Likan Zhan

自然语境中多人脑电信号的同步性

侃侃迩行 · 2017-05-09

1. 研究背景

人际交流中的神经活动是认知神经科学的一个重要研究领域。但先前研究仅涉及两个人的交流,社会交流也是发生在实验室环境中进行的。本文的开创点在于用新的脑电分析方法研究了真实课堂环境中所有学生之间脑电活动的同步性问题。

2. 实验过程

本研究的被试为 12 名高中生,他们参加了为期一学年的生物学预修课程 (Advanced placement biology)。其中数据收集是第一学期为授课学期,第二学期学生自己设计和执行自己的研究项目。其中脑电收集过程位于第一学期。脑电数据收集的时间跨度为三个月,总共记录 11 次 (图1A)。

实验开始前有十分钟的仪器安装过程。随后是四分钟的基线水平测量:学生两分钟面对墙壁、两分钟互相对视。课堂授课按四个阶段出现:第一阶段,老师花三分钟时间给学生诵读课程课件;第二阶段,老师给学生看与课程内容相关的视频两分钟;第三阶段,授课教师用三分钟时间给学生解释课件内容;第四阶段,学生完成一个五分钟的课堂讨论。授课完成后在进行四分钟的基线测量 (图B)。

研究者还调查了学生的个体特征,如团体亲密性 (group affinity)、同情感水平 (Personal Distress Scale of the Interpersonal Reactivity Index)、上课专心水平 (student focus)、对课程的喜好水平 (rating) 等。

3. 数据分析

研究因变量为脑-脑信号的同步性 (brain-to-brain synchrony, TI):先把收集到的原始脑电信号分解为一系列频段 (1-20 赫兹之间,每 0.25 赫兹一个区段);然后在每一个频段计算任意两个被试间的脑电信号的相干 (coherence) (图1D)。该脑电信号的同步性可分为团体同步性 (group synchrony, 图1E-ii)、个体-团体同步性 (student-to-group synchrony, 图1E-iii)、学生-学生间的同步性 (student-to-student synchrony, 图1E-iv)。

4. 研究结果

结果发现,行为上学生更喜欢看视频和小组讨论而不是读讲义和讲课 (图2A),学生-团体的脑电同步性与学生对课程的喜好程度呈现明显相关 (图2B-C)。如果把学生的个体特征纳入到回归模型中,发现被试的专心程度、团体亲密性、同情感等都能预测个体-团体的脑电同步性 (图2D)。

另外学生对老师的喜好程度越高、学生-团体脑电同步性就越低 (图2A-B)。如果相邻的学生发生了眼神交流,那么他们之间脑电同步活动就会随着他们之间亲密程度的增加而增加 (题3C-F)。

5. 图片附录

请参看原文

6. 参考文献

Dikker, S., Wan, L., Davidesco, I., Kaggen, L., Oostrik, M., McClintock, J., … Poeppel, D. (2017). Brain-to-Brain Synchrony Tracks Real-World Dynamic Group Interactions in the Classroom. Current Biology, 27(9), 1375-1380. doi:10.1016/j.cub.2017.04.002