近年来，动态脑间耦合机制的研究在社会神经科学领域掀起了风暴。特别是，脑间同步(IBS)是一种假定的神经机制，据说可以通过使多个大脑的功能整合来促进社会互动。在这篇文章中，我认为这一研究受到三个普遍和相互关联的问题的困扰。首先，该领域缺乏一个被广泛接受的IBS定义。其次，IBS需要能够指导实验设计和解释的理论。第三，在测试假设时，大量的任务和经验方法允许不适当的灵活性。这些因素共同削弱了IBS作为一个理论建构。最后，我将推荐一些可以解决这些问题的措施。
1. 大脑是协调的吗？
在过去的几十年里，超扫描技术的出现为研究社会行为的神经机制提供了强有力的新手段。在这些机制中，最主要的是一种被称为脑间同步(interbrain synchrony, IBS)的现象。据说，这种现象通过对成对的和群体的神经活动的动态耦合来支持社会参与。对这一观点的一种解释认为，在相互交流的人的大脑中，沿着特定频带发生的神经振荡相对齐(图1A，关键图)。这一提议引发了一波热情的浪潮，导致了最近大量的实验和一些颇具争议的主张，例如，IBS表明了扩展的意识。
与此同时，越来越多的研究者开始关注IBS研究的各个方面。这些批评倾向于提倡各种内务管理措施，如对研究项目进行战略精简，但在其他方面则认为该领域或多或少正步入正轨。相比之下，我认为目前的情况更令人担忧:我认为这个领域正在重复研究人员在几十年前的工作中犯下的错误，这些错误引发了复制危机，其影响继续在多个科学领域回响。在IBS研究中，这一站不住脚的情况是由三个普遍且相互关联的问题导致的，这些问题涉及与该领域研究相关的定义、理论和方法，它们共同破坏了对这种现象是真实存在的信心。
2. 定义问题
第一个问题是IBS对不同的人有不同的含义。尽管图1A中描述的公式可能与一些研究人员对这一现象的直觉一致，但它也允许其他形式的脑间耦合，当这些细微差别未被阐明时，会造成混淆。相反，IBS的严格定义必须将这种现象与其他形式的神经同步区分开来。从这个角度来看，IBS可以通过明确它不是什么而不是它是什么来概念化，就像我在下面尝试做的那样。
首先，IBS不是神经夹带，神经夹带发生在一个共同的外部源同步大脑之间正在进行的神经振荡(图1B)。这是一个重要的区别, 因为个体刺激可以引发特异但高度可靠的神经反应，在个体中是相似的。当它们连续发生时，这些事件可以周期性地重新排列神经振荡的相位(称为相位重置)，从而在延长的时间内保持同步。例如，自然音乐引起的神经反应在不同的个体之间是相关的，因此，两个人听同一首歌，即使在两个不同的房间的不同设备上播放，也可以仅仅因为听觉输入的共同时间分布而同步。这种情况下的大脑同步应该被认为是一种附带现象，并不能反映实际的IBS，尽管一些分析方法，如主体间相关性分析(ISC)利用了这种情况下的神经夹带用于其他目的。
第二，IBS不是运动诱导的神经同步(图1C)。人类(和其他动物)不能直接访问同种动物的大脑状态，因此大脑之间的同步必须由共享的行为线索来调节。运动诱导的神经同步发生时，一个成员的行为驱动两个成员的神经活动。与眼睛注视相关的感觉信息、语音和运动指令的传出副本可以重置神经振荡的相位，从而使暴露在相同信息下的个体的神经活动同步。请注意，这种同步是神经夹带的近亲:同步信息来自外部刺激(如收音机，图1B)还是来自另一个人(如嘴，图1C)并不重要，因为在这两种情况下，任何明显的IBS都是共同输入的附带因素。研究记录了演讲者的脑电图(EEG)数据和功能性磁共振成像(fMRI)数据，以及之后听了演讲者的录音的人的数据，证明了这一点。ISC的应用表明，尽管说话者和听者之间的交流是由外部设备调节的，但大脑高层皮层关联区域的神经表征编码是一致的。
第三，IBS不是注意增强的神经同步(图1D)。IBS有时可以从人们相互作用时比不相互作用时神经同步增强的证据推断出来，即使这两种状态都涉及相同的外部刺激(排除了神经夹带作为解释)和相同的行为(排除了运动诱发的神经同步作为解释)。例如，与背靠背的相比，当受试者面对面交谈时更容易观察到IBS。据说，这种控制条件在适当设计时为这种现象提供了强有力的证据。然而，更强的任务参与可以增强刺激和行为线索的神经处理，这有时为IBS提供了错误的证据。假设两个人在两个不同的房间听同一个电台。与他们都觉得无聊的歌曲相比，他们都喜欢的歌曲可能会增加IBS,但这并不是脑对脑直接耦合的结果。与背靠背交谈相比，面对面交谈的人可能也是如此，情境因素(比如面对面时更大的唤醒)可以上调涉及运动诱发神经同步的神经过程。
前面提到的考虑强调了IBS背后的两个关键因素。首先，即时社交互动是IBS的必要条件。否则，为什么要费那么大的劲和那么多的钱去做超扫描呢?其次，IBS并不是简单地反映了对共享社会经验的被动神经反应(图1B D)。这就是为什么支持者寻求排除神经夹带和相关形式的神经同步作为潜在的混淆。例如，在一项记录模仿对方手部动作的受试者之间的脑电图的研究中，IBS不仅反映了类似动作的执行和感知.
因此，要成为一个有意义的现象，IBS必须反映一个不同于其他形式的神经同步的过程。事实上，许多关于IBS的说法都有很大的希望：即IBS可能预示着大脑的功能整合。根据这一立场，IBS反映了社会互动同种的神经状态之间的相互和动态的相互作用。这种观点认为，不同的大脑可以作为一个功能单元共同发挥作用，就像单个大脑中的模块可以协调各自的活动以达到更高的目的一样。例如，一项超扫描研究表明，脑对脑耦合可能是合作基础认知过程的神经信号，比如共享意向性。在另一项研究中，参与者对社会威胁的感知是通过实验操纵的，作者具体地得出结论，我们研究中大脑间同步的增加反映了两个相互作用的受试者在高社会威胁下试图协调的一种独特的大脑间机制，这不能简单地确定为两个执行相同任务的个体之间的类似大脑活动。这些观点和相关观点的共同点在于，IBS通过建立大脑之间的共振状态，积极地促进了社会交流，尽管这种共振状态也是由这些相同的行为相互调节的 (图1E，左)。
从这个逻辑可以得出，IBS对社会行为产生了因果影响(正如之前其他人所论证的)。这到底意味着什么还有待商榷。考虑到大多数社会活动涉及伙伴之间同时的、互惠的、持续的信息交换，IBS的调节作用几乎肯定会符合非线性反馈回路，类似于耦合摆所展示的相互依赖。所有这一切背后的精确机制有待于理论的说明(见后面)。尽管如此，这一假设预测，IBS应该改变相关的社会行为的过程，而不管被调节的互动类型(图1E，右)。然而IBS在社会行为中的因果作用仍有待证实。这就提出了一个令人不安的前景，即之前所有的IBS发现可能只是共同的环境和行为线索的附带现象，而不是进一步促进社会交流的功能性神经机制的证据。
图1 关键图：脑间同步的概念
3. 理论问题
IBS研究也缺乏被广泛接受的理论和模型，用于产生假设、进行预测和指导如何评估实证结果。这种空白无疑源于缺乏一个明确的定义:要对模糊的概念形成好的理论是具有挑战性的。无论如何，这个薄弱的理论框架已经允许使用各种各样的社会任务、记录技术和分析方法来操作这个概念。IBS的证据来自一个狂野的任务范式(从模拟网球研究到现实生活中的辩论);实验方法[主要是脑电图，也包括脑磁图(MEG)、功能磁共振成像(fMRI)和功能近红外光谱(fNIRS)];分析算法(如锁相值、格兰杰因果关系、部分定向相干和图论);IBS的经验特征(包括delta, theta, alpha, beta和gamma EEG频带)。在最好的情况下，这种全套的实验技术会使发展有关它的理论的工作变得更加困难。在最坏的情况下，缺乏理论所带来的灵活性会招致诸如p-hacking和HARKing之类的实践。
IBS的理论会施加一些限制，从而排除所有类别的证据。特别地，IBS受个体间信息交换方式的心理物理限制。动物表现出在多个时间尺度上发生的不同行为，这些行为受到神经过程复杂的相互作用的支持。这些行为通过施加低通滤波器或瓶颈来限制IBS，以减弱大脑之间更高频率的交流。然而，由于没有限制解释的理论框架，IBS研究往往得出与这些基本事实不符的结果，比如(高频)伽马带IBS的观察结果。在另一个极端，IBS的理论将揭示出它们本身并不显著的结果，即使这些结果是真实的。特别是，社会互动是通过个体间的运动行为耦合来定义的，而这些行为本身是由大脑机制介导的。因此不言而喻的是，这些行为背后的大脑活动也必须是相互关联的。一个典型的例子是功能磁共振成像(fMRI)，它提供了令人信服的证据，证明前扣带皮层(ACC)参与了相互注视的交互过程。这一大脑区域还涉及无数其他日常活动，那么，与前扣带皮层的联系是否揭示了它在社会同步中所扮演的特定角色，或者这是它在几乎所有人类行为中都无处不在的另一个例子?一个好的理论还会首先说明哪些证据与IBS相一致。例如，口语与带神经同步有关，这本身可能很有趣，但一个简单的模型调用神经带动(或运动诱发的神经同步)足以解释这一现象。IBS会给这个解释增加什么呢?
简而言之，缺乏一个包罗万象的理论框架使得IBS研究在直觉的基础上激增，而不是在一个健全的机械基础上。有人认为，这样的条件为发布虚假结果提供了一个肥沃的环境。
4. 方法问题
IBS的研究仍然是一个相对年轻的研究领域，因此一些成长的烦恼是可以预料的。也就是说，缺乏既定的规范和实践加剧了由于缺乏明确的定义和令人信服的IBS理论而产生的问题。来自环境的共同输入(神经夹带，图1B)和来自同种的行为(运动诱导的神经同步，图1C)产生大脑间虚假关联的可能性现在已经得到了很好的认识。然而，许多研究提供了使用算法(如部分定向相干和锁相值)的IBS的证据，已被证明不可靠的目的。此外，即使被认为是黄金标准的圆形相关系数，也不是不受误差影响的;它只是比其他测量更不容易出现第1类错误。
与神经夹带和运动诱导的神经同步相关的混淆通常通过更好的任务设计来解决。尤其值得一提的是，研究人员有时在涉及社会互动的实验条件下表现出了增强的IBS，与具有相同的外部和行为线索但没有互动的控制条件下相比。然而，两种情况之间在任务投入上的一个简单区别，比如当参与者进行眼神交流时，与不进行时相比，他们的觉醒程度更高，这可能会给人一种IBS增加的假象。为了理解这一点，考虑到人们闭上眼睛时的振幅通常比睁开眼睛时的振幅大。这导致了闭眼情况下比睁开情况下更大的阿尔法带IBS，即使是由随机配对的个体组成的两两组，他们从未真正交互过(图2)。为了排除这种可能性，研究人员有时使用洗选过程来分析数据，即从参与者中随机配对的数据(例如)计算控制统计数据。但是，尽管这一过程比完全不应用任何统计校正更为保守，但它仍然缺乏充分的排列分析，这将需要证明统计显著性。
最后，即使克服了这些障碍，对社交相关线索的注意也能增强对这些线索的神经处理，导致更多IBS的虚假出现。换句话说，注意增强神经同步的有力证据(图1D)仍然不能构成IBS的证据(图1E)。
这些警告表明IBS的确凿证据仍在等待。更令人担忧的是，很多时候这些混淆甚至没有被调查者承认，让读者去筛选每一个报告的有效性。
图2 一些脑间同步方法是不可信的
5. 总结
前面几节中讨论的任何一个问题本身就已经足够令人烦恼了，但它们加在一起就会协同破坏IBS作为一个理论建构的有效性。IBS的模糊定义削弱了对其进行理论化的努力，这反过来又为检验这一观点的方法提供了机会。所有这些都导致了确认偏误的产生，它鼓励了大规模虚假断言的发表。
我们能做些什么?对复制危机的最初响应正是顾名思义:复制。人们可能会追随这一趋势，以及最近的大规模复制工作，如#EEGManyLabs项目，集体复制一组精选的有影响力的IBS实验。在其他情况下，使用更保守的统计检验来重新分析现有数据可能会更有效。也就是说，事后看来，“复制危机”一词越来越被视为用词不当，因为人们认为，与其说这场危机是由于缺乏统计能力，不如说是由于缺乏理论。换句话说，许多被危机席卷的研究从一开始就没有着落。IBS研究的教训是，重新审视那些操作性不佳的假设的实验可能没有什么价值。
比复制更重要的是，研究人员应该提出并在理想情况下达成IBS的工作定义(见悬而未决的问题)。这一定义应具体说明什么样的证据可以诊断这一现象;考虑到这里讨论的因素，这些证据必须证明IBS会促进社会互动。这个相对狭窄的标准将不允许使用目前在IBS研究中流行的大多数方法获得的证据(确实使复制问题变得没有意义)。
此外，必须发展IBS的机制理论。这些理论应该指定边界条件，超过了这些边界条件就不会发现IBS，并且应该对每个理论做出不同的预测。理想情况下，这些理论应该以描述过程动力学的数学形式为基础，超越这方面的先驱例子，纳入较慢的行为动力学，以调解大脑耦合。原理的证明也可以通过在互动的、社交协调的机器人群体中实例化该理论来证明。
IBS的功能作用也应该用神经计算模型来模拟。例如，假设θ循环将外部环境的感知采样与对新环境位置的注意转移穿插在一起;原则上，这些机制在社会伙伴之间的时间对齐可以促进他们的协调行为。计算模拟还表明，当人们相互交流时，θ振荡是信念状态同步的基础。这些包含IBS的过程模型对回答本文提出的问题大有帮助。这些研究也将很好地与社会行为的计算神经科学的新生文献取得联系.
最后，该领域应该开发出将IBS与其他形式的神经同步区别开来的经验方法(图1)。至关重要的是，这些方法必须证明IBS在支持社会行为方面的因果作用，例如最近有创造性的建议使用经颅刺激和神经反馈来实现这一目的。可以说最有希望的方法是动物模型实验,它允许严格控制实验变量和更广泛的经验测量范围.
复制危机是由一项研究的统计批评引发的，该研究报告了超感官感知的证据。具有讽刺意味的是，这显然也是第一个发表的超扫描实验的主题。也许这并不是巧合，一些关于IBS的说法让它听起来像心灵感应，这同样引起了人们对它们不可信的注意。如果IBS确实存在，那么它就是一个壮观的现象。这是一个值得建立在坚实基础上的奖励。
参考文献：Interbrain synchrony: on wavy ground
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