Wavelet Transform Coherence Under Controlled Temporal Correspondence and Social Co-Presence: Implications for fNIRS Hyperscanning

人类天生具有连接的本能。当我们与他人分享一个时刻时，无论是交谈、共同的大笑，还是协调一致的动作，我们的身体往往会步调一致。我们可能会同时前倾，或者匹配彼此的呼吸，亦或是同步移动双手。科学家称之为“人际同步”（interpersonal synchrony），这是一种我们的行为甚至内部生物节律趋于一致的现象。近年来，研究人员通过观察大脑内部，将这一观察提升到了一个新的高度。利用一种可以测量大脑血流量的便携式技术，他们现在可以同时记录两个人在互动时的神经活动。这种被称为“超扫描”（hyperscanning）的方法揭示了，当人们建立连接时，他们的大脑波形似乎也会同步。但一个关键的问题仍然存在：这种大脑间的匹配是因为两人真正地在相互影响，还是仅仅因为他们都在对同一个任务或环境做出反应？

为了回答这个问题，意大利特伦托大学的一个研究小组设计了一个精心的实验，来测试我们如何衡量这种大脑连接。他们专注于一种用于比较大脑信号的特定数学工具，称为“小波变换相干性”（wavelet transform coherence）。这个工具就像一把高精度的尺子，检查两个大脑信号是否在不同的速度下随时间同步运动。研究人员想知道，这把尺子能否可靠地检测出旨在匹配的信号与旨在不同的信号之间的差异。更重要的是，他们想看看另一个人的存在是否改变了大脑的工作方式，以及这种改变是否影响了测量本身。通过将简单任务的时序性与与伙伴共同完成该任务的社交体验分离出来，他们发现，我们衡量大脑同步性的方式与发生的社交语境有着深刻的联系。

这项研究涉及了44名成年人，他们被分为22组对。每个人都佩戴着一个配备了传感器（用于测量大脑运动区域血流量）的帽子。运动区域是负责控制运动的区域。他们还戴着耳机听一系列的鸣笛声。任务非常简单：每当听到一个音调时，他们就在按键上敲击手指十秒钟；当音调停止时，他们保持不动。研究人员创建了一种由重复的音调和沉默组成的特定模式。其中一些区块具有相同的时序结构，而另一些则具有不同的结构。目标是观察来自匹配区块的大脑信号是否看起来比来自非匹配区块的信号更相似。

实验在两种截然不同的设置中进行。首先，每个人都在安静的房间里独自执行敲击任务。随后，这对搭档在并排坐着的情况下共同执行相同的任务，能够看到彼此手的移动，但被指示不要交谈或刻意协调动作。这种设置使研究人员能够比较同一个人单独执行任务与与伙伴共同执行任务时的脑信号，并比较两个不同的人在共同执行任务与分开执行任务时的信号。

结果清晰地展示了大脑如何响应这一简单的运动任务。当人们敲击手指时，大脑中控制运动的对侧部分会被激活，这正是科学家所预期的现象。无论是在单独行动还是与伙伴在一起时，情况都是如此。然而，当他们在一起时，出现了一个显著的差异。在共同进行的环节中，与敲击手同侧的大脑部分也变得活跃。这表明，仅仅是另一个人的存在并观察同一项任务，就会改变大脑执行运动的方式，从而招募那些在独自行动时保持静止的额外区域。

最令人惊讶的发现来自于对大脑信号匹配性的分析。当研究人员观察独自执行任务的人的数据时，测量工具未能区分匹配区块和非匹配区块。尽管敲击的时序受到严格控制，且不同的区块具有不同的结构，但大脑信号并未显示出工具能够检测到的清晰相似模式。这些信号过于多变，无法辨别差异。

当参与者共同执行任务时，情况发生了彻底的变化。在共同进行的环节中，测量工具成功识别出了匹配的区块。具有相同时序结构的时期，其大脑信号显示出比不同结构的时期强得多的连接。这种效应在脑的运动区域最为强烈。至关重要的一点是，这种检测能力的提升不仅发生在两人之间，也发生在同一个人体内。当单个个体在有伙伴在场的情况下执行任务时，他们自身的大脑信号变得更加一致，并且更容易与其他类似的区块相匹配。

这一发现挑战了“大脑同步是一种简单的、与语境无关的连接度量”这一观点。研究人员发现，伴侣的社会存在改变了个体大脑信号的本质。伙伴的存在似乎使大脑对任务的反应变得更加一致和有序。因此，用于衡量同步性的工具变得更加敏感。并不是说两个人突然以某种此前不存在的神奇方式“同步”了，而是社交语境改变了个体信号本身，使得潜在的时序模式变得更加清晰可见。

研究还观察了该工具在比较不同人之间的表现。当伙伴们被分别测试时，该工具几乎没有发现他们的脑信号基于任务结构而产生匹配的证据。然而，当他们在一起执行任务时，工具检测到了明显的匹配信号增加，特别是在运动区域。这证实了虽然共享的任务可以创造一些相似性，但身处同一空间的行为显著放大了这种效应。

这些结果表明，当我们看到两个大脑同步运动时，我们不能假设这完全是由于深层的人际纽带或直接的神经连接所致。社交环境本身塑造了信号。另一个人的存在可以改变个体大脑处理任务的方式，使信号变得更加一致，从而更容易被检测为同步。这意味着，大脑同步性的度量标准不仅仅是两个个体之间空间的窗口，也是每个人大脑在特定社交时刻内如何运作的反映。

研究人员得出结论，用于衡量大脑连接的工具必须谨慎解读。它们不是给出相同读数的中立尺子。相反，它们对大脑工作的功能性和社交语境非常敏感。该研究表明，社会共存（social co-presence）可以改变个体神经信号的时间动态，实际上改变了构建同步性指标的基础原材料。这一见解对于理解人类互动至关重要，它提醒我们，大脑并非在真空中运行。当我们与他人建立连接时，我们的大脑不仅仅是在链接，而是在发生改变。在一起的行为重塑了神经景观，创造了一个更具连贯性和同步性的信号，反映了人类共享体验的复杂性。