近红外光谱成像的多人同步交互记录

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1、近红外光谱成像的多人同步交互记录　　摘要多人同步交互记录的范式正在认知神经科学领域内兴起，它可以同时测量两个或多个个体的大脑活动，从而揭示大脑间在社会互动情境下神经活动的耦合。近红外光谱成像因其无侵性、易操作、实境性等特点，在多人同步交互记录研究中有独特的优势。目前，该方面的研究已经涵盖了包括合作、竞争、模仿、交谈等多个社会认知神经科学领域。小波分析是对此类研究进行数据分析的主要方法；近红外光谱成像的脑间神经反馈研究是其未来发展趋势。　　关键词近红外光谱成像；多人同步交互记录；小波相干；脑间神经反馈　　分类号B82　　DOI：10.16842/j.cnki

2、.issn2095-5588.2017.04.007　　1多人同步交互式记录在认知神经科学中的兴起　　11多人同步交互式记录的定义　　多人同步交互式记录（Hyperscanning），是指对两个以上个体的大脑进行同步测量的研究范式（柳昀哲，张丹丹，罗跃嘉，2014；Bernhardt，2012；Schilbach，　　Timmermans，Reddy，Costall，Bente，&Schlicht，2013），最早由Duane和Behrendt（1965）发展，它被视为认知神经科学发展的最新发展阶段（Scholkmann，Holper，Wolf，&Wolf

3、，2013）。通过多人同步交互记录，大脑在真实社会互动情景中的反应得以被揭示。　　12多人同步交互式记录的技术源起　　认知神经科学的发展经历了三个主要阶段：第一个阶段，即经典认知神经科学，专注于探索和发现个体大脑专门化的脑区以及人脑对个体内部世界及外界刺激的反应；第二阶段，是社会认知神经科学，其主要目标是考察个体在分析处于社会交互情境中的大脑活动；随着社会认知神经科学的发展，研究者们发现，只能测量单个个体在社会互动下大脑活动具有局限性，一种新的、可同时研究多个处于互动中的大脑神经活动的范式应运而生，这一新的研究范式即多人同步交互记录，构成了认知神经科学发展

4、的第三阶段（Scholkmann，Holper，Wolf，&Wolf，2013）。　　最早使用多人同步交互记录方法进行的研究可以追溯到20世纪60年代，Duane和Behrendt（1965）使用EEG所做的研究。Montague，　　Berns，Cohen，McClure，Pagnoni，Dhamala等人（2002）最先使用功能性磁共振成像（functionalmagneticresonanceimaging，fMRI）进行多人同时测量，并明确了“多人同步交互记录”的概念，将两个大脑之间的神经同步活动命名为“同步连接”（hyperconnections

5、）。Funane，Kiguchi，Atsumori，Sato，Kubota和Koizumi（2011）首次使用功能性近红外光学成像（Functionalnearinfraredspectroscopy，fNIRS）的方法进行了多人同步交互记录研究。迄今为止，使用EEG、fMRI以及fNIRS的研究都揭示了大脑间的神经耦合（braintobraincoupling）现象，并认为这一现象是不能由单个大脑对社会互动类任务的反应所解释的（ChatelGoldman，Schwartz，&Congedo，2013）。因此，社会神经科学要继续发展必然需要改进研究范式，将

6、被试从被动的观察者角色转变为真实社交情景中的主动参与者（Hasson，Ghazanfar，Galantucci，&Keysers，2012）。同时测量两个或多个个体的大脑活动并对个体脑间神经耦合进行量化分析是实现这一目标的关键技术。　　以往使用多人同步交互记录进行的研究表明，脑间同步性的增强在不同任务中呈现在不同的脑区：在合作竞争任务中主要表现在前额叶（Cui，Bryant，&Reiss，2012；Funane，etal.，2011），在运动模仿任务中主要表现在顶叶运动皮层和额顶联合区（Holper，Scholkmann，&Wolf，2012），而在双人对

7、话任务中则主要表现在左侧额下回（Jiang，　　Dai，Peng，Zhu，Liu，&Lu，2012），这些脑区在经典社会认知任务过程中起到非常关键的作用，在多人同步交流的任务范式下也都扮演了重要角色。　　2近红外光谱成像在多人同步交互式记录研究中的应用　　21近红外光谱成像在多人同步交互式记录研究中的优势　　功能性近红外光谱成像（fNIRS）是近年来发展起来的一种光学脑成像技术。该技术使用2～3个波长的近红外光（波长700～1000nm），通过光源光纤照射到人头皮表面，并较好地穿透头皮、头骨进入大脑皮层，经过组织吸收、散射后返回头皮表面的接收光纤。被检测的

8、光学信号中含有皮层的光学参数，通过一定的物理和生理模型，可转化为大