摘要：
嬰兒與成人之間的溝通，往往會(huì)通過一些社交信號(hào)如眼神交流來表達(dá)自己的意圖。以往研究表明，當(dāng)成年人之間的溝通非常順暢時(shí)，講話者與聆聽者之間的大腦神經(jīng)活動(dòng)會(huì)趨于一致。然而，尚未有研究探索嬰兒與成人交流時(shí)，是否有類似的神經(jīng)響應(yīng)模式。劍橋大學(xué)的研究者通過雙EEG技術(shù)，探索了在視頻情境及真實(shí)情境中，眼神注視是否可增強(qiáng)嬰兒與成人之間的大腦同步性（即信息耦合）。該研究發(fā)表在PNAS雜志。
實(shí)驗(yàn)1，嬰兒觀看成人演唱兒歌的錄像，分三種條件：
（1）直視著嬰兒；
（2）不看嬰兒（頭部和眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)20°）；
（3）轉(zhuǎn)向注視（頭部轉(zhuǎn)動(dòng)但目光注視）。
實(shí)驗(yàn)2，實(shí)驗(yàn)條件相同，但不再是錄像，而是真實(shí)的情境。計(jì)算嬰兒與成人間的多通道腦電信號(hào)間的偏定向相干值（partial directed coherence），并構(gòu)建腦網(wǎng)絡(luò)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，成人對(duì)嬰兒的大腦神經(jīng)活動(dòng)具有顯著的影響作用，而當(dāng)目光直視時(shí)，這種影響最為明顯；在真實(shí)的情境中，當(dāng)目光接觸時(shí)，嬰兒也會(huì)影響成人的大腦活動(dòng)。此外，真實(shí)環(huán)境下的目光接觸，嬰兒也更加愿意溝通（發(fā)聲），而且發(fā)出聲音越多的嬰兒，與成人大腦活動(dòng)的一致性也越高。這些結(jié)果表明，嬰兒與成人之間的眼神注視可促進(jìn)他們之間的大腦同步。因此，社交信號(hào)可促進(jìn)大腦的一致性進(jìn)而使得溝通過程更為順暢，對(duì)嬰兒早期的溝通與學(xué)習(xí)有著至關(guān)重要的作用。
關(guān)鍵詞： 神經(jīng)同步；相互對(duì)視；溝通信號(hào)；社交意圖；格蘭杰分析
方法：
被試
1）實(shí)驗(yàn)1：1名成年人；19名嬰兒（其中13名男性），年齡為8.2±0.26個(gè)月；
2）實(shí)驗(yàn)2: 2名成年人；19名嬰兒（其中15名男性），年齡為8.3±0.44個(gè)月。
實(shí)驗(yàn)材料
1）實(shí)驗(yàn)1：預(yù)先錄制好的成人演唱兒歌的視頻材料，分為三種條件（1）直視著嬰兒；（2）不看嬰兒（頭部和眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)20°）；（3）轉(zhuǎn)向注視（頭部轉(zhuǎn)動(dòng)但目光注視）。
2）實(shí)驗(yàn)2：真實(shí)情境中成年人給嬰兒演唱兒歌，其中一個(gè)成年人直視著嬰兒唱，另外一個(gè)成年人頭部轉(zhuǎn)動(dòng)20°，不看著嬰兒唱。實(shí)驗(yàn)流程如圖1(A,B)。
圖1：實(shí)驗(yàn)流程（A,B）和連接分析結(jié)果（C,D）。
實(shí)驗(yàn)1：嬰兒坐在椅子上觀看成人演唱兒歌的視頻，視頻分為三種條件（1）直視著嬰兒；（2）不看嬰兒（頭部和眼睛轉(zhuǎn)動(dòng)20°）；（3）轉(zhuǎn)向注視（頭部轉(zhuǎn)動(dòng)但目光注視）。共7首兒歌，每首兒歌在每種條件下演奏2次，故共出現(xiàn)6次；
實(shí)驗(yàn)2：成人在真實(shí)情境下為嬰兒演唱兒歌，其中一個(gè)成年人直視著嬰兒唱，另外一個(gè)成年人頭部轉(zhuǎn)動(dòng)20°，不看著嬰兒唱。共7首兒歌，每首兒歌在每種條件下演奏2次，故共出現(xiàn)4次。
EEG記錄
實(shí)驗(yàn)1：電極按照國際標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)10—20電極系統(tǒng)位置安放，電極阻抗小于10kΩ，以Cz作為參考電極，記錄成年人演唱兒歌時(shí)的腦電活動(dòng)及嬰兒觀看演唱視頻時(shí)的腦電活動(dòng)；
實(shí)驗(yàn)2：電極按照國際標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)10—20電極系統(tǒng)位置安放，電極阻抗小于10kΩ，以Cz作為參考電極，同時(shí)記錄成年人與兒童進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)的腦電活動(dòng)。
EEG去除偽跡及預(yù)處理
為了保證EEG的數(shù)據(jù)真實(shí)的反應(yīng)了個(gè)體的注意過程，而不是由于身體運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的，研究者進(jìn)行了兩項(xiàng)去除偽跡的步驟：
1、手動(dòng)篩查嬰兒靜止不動(dòng)且觀察演唱者的時(shí)間段；
2、手動(dòng)去除EEG波幅大于100μV的trial。
去除偽跡后，剩余的EEG數(shù)據(jù)足夠用于后續(xù)的EEG數(shù)據(jù)分析：其中實(shí)驗(yàn)1中嬰兒在直視條件下，EEG的有用片段為94.82 s (25s 至 171s, SD = 43.02s)；成人不注視的條件為 86.29 s ( 31 至169s, SD = 41.67s)；轉(zhuǎn)向注視的條件為89.00 s (35 至 170s, SD = 43.08s) 。而成年人的EEG數(shù)據(jù)只分析嬰兒EEG數(shù)據(jù)有效的部分。直視條件下的數(shù)據(jù)質(zhì)量優(yōu)于非注視條件 (t(16) = 2.83, p< .05)；但直視條件與轉(zhuǎn)向注視條件下的數(shù)據(jù)質(zhì)量無顯著差異 (t(16) = 1.54, p=.14)。實(shí)驗(yàn)2中嬰兒在直視條件下，EEG的有用片段為45.52 s ( 8s 至 107s, SD = 28.18s)；成人不注視的條件為 43.92 s ( 11 至 123s, SD = 30.07s)。配對(duì)樣本t檢驗(yàn)表明，這兩種條件下的數(shù)據(jù)質(zhì)量無差異 (t(18) = 0.44, p = .66)。去除偽跡后，將采樣率降低至200Hz，低通設(shè)置為45Hz并將EEG數(shù)據(jù)分成1s的片段用于后續(xù)的腦連接分析。
EEG分析
運(yùn)動(dòng)偽跡：成年人演唱兒歌時(shí)，由于肌肉運(yùn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)偽跡。因此，研究者對(duì)比了靜息狀態(tài)與唱歌狀態(tài)下，成年人EEG的地形圖與頻譜圖。研究者發(fā)現(xiàn)，唱歌狀態(tài)下的頻譜能量要顯著大于靜息狀態(tài)，而C3、C4電極點(diǎn)的差異最小；研究者接著進(jìn)行了C3、C4電極點(diǎn)的頻譜分析（Spectral analysis）。
采用對(duì)四種條件（靜息條件、注視條件、非注視條件、轉(zhuǎn)向注視條件）在0-40Hz頻段的頻譜能量（Power）進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果表明，唱歌狀態(tài)在12Hz頻段以上的頻譜能量要顯著大于靜息狀態(tài)，而12Hz頻段以下，兩種狀態(tài)的頻譜能量無顯著差異（圖2）。因此，在該研究中，研究者分析了Theta (3-6 Hz) 和 Alpha (6-9 Hz) 頻段。
圖2：C3,C4兩個(gè)電極在4個(gè)條件上的功率譜的ANOVA分析結(jié)果。*表示顯著差異部分。
偏定向相干分析：偏定向相干(partial directed coherence，PDC)是一種基于格蘭杰因果性頻域的測量方法。歸一化的PDC在[0，1]之間，表明通道j（發(fā)送者）對(duì)通道i（接收者）的直接影響占通道j對(duì)腦網(wǎng)絡(luò)中所有通道影響的比例，PDC的值接近0則表明兩通道間沒有聯(lián)系，大于0.1則認(rèn)為兩通道間有聯(lián)系。在本研究中，每個(gè)電極點(diǎn)（嬰兒左側(cè)Infant L，嬰兒右側(cè) Infant R，成人左側(cè)Adult L，成人右側(cè)Adult R），整個(gè)腦網(wǎng)絡(luò)包括這四個(gè)電極點(diǎn)。研究者計(jì)算了12種可能的PDC值，包括被試內(nèi)的（也就是Infant L -> Infant R）及被試間的(e.g. Infant L -> Adult L)。*L表示C3; R表示C4（圖1-C、D）。
目光注視對(duì)PDC 聯(lián)結(jié)性的影響：研究者假設(shè)目光注視下的神經(jīng)一致性要大于非注視情況下；且嬰兒對(duì)成人神經(jīng)活動(dòng)的調(diào)節(jié)模式 (i.e., I → A GPDC)應(yīng)該與成人對(duì)嬰兒神經(jīng)活動(dòng)的調(diào)節(jié)模式相同(i.e., A → I GPDC)。之前有研究表明，目光注視對(duì)嬰兒的左右半腦之間的調(diào)節(jié)并無差異，因此研究者沒有再分析不同半球之間的差異。
實(shí)驗(yàn)1中，僅發(fā)現(xiàn)A → I的神經(jīng)聯(lián)結(jié)，未發(fā)現(xiàn)I → A 的聯(lián)結(jié)，即成人對(duì)嬰兒的大腦神經(jīng)活動(dòng)具有顯著的影響作用；而嬰兒對(duì)成人的神經(jīng)活動(dòng)無影響。目光注視效應(yīng)對(duì)A → I 及 I → A 聯(lián)結(jié)的影響使用了兩種統(tǒng)計(jì)方法。首先，以頻段、注視條件作為被試內(nèi)變量做重復(fù)測量方差分析；其次，為了比較不同條件的差異，采用Dunnett t檢驗(yàn)法，將任意兩組進(jìn)行比較。
結(jié)果
圖3：實(shí)驗(yàn)1的網(wǎng)絡(luò)連接（左側(cè)）和GPDC值（右側(cè)）圖示。
實(shí)驗(yàn)1：僅發(fā)現(xiàn)了 A → I的聯(lián)結(jié)，未發(fā)現(xiàn) I → A的聯(lián)結(jié)。這表明，嬰兒的神經(jīng)活動(dòng)并不能影響預(yù)先錄制好的視頻中的腦電活動(dòng)。
Dunnett t檢驗(yàn)表明：
①對(duì)于Theta 和 Alpha頻段，在注視條件下的 A → I的聯(lián)結(jié)顯著大于非注視條件 (P < 0.01；P < 0.05）；
②對(duì)于Theta 和 Alpha頻段，在轉(zhuǎn)向注視條件下的 A → I的聯(lián)結(jié)顯著大于非注視條件 (P < 0.0001）；
③對(duì)于Theta頻段，注視條件與轉(zhuǎn)向注視條件的差異不顯著 (P = 0.30)；而在Alpha頻段，這兩者之間的差異顯著(轉(zhuǎn)向注視 > 注視條件, P < 0.01)（圖3）。
圖4：實(shí)驗(yàn)2網(wǎng)絡(luò)連接（左側(cè)）和GPDC值（右側(cè)）圖示。
實(shí)驗(yàn)2：既發(fā)現(xiàn)了 A → I的聯(lián)結(jié)，也發(fā)現(xiàn) I → A的聯(lián)結(jié)，表明在真實(shí)環(huán)境下，嬰兒與成人的大腦神經(jīng)活動(dòng)的相互影響。對(duì)于 A → I聯(lián)結(jié)，與實(shí)驗(yàn)1的結(jié)果相似，對(duì)于Theta 和 Alpha頻段，成年人顯著的影響了嬰兒的大腦神經(jīng)活動(dòng) (P < 0.05；P < 0.0001）；對(duì)于 I → A聯(lián)結(jié)，嬰兒也顯著的影像了成年人的大腦神經(jīng)活動(dòng) (P < 0.01；P < 0.05）（圖4）。
圖5：嬰兒的I→A的GPDC值與注視時(shí)間的相關(guān)圖（實(shí)驗(yàn)2），左側(cè)是直接，右側(cè)是間接。
實(shí)驗(yàn)2中，在各個(gè)條件下，嬰兒的溝通意愿，即發(fā)聲情況未出現(xiàn)顯著差異；而在實(shí)驗(yàn)2的真實(shí)情境中，嬰兒的溝通意愿與 I → A的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度呈顯著的正相關(guān)(r = 0.67, P< 0.05)。注意，非注視條件下，則沒有這種相關(guān)(r = 0.07, P = 0.78)。
總結(jié)：成人與嬰兒對(duì)視，可促進(jìn)彼此的大腦同步性，進(jìn)而使得溝通更為順暢；也有益于嬰兒的早期學(xué)習(xí)。
原文：
V Leong, E Byrne, K Clackson… - Proceedings of the …, 2017 - National Acad Sciences
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