经化学调节在支持这种双向联系中的潜在作用。

 

7、结论

使用基于fNIRS的超扫描技术,这是一种新兴的研究,最近开始测量与社会互动相关的脑间耦合。回顾这篇文献,我们提出了促进IBS在社会交互中表现的一般因素,结论是,IBS更可能出现在那些对我们重要的人身上,要么是因为我们与他们有关系,要么是因为我们想与他们联系,即在情感上与他们更亲近,或者为了实现共同的目标而使我们的认知和行动与他们一致。

基于从近红外超扫描研究中的发现,我们提出了一个由TPJ和大脑前额叶区域组成的相互社会注意系统,并阐明了在这个系统中相互作用的参与者在将相互注意分配到社会交往的共同目标中的作用。我们认为,这种IBS可能与社会一致性特别相关,在这种社会一致性中,所有的交互伙伴都有相互联系的意图和目标。因此,我们扩展了最近提出的社会一致性模型,提出相互关注可能既是社会一致性的前兆,也是其结果。最后,我们阐明了DAOT之间的相互作用在调节每一个潜在的相互作用的伙伴的奖励价值中的可能作用,从而调节我们提出的这一环路。

从这个意义上说,我们认为是什么引导我们在神经和行为上与特定的人保持一致这个问题的答案是这样的:我们的大脑会优先考虑哪些互动更重要,如果达成一致,可能对我们有益,也就是说,哪些互动可能会带来收获,比如亲密感、任务的成功、学习等等。然后,它在互动参与者的相互社会注意系统中触发耦合,以增强相互注意,使其收益最大化。由于社会一致性可能有助于实现这些收益,这种IBS可能触发引导社会一致性的神经机制。社会一致性可能会进一步增强互动的重要性,导致相互社会注意系统内更大的IBS值得注意的是,Shamay-Tsoory等人(2019)的社会一致性模型主要基于传统的单脑神经成像方法,而我们将相互社会注意系统添加到社会一致性回路是基于fNIRS超扫描研究。因此,我们的综合模型的价值主要来自于神经激活的耦合,而不是单脑激活。这种方法的一个限制是,近红外光谱仅局限于外皮层。因此,皮层下区域也可能参与定向同步,这是一个必须考虑的概念,特别是在未来可能会引入更先进的扫描技术的情况下。

同样值得注意的是,组成相互社会注意系统的大脑区域与许多其他不同的功能有关。因此,有可能的是,除了相互注意之外,相互作用的伙伴之间这些区域的一致报告可能还有其他潜在的解释。此外,每个任务似乎在我们所提出的系统的不同区域内引发了IBS。因此,当核心系统作为一个整体来分配相互注意资源时,系统中特定区域之间的耦合可能取决于特定的上下文需求,甚至需要的注意程度。

 

8、未来方向

由于这是一个新的模型,它需要验证,在这里,我们想强调的重要性测试是:诱导或鼓励在共同的社会注意系统中的IBS是否可能导致更大的目标和意图的互动,以及是否人为诱导IBS可能导致与自然发生的IBS相同的亲社会效益。这可以通过开发脑对脑的fNIRS神经反馈系统(2013Duan等人开发并验证的系统)进行研究,以相互社会注意系统中的神经同步为直接调节目标(图3)。或者,这可以通过同时进行的双脑刺激进行研究,如Novembre等人(2017)的研究。

 

相互社会注意系统包括前额叶皮层和颞顶叶交界处(TPJ)的各个区域。在这些区域内,参与者之间更强的耦合可能会导致更多的相互调整和相互作用的目标,促进更多的相互关注。

 

此外,未来的研究可能通过增加DA(例如,摄入哌醋甲酯)OT(摄入合成的OT)的方法来研究DAOT在模型中的作用,并观察这些作用如何影响参与者之间的IBS。据我们所知,OTDAIBS的影响还没有通过近红外来测试。因此,我们呼吁未来的近红外光扫描研究,以调查在人际交往过程中,增加DA的方法是否会增强相互社会注意系统中的IBS,以及这种增强是否与OT水平的增加有关(可以通过唾液检测来测量)(idea又有了),此外,可以使用计算方法来建立一个因果模型,将社会一致性、相互社会注意系统中的IBS,以及DAOT对这种联系的贡献联系起来。

值得注意的是,为了阐明相互社会注意系统中IBS的神经化学机制,这一研究方向可能被纳入脑-脑神经反馈框架。值得注意的是,我们提出的模型可能具有相关的理论和临床意义,因为它是日常社会互动的潜在神经机制。

此外,越来越多的证据表明,精神障碍可以被解释为社会认知障碍,这个模型可能与理解这些情况的各个方面的神经基础有关,为社会神经科学和神经精神病学领域提供了新的视角。相互社会注意系统内的异常IBS可能涉及某些情况的病因学,这有助于我们制定新的临床治疗方案,例如,以相互社会注意系统中的神经同步为直接调节目标的神经反馈系统。如果人工增加IBS确实能够促进相互注意,从而更大程度地实现交互目标,那么它可以作为一种治疗方法来促进IBS异常患者的亲社会性、情绪调节和整体幸福感等方面的改善。此外,在这个系统中人工诱IBS的能力可能使我们能够至少在一定程度上解决因果关系的问题。也就是说,IBS是一种附带现象还是一种社会联系机制。

综上所述,我们提出了一种新的神经与社会一致性模型,该模型主要来源于最近对交互伙伴之间神经激活耦合的研究。我们认为,该模型可能有助于阐明我们对社会互动机制的理解,因此可能具有重要的理论和临床意义。如需原文及补充材料请加微信:siyingyxf 或者18983979082获取,如对思影课程感兴趣也可加此微信号咨询。

 

 

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