研究人際語(yǔ)言交互的神經(jīng)認知過(guò)程的文獻日益增多，表明參與口頭交流的參與者出現了神經(jīng)同步。然而，是否可以將研究結果解釋為超出皮層功能的觀(guān)察，并擴展到交流者之間的相互理解，這樣的問(wèn)題已經(jīng)出現。本文提供了來(lái)自腦電圖（EEG）和功能性近紅外光譜（fNIRS）超掃描研究的證據，這些研究研究了通過(guò)口語(yǔ)進(jìn)行交流的參與者的腦間同步（IBS）。根據每項研究中指定的交互類(lèi)型，將研究分類(lèi)為：知識共享；輪流進(jìn)行的語(yǔ)音協(xié)調；合作、問(wèn)題解決和創(chuàng )造力；以及自然討論范式。同步主要出現在前額和顳頂聯(lián)合區，這可能反映了鏡像和心理化系統的激活。我們認為，這些文獻對于推進(jìn)我們對IBS和交流者之間相互理解的理解作出了重要貢獻。我們最后提出了未來(lái)研究的建議，包括分析方法和實(shí)驗條件，并假設受大腦啟發(fā)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )是通過(guò)超掃描更好地理解IBS的有前途的技術(shù)。本文發(fā)表在Neuroscience & Biobehavioral Reviews雜志。
亮點(diǎn)：
· 在口頭交流的超掃描研究中識別到同步性的出現。
· 識別知識共享、輪流交談和自然討論范式。
· 同步主要出現在前額和顳頂部區域。
· 第二人稱(chēng)神經(jīng)科學(xué)有助于我們理解人際交流。
· 建議新的實(shí)驗條件和深度學(xué)習數據分析技術(shù)。
關(guān)鍵詞：超掃描、口頭交流、社交互動(dòng)、腦間同步（IBS）
1.引言
“同步”或“在相同的波長(cháng)上”是常用來(lái)描述與他人社交和諧或一致感覺(jué)的成語(yǔ)。近年來(lái)，認知神經(jīng)科學(xué)家開(kāi)始探索在社交互動(dòng)（如口頭交流）期間激活的認知過(guò)程，并檢查支持社交認知的皮層功能性和連通性（參見(jiàn)Redcay和Schilbach，2019年的回顧）。這個(gè)新興的研究領(lǐng)域，被稱(chēng)為“第二人稱(chēng)”或“雙腦”神經(jīng)科學(xué)，基于這樣一個(gè)假設：參與社交互動(dòng)，與觀(guān)察社交互動(dòng)（被稱(chēng)為“第三人稱(chēng)”神經(jīng)科學(xué)）有重疊但也有不同。早期的雙腦研究調查了參與者從事模仿、合作和競爭任務(wù)的情況（例如，Astolfi等人，2010年，2012年；Cui等人，2012年；Dumas等人，2010年；Montague等人，2002年）。隨著(zhù)時(shí)間的推移，研究數量增加，實(shí)驗范式的多樣性和復雜性也增加，以檢查通過(guò)需要合作、競爭和欺騙元素的復雜策略進(jìn)行互動(dòng)時(shí)的功能連通性，到在一系列生態(tài)環(huán)境中產(chǎn)生和接收語(yǔ)言，包括教育、創(chuàng )造力和問(wèn)題解決場(chǎng)景（例如，Antonenko等人，2019年；2018年；Dikker等人，2017年；Mayseless等人，2019年；Xue等人，2018年）。
除此之外，第二人稱(chēng)方法已經(jīng)擴展到調查在咨詢(xún)會(huì )話(huà)和工作場(chǎng)所年度績(jì)效評估的角色扮演中發(fā)生的社交互動(dòng)（Balconi等人，2020年；Zhang等人，2018年）。其他最近的研究建議將其應用于通信不成功的情況；例如，對于那些有神經(jīng)系統疾?。ɡ?，自閉癥譜系障礙、精神分裂癥、邊緣性人格障礙）的人，他們可能正在接受心理治療、神經(jīng)反饋或其他臨床干預（Pan和Cheng，2020年；Wang等人，2020年）。從這個(gè)不斷增長(cháng)的文獻中，我們明白到，在社交互動(dòng)期間參與的認知過(guò)程分享了一定程度的功能連通性，這是由于來(lái)自集體心理過(guò)程的動(dòng)態(tài)模式的引導所導致的（Fedorenko和Thompson-Shill，2014年；Redcay和Schilbach，2019年）。
第二人稱(chēng)神經(jīng)科學(xué)方法中出現的一個(gè)核心概念是由于人們在社會(huì )介導的環(huán)境中互動(dòng)而人腦之間的同步（IBS）的前提，這是由于人們之間的大腦信號的協(xié)調。通過(guò)神經(jīng)影像技術(shù)進(jìn)行IBS（腦間同步）的測量，通過(guò)計算大腦活動(dòng)之間的動(dòng)態(tài)相位一致性來(lái)估計功能連通性或同步的程度（Babiloni和Astolfi，2014；Balconi等人，2017；Konvalinka和Roepstorff，2012）。一般來(lái)說(shuō)，認為IBS依賴(lài)于許多因素，包括社交活動(dòng)的類(lèi)型、互動(dòng)的環(huán)境和重要性，以及伙伴之間關(guān)系的性質(zhì)，通常顯示耦合證據的神經(jīng)區域是與社會(huì )認知、鏡像和心理化系統以及語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò )相關(guān)的顳頂部和前額區域（Fedorenko和Thompson-Shill，2014；Gvirts和Perlmutter，2020；Redcay和Schilbach，2019）。本文側重于口頭交流的兩人神經(jīng)科學(xué)研究中報告的IBS（腦間同步）。
語(yǔ)言是人類(lèi)社交互動(dòng)的基本元素，相互交流依賴(lài)于人們之間的動(dòng)態(tài)相互作用（Markova等人，2019；Berwick等人，2013）。語(yǔ)音的產(chǎn)生和接收，特別是在聲音信號形成和處理發(fā)生的較低水平，最初被認為是關(guān)注不同的皮層區域，說(shuō)話(huà)主要使用左前額皮質(zhì)的布洛卡區，而聽(tīng)則使用被稱(chēng)為Wernicke區的左側顳區。目前，關(guān)于語(yǔ)音處理的功能解剖學(xué)的普遍理解呈現了一個(gè)雙流模型，其中左側優(yōu)勢的背側流將聲音信號映射到前額區的發(fā)音網(wǎng)絡(luò )，而雙側組織的腹側流處理語(yǔ)音信號的理解（Hickok和Poeppel，2007）?；诖?，認為話(huà)語(yǔ)的認知結構是圍繞在話(huà)語(yǔ)產(chǎn)生和接收期間激活的功能連接神經(jīng)位置的網(wǎng)絡(luò )構建的（Fedorenko和Thompson-Shill，2014）。在說(shuō)話(huà)者-聽(tīng)者互動(dòng)期間使用的神經(jīng)區域的重疊導致這些區域在口頭交流期間的耦合，通常包括一個(gè)延遲，因為信號從產(chǎn)生者傳遞到接收者。將這一點(diǎn)擴展到個(gè)體大腦之外，構建交談?wù)咧g的意義需要的不僅僅是聲音信號的產(chǎn)生、接收和處理，而且涉及進(jìn)入動(dòng)態(tài)概念同步以克服含義的模糊性，并參與相互理解的事件（Schoot等人，2016；Stolk等人，2016）。
研究顯示，語(yǔ)音節奏、速率和語(yǔ)法的同步有助于信息的傳輸；然而，要在交流過(guò)程中發(fā)生情境同步，交談?wù)咝枰晒嫿ㄓ嘘P(guān)討論事項的類(lèi)似概念模型（Menenti等人，2012；Schoot等人，2019）。因此，當人們交流時(shí)，他們不僅不斷修改他們的行為和語(yǔ)言以響應不斷變化的對話(huà)，他們還反復更新他們對談話(huà)伙伴的期望和預測（Friston和Frith，2015b）。因此，有效的交流代表了在不同程度的語(yǔ)言和額外語(yǔ)言表示中同步的動(dòng)態(tài)過(guò)程（Schoot等人，2016）。雖然同步的確切機制尚未完全理解，但已經(jīng)提出了幾種可能的機制。
交互性語(yǔ)言同步理論（Pickering和Garrod，2014）假設，在交流中，語(yǔ)音產(chǎn)生和理解同步，這樣，為了交流所需的話(huà)語(yǔ)過(guò)程 - 詞匯、語(yǔ)義和句法 - 依賴(lài)于相關(guān)的大腦網(wǎng)絡(luò )（Menenti等人，2011）。因此，口頭交互中的語(yǔ)言同步由相似的神經(jīng)模式維持（Pérez等人，2019）。語(yǔ)音理解和產(chǎn)生招募相似大腦網(wǎng)絡(luò )的想法得到了語(yǔ)義、詞匯和句法處理中涉及區域的重疊的支持（Menenti等人，2011，2012）。例如，包括聽(tīng)覺(jué)和左側前額皮質(zhì)的網(wǎng)絡(luò )參與語(yǔ)音的主要感覺(jué)和運動(dòng)方面，但在說(shuō)話(huà)時(shí)只觀(guān)察到運動(dòng)皮質(zhì)活動(dòng)（Menenti等人，2011）。也就是說(shuō)，盡管說(shuō)話(huà)和聽(tīng)都相互使用語(yǔ)言系統的語(yǔ)言元素，但聽(tīng)不涉及大量的運動(dòng)系統參與。
Schoot等人（2016）提出了一個(gè)生成性理論模型，該模型是根據Friston和Frith的（2015a，2015b）預測編碼框架調整的，其中交談?wù)叩拇竽X信號可能會(huì )在不同層次的表示中動(dòng)態(tài)同步。也就是說(shuō)，當人們參與口頭交流的時(shí)候，由于在涉及的各方之間建立了成功理解話(huà)語(yǔ)所需的共同注意力，因此超出語(yǔ)音-聽(tīng)覺(jué)包絡(luò )的共享的人際神經(jīng)振蕩的耦合會(huì )發(fā)生（Friston和Frith，2015a；Schoot等人，2016）。因此，根據腦間神經(jīng)耦合的動(dòng)態(tài)，IBS（腦間同步）可能會(huì )在不同的層次上發(fā)生。也就是說(shuō)，同步可能會(huì )在語(yǔ)言處理層（低層）通過(guò)語(yǔ)音-聽(tīng)覺(jué)包絡(luò )同步以及在額外語(yǔ)言層（高層）通過(guò)相互解釋正在討論的情況發(fā)生，從而實(shí)現修改和適應共享的概念空間以實(shí)現相互理解（Schoot等人，2016；Stolk等人，2016）。
總之，構建交談?wù)咧g的意義需要的不僅僅是聲音信號的產(chǎn)生、接收和處理。相反，它涉及進(jìn)入動(dòng)態(tài)概念同步，因為克服了含義的模糊性，并且分享了相互理解的情節（Schoot等人，2016）。迄今為止，社交互動(dòng)和交流的研究已經(jīng)集中在交互性大腦活動(dòng)上，探索了交流者之間的功能等價(jià)性和時(shí)間相位協(xié)調，如IBS、耦合、同步或協(xié)同（Czeszumski等人，2020；Pérez等人，2017；Redcay和Schilbach，2019）。研究方法已經(jīng)從傳統方法擴展到超掃描，目的是同時(shí)測量多個(gè)大腦的大腦活動(dòng)。與單人研究相比，超掃描允許在第二人稱(chēng)神經(jīng)科學(xué)中更真實(shí)地估計社交互動(dòng)，通過(guò)允許研究交互參與者之間的腦間活動(dòng)模式（Montague等人，2002）。
可以通過(guò)各種神經(jīng)掃描/成像技術(shù)（包括電腦腦電圖（EEG）、功能性近紅外光譜（fNIRS）和功能性磁共振成像（fMRI））同時(shí)記錄腦信號。每種測量方法都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。EEG以毫秒間隔測量大腦電信號 - 主要是錐體細胞的細胞外突觸后電位（Luck，2005），成本低，記錄方便且時(shí)間分辨率高。此外，由EEG機器引起的可忽略的聽(tīng)覺(jué)噪音（即，不像磁共振掃描儀的噪音）允許個(gè)體更容易自然連續地交流。盡管EEG提供了一些區域激活的指示，但低空間分辨率限制了可以精確定位特定神經(jīng)活動(dòng)區域的程度。功能性近紅外光譜（fNIRS）提供了基于表面神經(jīng)區域的氧合和脫氧血紅蛋白濃度的高空間分辨率記錄。然而，與EEG一樣，fNIRS在提供有關(guān)皮質(zhì)下區域的信息方面受到限制。它也僅限于感興趣區域的研究，而不是全頭皮參數的調查。
fMRI具有更高的空間分辨率，允許從皮質(zhì)到皮質(zhì)下區域更精確地識別區域激活（Mu等人，2018；Wang等人，2018）。然而，考慮到fMRI在時(shí)間分辨率和掃描儀內可行執行的活動(dòng)類(lèi)型的限制，目前還不可能從兩人研究中收集更自然的實(shí)驗數據（Koike等人，2015；Mu等人，2018；Wang等人，2018）。
在雙重設置研究中使用的神經(jīng)成像技術(shù)中，EEG和fNIRS目前是生態(tài)設置中最常用的方法，考慮到時(shí)間分辨率、實(shí)驗設計、可行性和成本的優(yōu)勢（Babiloni和Astolfi，2014）。因此，本次回顧主要側重于EEG和fNIRS研究。
已經(jīng)發(fā)布了幾篇關(guān)于超掃描的系統性回顧（例如，Babiloni和Astolfi，2014；Czeszumski等人，2020；Dumas等人，2011；Konvalinka和Roepstorff，2012；Wang等人，2018）。然而，考慮到這些研究并沒(méi)有專(zhuān)注于語(yǔ)言產(chǎn)生和接收期間的超掃描，以及近年來(lái)關(guān)于口頭交流的超掃描研究一直在增加，因此這個(gè)領(lǐng)域需要更具體的回顧。因此，本文的目的是評估超掃描研究是否可以通過(guò)口語(yǔ)了解社交互動(dòng)，并評估它在多大程度上可以了解支持個(gè)體之間相互理解的生物機制的知識（Konvalinka和Roepstorff，2012；Schoot等人，2016）。由于新興的第二人稱(chēng)神經(jīng)科學(xué)文獻提供的證據表明，在社交互動(dòng)中，更大的神經(jīng)同步和人們之間的親密度之間存在聯(lián)系（例如，Redcay和Schilbach，2019），我們假設IBS（腦間同步）代表成功交流的人際神經(jīng)標記。
2.搜索方法和納入標準
2020年5月11日，我們在PubMed和Scopus數據庫中進(jìn)行了搜索，使用搜索參數（超掃描 OR 腦間同步）AND（社交互動(dòng) OR 社交交流），找到了149項研究。為了收集相關(guān)的已發(fā)布研究，兩名研究人員根據系統評價(jià)和元分析的首選報告項目（PRISMA）指南（Moher等人，2009）獨立進(jìn)行了搜索，并根據納入標準評估了研究：（1）IBS的超掃描研究；（2）使用EEG或fNIRS神經(jīng)振蕩記錄；（3）參與者參與需要口頭交流的互動(dòng)（作為單向獨白、雙向對話(huà)或多人討論）；和（4）研究報告了對健康成人進(jìn)行的原始研究的結果。檢索到的研究根據其標題、摘要和關(guān)鍵詞進(jìn)行了篩選，通過(guò)Google Scholar對相關(guān)手稿的引用部分進(jìn)行了進(jìn)一步搜索和分析。通過(guò)討論和進(jìn)一步閱讀文章解決了對納入的選擇中的任何分歧。所有作者都批準了最終列表。圖1顯示了代表研究選擇的流程圖。
Fig. 1. 研究選擇程序流程圖。
3.結果
在這次回顧中識別并包括了二十九項研究（圖2）。它們包括來(lái)自阿根廷、中國、以色列、意大利、日本、韓國和美國的研究。大多數研究使用了fNIRS設備，只有九項研究使用了EEG。參與者語(yǔ)言的順序從最常見(jiàn)的是中文、英語(yǔ)、日語(yǔ)、西班牙語(yǔ)、希伯來(lái)語(yǔ)和意大利語(yǔ)，包括兩項允許日語(yǔ)/英語(yǔ)和西班牙語(yǔ)/英語(yǔ)的語(yǔ)言組合的研究。用于測量社交互動(dòng)中的口頭交流的多種范式，包括課堂、合作、創(chuàng )造、面對面、眼神接觸、第一和第二語(yǔ)言、教育、解謎和小組討論設置。例如，Dikker等人（2017）在演講、視頻和課堂討論情況中檢查了教師-學(xué)習者和學(xué)習者-學(xué)習者自然互動(dòng)的組合，Fishburn等人（2018）在參與者完成需要在共享意圖性條件下的合作和創(chuàng )造性的七巧板拼圖時(shí)觀(guān)察了神經(jīng)同步，而Xue等人（2018）評估了基于他們的創(chuàng )造性組合從事合作任務(wù)的配對的皮層同步性?；趯?shí)驗范式的性質(zhì)，研究文章被分類(lèi)為四個(gè)類(lèi)別：知識共享；輪流進(jìn)行語(yǔ)音協(xié)調；合作、問(wèn)題解決和創(chuàng )造力；和自然討論。
知識共享呈現了教師和學(xué)習者在教育環(huán)境中參與單人或對話(huà)的動(dòng)態(tài)社交互動(dòng)。這通常包括信息的連續傳輸和反饋，其中一個(gè)參與者扮演傳輸者/指導者角色，并與扮演接收者/學(xué)習者角色的另一個(gè)參與者（可能可以或不能參與提問(wèn)）分享信息或敘述；輪流進(jìn)行語(yǔ)音協(xié)調的研究通常包括成對的參與者，其中一個(gè)作為說(shuō)話(huà)者，另一個(gè)作為聽(tīng)眾，協(xié)調他們的口頭交流以完成任務(wù)；合作、問(wèn)題解決和創(chuàng )造性范式通常要求參與者合作以完成實(shí)驗任務(wù)或活動(dòng)，該任務(wù)或活動(dòng)需要找到解決方案或原始答案；而自然討論是指在一般不受其他范式限制的真實(shí)或準真實(shí)世界情況下的對話(huà)。必須承認，在某些情況下，由于研究人員使用了范式組合來(lái)最好地評估多方面的假設，因此會(huì )發(fā)生重疊。圖3顯示了四種類(lèi)型的實(shí)驗范式的表示。
本次回顧中包括的研究通常采用小波變換相干性（WTC）和相位鎖定值（PLV）同步測量方法，用于分析腦激活后記錄的神經(jīng)振蕩的相位相干性（例如，Jiang等人，2012；Pan等人，2018；Pérez等人，2019），其中一些還進(jìn)行了Granger因果分析（GCA）以確定方向性（例如，Ahn等人，2018；Pan等人，2018）。除了根據WTC確定同步外，Pan等人（2020）還應用機器學(xué)習技術(shù)根據實(shí)驗條件對IBS進(jìn)行分類(lèi)。
3.1 知識共享
在評估知識共享中涉及的腦活動(dòng)的十項研究中，有三項使用EEG進(jìn)行，其余的則使用fNIRS進(jìn)行（表1）。在分享知識時(shí)激活并表現出IBS的皮層區域包括前額區（Holper等人，2013；Liu等人，2019；Nozawa等人，2019；Pan等人，2018），顳頂區（Zheng等人，2018）和前額及顳頂區（Bevilacqua等人，2019；Dikker等人，2017；Pan等人，2020；Pérez等人，2017）。在Dikker等人（2017）的一個(gè)課堂研究中，IBS（腦間同步）從學(xué)生之間各種皮層區域的平均神經(jīng)活動(dòng)中出現，與講座、閱讀和視頻條件相比，在互動(dòng)課堂討論中最為明顯。此外，與其他配對相比，在課堂討論之前進(jìn)行相互眼神交流的配對中，alpha相干性最高，學(xué)生的IBS是社交動(dòng)態(tài)和學(xué)生課堂參與度的可靠預測指標。Zheng等人（2018）在一種教師-學(xué)生知識共享格式中描述的一個(gè)值得注意的發(fā)現是，教師的顳頂聯(lián)合區（TPJ）和學(xué)生的前顳上皮層（aSTC）中的時(shí)間滯后IBS（腦間同步）被視為有效教學(xué)的神經(jīng)標記。然而，Liu等人（2019）在比較面對面和計算機中介通信條件時(shí)，發(fā)現左側前額皮質(zhì)（PFC）而不是右側TPJ（rTPJ）中的IBS。在參與者參與先前物理同步的背景下，Nozawa等人（2019）報告說(shuō)，教師和學(xué)習者之間的PFC區域的IBS得到了增強，并且與教師和學(xué)習者的融洽度正相關(guān)。最后，關(guān)于alpha波段波動(dòng)活動(dòng)的神經(jīng)同步被檢測到聽(tīng)者在前額區和說(shuō)話(huà)者在中央區，以及關(guān)于聽(tīng)者在顳區和說(shuō)話(huà)者在前額區的theta波段的神經(jīng)同步（Pérez等人，2017）。
注釋?zhuān)?/span>功能性近紅外光譜（fNIRS）；腦間同步（IBS）；電腦腦圖（EEG）；總體相互依賴(lài)（TI）；相位鎖定值（PLV）；部分學(xué)習（PL）；整體學(xué)習（WL）；小波變換相干性（WTC）；Granger因果分析（GCA）；額下皮層（IFC）；右側顳頂聯(lián)合區（rTPJ）；前上顳皮質(zhì)（aSTC）；面對面（F2F）；計算機中介通信（CMC）；前額皮質(zhì)（PFC）；感覺(jué)運動(dòng)皮質(zhì)（SMC）。
3.2. 輪流進(jìn)行語(yǔ)音協(xié)調
四項研究調查了在輪流進(jìn)行的語(yǔ)音協(xié)調期間的IBS，并報告了不同的發(fā)現，其中四項中有三項使用EEG（表2）。在關(guān)于語(yǔ)音協(xié)調的早期研究中，Kawasaki等人（2013）顯示，與人-計算機通信任務(wù)的前額區相比，人-人通信條件在側向頂葉和顳區的alpha和theta波段中的IBS增加，并將其解釋為顯示語(yǔ)音節奏同步的時(shí)期。然而，Nozawa等人（2016）強調了集中在前額區域的耦合。Hirsch等人（2018）對比了交互和非交互條件，檢測了血流動(dòng)力學(xué)信號的變化，并在顳上回（STG；負責聽(tīng)覺(jué)處理、語(yǔ)言和社會(huì )認知）和亞中央區域（在語(yǔ)義分析期間活躍-因此在從句法結構中解釋意義中起作用）中觀(guān)察到IBS。IBS與Wernicke的區域（STG）重疊，但不與Broca的區域重疊。
注釋?zhuān)弘娔X腦圖（EEG）；腦間同步（IBS）；女-女（F-F）；男-男（M-M）；女-男（F-M）；人-人（H-H）；人-機（H-M）；基于小波的運動(dòng)偽跡減少（WBMR）；磁腦電圖（MEG）；鏡像神經(jīng)系統（MNS）；加權相位滯后指數（WPLI）；功能性近紅外光譜（fNIRS）；心理生理交互作用（PPI）；顳上回（STG）；亞中央區域（SCA）。
3.3. 合作，問(wèn)題解決和創(chuàng )造力
合作、問(wèn)題解決和創(chuàng )造力對IBS的影響已成為生態(tài)環(huán)境中研究的熱門(mén)話(huà)題（Antonenko等人，2019；Fishburn等人，2018；Lu和Hao，2019；Lu等人，2019a，2019b；Lu等人，2020；Mayseless等人，2019）。七項研究采用了這些實(shí)驗范式（表3），除一項外，所有研究都使用了fNIRS。IBS主要被識別為前額區域（Fishburn等人，2018；Lu等人，2019a；Lu和Hao，2019；Lu等人，2020）或前額及顳頂區域（Antonenko等人，2019；Lu等人，2019b；Mayseless等人，2019；Xue等人，2018）。
Fishburn等人（2018）報告了在共同解決需要共享意圖條件的創(chuàng )造性七巧板拼圖任務(wù)中三人組在PFC區域的IBS。在一系列研究中，Lu和Hao（2019）以及Lu等人（2019a，2019b，2020）廣泛支持Fishburn等人的前額區域同步的發(fā)現，即背外側前額皮質(zhì)（DLPFC），并在合作期間在顳部和頂部區域有額外的同步（Lu等人，2019b），特別是對于女-女伴侶（Lu等人，2020）。相比之下，與僅需要合作的對照條件相比，Mayseless等人（2019）在創(chuàng )造性任務(wù)設計期間發(fā)現了在前前額皮質(zhì)/DLPFC和TPJ區域之間的不對稱(chēng)皮質(zhì)位置的IBS。他們的研究指出，在連接認知控制與鏡像神經(jīng)系統（MNS）和心理化系統（MTS）的位置中，IBS增加了。在一項側重于根據相似創(chuàng )造性水平配對參與者的研究中，Xue等人（2018）發(fā)現，與高創(chuàng )造性的人相比，低創(chuàng )造性配對在前額（右側DLPFC）和右側TPJ區域的IBS更大，可能反映了一種機制，以抵消創(chuàng )造性的限制。
3.4. 自然討論
八項研究在自然設置中進(jìn)行（表4），其中五項使用fNIRS。IBS主要被識別為前額區域（Balconi等人，2020；Jiang等人，2012；Lu等人，2019a；Pérez等人，2019）和顳頂區域（Dai等人，2018；Jiang等人，2015；Kinreich等人，2017；Zhang等人，2018）。在口頭交流的開(kāi)創(chuàng )性超掃描研究之一中，Jiang 等人（2012年）報告稱(chēng)，在面對面對話(huà)中參與的人在左側額下皮層（IFC）區域的腦間同步（IBS）顯著(zhù)增加，而在獨白和/或背對背狀態(tài)下則沒(méi)有。Kinreich 等人（2017年）包括作為夫妻或陌生人配對的雙人口頭交流，結果顯示夫妻之間的神經(jīng)同步與肯定情緒和社交凝視呈正相關(guān)，而陌生人之間的社交凝視時(shí)長(cháng)與肯定情緒呈正相關(guān)，而不考慮口頭/非口頭交互或對話(huà)內容。在少數研究在使用第一和第二語(yǔ)言進(jìn)行對話(huà)時(shí)的 IBS 的研究中，Pérez 等人（2019年）發(fā)現在母語(yǔ)中前中央區域的 alpha 波段中的 IBS 更為集中，在外語(yǔ)中的 IBS 更為分散，這表明根據用于口頭交流的語(yǔ)言代碼，IBS 有所不同。此外，自然范式已擴展到咨詢(xún)模擬中，在 rTPJ 中發(fā)現了咨詢(xún)師和客戶(hù)之間的 IBS（Zhang 等人，2018年），最近在工作場(chǎng)所角色扮演中，也發(fā)現了經(jīng)理和員工在年度績(jì)效評估期間在前額和前極區域之間的神經(jīng)同步（Balconi 等人，2020年）。
4.討論
這次回顧發(fā)現了說(shuō)服力的證據，證明了參與口頭交流的交流者之間的腦間同步性。盡管研究顯示出變異性，反映了每個(gè)實(shí)驗設計固有的區別和評估的感興趣區域，但前額區在語(yǔ)言產(chǎn)生的過(guò)程中表現出增強的刺激，可能與增加的工作記憶負荷和注意力交互有關(guān)，就像顳頂區域一樣，這些區域通常與聽(tīng)覺(jué)處理和社交互動(dòng)有關(guān)（例如，Ahn et al., 2018; Dikker et al., 2017; Gvirts 和 Perlmutter, 2020; Mayseless et al., 2019; Xue et al., 2018）。還討論了 alpha 波活動(dòng)、不對稱(chēng)的入侵模式，以及面對面交流和合作中眼神接觸的重要性。
這些發(fā)現表明，通過(guò)社交互動(dòng)進(jìn)行的學(xué)習不僅僅是傳遞信息，還包括識別情感表達（Carr et al., 2003; Gallese et al., 2004），促進(jìn)交流（Holper et al., 2013; Pan et al., 2018），并建立融洽的關(guān)系（Nozawa et al., 2019）。通過(guò)口頭交流分享知識會(huì )在大腦與語(yǔ)音信封級別以及大腦與大腦級別激發(fā)入侵（Dumas et al., 2010; Pérez et al., 2017），面對面的交流可能有助于社會(huì )和神經(jīng)同步（Bevilaqua 等人，2019；Liu 等人，2019）。這方面的一個(gè)例子是 Liu 等人（2019）觀(guān)察到的左側前額葉皮質(zhì)（PFC）的內部神經(jīng)同步（INS），這被解釋為在需要共享理解協(xié)商的動(dòng)態(tài)人際學(xué)習過(guò)程中，教師和學(xué)生之間信息的共同表征的交互性質(zhì)。
有趣的是，在合作和自然討論設置中發(fā)現的神經(jīng)同步的非對稱(chēng)連接與輪流研究中顯示的相似，特別是在前額和頂部區域之間（Ahn et al., 2018; Mayseless et al., 2019; Pérez et al., 2019）。這表明，在真實(shí)世界的社交互動(dòng)和實(shí)驗條件中，認知和協(xié)調的復雜動(dòng)態(tài)都是一致的，兩者都需要在交談?wù)叽嬖诘那闆r下傳達額外的語(yǔ)言信息（Schoot et al., 2019）。此外，這些突出的皮層區域已經(jīng)與心智理論相關(guān)聯(lián)，其前驅是聯(lián)合注意，被認為是理解我們在與他人的交際社交互動(dòng)中適應他人的心理狀態(tài)和意圖的基礎（Dumas et al., 2011）。
除了涉及社交互動(dòng)的杏仁核、眶前額皮質(zhì)、內側前額皮質(zhì)和顳頂聯(lián)合區外，鏡像神經(jīng)系統（MNS）和心理化系統（MTS）也根據認知和情感需求被暗示（Liu and Pelowski, 2014; Redcay and Schilbach, 2019）。兩種系統都被用來(lái)預測和識別他人的交際信號，并進(jìn)行有效的交流（Mainieri et al., 2013; Minagawa et al., 2018）。MNS（鏡像神經(jīng)系統）參與對社交互動(dòng)至關(guān)重要的認知功能，如相互注視、模仿和手勢，以及目標設定（Koike et al., 2019; Sperduti et al., 2014），而MTS（心理化系統）則與個(gè)人定向和意圖意識的認知過(guò)程相聯(lián)系，這是相互參與的共同調節所必需的（Sperduti et al., 2014）。在社交互動(dòng)期間觀(guān)察到前額和顳頂神經(jīng)區域的激活表明，分別在由口語(yǔ)交流引起的IBS事件期間啟動(dòng)了MNS和MTS。Jiang et al.（2015）在面對面交流中左側額下皮層（IFC）中出現的IBS被認為代表了MNS的開(kāi)始，并被解碼為表達和手勢同步的指標，而Kawasaki et al.（2013）報告的TPJ區域的IBS期間MTS的激活和theta/alpha幅度調制被解釋為顯示社交認知和社交互動(dòng)機制之間的共性。與此一致，Gvirts 和 Perlmutter（2019）最近假設，相互作用的伙伴之間的社交調諧源于主要在TPJ和PFC區域之間的同步，代表相互共享注意的系統。然而，盡管認為鏡像和心理化系統在社交遭遇和神經(jīng)耦合過(guò)程中起著(zhù)互補作用，但兩者之間的相互作用仍然知之甚少（Mayseless et al., 2019; Schilbach et al., 2013; Sperduti et al., 2014）。
Alpha波抑制是最常報告的相位活動(dòng)，特別是在輪流進(jìn)行時(shí)，這可能反映了與聯(lián)合注意和信息處理相關(guān)的短時(shí)記憶和社交協(xié)調，作為交談?wù)邊f(xié)調他們的時(shí)序和節奏所需。觀(guān)察alpha帶抑制和激發(fā)可能被解釋為信息處理過(guò)程中神經(jīng)元激活的一部分（Klimesch, 2012）。有人認為，alpha帶振蕩代表基本的認知過(guò)程，這是由于它們在抑制和時(shí)序中的作用，使得能夠在時(shí)間、空間和上下文中選擇性地訪(fǎng)問(wèn)知識和語(yǔ)義定位（Klimesch, 2012）。因此，參與口頭敘述和自然討論的參與者的抑制報告可能被視為反映在聽(tīng)覺(jué)接收處理和發(fā)音反應準備期間的感覺(jué)運動(dòng)功能和神經(jīng)區域間的協(xié)調，除了在參與者在對話(huà)中協(xié)調他們的貢獻和角色（說(shuō)話(huà)者-聽(tīng)者）轉換以?xún)?yōu)化動(dòng)態(tài)社交關(guān)系時(shí)形成聯(lián)合注意。
人際一致性可能源于較低級別的語(yǔ)音到大腦的鎖定和作為信息以口頭語(yǔ)言的形式從說(shuō)話(huà)者傳輸到聽(tīng)者的共享交際過(guò)程的較高級別的連接（Pérez et al., 2017）。在不同語(yǔ)言和環(huán)境背景下進(jìn)行的被審查研究中，表現出IBS的神經(jīng)位置的相似性，包括第一和第二語(yǔ)言，乍一看與人類(lèi)語(yǔ)言計算的共同神經(jīng)基礎的概念相符，這些基礎共享相關(guān)的神經(jīng)解剖結構（Berwick et al., 2013）。然而，盡管承認即使在口頭敘述的研究中顯示的IBS指向在口頭語(yǔ)言的產(chǎn)生和理解期間神經(jīng)功能的相似性，但也承認由于在說(shuō)話(huà)和聽(tīng)的過(guò)程中IBS的存在是與大腦到語(yǔ)音同步同時(shí)并發(fā)的，因此被識別為語(yǔ)音和理解的標記的神經(jīng)區域可能需要重新考慮以考慮這種同步（Pérez et al., 2017）。
關(guān)于這些問(wèn)題，根據交流者在人際交流中的角色，如輪流互動(dòng)（Ahn et al., 2018）、領(lǐng)導者-跟隨者（Jiang et al., 2015）、使用第一和第二語(yǔ)言（Pérez et al., 2019），或由于在說(shuō)話(huà)和聽(tīng)的過(guò)程中使用了多個(gè)神經(jīng)區域（Pérez et al., 2017），已經(jīng)觀(guān)察到了非對稱(chēng)的同步模式。作為對依賴(lài)于語(yǔ)言選擇的非對稱(chēng)同步的回應，Pérez等人（2019）檢查了第一語(yǔ)言（西班牙語(yǔ)）和外語(yǔ)（英語(yǔ)）中的神經(jīng)與語(yǔ)音信號同步，并發(fā)現大腦相位與更熟練的語(yǔ)言之間的關(guān)聯(lián)性更高。對于母語(yǔ)和外語(yǔ)，也發(fā)現了α波段的腦間耦合；然而，與第二語(yǔ)言相比，第一語(yǔ)言的這種強度更高。此外，通過(guò)顯著(zhù)的同步突顯出來(lái)的神經(jīng)區域在語(yǔ)言和交談?wù)叩慕巧ㄗ鳛檎f(shuō)話(huà)者或聽(tīng)者）之間有所不同。一般來(lái)說(shuō)，母語(yǔ)的同步主要出現在前中央區域，而外語(yǔ)條件記錄了更分散的同步（前、中、顳、頂葉區域）。實(shí)際上，關(guān)于語(yǔ)言切換的研究已經(jīng)報告了前扣帶皮質(zhì)（ACC）和DLPFC的激活，作為說(shuō)話(huà)者從一種語(yǔ)言退出以參與另一種語(yǔ)言（Blanco-Elorrieta et al., 2018）。此外，這些結果可能表明，在處理不同的音位結構時(shí)，語(yǔ)音和理解所需的功能連接的差異，并且與這樣一種信念相聯(lián)系：即語(yǔ)言的認知架構可能需要參與神經(jīng)區域的集合，包括核心和外圍皮層區域，這些區域根據執行的特定語(yǔ)言任務(wù)而共同激活（Fedorenko和Thompson-Schill，2014）。這也可能支持在與意義相關(guān)的更高級別的語(yǔ)言表示期間共享神經(jīng)解剖學(xué)的發(fā)現，但在與聲學(xué)產(chǎn)生和接收相關(guān)的較低級別的語(yǔ)言表示中有更大的分離（Pérez et al., 2017；Pickering和Garrod，2014；Silbert et al., 2014）。
面對面互動(dòng)中眼神接觸的重要性作為一個(gè)調節在知識共享和自然討論范式中腦間同步（IBS）的因素而顯現出來(lái)（Dai et al., 2018; Dikker et al., 2017; Jiang, 2012; Kinreich et al., 2017; Liu et al., 2019）。共享的凝視涉及交流的非言語(yǔ)社會(huì )方面，并且在教育背景中標志著(zhù)在代表更大的人際同步或聯(lián)系的條件下有效傳遞知識的發(fā)生，因此指出了在課堂中結合教師-學(xué)生關(guān)系、互動(dòng)以及配對和小組討論的機會(huì )以促進(jìn)學(xué)習環(huán)境的教學(xué)益處（Dikker et al., 2017）。此外，眼對眼的接觸也與負責語(yǔ)音產(chǎn)生、發(fā)音功能和語(yǔ)音接收的皮質(zhì)區域的活動(dòng)相關(guān)聯(lián)（Hirsch et al., 2017）。最近的證據表明眼神接觸作為交流者注意和情感狀態(tài)的表達以及注意和人際同步的本能形式的重要指標的重要性（Koike et al., 2019）。實(shí)際上，說(shuō)話(huà)者的凝視被認為是通過(guò)嬰兒和成人之間的信息傳遞而被植入人類(lèi)的（Leong et al., 2017）。然而，一些研究也發(fā)現，無(wú)論是否有眼神接觸，當交流者在輪流分享信息時(shí)，大腦波都會(huì )同步（Ahn et al., 2018; Pérez et al., 2017, 2019）。因此，共享凝視的重要性可能依賴(lài)于上下文，并且需要未來(lái)的研究來(lái)澄清根據交流場(chǎng)景的確切聯(lián)系和互動(dòng)。
除了通過(guò)共同的語(yǔ)音節奏刺激進(jìn)行人際同步外，成功的交流需要處理言語(yǔ)表達，這涉及共享注意力和認知處理，因為說(shuō)話(huà)者和聽(tīng)者在相互協(xié)商語(yǔ)言和上下文線(xiàn)索時(shí)參與，試圖實(shí)現相互理解（Pérez et al., 2015, 2017, 2019）。這與合作/協(xié)作的主題相聯(lián)系，這在涉及兩個(gè)或更多參與者的創(chuàng )造性和/或解決問(wèn)題場(chǎng)景的幾個(gè)生態(tài)學(xué)研究中出現。除了說(shuō)話(huà)者-聽(tīng)者的共同注意和協(xié)調外，這些實(shí)驗設置需要更高的認知功能來(lái)完成共享任務(wù)，并且在前額和顳頂區域顯示了IBS（例如，Fishburn et al., 2018; Lu et al., 2020; Mayseless et al., 2019; Xue et al., 2018）。在一個(gè)例子中，Xue等人（2018）在解決問(wèn)題并提出他們的解決方案時(shí)，檢查了有關(guān)創(chuàng )造力的配對組合。在共享意圖的條件下，他們只在低-低配對中發(fā)現了前額皮質(zhì)和右顳頂聯(lián)合（rTPJ）的IBS，他們認為這提供了證據，表明這些配對利用相互理解和合作來(lái)克服他們固有的弱點(diǎn)并產(chǎn)生協(xié)同作用，從而提高性能。前額皮質(zhì)中的IBS激活表明合作者開(kāi)發(fā)了信息的相互解釋?zhuān)驗榍邦~皮質(zhì)，特別是左前額皮質(zhì)，與MTS有關(guān)，并且吸收信息和理解，從而說(shuō)明了它在需要深入相互理解的認知、解決問(wèn)題、情感、社會(huì )和創(chuàng )造性努力中的關(guān)鍵作用。
因此，我們認為，超掃描研究已經(jīng)擴展了知識，不僅僅是觀(guān)察皮質(zhì)功能，而且有助于揭示人類(lèi)交流和理解的共享認知和神經(jīng)過(guò)程。因此，被審查的研究不僅對廣義上的口頭社交交流有意義，而且對于教學(xué)和學(xué)習在知識的傳遞和保留方面也有意義。首先，有效的教學(xué)需要將知識從教育者傳遞給學(xué)習者，當發(fā)送者和接收者建立良好關(guān)系時(shí)，這更有可能發(fā)生，并且可能通過(guò)更高的IBS來(lái)表示。因此，IBS可能是提高教學(xué)效果可能性的一個(gè)標志（Liu et al., 2019）。其次，促進(jìn)面對面交流和眼神接觸的課堂活動(dòng)和配置可能是一種改善IBS和社交互動(dòng)并增加教育參與度的方法（Dikker et al., 2017）?？紤]到先前的知識，可能會(huì )進(jìn)一步改善人際同步，但數字和計算機中介的通信設置可能需要修改行動(dòng)方案（Liu et al., 2019）。關(guān)于組成，很少有證據發(fā)現熟人和性別對IBS和交流的影響（Nozawa et al., 2016），但最近的研究表明，女性的IBS增加可能代表她們在解決創(chuàng )造性問(wèn)題時(shí)增強的行為互動(dòng)、注意力和對伙伴的考慮（Lu et al., 2020）。
5.限制和未來(lái)研究的建議
有人擔憂(yōu)如何區分由生理和運動(dòng)信號相關(guān)的人為同步產(chǎn)生的IBS和同步。已經(jīng)使用了許多分析技術(shù)和實(shí)驗方法來(lái)解釋和分離參與者腦波之間同步的起源，包括回歸分析，檢查淺層和深層信號（Nozawa et al., 2016），并建立限制運動(dòng)、手勢和面部表情的環(huán)境（Pérez et al., 2017）。因此，本次審查中包括的研究采取了措施，通過(guò)過(guò)濾和使用標準化技術(shù)（如小波變換）來(lái)解釋生理偽跡和記錄信號中的噪聲。此外，由于說(shuō)話(huà)（最有可能導致偽跡）在交流者之間很少同時(shí)發(fā)生，因此不太可能是相位振蕩同步的源頭（Nozawa et al., 2016）。此外，使用假發(fā)現率（FDR）統計程序控制小樣本中的I型錯誤可能導致低估錯誤拒絕零假設的預期比例。這一點(diǎn)引出了樣本量小和缺乏在不同人群、國家和隊列中復制實(shí)驗條件的研究的問(wèn)題，以確定結果是否適用于不同年齡、性別、文化和語(yǔ)言群體。
我們承認，這次審查排除了在口頭交互過(guò)程中進(jìn)行IBS的fMRI研究的包含。這其中一個(gè)原因是由于fMRI在交流者之間的互動(dòng)實(shí)驗中的使用較少，因為掃描儀的限制限制了在生態(tài)環(huán)境中從兩人或多人研究中收集實(shí)驗數據的活動(dòng)（Koike et al., 2015；Mu et al., 2018；Wang et al., 2018）。然而，Spiegelhalder et al.（2014）提供了一個(gè)值得注意的例外，利用fMRI在實(shí)時(shí)口頭交流環(huán)境中比較體素簇，并報告了與語(yǔ)音產(chǎn)生和聽(tīng)覺(jué)區域相關(guān)的IBS。此外，在與語(yǔ)音相關(guān)的大腦活動(dòng)中激活了聽(tīng)覺(jué)皮層，這表明說(shuō)話(huà)者可能在聽(tīng)自己說(shuō)話(huà)，而在進(jìn)行對話(huà)時(shí)，包括想象自己的生活事件時(shí)，啟動(dòng)了主視覺(jué)皮層，這被認為代表對指導文本的注意或視覺(jué)形象。因此，盡管與他們的實(shí)驗設計和設備相關(guān)的限制，他們的研究揭示了與使用其他神經(jīng)成像技術(shù)的實(shí)驗中發(fā)現的類(lèi)似的神經(jīng)耦合的證據。
此外，盡管IBS可能增強口頭交流中的相互理解，但尚未顯示IBS是共享理解的要求（Pérez et al., 2019）。這涉及到關(guān)于估計同步估計的方向性的問(wèn)題。因此，一些研究已經(jīng)結合了GCA和自回歸方法來(lái)模擬交流者之間的因果關(guān)系，盡管還需要進(jìn)一步研究（Ahn et al., 2018）。最后，到目前為止，還沒(méi)有標準的計算模型存在于分析超掃描數據的時(shí)空動(dòng)態(tài)。許多研究選擇口頭交流期間的不同時(shí)間段來(lái)研究神經(jīng)同步，并主要采用傳統的統計方法，如方差分析和相關(guān)技術(shù)，來(lái)比較不同位置和條件下的同步并評估關(guān)聯(lián)（例如，Dikker et al., 2017；Jiang et al., 2012；Lu et al., 2019）。因此，我們在社交口語(yǔ)交流過(guò)程中從神經(jīng)一致性和夾帶階段的分析中識別模式和解釋時(shí)空動(dòng)態(tài)的程度仍然不完整。為此，Pan 等人（2020）的最近研究成功地利用機器學(xué)習來(lái)分類(lèi)對比教學(xué)條件下的腦-腦耦合。
為了進(jìn)一步推進(jìn)和深化口頭交流中的IBS文獻，未來(lái)的研究建議包括：
1 分析語(yǔ)音在音位、形態(tài)、句法和語(yǔ)義層面，以研究語(yǔ)言?xún)热莸念?lèi)型和形式（如語(yǔ)義歧義（MacGregor et al., 2020））是否與IBS相關(guān)，聲學(xué)分析在運動(dòng)和認知聽(tīng)覺(jué)信號產(chǎn)生和處理的重要性也可能如此。
2 研究來(lái)自不同語(yǔ)言群體和文化背景的參與者，以在更廣泛的背景中分析口頭交流的過(guò)程，并提高口頭交流期間超掃描的普遍性。此外，擴大對外語(yǔ)環(huán)境的研究可能會(huì )提供關(guān)于成功人際交流背后的對比神經(jīng)激活和配置的見(jiàn)解，在許多新的生態(tài)有效的語(yǔ)言環(huán)境中。
3 操縱實(shí)驗條件以更仔細地檢查MNS-MTS接口（Schilbach et al., 2013）可能提供有關(guān)社交交流期間它們之間相互作用的見(jiàn)解。
4 這些超掃描研究的發(fā)現可能具有重要的臨床意義，并提供有關(guān)社交交流期間出現的缺陷或功能障礙的見(jiàn)解；例如，使用神經(jīng)反饋訓練語(yǔ)音障礙的人（Crum, 2020; Pan and Cheng, 2020; Wang et al., 2020）。
5 除了Bevilacqua et al.（2019）和Dikker et al.（2017）之外，大多數研究都集中于分析在一次實(shí)驗中進(jìn)行的數據。因此，納入縱向研究設計，以檢查參與者在響應各種條件的情況下IBS的演變，可能會(huì )提供有關(guān)IBS進(jìn)展的重要見(jiàn)解。
6 新興的虛擬和增強現實(shí)技術(shù)可能提供實(shí)施富有想象力的實(shí)驗條件的機會(huì )，并納入創(chuàng )造性的社交和語(yǔ)言場(chǎng)景（Czeszumski et al., 2020）。
7 最近開(kāi)發(fā)的適用于時(shí)空數據的神經(jīng)形態(tài)計算技術(shù)和用于皮層連接數據可視化的專(zhuān)用深度學(xué)習方法（Kasabov et al., 2016; Doborjeh et al., 2018, 2019）代表了有前途的未來(lái)方法。例如，可以在類(lèi)似NeuCube的腦啟發(fā)式脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )（SNN）模型中測量和可視化多個(gè)主題在IBS之前和之后的演變連接性（Kasabov, 2014, 2018），以追蹤和理解語(yǔ)言交流的動(dòng)態(tài)和效果。
6.總結和結論
本文檢查了之前學(xué)者提出的關(guān)于口頭交流的超掃描研究可以學(xué)到什么的疑問(wèn)，并報告了神經(jīng)科學(xué)研究的主要發(fā)現，這些研究涵蓋了通過(guò)口語(yǔ)進(jìn)行的不同類(lèi)型的人類(lèi)社交交流，并將發(fā)現分類(lèi)為三種不同的研究范例：知識共享、輪流交談和自然討論。我們得出的結論是，研究口頭交流期間的IBS的超掃描研究通過(guò)將理論啟發(fā)的實(shí)驗框架與各種語(yǔ)境中的實(shí)證數據相結合，推進(jìn)了我們對人際同步的理解。最后，通過(guò)解決有關(guān)通過(guò)口頭語(yǔ)言進(jìn)行的社交交流中IBS的相關(guān)問(wèn)題，并采用創(chuàng )新的分析技術(shù)，未來(lái)的研究將從一個(gè)堅實(shí)的基礎出發(fā)，進(jìn)一步探索這一令人興奮且富有成果的人類(lèi)理解研究領(lǐng)域的邊界。
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