李先春教授课题组在国际知名期刊Human Brain Mapping发表最新研究结果

时间：2022-03-18浏览：409设置

人类在互动过程中产生概念一致性


 人与人之间共享相同的概念是沟通和相互理解的前提。然而，目前鲜有研究探讨人类是如何通过社会互动产生概念一致性的。先前具有高生态效度的研究已经发现人类的对话与神经活动同步相关(Ahn et al., 2018; Jiang et al., 2012, 2015)。虽然这可能是由于共享相同的外部声音刺激产生的，然而，也有许多的研究证据表明，相同的内在理解能够提高神经活动同步。研究发现，听者和讲者之间的神经活动同步仅在听者能够成功理解讲者时产生(Stephens, Silbert, & Hasson, 2010)。因此，我们推测，神经活动的一致性可能是概念一致性产生的神经机制。

 2022年3月，李先春教授研究团队在学术期刊Human Brain Mapping上在线发表研究论文Gamma-band neural coupling during conceptual alignment尝试验证这一假设。本研究包含两个实验，分别探讨了概念一致性产生的神经活动同步机制，以及神经活动同步对概念一致性产生的提升作用。

 实验一采用了基于脑电图（EEG）的超扫描（hyperscanning）技术与改编符号协作任务（图1b），在缺乏其他沟通介质的前提下，要求被试使用原先无意义的词汇进行沟通，并确保两方能够移动到相同位置。能够成功完成该任务的前提是互动双方必须共享相同的概念。因此，为了探讨概念一致的神经机制，我们比较了成功组与失败组的神经活动同步性。我们计算了相位锁定值（Phase-locking Value, PLV）作为神经活动同步的指标。



图1.实验设置. a）实验一流程. b）改编的符号协作任务。c）实验一中定义的兴趣区。d）实验二中电刺激的位置。e）实验二流程。f）实验二的实验设置概念图。


   研究一的结果发现成功组位于左侧颞叶、gamma频段的PLV显著的高于失败组（图2a）。对该PLV进一步分析。我们发现PLV与成功率成正相关（图2b）。成功试次的PLV显著高于失败试次（图2c）。在对实验进行分段后（即概念一致产生前以及产生后），发现概念一致产生后的PLV显著高于产生前，这说明了PLV的产生是在互动后才产生的。


图2.PLV结果。a)成功组与失败组的PLV差异。b）PLV与成功率的关系。c）成功试次和失败试次的PLV差异。d）概念一致产生前后的PLV差异。


 进一步对该PLV的时间序列进行分析，发现早在第4节（每10%的试次定义为一节），累积PLV即出现差异（图3a）。通过基于线性判别分析的机器学习方法，发现早在第三节即可成功区分成功组与失败组。


图3.时间序列分析。a）成功组与失败组累积PLV的差异。b）基于累积PLV的线性判别分析结果。


 接下来，本研究意图进一步探究神经活动同步对概念一致性产生的提升作用。通过双经颅电刺激（dual-tACS），我们对一对被试的左侧脑区同时施加40Hz（gamma频段）的电流（图1d，e，f）。结果发现，虽然双经颅电刺激条件，对比伪刺激条件，并没有显著增加成功组人数（图4a）。但在进一步区分成功组与失败组被试后，发现电刺激显著的增加了成功组被试的正确率，但没有增加失败组被试的正确率（图4b）。进一步进行时间序列分析，发现早在第一节的试次，便出现了电刺激与伪刺激条件的差异（图4c）。实验二进一步的发现了神经活动同步性对概念一致性产生的提升作用。


图4.双经颅电刺激的结果。a）成功组与失败组人数。b）电刺激与伪刺激条件的成功组与失败组的正确率。c）成功组与d）失败组中，电刺激与刺激条件的累积正确率差异。


 最后，本研究意图探讨人格因素的作用。本研究发现了成功组的观点采择能力（perspective-taking）显著的高于失败组（图5a）。进一步进行中介效应分析发现，观点采择通过影响实验中的PLV值从而影响正确率（图5b）。



图5. a）成功组与失败组的观点采择能力差异。b）中介效应分析。


 本研究发现了更高的脑间活动同步与产生概念一致性相关，发现了脑间活动同步对概念一致性的促进作用，并且发现了观点采择能力对概念一致性产生的影响受到脑间活动同步的中介。本研究提出了社会互动学习在概念一致性产生的作用（图6）。本研究拓展了对概念一致性产生的神经机制的理解，为未来对相互理解的脑-脑机制提供了探索性的证据，并讨论了社会互动学习在语言、相互理解产生的重要作用。



图6.概念图



 华东师范大学心理与认知科学学院2019届本科生陈丹妮以及在读博士生张如倩为本文章的共同第一作者，李先春教授为本文的通讯作者。近年来，李先春教授课题组通过基于脑电以及近红外的超扫描技术探讨了影响人类合作与竞争的各种因素(Zhou et al., 2021; Zhang et al., 2021; Li et al., 2021)，并对师生互动 (Liu et al., 2019)、欺骗行为 (Chen et al., 2020)等具有高生态效度的社会互动行为开展了多项研究。相关研究已经发表在NeuroImage、Human Brain Mapping、Social Cognitive and Affective Neuroscience等高水平国际学术期刊上。


论文信息：

Chen D#, Zhang R#, Liu J, Wang P, Bei L, Liu CC, Li X*. Gamma-band neural coupling during conceptual alignment. Hum Brain Mapp. 2022 Mar 14. doi: 10.1002/hbm.25831.


参考文献：

  1. Ahn, S., Cho, H., Kwon, M., Kim, K., Kwon, H., Kim, B. S., … Jun, S. C. (2018). Interbrain phase synchronization during turn-taking verbal interaction—A hyperscanning study using simultaneous EEG/MEG. Human Brain Mapping, 39(1), 171– 188.

  2. Jiang, J., Dai, B., Peng, D., Zhu, C., Liu, L., & Lu, C. (2012). Neural synchronization during face-to-face communication. Journal of Neuroscience, 32(45), 16064– 16069. 

  3. Jiang, J., Chen, C., Dai, B., Shi, G., Ding, G., Liu, L., & Lu, C. (2015). Leader emergence through interpersonal neural synchronization. Proceedings of the National Academy of Sciences, 112(14), 4274– 4279.

  4. Stephens, G. J., Silbert, L. J., & Hasson, U. (2010). Speaker-listener neural coupling underlies successful communication. Proceedings of the National Academy of Sciences, 107(32), 14425– 14430. 

  5.  Zhou, X., Pan, Y., Zhang, R., Bei, L., L, X. *(2021). Mortality threat mitigates interpersonal competition: an EEG-Based hyperscanning study. Social Cognitive and Affective Neuroscience. doi: 10.1093/scan/nsab033.

  6.  Zhang, R., Zhou, X., Feng, D., Yuan, D., Li, S., Lu, C., & Li, X. (2021). Effects of acute psychosocial stress on interpersonal cooperation and competition in young women. Brain and Cognition, 151, 105738.

  7.  Zhang, R., Zhou, X., Feng, D., Yuan, D., Li, S., Lu, C., & Li, X. (2021). Effects of acute psychosocial stress on interpersonal cooperation and competition in young women. Brain and Cognition, 151, 105738.

  8.  Liu, J., Zhang, R., Geng, B., Zhang, T., Yuan, D., Otani, S., & Li, X*. (2019). Interplay between prior knowledge and communication mode on teaching effectiveness: interpersonal neural synchronization as a neural marker. NeuroImage, 193, 93-102.

  9.  Chen, M., Zhang, T., Zhang, R., Wang, N., Yin, Q., Li, Y., ... & Li, X*. (2020). Neural alignment during face‐to‐face spontaneous deception: Does gender make a difference? Human Brain Mapping, 41(17), 4964-4981.



图文 ｜ 陈丹妮


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