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科学研究|双脑刺激通过自发性运动同步来增强人际学习

发表时间:2020-06-30 15:12:00  来源:野望文存  浏览:次   【】【】【

通过与他人的互动(如对话、观察与模仿等)来获取新信息或者新技能是人类非凡的能力之一。这种社会互动学习通常被认为是人类生存和文化发展的重要条件。目前,关于社会互动学习以及其内在神经生理过程的研究仍方兴未艾。


最近的神经生理学研究(包括胡谊教授课题组先前的研究,如Pan et al., 2018; Pan, Dikker, et al., 2020; Pan, Guyon, et al., 2020)表明,人际大脑同步(即,互动对象间大脑活动的相关性)可以追踪并预测师生间的社会互动学习。受这些研究的启发,胡谊教授课题组与英国伦敦大学学院Giacomo Novembre博士合作开发了一项双脑刺激(dual brain stimulation)技术(图1),测试了是否可以通过外源性同步师生间大脑振荡活动来增强社会互动学习。


图1. 双脑刺激技术示意图。左图:通过同步经颅交流电刺激实施师生间双脑刺激;阳极位于左侧额下回区域(国际10/10系统,FC5),阴极位于右侧眶额叶区域(FP2)。右图:技术配置及电场模拟。


实验中,一名教师教授给学生音乐歌曲,期间实验者对两个人同时同步施加了经颅交流电刺激(transcranial alternating current stimulation, tACS)来外源性操纵师生间大脑活动的同步性。当实验者在师生的左侧额下回区域施加同相位(in-phase)的6 Hz的刺激时,师生间表现出了自发性的、同步的身体运动(图2)。更有趣的是,这种刺激还导致了(音准)学习表现的加强。这些效应特异于相位和频段:6 Hz反相位(anti-phase)刺激或10 Hz同相位刺激没有产生相似的结果。此外,中介效应分析表明,人际间运动同步部分中介了双脑刺激对学习表现的影响。基于以上结果,研究者认为,人际大脑同步可能因果性地提高了双人(或多人)之间实时的信息传输来增强互动学习。


图2. 自发性运动同步分析。(A)基于视频的动作能量分析感兴趣区域。感兴趣区1(左)覆盖了学生的面部和身体,感兴趣2(右)覆盖了教师的面部和身体。(B)师生动作能量时间序列。(C)对动作能量时间序列的交叉相关分析。(D)对交叉相关分析的聚类置换检验。


本研究已以“Dual brain stimulation enhances interpersonal learning through spontaneous movement synchrony”为题在线发表于Social Cognitive and Affective Neuroscience(SCI/SSCI, 5-yr IF = 4.522)。华东师范大学心理与认知科学学院已毕业博士生潘亚峰(现为瑞典卡罗琳斯卡医学院博士后)和英国伦敦大学学院、意大利技术研究所Giacomo Novembre博士为论文的共同第一作者。华东师范大学心理与认知科学学院胡谊教授为论文的通讯作者。该研究受到国家自然科学基金项目(31872783,71942001)及上海市科委基础研究项目(19JC1410101)的资助。


参考文献:


Pan, Y., Dikker, S., Goldstein, P., Zhu, Y., Yang, C., & Hu, Y. (2020). Instructor-learner brain coupling discriminates between instructional approaches and predicts learning. NeuroImage, 211, 116657. doi:10.1016/j.neuroimage.2020.116657


Pan, Y., Guyon, C., Borragán, G., Hu, Y., & Peigneux, P. (2020). Interpersonal brain synchronization with instructor compensates for learner’s sleep deprivation in interactive learning. Biochemical Pharmacology, 114111. doi:10.1016/j.bcp.2020.114111.


Pan, Y., Novembre, G., Song, B., Li, X., & Hu, Y. (2018). Interpersonal synchronization of inferior frontal cortices tracks social interactive learning of a song. NeuroImage, 183, 280–290. doi:10.1016/j.neuroimage.2018.08.005.


Pan, Y., Novembre, G., Song, B., Zhu, Y., & Hu, Y. (2020). Dual brain stimulation enhances interpersonal learning through spontaneous movement synchrony. Social Cognitive and Affective Neuroscience. doi:10.1093/scan/nsaa080.





图文|潘亚峰

编辑|张鹏骞


华东师范大学心理与认知科学学院


华东师范大学心理与认知科学学院MAP中心



责任编辑:蔡学森