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The Neuroscientist:是什么引導我們在神經和行為上與特定的人保持一致?基于近紅外超掃描研究的神經生物學模型
發布者:admin 發布時間:2019/11/29

  超掃描功能近紅外光譜(fNIRS)研究表明,在不同形式的社會互動中存在大腦間神經同步(IBSinterbrainneural synchrony)。在這里,我們回顧了最近的文獻,并提出了促進IBS的幾個因素,由此我們提出以下問題:在一個充滿他人且有機會與他們同步的世界里,是什么引導我們的神經和行為與任何特定的人一致呢?我們認為,相互的社會注意系統(mutualsocial attention systems)腦區之間的IBS(即顳頂聯合區和/或前額葉皮層之間的耦合)促進和增強了調節特定互動的能力,即參與者和目標之間的互動。我們進一步認為,多巴胺和催產素的神經化學機制是這一回路激活的基礎。最后,我們提出了未來研究的可能方向,強調需要開發一個以IBS為直接調節目標的參與者的相互社會注意系統之間的腦-腦神經反饋系統。本文由以色列阿里爾大學行為科學與心理學系HilaZ. Gvirts和以色列海法大學心理學系Rotem Perlmutter發表在The Neuroscientist雜志


關鍵詞:mutual social attention相互社會注意, functional nearinfrared spectroscopy 近紅外腦功能成像(fNIRS), interbrain neural synchrony腦間神經同步,neural alignment神經一致性, social alignment社會一致性


1fNIRS和超掃描:研究生態環境中大腦間神經同步的新興工具

傳統上,社會神經科學研究的重點是理解社會相關刺激對單個大腦的影響。然而,這種傳統的一人方法現在被認為不足以研究現實生活中的社會互動,社會神經科學家正在轉向第二人稱的神經科學(second-personneuroscience)方法。這種方法強調了理解個體如何通過調節雙向信息交換來相互影響的必要性。隨著功能性近紅外光譜(fNIRS)超掃描技術的使用,研究人員現在可以更好地測量與社會互動相關的腦間耦合。

fNIRS是一種無創光學成像技術,利用近紅外光間接評估大腦皮層外層神經元的代謝活動。這是通過測量氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的變化來實現的,這些變化與神經元的代謝活動相關,類似于功能性磁共振成像(fMRI)獲得的血氧水平依賴(BOLD)反應。然而,與fMRI相比,fNIRS的空間分辨率較低,因為它的范圍僅限于大腦皮層外層。雖然它的空間分辨率優于腦電圖(EEG)技術,使我們能夠精確定位代謝活動的區域,但它的時間分辨率低于腦電圖技術。值得注意的是,與fMRIEEG相比,fNIRS對運動偽影的敏感度較低,這使我們能夠研究實驗室外的大腦在真實情況下的功能活動,例如在自由活動的參與者身上。(注:思影科技為荷蘭ARTINIS近紅外腦功能產品中國地區合作伙伴,如感興趣詳情可聯系微信號:siyingyxf進行咨詢)

使用這種技術,新興的大量研究顯示在不同形式的自然的社會互動中存在腦間神經同步(同步兩個或更多的人的神經系統),包括身體運動協調和模仿,并排玩電腦合作游戲,面對面交流。

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2、促進IBS的因素

在一個充滿他人和有機會與他們同步的世界里,是什么引導我們的神經與特定的人同步呢?不同形式的社會交往可能在不同的任務依賴腦區誘發IBS。然而,在回顧了現有的fNIRS超掃描研究文獻后,我們認為有幾個普遍的因素促進了IBS在社會交往中的表現,這些因素根植于大腦的前額葉和顳葉區域(圖1)。

 

由于交互的不同方面,將交互視為重要的,將導致更大的需要協調它及其。因此,更大的大腦間神經同步(IBS)應該出現在相互社會注意系統中,以促進這種更大的協調。

 

首先,IBS似乎受到正在進行的社會活動類型的影響。與非互動的社交活動相比,它更有可能發生在互動過程中,所需的互動水平會調節IBS(大腦間神經同步的水平。例如,對于同時玩合作游戲和阻礙游戲的參與者,在額中回(MFG)和額上回(SFG)中觀察到強烈的IBS。這種IBS對平行游戲的參與者不存在。僅在合作條件下,在背內側前額葉皮層(DMPFC)中出現了額外的IBS。很可能,在合作而非競爭的任務中,親子二人組在背外側前額葉皮層(DLPFC)和額極皮層表現出IBS。此外,DLPFC和顳頂聯合區(TPJ)IBS被發現用于合作的創造性任務,而不用于競爭的創造性任務或合作的簡單非創造性任務。因此,特定任務所需的交互和行為同步水平似乎在前額葉和顳葉區域對IBS有越來越大的影響。

另一個可能影響IBS的因素是交互的場景例如,面對互動的伙伴似乎會增加IBS,正如唱歌的受試者左下額葉皮層和右TPJ的活動同時增加所顯示的那樣,或者面對面玩電腦游戲。此外,在面對面而非背對背的談話中,IBS更明顯。

最后,另一個因素是交互伙伴的性質最近的一項研究表明,在男女戀人的右額葉皮層上有IBS,而在男女朋友或陌生人的大腦上沒有,這與更好的合作任務表現有關。另一項研究發現,與IBS相關的重要任務存在于額極皮層、眶額皮層和左DLPFC的異性雙側(男性-女性)而非同性雙側(男性-男性、女性-女性)

綜上所述,我們可以得出結論,IBS的一個主要特征是我們與誰以及如何互動的問題。IBS更可能出現在自然的社會交往中,其中人際交往的核心要素是存在的。因此,面對面的交流,共同的注視和微笑可以改善和增強IBS。事實上,早在嬰兒期,人們就發現共同凝視可以加強交流過程中的神經連接,最近的研究表明,直接凝視可以加強成人與嬰兒在交流過程中的雙向神經連接。作者得出結論,互動伙伴之間的IBS可以在整個互動過程中加強,因為每個參與者不斷產生突出的社會線索(例如,發聲和凝視)。這樣的社會線索需要互動各方的相互關注,作為同步觸發器,重置合作伙伴正在進行的振蕩。

此外,IBS很可能出現在那些對我們很重要的人身上,要么是因為我們和他們有關系(例如,男女戀人二人組),或者因為我們想與他們聯系,在情感上與他們更親近,或者為了提高我們的伴侶關系的效力而使我們的認知與他們一致(例如,在合作任務期間)(圖1)。

 

3、相互社會注意系統中的IBS促進了共同注意

由于相互作用的伙伴的重要性和/或所處的環境似乎是觀察到的所有類型的IBS的社會交互作用的特征,這些交互作用似乎可能共享一個共同的機制。我們認為這是一種相互注意的機制。

相互注意是社會認知的基礎,是社會交往的關鍵。在此,我們認為上述腦區的IBS支持這種相互關注,促進更多的協調,并將更多的注意力分配到顯著的相互作用上,以增加其潛在收益。

因此,不奇怪的是,為什么在這些相互作用中始終顯示耦合的大腦區域是那些以前的單腦研究中主要與社會認知相關的TPJ(顳頂聯合區)PFC。更具體地說,之前發現TPJ與社會連接和社會刺激驅動的注意力有關,PFC的激活與注意力處理和心智理論有關。這兩個區域在幾項研究中相互聯系,被發現是同一個網絡的一部分,負責心智化和心智理論,以及其他社會認知。我們在此將這些區域稱為相互社會注意系統。我們認為這個系統,由不同的單腦激活區域組成,是獨一無二的,因為它擁有在相互作用的伙伴之間配對的潛力。由于相互和同步激活是這個系統的主要特征,我們稱之為相互社會注意系統。

在我們的方法中強調第二人稱的轉變是很重要的。我們認為,為了實現社會互動的潛在收益,僅僅激活個體大腦中與社會注意力相關的區域是不夠的。相互激活(這些參與者在這些腦區之間存在耦合)將導致最優的協調,并隨后實現共同的目標和意圖。

最近的超掃描研究支持了這一觀點。例如,一項研究發現,額下皮層的IBS越強,學習者對教師的協調配合能力就越強,這反映在學習者對教師聲音行為和互動的關注程度上。在最近的一項研究中,左側PFC中的IBS實際上是用來預測教學效果的,這進一步支持了共享注意力對于實現共同目標的重要性。在多個說話者的情況下,左側TPJIBS在聽者和被注意的說者之間存在,但與其他未被注意的說者之間不存在,這表明一種潛在的神經機制,可以選擇性地調諧到目標發言者,同時不調諧到其他非目標發言者。此外,Cui和其他人(2016)發現,通過告訴參與者相互合作或競爭,將交互標記為顯著,會影響交互伙伴事件相關電位(ERPs)在注意和動機振幅上的同步(N1P3)在另一項研究中,如果認為聯合作用有利于其表現(實驗誘導)的二人組,也就是說,他們的相互作用被標記為顯著的,傾向于使他們的PFCs相互同步。最近,Fishburn(2018)強調了共享意圖的重要性,他們發現,與單獨執行相同的任務相比,一起執行任務的參與者的PFCs中的IBS有所增加。在最近的一項三人小組合作任務研究中,其中一名參與者是同謀者,假裝參與了這項研究,這加強了共享意圖的重要性。即使真正的參與者和同謀者在同一個房間里,相互交流,共同完成任務,但只有真正參與者的雙側DLPFCs之間的IBS更大。這些發現進一步抵消了這樣的批評,即更大的IBS(大腦間神經同步只是反映了參與者對類似任務的需求。總的來說,這條證據線支持這樣一種觀點,即相互作用被認為越重要,共同意向性越強,相互社會注意系統區域內的耦合就越強。

 

4、IBS在相互社會注意系統中的親社會影響

有趣的是,相互社會注意系統中的IBS不僅將更多的注意力分配到顯著的相互作用上,而且可能與社會交往的親社會結果有關。例如,研究發現,在合作任務中,大腦中額葉皮層的IBS增加了參與者隨后互相幫助的傾向。此外,在DLPFC和額極皮層之間的父子二人組的IBS被證明調節了父母和孩子的情緒調節之間的聯系,表明這種神經同步可能促進了孩子的適應性情緒調節的發展。

這些發現表明,注意力的耦合與社會福利有關。為了讓父母幫助調節孩子的情緒,他們首先必須適應孩子年代情緒——例如,注意社會知覺線索,比如面部和直言不諱的表達,采用心理理論來推斷他們的孩子是什么感覺和預測如何最好的幫助。為了讓孩子成功地被調節,他們必須能夠與父母的社會知覺線索和調節線索相協調,并預測父母可能會幫助調節他們。

相互注意似乎涉及到人類生活的親社會方面的成就,但這一觀點有一個問題:相互社會注意系統內的功能失調的IBS是否可能有助于理解與社會認知和相互作用缺陷相關的精神病學和臨床條件的病因學和維持。Bilek(2017)的研究為這一觀點提供了實證支持,表明邊緣性人格障礙(BPD)患者右TPJ(顳頂聯合區)內的IBS異常。作者認為,IBS的這種異常可能是這些患者在日常社會交往中出現困難的基礎。

 

5、相互社會注意系統中社會一致性與IBS之間的聯系

我們認為,我們在相互社會關注系統中提出的IBS是對現有的關于社會協調的文獻的補充。社會一致性被定義為個體在各種日常情況下對自己的動作、情緒和認知的傾向。Schilbach(2016)認為,當積極參與正在進行的社會互動時,個體會自動地將自己的行為與其他參與者的行為協調起來。最近,Shamay-Tsoory等人(2019年)提出了一種神經功能模型來解釋這種看似自動的傾向,他們提出了社會一致性與喜愛和親近之間的雙向聯系。該模型表明,社會一致性是由一個三部分組成的反饋回路調節的:錯誤監測系統,對偏差(由DMPFC和背側前扣帶皮層(dACC))做出反應,一個觀察-執行系統,調節社會一致性(由額下回[IFG]、頂下葉[IPL]、顳上溝[STS]和前運動皮層組成),當完成社會一致性時激活的獎賞系統(由OFC、腹內側PFC和腹側紋狀體組成)。

鑒于實現連接被認為是社會一致性的一個關鍵動力,我們認為,社會一致性本質上是一種具有共同意向性、共同目標和相互關注的社會互動。因此,我們假設相互社會注意系統中的IBS與理解社會一致性及其神經基礎相關,因為它的作用是將相互注意分配到交互中,以確保參與者之間的行為一致性。例如,人與人之間的運動同步需要及時的運動調整,如果所有的參與者沒有同時將注意力分配到彼此的運動上,這是不可能實現的。然而,同步運動也有可能進一步激發對互動的注意力分配,從而可能增強相互社會注意系統中的IBS同步運動標志著連接,因此也標志著互動的重要性。因此,這兩個成分之間的聯系可能是雙向的,它們形成了一個反饋回路。

為了支持這一觀點,人們發現行為的一致性由IBS所中介,IBS所在腦區與Shamay-Tsoory等人提出的社會一致性回路(如左額下皮層)和相互社會注意系統相關的區域(如右側TPJ)有關。此外,在與社會注意力缺陷相關的情況下,如自閉癥譜系障礙(ASD)和精神分裂癥,也會觀察到異常的社會一致性,進一步支持相互社會注意和社會一致性之間可能存在的聯系。

 

6、相互注意、同步和獎賞環路:IBS的神經生物學基礎

在這里,我們提出了一個核心機制,社會一致性有兩個部分組成環路(圖2  

(1)我們在此提出IBS在相互社會關注系統中,

(2)2Shamay-Tsoory等人提出的社會一致性的潛在機制。如上所述,這個模型包括獎勵系統的激活,這可能導致與社會一致性相關的獎勵感覺。

2:一個相互關注、同步和回報的循環。在相互的社會注意系統和社會一致性中,存在著雙向的大腦間神經同步(IBS),因為每一個組成部分都可能觸發另一個組成部分的激活。這種激活會帶來一種獎勵感。這種潛在的獎勵也通過多巴胺(DA)和催產素(OT)的神經化學相互作用來刺激最初的神經排列。需要注意的是,這個循環的每個組成部分都受到個人因素的影響,比如個性特征和社會心理能力。最后,我們提出了通過使用腦-腦神經反饋系統人工誘導這種一致性回路的可能性。

鑒于社會刺激的更大回報價值也會導致社會注意力的增強,我們認為與社會一致性相關的相同回報也與相互社會注意力系統相關。因此,它會導致更大激活,有效地關閉這兩個環路,并進一步鏈接它的兩個組件(圖2)。

關鍵的是,我們認為神經化學機制可能是回路激活的基礎。神經激素催產素(OT)被發現在社會協調中調節不同形式的社會和神經排列的一致性。多巴胺在獎賞回路中起著關鍵的作用,它是我們神經與社會協調回路的組成部分,并為神經協調提供動力。鑒于OT與中腦邊緣束中的多巴胺能神經元相互作用,這可能表明這種相互作用在相互社會注意系統的調節中起著關鍵作用。的確,有人認為通過對獎賞途徑的影響,OT很可能調節人們對關鍵社會線索的注意力,而不管它們的效價(積極或消極)

回到我們最初的問題,是什么引導我們將自己的行為與特定的個體聯系起來,而不是與非特定的他人聯系起來?我們認為OT(催產素)DA(多巴胺)之間的交互不僅激活了相互社會注意系統,而且調節每一個潛在的相互作用的腦區的獎勵價值,從而確定優先級并決定應該分配的注意力的數量。也就是說,它有助于決定我們應該把注意力和行為與誰聯系起來。然而,由于社會一致性也會觸發獎賞系統的激活,從而觸發DA的釋放,實現社會一致性可能會通過多巴胺反應激活相互社會注意系統。如前所述,相互社會注意系統中的IBS和社會一致性之間的聯系似乎是雙向的,這里我們強調神經化學調節在支持這種雙向聯系中的潛在作用。

 

7、結論

使用基于fNIRS的超掃描技術,這是一種新興的研究,最近開始測量與社會互動相關的腦間耦合。回顧這篇文獻,我們提出了促進IBS在社會交互中表現的一般因素,結論是,IBS更可能出現在那些對我們重要的人身上,要么是因為我們與他們有關系,要么是因為我們想與他們聯系,即在情感上與他們更親近,或者為了實現共同的目標而使我們的認知和行動與他們一致。

基于從近紅外超掃描研究中的發現,我們提出了一個由TPJ和大腦前額葉區域組成的相互社會注意系統,并闡明了在這個系統中相互作用的參與者在將相互注意分配到社會交往的共同目標中的作用。我們認為,這種IBS可能與社會一致性特別相關,在這種社會一致性中,所有的交互伙伴都有相互聯系的意圖和目標。因此,我們擴展了最近提出的社會一致性模型,提出相互關注可能既是社會一致性的前兆,也是其結果。最后,我們闡明了DAOT之間的相互作用在調節每一個潛在的相互作用的伙伴的獎勵價值中的可能作用,從而調節我們提出的這一環路。

從這個意義上說,我們認為是什么引導我們在神經和行為上與特定的人保持一致這個問題的答案是這樣的:我們的大腦會優先考慮哪些互動更重要,如果達成一致,可能對我們有益,也就是說,哪些互動可能會帶來收獲,比如親密感、任務的成功、學習等等。然后,它在互動參與者的相互社會注意系統中觸發耦合,以增強相互注意,使其收益最大化。由于社會一致性可能有助于實現這些收益,這種IBS可能觸發引導社會一致性的神經機制。社會一致性可能會進一步增強互動的重要性,導致相互社會注意系統內更大的IBS值得注意的是,Shamay-Tsoory等人(2019)的社會一致性模型主要基于傳統的單腦神經成像方法,而我們將相互社會注意系統添加到社會一致性回路是基于fNIRS超掃描研究。因此,我們的綜合模型的價值主要來自于神經激活的耦合,而不是單腦激活。這種方法的一個限制是,近紅外光譜僅局限于外皮層。因此,皮層下區域也可能參與定向同步,這是一個必須考慮的概念,特別是在未來可能會引入更先進的掃描技術的情況下。

同樣值得注意的是,組成相互社會注意系統的大腦區域與許多其他不同的功能有關。因此,有可能的是,除了相互注意之外,相互作用的伙伴之間這些區域的一致報告可能還有其他潛在的解釋。此外,每個任務似乎在我們所提出的系統的不同區域內引發了IBS。因此,當核心系統作為一個整體來分配相互注意資源時,系統中特定區域之間的耦合可能取決于特定的上下文需求,甚至需要的注意程度。

 

8、未來方向

由于這是一個新的模型,它需要驗證,在這里,我們想強調的重要性測試是:誘導或鼓勵在共同的社會注意系統中的IBS是否可能導致更大的目標和意圖的互動,以及是否人為誘導IBS可能導致與自然發生的IBS相同的親社會效益。這可以通過開發腦對腦的fNIRS神經反饋系統(2013Duan等人開發并驗證的系統)進行研究,以相互社會注意系統中的神經同步為直接調節目標(圖3)。或者,這可以通過同時進行的雙腦刺激進行研究,如Novembre等人(2017)的研究。

 

相互社會注意系統包括前額葉皮層和顳頂葉交界處(TPJ)的各個區域。在這些區域內,參與者之間更強的耦合可能會導致更多的相互調整和相互作用的目標,促進更多的相互關注。

 

此外,未來的研究可能通過增加DA(例如,攝入哌醋甲酯)OT(攝入合成的OT)的方法來研究DAOT在模型中的作用,并觀察這些作用如何影響參與者之間的IBS。據我們所知,OTDAIBS的影響還沒有通過近紅外來測試。因此,我們呼吁未來的近紅外光掃描研究,以調查在人際交往過程中,增加DA的方法是否會增強相互社會注意系統中的IBS,以及這種增強是否與OT水平的增加有關(可以通過唾液檢測來測量)(idea又有了),此外,可以使用計算方法來建立一個因果模型,將社會一致性、相互社會注意系統中的IBS,以及DAOT對這種聯系的貢獻聯系起來。

值得注意的是,為了闡明相互社會注意系統中IBS的神經化學機制,這一研究方向可能被納入腦-腦神經反饋框架。值得注意的是,我們提出的模型可能具有相關的理論和臨床意義,因為它是日常社會互動的潛在神經機制。

此外,越來越多的證據表明,精神障礙可以被解釋為社會認知障礙,這個模型可能與理解這些情況的各個方面的神經基礎有關,為社會神經科學和神經精神病學領域提供了新的視角。相互社會注意系統內的異常IBS可能涉及某些情況的病因學,這有助于我們制定新的臨床治療方案,例如,以相互社會注意系統中的神經同步為直接調節目標的神經反饋系統。如果人工增加IBS確實能夠促進相互注意,從而更大程度地實現交互目標,那么它可以作為一種治療方法來促進IBS異常患者的親社會性、情緒調節和整體幸福感等方面的改善。此外,在這個系統中人工誘IBS的能力可能使我們能夠至少在一定程度上解決因果關系的問題。也就是說,IBS是一種附帶現象還是一種社會聯系機制。

綜上所述,我們提出了一種新的神經與社會一致性模型,該模型主要來源于最近對交互伙伴之間神經激活耦合的研究。我們認為,該模型可能有助于闡明我們對社會互動機制的理解,因此可能具有重要的理論和臨床意義。如需原文及補充材料請加微信:siyingyxf 或者18983979082獲取,如對思影課程感興趣也可加此微信號咨詢。

 

 

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