張文莉唐紅紅劉 超買曉琴

（1中國人民大學心理學系，北京 100872） （2北京師范大學認知神經(jīng)科學與學習國家重點實驗室，北京 100875）

多人交互同步記錄技術在大腦神經(jīng)活動測量中的應用*

張文莉1唐紅紅2劉 超2買曉琴1

（1中國人民大學心理學系，北京 100872） （2北京師范大學認知神經(jīng)科學與學習國家重點實驗室，北京 100875）

多人交互同步記錄是一種新技術，可以實現(xiàn)同時對多人的腦活動進行測量，現(xiàn)已被越來越多地應用到社會交互的研究中。本文從不同技術角度出發(fā)，回顧已經(jīng)發(fā)表的有關多人交互同步記錄的研究，從中可以了解不同的腦活動記錄技術是如何被應用到各種實驗范式中，以及人腦間是如何動態(tài)交互的。同時本文也對不同的多人交互同步記錄技術的優(yōu)缺點進行了比較。鑒于該方法的優(yōu)勢，其在未來的社會交互研究中具有廣泛的應用前景。

多人交互同步記錄，社會交互，腦活動記錄儀器。

人與人之間的社會交互被認為是社會認知的核心特征。研究人腦在社會交互過程中如何動態(tài)活動，不僅可以深入了解我們的社會本質，而且可以幫助改善一些人的社會生活質量，比如自閉癥兒童。近十年來，腦成像技術取得了快速的發(fā)展，比如功能性磁共振成像 （functional magnetic resonance imaging,fMRI） 和高時間分辨率腦電（High-resolution electroencephalography,HREEG），這些技術能夠測量大腦活動的血流量或神經(jīng)電信號，從而被廣泛地應用到社會交互的研究中，為更深入地分析記憶、決策以及其他認知活動的神經(jīng)機制提供了條件。然而，以前的實驗任務大多是孤立地測量其中一個被試的行為和神經(jīng)活動，因此當多名被試進行合作、競爭或交流時，他們之間的真實互動過程并不能被直接測量到。為了更好地考察個體間進行合作、競爭等社會性行為時的神經(jīng)機制，對不同被試間的大腦交流過程進行直接觀察是十分有必要的。研究者們已經(jīng)開始使用一種新的方法，對社會交互任務中的不同被試進行同時的、多人的記錄，從而直接掃描到被試交流時的神經(jīng)活動過程，這個新的方法稱為多人交互同步記錄（hyperscanning） （Montague et al.,2002），采用的儀器包括腦電儀、功能性核磁共振儀以及近紅外光學成像儀 （Near-infrared spectroscopy,NIRS）。

1 不同儀器的多人交互同步記錄

1.1 多EEG同步記錄

所有已經(jīng)發(fā)表的多EEG同步記錄的研究，使用的都是一個實驗室的多臺EEG設備。由于多臺EEG記錄相同的刺激信號，記錄數(shù)據(jù)時所用的采樣率也相同，并且所有的儀器都經(jīng)過校準，從而可以解決不同EEG系統(tǒng)的敏感性不同這個問題。而且EEG設備相對輕便，價格又相對便宜，所以多EEG交互同步記錄更容易實現(xiàn)。圖1是多EEG同步記錄設備。

1.2 多fMRI同步記錄

多fMRI同步記錄的一個主要問題是在同一個實驗室，很難獲得多個磁共振儀器。而且不同儀器間的某些特性 （例如局部梯度強度、頭線圈的靈敏度、磁場強度等）不同，都有可能會產(chǎn)生較大的相互影響 （Montague et al.,2002）。圖2是第一篇發(fā)表的多fMRI同步記錄研究中使用的裝置。

由于fMRI儀器比較昂貴，為了節(jié)約成本，使實驗更為高效，Lee，Dai和Jones（2012）提出了一個多fMRI儀器的設想，他們采用一個新穎的雙卷頭線圈，使得一個fMRI設備同時收集兩個大腦信號的設想變成現(xiàn)實，這極大地推動了fMRI研究技術的進步。圖3是使用一個fMRI同時記錄兩人腦活動的儀器。

1.3 多NIRS同步記錄

近紅外技術作為腦成像技術已被應用到不同的研究領域，例如，測量血氧水平依賴 （Blood oxygen-level dependent,BOLD）反應 （Emir,Ozturk,&Akin,2008;Huppert,Allen,Diamond,&Boas, 2009）、人機接口 （Sitaram et al.,2007），以及對靜息狀態(tài)的分析 （Lu et al.,2010;White et al., 2009;Zhang et al.,2010）等。已經(jīng)發(fā)表的文章中實現(xiàn)多NIRS同步性的方法和多EEG同步記錄很相似 （Funane et al.,2011），但是設備間的不同敏感度需要一個校準的過程。最近的研究提出一個解決方法，把一個NIRS設備分為兩部分，同時對兩個被試進行記錄 （Cui,Bryant,&Reiss,2012），從而一個儀器就可以實現(xiàn)同步化。圖4就是單一儀器下的多NIRS同步記錄。

圖1 多EEG同步記錄設備。（A）多EEG設備結構圖，可以同時收集四名被試的腦電數(shù)據(jù) （Babiloni et al.,2011）； （B）是使用兩個EEG設備對兩人腦電數(shù)據(jù)進行同步記錄 （Dumas,Nadel,Soussignan,Martinerie,&Garnero,2010）。

圖2 多fMRI同步記錄設備結構圖 （Montague et al.,2002）。fMRI客戶端計算機控制刺激的呈現(xiàn)，將橘汁通過注射泵送到被試的嘴巴里，客戶端之間信息的交流和傳遞則由多人交互同步記錄服務器控制。

圖3 多fMRI同步記錄的新儀器 （Lee et al.,2012）.（A）雙卷頭線圈； （B）開始同步記錄前的準備。

圖4 多 NIRS同步記錄設備 （Cui et al.,2012）。

2 多人交互同步記錄的研究成果

多人交互同步記錄技術主要應用于社會交互的研究，根據(jù)所用的測量技術各自的特點，可以從不同的角度去解釋社會互動中人們的行為和大腦活動。如EEG主要從腦電波變化的一致性，fMRI主要從大腦活動血流量的相關性和一致性，NIRS主要從大腦含氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白變化的一致性出發(fā)，解釋多人交互中的大腦活動一致性和行為表現(xiàn)的關系以及其對行為預測的意義和作用?，F(xiàn)在該技術被廣泛應用于與博弈論、運動及情緒相關的社會交互研究中。

2.1 與博弈論有關的社會交互

2.1.1 簡單欺騙游戲和信任游戲

研究者們最早使用多fMRI交互同步記錄技術研究與博弈論有關的社會交互。Montague等（2002）使用多fMRI同步記錄對兩被試在簡單欺騙游戲中的腦活動進行探究，結果表明， “欺騙者（sender）”和 “被欺騙者 （receiver）”的前運動區(qū)均出現(xiàn)激活。這是第一個使用多fMRI同步記錄的研究。

King-Casas等 （2005）對信任游戲 （Trust Game）進行了研究，通過對尾狀核活動的分析發(fā)現(xiàn)被信任者的返還錢數(shù)可以很好地預測下一輪的投資。而且經(jīng)過游戲的前幾個回合，知道投資結果的被試其 “信任意圖”更加明顯。Tomlin等 （2006）研究如果在實驗前兩玩家見過面，這是否會引起信任游戲實驗結果的不同，并對兩玩家的腦活動進行同時測量。結果發(fā)現(xiàn)當被試看到自己的決策時會引起中部扣帶回區(qū)域的最大激活 （自我-特定反應），但當被試們看搭檔的分配結果時會引起前扣帶回和后扣帶回的最大激活，而且實驗前見過面和未見面這兩組被試均展現(xiàn)了相同的激活模式，主要定位在扣帶回，這說明扣帶回的激活和被試們之前的社會交流無關。有假設認為如果這個實驗的被試是一組和正常人區(qū)別很大的人 （比如孤獨癥），這個游戲會得出不同的腦活動結果。

為檢驗這樣一個現(xiàn)象，Chiu等 （2008）使用多fMRI同步記錄對信任游戲范式進行了研究。實驗中有兩組被試，一組是患有自閉癥障礙的病人，另一組是正常的控制組。結果表明，在多輪的信任游戲中，之前研究發(fā)現(xiàn)的高自我-特定反應并沒有在高功能自閉癥男性的扣帶回中發(fā)現(xiàn) （Tomlin et al.,2006）。但是當給自閉癥患者看搭檔的決策時，其扣帶回反應和正常人一致，說明他們的自我反應并沒有完全消失。這表明，在多輪信任博弈游戲中，雖然自閉癥患者表現(xiàn)自己行為意圖的能力受損，但是仍能夠表征他人行為。也就是說，盡管不能表現(xiàn)自己的意圖，但是表征他人簡單行為的能力仍然存在。

因此，使用多fMRI同步記錄技術對博弈范式下被試間的交流進行研究，可以幫助我們更好的了解自閉癥患者交流的本質，為進一步改善他們的交流狀況提供腦依據(jù)。

2.1.2 囚徒困境

一些研究者使用多EEG同步記錄囚徒困境范式中的腦活動，以研究決策的神經(jīng)機制 （Astolfi et al.,2010b;Astolfi et al.,2009;Babiloni et al., 2007;De Vico Fallani et al.,2010）。研究結果發(fā)現(xiàn)與靜息狀態(tài)相比，在不同的任務階段，背外側、前額和眶額的頭皮區(qū)記錄的腦電更加活躍。尤其指出的是，四種條件 （純合作，純損失，一報還一報，或混合行為）中，純損失條件下被試的皮層活動要顯著高于其他條件。通過局部定向一致性估計腦間的互動過程發(fā)現(xiàn)，所有被試的前額頭皮區(qū)在合作條件下有更顯著的聯(lián)結，但在損失條件下幾乎沒有聯(lián)系。Astolfi等 （2010a）用高分辨率多EEG同步記錄對26對被試的腦電活動進行研究，采用的是囚徒困境的變式——斗雞博弈。相對于囚徒困境，該游戲在雙方共同背叛時會產(chǎn)生更嚴厲的懲罰。對功率譜的分析發(fā)現(xiàn)，與合作條件相比，損失條件和一報還一報條件下的被試在θ頻帶會產(chǎn)生更顯著的皮層活動。

2.1.3 公共物品博弈和最后通牒博弈游戲

Chung，Yun和Jeong（2008）使用多EEG同步記錄被試進行公共物品博弈時的腦電活動，結果表明在做出決策前，合作者的前額頭皮區(qū)腦電活動增強，這個結果和之前囚徒困境中觀察到的前額頭皮區(qū)的活動相吻合。Yun，Yun和Jeong（2010）使用最后通牒博弈范式，發(fā)現(xiàn)額中央頭皮區(qū)高頻率帶的腦電活動增強，而且分配者和接受者的腦間聯(lián)結也增多。

總之，與博弈論有關的多EEG同步記錄的研究得出了相對一致的結果，不管是囚徒困境、公共物品博弈還是最后通牒任務，被試的前額葉區(qū)都得到激活。這說明，前額葉區(qū)是參與多人決策的一個非常重要的腦區(qū)。

2.2 與運動有關的社會交互

2.2.1 手部運動的同步交流

Tognoli，Lagarde，DeGuzman和Kelso（2007）最早使用多EEG同步記錄對手部運動進行研究，實驗中兩個被試在看到或沒有看到彼此時做有節(jié)奏的手指運動的時候同步記錄他們的腦電活動，結果發(fā)現(xiàn)當被試可以看到彼此的時候，他們可以相互協(xié)調他們的行為。更有趣的是，研究者們發(fā)現(xiàn)了一對位于右上中央頂皮層的振蕩成分 （phi1和phi2），這對成分可以區(qū)分有效和無效的協(xié)調：獨立行為的時候phi1增加，而協(xié)調行為的時候phi2增加。此外，mu成分和理解及協(xié)調運動有關，因此在調節(jié)社會交互中起著重要的作用。

Naeem，Prasad，Watson和Kelso（2012）通過操縱不同任務來看是否會產(chǎn)生mu波的同步變化，對兩被試的腦電活動進行同時記錄。首先被試在看不到對方手部運動的情況下以自己感到舒服的頻率隨意進行手指運動，然后在看得到對方手部運動的情況下做三種手指運動任務： （1）保持自己的頻率運動 （忽略對方的）， （2）和對方同步運動，（3）保持手指運動與對方有180°的相位差。結果發(fā)現(xiàn)協(xié)調程度會影響10-12 Hz的mu波活動，尤其是在右腦的中頂葉。這種右側化機制似乎和整合雙方的共同信息有關，從而保證社會交互的動態(tài)性。

Dumas等 （2010,2011）使用多EEG對某一時間段內(nèi)被試的手勢互動以及相關的腦活動進行同步記錄，發(fā)現(xiàn)腦電波幅的同步性和兩大腦互動過程中右中頂葉頭皮區(qū)出現(xiàn)的a波 （7-12 Hz）有關。以上關于手指運動的多EEG同步記錄的研究共同揭示了右中頂葉區(qū)主要負責識別和編碼他人動作，它的激活使人們更好地實現(xiàn)和他人行為的同步。

2.2.2 按鍵反應時被試的時間同步性

近年來，多NIRS技術取得飛速發(fā)展，越來越多的研究者開始使用多NIRS同步記錄技術對按鍵反應進行研究。Funane等 （2011）要求被試們聽到聲音線索后，在心中默數(shù)十秒做出按鍵反應，每個反應后都會出現(xiàn)反饋信息，被試們要根據(jù)反饋調整自己的反應時間，以盡可能和同伴同時做出反應。研究結果表明，兩被試大腦的同步激活情況和他們在合作任務中的表現(xiàn)有關，當兩被試前額葉皮層的激活在時間和空間上的同步性增加時，他們按鍵的時間間隔會更短。

Cui等 （2012）使用多NIRS同步收集雙人合作和競爭游戲中的大腦活動，測驗了兩種情境下的結果，一種情境是只有兩被試按鍵的反應時差值小于閾值時才能獲得得分，否則兩人都輸分，即要求他們合作，另一種是要求被試盡可能快的做出按鍵反應，快的被試得分，慢的輸分，即要求他們競爭。結果表明：在合作任務中，被試們右額葉皮質的NIRS信號的聯(lián)結增多，而且聯(lián)結越多，合作表現(xiàn)越好，但在競爭任務中沒有出現(xiàn)這種聯(lián)結。

Cui等 （2012）的結論告訴我們雙人合作時，他們的腦區(qū)活動是同步的，但是這種神經(jīng)同步性是否和搭檔的性別有關呢？為驗證這個猜測，Cheng，Li和 Hu（2015）使用多 fNIRS同步記錄對兩人（女-女,女-男,男-男）合作時的腦區(qū)同步性進行研究。結果發(fā)現(xiàn)：在合作行為上，男-男之間的合作＞女-男之間的合作＞女-女之間的合作；在腦活動上，當和不同性別的搭檔 （女-男）進行合作時，前額區(qū)（額極皮層、眶額葉皮層、左背外側前額葉皮層等）會出現(xiàn)顯著的和任務相關的腦間一致性，然而性別相同的搭檔間沒有發(fā)現(xiàn)該一致性。這說明性別相同和性別不同的搭檔在合作時，他們的神經(jīng)活動是不同的。

當三個及以上人進行交流時，領導是如何產(chǎn)生的呢？這其中的神經(jīng)機制是怎么樣的呢。Jiang等（2015）招募了11個三人組進行無領導小組討論，同時使用多fNIRS記錄他們討論時的腦活動，以此來研究腦間的神經(jīng)同步性是否會對領導的出現(xiàn)產(chǎn)生作用，以及神經(jīng)同步性和領導的出現(xiàn)是否和溝通的頻率或者質量有關。結果發(fā)現(xiàn)，領導者-追隨者在左側顳頂聯(lián)合區(qū) （lTPJ）上的神經(jīng)同步性明顯高于追隨者-追隨者。而且，如果是領導者發(fā)起的溝通過程，那么其領導者-追隨者的神經(jīng)同步性會顯著高于由追隨者發(fā)起的溝通，這種神經(jīng)同步性主要和領導者的溝通技巧和能力有關，而不是溝通頻率。因此得出，領導之所以出現(xiàn)是因為他們在正確的時間溝通的讓人信服。

2.2.3 模仿過程中兩大腦間的聯(lián)結

之前已有研究對人類的模仿行為進行探究，但是由于技術的限制，大多數(shù)研究都只是對模仿者進行觀察 （Arbib,Billard,Iacoboni,&Oztop,2000;I-acoboni,2006;Molenberghs,Cunnington,&Mattingley,2009）。Holper，Scholkmann和Wolf（2012）使用多NIRS同時對模仿者及被模仿者之間的互動進行記錄。兩被試面對面做，用右手進行按鍵反應。在模仿條件下，被模仿者隨意用五個手指中的任一個按鍵，模仿者要求盡可能快地用同樣的手指按鍵?？刂茥l件下，各自按鍵即可，不需要觀察對方的按鍵情況。為了控制手指按鍵順序以及兩被試按鍵時間不同步的影響，這兩個任務后又增加了兩個相應的任務，與模仿條件相對應的任務中，被試要按照事先規(guī)定的手指運動順序進行按鍵，比如拇指、食指、小指、中指、無名指，與控制條件對應的任務中，兩者的手指運動順序被事先規(guī)定為相同的。實驗中同時對兩被試前運動皮層 （premotor cortices,PMC）的活動進行記錄，結果發(fā)現(xiàn)： （1）和控制條件相比，模仿條件下模仿者和被模仿者的腦活動有更大的一致性； （2）模仿條件下，與固定按鍵手指順序相比，被試自發(fā)的按鍵會引起一致性的增大。研究者進一步使用格蘭杰 （Granger）因果分析方法對腦間的功能性聯(lián)結進行估計，結果發(fā)現(xiàn)： （3）與控制條件相比，模仿條件下的Granger因果關系更大，即模仿條件下被模仿者的腦激活程度可以更好地預測模仿者的腦活動； （4）模仿條件下，對固定手指按鍵順序和不固定按鍵順序時被試的反應進行分析，發(fā)現(xiàn)不固定順序時被模仿者的手指運動信號會在更大程度上增加Granger因果關系。

2.3 與情緒有關的社會交互

2.3.1 眼神接觸

眼神接觸被認為是被試間交流的一個重要標志，能夠傳遞重要的情緒信息。當一個被試隨著另一個被試的眼神看向同一物體時，共同注意就產(chǎn)生了 （Materna,Dicke,& Thier,2008）。Saito等（2010）的研究中，屏幕上半部分是對方的眼睛，下半部分是兩個彩色球，對方眼睛注視的球或顏色出現(xiàn)變化的球是實驗中的目標球。實驗任務是讓被試看向目標球的方向，或與目標球相反的方向，對執(zhí)行共同注意任務的兩被試進行同時記錄。結果發(fā)現(xiàn)如果目標球是對方眼睛注視的球，即雙方進行分享性的、有目的的眼神交流時，兩被試的右額下回（inferior frontal gyrus,IFG）都得到明顯激活。正是這種交流，使雙方能完成那些具有共同目標的合作性活動，如看向同一個物體。

2.3.2 面部表情傳遞情緒

多被試進行同一任務時，他們之間會形成一種“特定”的感覺，僅依據(jù)簡單的面部表情，就可以很快地感受到對方情緒的變化。Anders，Heinzle，Weiskopf，Ethofer和Haynes（2011）對被試間情緒狀態(tài)的傳遞進行研究。實驗中使用多fMRI對6對戀人被試進行記錄，同時也對皮膚電進行測量。結果表明，和基線相比，被試們的皮膚電水平有明顯的增加，情緒的傳遞使雙方的喚醒水平都獲得提高。同時在參與傳遞和編碼面部表情的所有腦區(qū)中，發(fā)現(xiàn) “接受者 （receiver）”腦網(wǎng)絡的分布及神經(jīng)活動水平可以很好地由 “發(fā)送者 （sender）”的來預測，這個網(wǎng)絡中涉及的區(qū)域被定位在前顳葉、島葉及軀體運動區(qū)，之前已有研究者證明這些腦區(qū)和情緒、情緒體驗有關 （Hennenlotter et al.,2005; van der Gaag,Minderaa,&Keysers,2007）。而且，在 “發(fā)送者”向 “接受者”傳遞情感信息時，兩者的大腦活動是有時序的， “接受者”腦中的信息要顯著遲于 “發(fā)送者”的。隨著實驗的進行，這種延遲會逐漸減少，反映出 “接受者”可能會根據(jù) “發(fā)送者”做出 “調整”。

2.3.3 面對面交流過程中的神經(jīng)同步性

人類在進化過程中早已適應了面對面的交流，但是現(xiàn)在其他的交流方式，比如電話、郵件等越來越多地占據(jù)了我們的生活。Jiang等 （2012）使用多NIRS同步記錄的方法研究面對面交流及其他交流方式的神經(jīng)活動特點。結果發(fā)現(xiàn)面對面對話時，兩被試的左下額葉皮層神經(jīng)的同步性激活增加，但在背對背對話、面對面獨白及背對背獨白條件下沒有發(fā)現(xiàn)這種同步性。而且，面對面對話中被試間神經(jīng)的同步性主要來源于他們間的直接交流，包括多通道感覺信息及輪流對話等。這個研究說明，面對面交流，尤其是對話，具有其他交流方式所沒有的特性，而且被試間的神經(jīng)同步性使得這種面對面交流順利進行。

3 研究展望

3.1 多人交互同步記錄技術的特點

多人交互同步記錄的 “獨特”貢獻在于可以對社會互動中的多名被試的腦活動進行同時測量，來探究被試間的腦活動是如何同步交流的。

由于EEG技術的非損傷性、高時間分辨率以及費用相對低等優(yōu)勢，其被廣泛應用到社會交互的研究中，但是EEG的一個不足就是空間分辨率比較低，這也是多EEG同步記錄技術的不足。而且現(xiàn)有的多EEG同步記錄的研究大都針對腦電頻率，幾乎沒有對事件相關的腦電研究，因此在后續(xù)的研究中，可以對特定事件下多被試間大腦活動的同步性進行研究。綜合以上的研究可以看出，目前多EEG同步記錄技術已經(jīng)被廣泛應用于情緒、運動及各種博弈范式的研究中，并檢測到相應的腦區(qū)激活，從而說明多名被試進行社會交流時，確實存在著腦活動的同步性。

fMRI可以很好地彌補EEG的不足。與多EEG同步記錄相比，多核磁同步記錄的空間分辨率比較高，可以定位到具體的腦結構，從而確定與特定任務相關的腦區(qū)，但是其局限性在于時間分辨率較低，很難區(qū)分兩大腦活動的先后順序，而且費用相對較高。此外，由于核磁條件下被試只能躺在里面，限制了被試的活動，降低了生態(tài)效度。一直以來多fMRI同步記錄技術主要被用來研究博弈論，近年來也越來越多地被應用在與運動、情緒及社會比較有關的研究中。其涉及的情緒實驗及博弈范式和多EEG同步記錄采用的也有區(qū)別，從而更加補充證明了社會交互過程中腦活動的同步性。

NIRS技術具有可以同時彌補EEG低空間分辨率和fMRI低時間分辨率的特點。與核磁和腦電相比，多NIRS同步記錄技術既不會因為距離遠而產(chǎn)生信號干擾，也不會有運動方面的限制 （允許被試坐著或站著），而且相對容易使用，生態(tài)效度較高，較為經(jīng)濟。因此，基于其對運動和環(huán)境的低限制，能夠用于面對面、真實情境的研究中，可以在人們的真實互動中考察大腦活動的變化和行為變化的關系。同時也能夠使用神經(jīng)反饋 （neurofeedback）對運動康復、自閉癥等進行實時監(jiān)測和輔助治療，具有很大的應用前景。但是其不足之處在于只能記錄頭皮表層的腦信號，無法對大腦深層次的結構進行定位。目前多NIRS同步記錄的研究多集中在運動（如模仿、按鍵反應）、面對面交流等領域，涉及的任務也相對比較簡單，但是缺乏對博弈范式、以及表情等復雜任務的研究，這也是今后多人交互同步記錄的一個研究方向。

3.2 多人交互同步記錄研究可能的應用

目前看來，研究者們主要運用多人交互同步記錄技術對正常人的社會認知 （運動、博弈論、表情、面對面交流等）過程進行研究。從長遠看，可以將多人交互同步記錄技術應用到特定疾病患者社會互動的研究中。許多腦疾病都會影響社會交流，包括抑郁癥、自閉癥及精神分裂癥等，研究社會互動的神經(jīng)機制，可以幫助我們更好地了解這些疾病。未來的研究可以運用多人交互同步記錄技術，讓患者完成一些簡單的實驗任務，從而比較正常人的皮層活動與病人的區(qū)別。這一新的研究領域將會成為研究人類疾病的重要工具。

Anders,S.,Heinzle,J.,Weiskopf,N.,Ethofer,T.,&Haynes,J.D. (2011).Flow of affective information between communicating brains.Neuroimage,54(1),439-446.

Arbib,M.A.,Billard,A.,Iacoboni,M.,&Oztop,E.(2000).Synthetic brain imaging:grasping mirror neurons and imitation. Neural Networks,13,975-997.

Astolfi,L.,Cincotti,F.,Mattia,D.,De Vico Fallani,F.,Salinari,S., Vecchiato,G.,…,&Babiloni,F.(2010b).Simultaneous estimation of cortical activity during social interactions by using EEG hyperscannings.Conference Proceedings-IEEE Engineering in Medicine and Biology Society,2814-2817.

Astolfi,L.,Cincotti,F.,Mattia,D.,De Vico Fallani,F.,Salinari,S., Marciani,M.G.,Wilke,C.,…,&Babiloni,F.(2009).Estimation of the cortical activity from simultaneous multi-subject recordings during the prisoner′s dilemma.Conference Proceedings-IEEE Engineering in Medicine and Biology Society,1937-1939.

Astolfi,L.,Cincotti,F.,Mattia,D.,De Vico Fallani,F.,Salinari,S., Vecchiato,G.,Toppi,J.,Wilke,C.,… ,& Babiloni,F. (2010a).Imaging the social brain:multi-subjects EEG recordings during the Chicken′s game.Conference Proceedings-IEEE Engineering in Medicine and Biology Society,1734-1737.

Babiloni,C.,Vecchio,F.,Infarinato,F.,Buffo,P.,Marzano,N.,Spada, D.,…,&Perani,D.(2011).Simultaneous recording of electroencephalo-graphic data in musicians playing in ensemble. Cortex,47(9),1082-1090.

Babiloni,F.,Cincotti,F.,Mattia,D.,De Vico Fallani,F.,Tocci,A., Bianchi,L.,…,&Astolfi,L.(2007).High resolution EEG hyperscanning during a card game.Conference Proceedings-IEEE Engineering in Medicine and Biology Society,4957-4960.

Cheng,X.,Li,X.,Hu,Y.(2015).Synchronous brain activity during cooperative exchange dependson genderofpartner:A fNIRS-based hyperscanning study.Hum Brain Mapping,36 (6),2039-2048.

Chiu,P.H.,Kayali,M.A.,Kishida,K.T.,Tomlin,D.,Klinger,L. G.,Klinger,M.R.,&Montague,P.R.(2008).Self responses along cingulate cortex reveal quantitative neural phenotype for high-functioning autism.Neuron,57(3),463-473.

Chung,D.,Yun,K.,&Jeong,J.(2008).Neural mechanisms of free-riding and cooperation in a public goods game:an EEG hyperscanning study.In:International Conference of Cognitive Science,Seoul,Korea.

Cui,X.,Bryant,D.M.,&Reiss,A.L.(2012).NIRS-based hyperscanning reveals increased interpersonal coherence in superior frontal cortex during cooperation.Neuroimage,59(3),2430-2437.

De Vico Fallani,F.,Nicosia,V.,Sinatra,R.,Astolfi,L.,Cincotti, F.,Mattia,D.,…,&Babiloni,F.(2010).Defecting or not defecting:how to read human behaviorduring cooperative games by EEG measurements.PLoS ONE,5(12),14187.

Dumas,G.(2011).Towards a two-body neuroscience.Communicative&Integrative Biology,4(3),349-352.

Dumas,G.,Nadel,J.,Soussignan,R.,Martinerie,J.,&Garnero,L. (2010).Inter-brain synchronization during social interaction. PLoS ONE 5(8),e12166.

Emir,U.E.,Ozturk,C.,&Akin,A.(2008).Multimodal investigation of fMRI and fNIRS derived breath hold BOLD signals with an expanded balloon model.Physiological Measurement,29 (1),49-63.

Funane,T.,Kiguchi,M.,Atsumori,H.,Sato,H.,Kubota,K.,& Koizumi,H.(2011).Synchronous activity of two people′s prefrontal cortices during a cooperative task measured by simultaneous near-infrared spectroscopy.Journal of Biomedical Optics, 16(7),077011.

Hennenlotter,A.,Schroeder,U.,Erhard,P.,Castrop,F.,Haslinger,B., Stoecker,D.,Lange,K.W.,&Ceballos-Baumann,A.O.(2005). A common neural basis for receptive and expressive communication of pleasant facial affect.NeuroImage,26(2),581-591.

Holper,L.,Scholkmann,F.,&Wolf,M.(2012).Between-brain connectivity during imitation measured by fNIRS.Neuroimage, 63(1),212-222.

Huppert,T.J.,Allen,M.S.,Diamond,S.G.,& Boas,D.A. (2009).Estimating cerebral oxygen metabolism from fMRI with a dynamic multicompartment windkessel model.Human Brain Mapping,30(5),1548-1567.

Iacoboni,M.(2006).Visuo-motor integration and control in the human posterior parietal cortex:evidence from TMS and fMRI. Neuropsychologia,44(13),2691-2699.

Jiang,J.,Chen,C.,Dai,B.,Shi,G.,Ding,G.,Liu,L.,&Lu,C. (2015).Leader emergence through interpersonal neural synchronization.Proceedings the National Academy of Sciences of the United States of America,112(14),4274-4279.

Jiang,J.,Dai,B.,Peng,D.,Zhu,C.,Liu,L.,&Lu,C.(2012). Neural Synchronization during Face-to-Face Communication. The Journal of Neuroscience,32(45),16064-16069.

King-Casas,B.,Tomlin,D.,Anen,C.,Camerer,C.F.,Quartz,S. R.,&Montague,P.R.(2005).Getting to know you:reputation and trust in a two-person economic exchange.Science, 308(5718),78-83.

Lee,R.,Dai,W.,&Jones,J.(2012).Decoupled circular-polarized dual-head volume coil pair for studying two interacting human brains with dyadic fMRI.Magnetic Resonance in Medicine,68 (4),1087-1096.

Lu,C.,Zhang,Y.,Biswal,B.,Zang,Y.,Peng,D.,& Zhu,C. (2010).Use of fNIRS to assess resting state functional connectivity.Journal of Neuroscience Methods,186(2),242-249.

Materna,S.,Dicke,P.W.,&Thier,P.(2008).Dissociable roles of the superior temporal sulcus and the intraparietal sulcus in joint attention:A functional magnetic resonance imaging study. Journal of Cognitive Neuroscience,20(1),108-119.

Molenberghs,P.,Cunnington,R.,&Mattingley,J.B.(2009).Is the mirror neuron system involved in imitation?A short review and meta-analysis.Neuroscience&Biobehavioral Reviews,33 (7),975-980.

Montague,P.R.,Berns,G.S.,Cohen,J.D.,McClure,S.M., Pagnoni,G.,Dhamala,M.,…,&Fisher,R.E.(2002).Hyperscanning:Simultaneous fMRI during linked social interactions.Neuroimage,16(4),1159-1164.

Naeem,M.,Prasad,G.,Watson,D.R.,&Kelso,J.A.S.(2012). Functional dissociation of brain rhythms in social coordination. Clinical Neurophysiology,123(9),1789-1797.

Saito,D.N.,Tanabe,H.C.,Izuma,K.,Hayashi,M.J.,Morito,Y., Komeda,H.,…,&Sadato,N.(2010).Stay tuned:inter-individual neural synchronization during mutual gaze and joint attention.Frontiers in Integrative Neuroscience,5(4),127.

Sitaram,R.,Zhang,H.H.,Guan,C.T.,Thulasidas,M.,Hoshi,Y., Ishikawa,A.,…,&Birbaumer,N.(2007).Temporal classification of multichannel near-infrared spectroscopy signals of motor imagery for developing a brain-computer interface.NeuroImage,34(4),1416-1427.

Tognoli,E.,Lagarde,J.,DeGuzman,G.C.,& Kelso,J.A.S. (2007).The phi complex as a neuromarker of human social coordination.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,104(19),8190-8195.

Tomlin,D.,Kayali,M.A.,King-Casas,B.,Anen,C.,Camerer,C. F.,Quartz,S.R.,&Montague,P.R.(2006).Agent-specific responses in the cingulate cortex during economic exchanges. Science,312(5776),1047-1050.

van der Gaag,C.,Minderaa,R.B.,&Keysers,C.(2007).Facial expressions:What the mirror neuron system can and cannot tell us.Social Neuroscience,2(3-4),179-222.

White,B.R.,Snyder,A.Z.,Cohen,A.L.,Petersen,S.E.,Raichle, M.E.,Schlaggar,B.L.,&Culver,J.P.(2009).Resting-state functional connectivity in the human brain revealed with diffuse optical tomography.Neuroimage,47(1),148-156.

Yun,K.,Chung,D.,&Jeong,J.(2010,June).Simultaneous EEG Hyperscanning during Linked Social Interactions of the Ultimatum Game.Organization for Human Brain Mapping,Barcelona, Spain,Poster Presentation.

Zhang,H.,Zhang,Y.,Lu,C.,Ma,S.,Zang,Y.,&Zhu,C.(2010). Functional connectivity as revealed by independent component analysis of resting-state fNIRS measurements.Neuroimage,51 (3),1150-1161.

Hyperscanning Used in the Measurement of the Brain Activity

Zhang Wenli1,Tang Honghong2,Liu Chao2,Mai Xiaoqin1
(1 Department of Psychology,Renmin University of China,Beijing 100872;2 State Key Laboratory of Cognitive Neuroscience and Learning, Beijing Normal University,Beijing 100875)

Interpersonal social interaction is considered to be a main characteristic of the social cognition.Measuring brain activity simultaneously among people when interacting is intuitively appealing if the researcher is interested in putative neural markers of social interactions.Hence,the hyperscanning,which can simultaneously record more than one brain in detail,has now been widely used in this field.The devices involved in hyperscanning include electroencephalography(EEG),functional magnetic resonance imaging(fMRI),and Near-infrared spectroscopy (NIRS).The studies which have been done with these methods are mainly focus on the following three aspects: Social interaction about the game theory contexts,movement and emotion.As a new approach in this area,there is little review published on this topic.So it is definitely difficult for the newers to have an overall understanding of this technique.This paper reviews many previous but classic studies published,from which we can learn how different recording devices could be applied to experimental paradigms and how the brains interact.As for the great advantages of this technique,it may be more widely used in the research field of social interactions.

Hyperscanning,social interaction,different recording devices.

B841.1

2015-1-1

國家自然科學基金項目 （31400888）、中國人民大學科學研究基金 （中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金）項目 （15XNLQ05）。

買曉琴，E-mail：maixq@ruc.edu.cn。