魏燕燕 張?zhí)旌?王繼軍

社交互動是日常生活必不可少的部分，了解社交互動個體大腦間如何相互溝通，可為闡明社會認(rèn)知缺陷性腦疾病的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)提供重要參考[1]。近年研究開始探索社交互動的認(rèn)知過程，但社交互動神經(jīng)機(jī)制的研究在很大程度上受現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)范式的限制，無法揭示人際互動的神經(jīng)生物學(xué)實(shí)時特征。隨著功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging,fMRI）、腦電圖（electroencephalogram,EEG）、功能近紅外光譜（functional near infrared spectroscopy,fNIRS）、腦磁圖（magnetoencephalography,MEG）等神經(jīng)影像技術(shù)發(fā)展，探索社交互動神經(jīng)機(jī)制的新策略開始出現(xiàn)——利用同一臺或多臺參數(shù)完全相同的設(shè)備，同時測量兩名或多名社交互動參與者的大腦活動，這一技術(shù)被稱為“超掃描”[2]。目前超掃描技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于心理咨詢、親子互動等社交互動場景[3-4]，也可以用于社交障礙的研究，如孤獨(dú)癥、精神分裂癥、人格障礙等患者，以及接受心理治療及其他臨床干預(yù)的患者[5-6]。本文介紹超掃描的基本原則、社交互動超掃描范式及各自特點(diǎn)、社交互動的神經(jīng)環(huán)路，對超掃描在精神障礙中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 超掃描遵循的基本原則

相對于單腦研究封閉、孤立、虛擬的檢查環(huán)境，社交互動是在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的動態(tài)交互過程，超掃描技術(shù)的方向和重心構(gòu)建于“在線（on-line）”的環(huán)境中[7-8]。因此，超掃描方法是基于社交互動與單腦認(rèn)知活動有本質(zhì)區(qū)別的假設(shè)，其核心為社交互動中個體間大腦發(fā)送、接收信息所產(chǎn)生的腦間信號同步性（inter-brain synchrony,IBS），主要通過震蕩波的動態(tài)相位一致性來衡量[9]。為有效地在線記錄社交互動中IBS，以下三點(diǎn)是關(guān)鍵。首先，在被試方面，確保利手相同，視力和聽力正常或矯正至正常，隨機(jī)配對以排除被試間熟悉度對IBS的潛在影響[10]，另外性別因素也需考慮[11]。其次，設(shè)計社交互動場景，以產(chǎn)生兩個相互關(guān)聯(lián)的高質(zhì)量時間序列信號。試驗(yàn)前確保被試熟悉流程，確定目標(biāo)腦區(qū)，按照相同參照標(biāo)準(zhǔn)佩戴檢測設(shè)備（確保覆蓋相同腦區(qū)），在條件允許的情況下進(jìn)行個體化立體定位，以精準(zhǔn)檢測腦區(qū)。最后，得到檢測數(shù)據(jù)后，為獲取客觀IBS，數(shù)據(jù)分析前需進(jìn)行必要的預(yù)處理，以排除干擾信號，如呼吸、血壓、心跳、眨眼、頭動等偽跡。

2 超掃描范式

當(dāng)各種腦影像技術(shù)應(yīng)用于超掃描時，其空間分辨率、時間分辨率、可移動性、價值等特質(zhì)是社交互動研究非常重要的參考因素。fMRI、EEG、fNIRS為目前常見的超掃描技術(shù)，其特征比較見表1。

表1 不同超掃描技術(shù)特征比較

2.1 fMRI超掃描 fMRI是認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究目前最流行的方法，它通過探測血氧依賴水平（blood oxygen leveldependent,BOLD）的變化來間接測量大腦的神經(jīng)活動，其最重要的優(yōu)勢是空間分辨率高。但fMRI超掃描需兩臺或多臺機(jī)器同時記錄多名被試腦信號，儀器之間的連接借助互聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)保存在主機(jī)端。GOELMAN等[12]的一項(xiàng)fMRI超掃描研究執(zhí)行聯(lián)合注意任務(wù)發(fā)現(xiàn)，社交互動包括前饋環(huán)節(jié)和反饋環(huán)節(jié)兩個過程，在前饋環(huán)節(jié)中參與的腦區(qū)主要是背外側(cè)前額葉（dorsal medial prefrontal cortex,dmPFC），反饋環(huán)節(jié)中參與的腦區(qū)主要是顳頂聯(lián)合區(qū)（temporoparietal junction,TPJ）。fMRI超掃描的優(yōu)勢在于能夠精確地檢測社交互動相關(guān)腦區(qū)以及大腦深部核團(tuán)。但是，fMRI超掃描不是社交互動研究的理想選擇，因?yàn)樾枰嗯_磁共振機(jī)器同時掃描，會產(chǎn)生高昂的費(fèi)用，更重要的是受磁共振檢測環(huán)境影響，其生態(tài)效度較低，與真實(shí)的生活環(huán)境相差甚遠(yuǎn)。因此截至目前，僅有少數(shù)利用fMRI超掃描進(jìn)行的社交互動研究。

2.2 EEG超掃描 EEG信號來源于大腦皮質(zhì)神經(jīng)元群體的同步突觸活動，而非BOLD信號。更重要的是，EEG可以非侵入性地探索神經(jīng)震蕩[13]。因此EEG超掃描技術(shù)在很多場合得以應(yīng)用，且可以同時繪制兩個或多個個體間的實(shí)時互動，如樂器演奏、即興表演、課堂教學(xué)等交互和自然場景的社交互動，以闡明被測個體大腦活動的共變與其社交互動之間的關(guān)系[14-17]。

EEG對試驗(yàn)環(huán)境有較高的要求，因其設(shè)備可移動性較低。但隨著穿戴式EEG設(shè)備的研發(fā)，EEG開始廣泛用于多人社交互動的研究[18]。另外由于EEG電極放置在頭皮，僅適用于大腦皮質(zhì)檢測而非深部核團(tuán)，所以盡管EEG具有較高的時間分辨率，但捕捉深部腦結(jié)構(gòu)神經(jīng)活動仍面臨較大的挑戰(zhàn)。

2.3 fNIRS超掃描 fNIRS是一種無創(chuàng)且價格低廉的神經(jīng)成像技術(shù)，是利用近紅外光測量血氧濃度變化來間接反映大腦激活。KIRILINA等[19]首次利用fNIRS開展社交互動的超掃描研究，受試者面對面坐下，同時進(jìn)行按鍵反應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，腦間同步性越高，則兩名被試按鍵時間間隔越短，提示合作的行為學(xué)表現(xiàn)與腦間同步性有關(guān)。CUI等[20]利用fNIRS超掃描驗(yàn)證IBS是否受合作任務(wù)表現(xiàn)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)合作任務(wù)中被試右側(cè)額上回皮質(zhì)IBS增加，且IBS可以作為合作任務(wù)表現(xiàn)的反映指標(biāo)。fNIRS研究表明，相對于其他的交談方式，面對面交談中腦活動同步性與交談有效性明顯正相關(guān)[21-22]。另一項(xiàng)利用嘈雜環(huán)境中選擇性交談的研究發(fā)現(xiàn)，IBS增強(qiáng)甚至出現(xiàn)在社交互動的言語反應(yīng)之前，其同步性增強(qiáng)的腦區(qū)主要在TPJ[23]。社交互動的首要信號來源于眼睛，眼神交流的研究發(fā)現(xiàn)，眼神交流中左額葉、顳葉和頂葉IBS明顯增強(qiáng)[24]。綜上可見，社交互動中IBS增強(qiáng)與行為存在一定的正相關(guān)，即同步性增高時，合作朝積極方向發(fā)展。

相對于fMRI，fNIRS技術(shù)精確定位激活腦區(qū)的能力較弱，只能檢測到皮質(zhì)1～2 cm的活動腦區(qū)，且fNIRS對頭皮表面的血氧信號變化特別敏感，以致獲得單純的神經(jīng)活動信號較困難。但是，fNIRS對運(yùn)動偽影耐受性較好，在嬰兒或兒童的腦研究方面表現(xiàn)出優(yōu)勢，更重要的是，fNIRS超掃描可以理想地應(yīng)用于自然場景，一臺設(shè)備即可以實(shí)現(xiàn)檢測多人的同時社交互動。

3 社交互動相關(guān)神經(jīng)回路

社交互動主要涉及兩大神經(jīng)系統(tǒng)，一是鏡像神經(jīng)系統(tǒng)（mirror neuron system,MNS），負(fù)責(zé)模仿和協(xié)調(diào)/聯(lián)合任務(wù)，一是心理化系統(tǒng)（mentalizing system,MS），主要承擔(dān)推理自己和他人意圖或想法相關(guān)的任務(wù)。

MNS主要由額上回（inferior frontal gyrus，IFG）和頂下小葉（inferior parietal lobule,IPL）組成，當(dāng)觀察或模仿他人的行為或運(yùn)動時被激活。除此以外，顳上回（superior temporal gyrus,STG）也參與其中，在模仿過程中編碼信息首先通過STG轉(zhuǎn)化為更復(fù)雜的視覺表征，然后傳遞到IPL。社交互動參與者行為同步時，MNS發(fā)揮作用，使參與者的大腦活動調(diào)整到相同頻率，從而在阿爾法波段產(chǎn)生同步[25]。

TPJ、前額葉（prefrontal cortex,PFC）和背外側(cè)前額葉（dorsolateral prefrontal cortex,DMPFC）是MS的重要區(qū)域。社交互動中參與者還會通過肢體姿勢、行為和面部表情來理解他人的意圖及情感，在這個推理自己或他人意圖的過程中MS被激活。TPJ負(fù)責(zé)規(guī)劃、調(diào)節(jié)、整合信息等高級認(rèn)知功能，多項(xiàng)fNIRS超掃描研究都以TPJ為感興趣腦區(qū)，有研究發(fā)現(xiàn)面對面交談中，被試右側(cè)TPJ的活動明顯增高，且在社交互動中具有協(xié)作功能[21]。PFC也被大量的研究證實(shí)與腦同步性有關(guān)[26]，其激活與掌控自己和他人行為的需求有關(guān)[27]。精神障礙患者在現(xiàn)實(shí)的人際交互中，往往因?yàn)檎`解周圍人的意圖而出現(xiàn)癥狀（如牽連觀念、猜疑等精神癥狀），精神癥狀的出現(xiàn)可能與這兩大神經(jīng)系統(tǒng)損傷有關(guān)[28]。社交互動的超掃描研究也證實(shí)了這一結(jié)論[29]。

4 超掃描在精神障礙中的應(yīng)用

超掃描應(yīng)用于正常被試社交互動的研究已被證實(shí)具有較大的潛力，在精神障礙尤其是具有社交缺陷的患者，如孤獨(dú)癥譜系障礙（autism spectrum disorder,ASD）、精神分裂癥（schizophrenia,SZ）、邊緣性人格障礙（borderline personality disorder,BPD）等，社交互動的應(yīng)用研究還較少，目前尚缺乏一致性結(jié)論。

一項(xiàng)對ASD社交互動的fMRI超掃描研究，納入21對ASD-健康被試與19對健康-健康被試對子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相對于健康-健康組的眼神交流，ASD-健康組眼神交流中右側(cè)IFG的同步性明顯降低，右側(cè)IFG-STS的功能連接明顯減弱，且該功能連接與行為學(xué)表現(xiàn)明顯正相關(guān)[30]。

精神分裂癥患者在發(fā)病前會表現(xiàn)出非典型精神病性癥狀，但是還達(dá)不到精神分裂癥的診斷標(biāo)準(zhǔn)，臨床上將這一階段稱為精神病風(fēng)險綜合征（clinical high risk of psychosis,CHR）。在CHR諸多非典型癥狀中社交障礙尤為突出[31]。本課題組一項(xiàng)小樣本的研究納入19對CHR-健康對子和19對健康-健康對子進(jìn)行社交互動時IBS比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CHR-健康對子在右側(cè)IFG腦區(qū)IBS明顯降低，且降低的IBS與行為學(xué)表現(xiàn)明顯負(fù)相關(guān)[29]。

BILEK等[5]在聯(lián)合注意任務(wù)中利用fMRI超掃描對BPD患者進(jìn)行研究，納入23對發(fā)作BPD-健康被試、17對緩解的BPD-健康被試和40對健康-健康被試對子，結(jié)果發(fā)現(xiàn)神經(jīng)同步性與精神狀態(tài)相關(guān)，發(fā)作BPD-健康組和緩解BPD-健康組腦間同步性均低于健康-健康組。

最近的一項(xiàng)系統(tǒng)綜述發(fā)現(xiàn)，利用EEG、fMRI超掃描同時記錄心理咨詢過程中咨詢師與訪客的腦活動，咨詢師與訪客之間的IBS與治療效果存在明顯正相關(guān)，即IBS越高治療效果越好[32-33]。

5 總結(jié)

綜上，超掃描方法在研究正常被試社交互動的腦間同步性方面已被證實(shí)具有較大潛力。相比之下，對ASD和SZ等具有社交缺陷的精神障礙患者，利用超掃描對其社交互動神經(jīng)同步的研究還寥寥無幾。因此，目前研究迫切需要通過超掃描來闡明這些社交障礙背后的神經(jīng)機(jī)制，這將為神經(jīng)或精神障礙的檢測和治療開辟新的途徑。目前精神疾病治療指南提倡將精神疾病的治療關(guān)口前移，盡量做到早預(yù)防、早治療，將超掃描用于CHR的社交互動研究，可為后續(xù)臨床干預(yù)提供有力的理論依據(jù)。

本綜述僅介紹了利用相同腦影像技術(shù)的超掃描技術(shù)。由于多模態(tài)神經(jīng)成像可以同時利用EEG的高時間分辨率、fMRI的高空間分辨率和fNIRS的高生態(tài)效度，未來可以使用EEG-fNIRS、EEG-fMRI超掃描技術(shù)開展社交互動的神經(jīng)同步性機(jī)制研究，但是不同模態(tài)的融合是目前主要技術(shù)瓶頸。另外，在社交互動的研究中設(shè)計特定場景的社交互動任務(wù)是一關(guān)鍵要素，虛擬現(xiàn)實(shí)（virtual reality，VR）技術(shù)已越來越多地應(yīng)用到科學(xué)研究中，它可以實(shí)現(xiàn)模擬完全自然的社交互動場景，可能成為未來研究社交互動的理想工具。