A Multi-Stage EEG Hyperscanning Connectivity Framework for Robust Estimation of Inter- Brain Networks
本研究引入了一种用于超扫描脑电图（EEG）分析的多阶段鲁棒框架，该框架能够有效过滤环境与运动混杂因素，以揭示在音乐排练与节奏表演过程中，beta 和 gamma 频段的脑间连通性如何在领导者与跟随者角色之间进行动态重构。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
当人们共同演奏音乐时，他们不仅仅是在同一时刻敲击音符；他们似乎还共享着一种单一且流畅的节奏感。几十年来，科学家们一直想知道这种共同的感觉是否具有大脑中的物理基础。为了对此进行调查，研究人员使用了一种称为“超扫描”（hyperscanning）的技术，即在多人互动时同时记录他们的脑活动。然而，挑战在于如何将真正的连接与单纯的巧合区分开来。如果两名鼓手正在聆听同一个节拍并以相同的节奏移动双手，他们的脑电信号看起来可能同步，仅仅是因为他们在对同一种外部声音做出反应并进行相同的肢体动作，而不是因为他们的思想真正联系在了一起。将这些共同的感官和运动效应从真正的社交连接中剥离出来，是该领域的核心难题。
来自维尔纽斯大学和雅泽普斯·维托尔斯拉脱维亚音乐学院的研究人员的一项新研究通过开发一种严谨的多步骤方法来解决这一难题，旨在过滤掉噪声并寻找真实互动的信号。该团队记录了一名专家爵士鼓手与二十七名不同搭档共同演奏时的脑活动。他们专注于音乐过程中的两个不同阶段：排练阶段（两人练习并学习如何协作）以及节奏表演阶段（两人演奏一段具有严格时值的结构化乐曲）。为了确保结果的真实性，研究人员不仅观察了音乐演奏环节，还记录了鼓手独自演奏或与机器配合演奏的情况，通过建立对照条件来识别哪些脑电模式是由音乐本身或击鼓动作引起的，而非由两人之间的社交连接引起的。
研究人员构建了一个复杂的数据分析流程，剔除了出现在对照实验中或在不同场次间不稳定的连接。他们寻找两种类型的脑间通信：一种是脑波锁定的同步节奏，另一种是其中一个大脑似乎在预测或引领另一个大脑的有向流动。通过过滤掉共享声音和动作带来的背景噪声，他们发现脑对脑的连接在特定的高频范围（即 Beta 和 Gamma 频段）最为强烈。这些频率与快速的感官运动协调和快速调整有关，表明大脑利用快速振荡来实时跟上伙伴的步伐。
研究显示，这种连接的性质会根据音乐家的行为而发生剧烈变化。在节奏表演期间，这种连接主要是单向的。专家的领导者大脑对跟随者的脑部表现出强烈的、有向的影响，特别是在较高的 Gamma 频率上。这表明在紧密且结构化的表演中，领导者驱动着节奏，而跟随者的脑部则向该方向对齐。相比之下，排练阶段则展现出了完全不同的模式。在此阶段，连接变得更加互惠，双方的大脑都在进行双向的影响。跟随者的脑部在练习过程中参与度更高，表现出更广泛且更复杂的连接，因为他们正在共同摸索节奏。
这些发现表明，大脑与他人建立连接的策略会根据任务的不同而改变。当目标是精确、结构化的协作时，大脑依赖于清晰的“领导者-跟随者”动态关系。当目标是学习和适应时，大脑则会进行更平等、更频繁的双向对话。研究人员还注意到，这些模式在额叶和顶叶区域最为显著，这些区域是负责注意力、规划和协调运动的区域。通过使用严格的控制手段来消除共享听觉和运动的影响，这项研究为人类大脑在社交互动中究竟如何链接提供了更清晰的图景。它表明，音乐组合的“共享思维”并非一种静态状态，而是一个根据练习或表演的不同而不断重新配置自身的动态系统。
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