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2022年3月，李先春教授研究團(tuán)隊(duì)在國際知名學(xué)術(shù)期刊Human Brain Mapping上在線發(fā)表研究論文Gamma-band neural coupling during conceptual alignment嘗試驗(yàn)證這一假設(shè)。本研究包含兩個實(shí)驗(yàn)，分別探討了概念一致性產(chǎn)生的神經(jīng)活動同步機(jī)制，以及神經(jīng)活動同步對概念一致性產(chǎn)生的提升作用。

實(shí)驗(yàn)一采用了基于腦電圖（EEG）的超掃描（hyperscanning）技術(shù)與改編符號協(xié)作任務(wù)（圖1b），在缺乏其他溝通介質(zhì)的前提下，要求被試使用原先無意義的詞匯進(jìn)行溝通，并確保兩方能夠移動到相同位置。能夠成功完成該任務(wù)的前提是互動雙方必須共享相同的概念。因此，為了探討概念一致的神經(jīng)機(jī)制，我們比較了成功組與失敗組的神經(jīng)活動同步性。我們計(jì)算了相位鎖定值（Phase-locking Value, PLV）作為神經(jīng)活動同步的指標(biāo)。

▲圖1.實(shí)驗(yàn)設(shè)置. a）實(shí)驗(yàn)一流程. b）改編的符號協(xié)作任務(wù)。c）實(shí)驗(yàn)一中定義的興趣區(qū)。d）實(shí)驗(yàn)二中電刺激的位置。e）實(shí)驗(yàn)二流程。f）實(shí)驗(yàn)二的實(shí)驗(yàn)設(shè)置概念圖。

研究一的結(jié)果發(fā)現(xiàn)成功組位于左側(cè)顳葉、gamma頻段的PLV顯著的高于失敗組（圖2a）。對該P(yáng)LV進(jìn)一步分析。我們發(fā)現(xiàn)PLV與成功率成正相關(guān)（圖2b）。成功試次的PLV顯著高于失敗試次（圖2c）。在對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分段后（即概念一致產(chǎn)生前以及產(chǎn)生后），發(fā)現(xiàn)概念一致產(chǎn)生后的PLV顯著高于產(chǎn)生前，這說明了PLV的產(chǎn)生是在互動后才產(chǎn)生的。

▲圖2.PLV結(jié)果。a)成功組與失敗組的PLV差異。b）PLV與成功率的關(guān)系。c）成功試次和失敗試次的PLV差異。d）概念一致產(chǎn)生前后的PLV差異。

進(jìn)一步對該P(yáng)LV的時(shí)間序列進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)早在第4節(jié)（每10%的試次定義為一節(jié)），累積PLV即出現(xiàn)差異（圖3a）。通過基于線性判別分析的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，發(fā)現(xiàn)早在第三節(jié)即可成功區(qū)分成功組與失敗組。

▲圖3.時(shí)間序列分析。a）成功組與失敗組累積PLV的差異。b）基于累積PLV的線性判別分析結(jié)果。

接下來，本研究意圖進(jìn)一步探究神經(jīng)活動同步對概念一致性產(chǎn)生的提升作用。通過雙經(jīng)顱電刺激（dual-tACS），我們對一對被試的左側(cè)腦區(qū)同時(shí)施加40Hz（gamma頻段）的電流（圖1d，e，f）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雖然雙經(jīng)顱電刺激條件，對比偽刺激條件，并沒有顯著增加成功組人數(shù)（圖4a）。但在進(jìn)一步區(qū)分成功組與失敗組被試后，發(fā)現(xiàn)電刺激顯著的增加了成功組被試的正確率，但沒有增加失敗組被試的正確率（圖4b）。進(jìn)一步進(jìn)行時(shí)間序列分析，發(fā)現(xiàn)早在第一節(jié)的試次，便出現(xiàn)了電刺激與偽刺激條件的差異（圖4c）。實(shí)驗(yàn)二進(jìn)一步的發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)活動同步性對概念一致性產(chǎn)生的提升作用。

▲圖4.雙經(jīng)顱電刺激的結(jié)果。a）成功組與失敗組人數(shù)。b）電刺激與偽刺激條件的成功組與失敗組的正確率。c）成功組與d）失敗組中，電刺激與刺激條件的累積正確率差異。

最后，本研究意圖探討人格因素的作用。本研究發(fā)現(xiàn)了成功組的觀點(diǎn)采擇能力（perspective-taking）顯著的高于失敗組（圖5a）。進(jìn)一步進(jìn)行中介效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，觀點(diǎn)采擇通過影響實(shí)驗(yàn)中的PLV值從而影響正確率（圖5b）。

▲圖5. a）成功組與失敗組的觀點(diǎn)采擇能力差異。b）中介效應(yīng)分析。

本研究發(fā)現(xiàn)了更高的腦間活動同步與產(chǎn)生概念一致性相關(guān)，發(fā)現(xiàn)了腦間活動同步對概念一致性的促進(jìn)作用，并且發(fā)現(xiàn)了觀點(diǎn)采擇能力對概念一致性產(chǎn)生的影響受到腦間活動同步的中介。本研究提出了社會互動學(xué)習(xí)在概念一致性產(chǎn)生的作用（圖6）。本研究拓展了對概念一致性產(chǎn)生的神經(jīng)機(jī)制的理解，為未來對相互理解的腦-腦機(jī)制提供了探索性的證據(jù)，并討論了社會互動學(xué)習(xí)在語言、相互理解產(chǎn)生的重要作用。

▲圖6. 概念圖

華東師范大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院2019屆本科生陳丹妮以及在讀博士生張如倩為本文章的共同第一作者，李先春教授為本文的通訊作者。

近年來，李先春教授課題組通過基于腦電以及近紅外的超掃描技術(shù)探討了影響人類合作與競爭的各種因素(Zhou et al., 2021; Zhang et al., 2021; Li et al., 2021) ，并對師生互動 (Liu et al., 2019)、欺騙行為 (Chen et al., 2020)等具有高生態(tài)效度的社會互動行為開展了多項(xiàng)研究。相關(guān)研究已經(jīng)發(fā)表在NeuroImage、Human Brain Mapping、Social Cognitive and Affective Neuroscience等高水平國際學(xué)術(shù)期刊上。

論文信息：

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

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圖文｜陳丹妮

編輯｜張鵬騫