HBM | 双人之间情绪感染伴随脑际同步的增强
人类很容易受彼此情绪的感染。所谓情绪感染指的是通过语言或者非语言的线索，情绪自动化地从A个体转移到B个体。比如，当看到婴儿高兴的笑容，人们也会跟着畅快起来；当朋友告诉我们最近他失去一位亲人时，我们也会禁不住热泪盈眶。这就是情绪感染在生活中的具体表现。间接的情绪观察或者直接的情绪体验（比如，痛苦、愉悦、厌恶）所诱发的脑区活动模式是有重叠的。情绪加工相关的神经活动和外在行为状态的一致性使得谈话双方彼此默契，促进了交流和相互理解。
像电影、有声读物等自然刺激能引起个体之间感觉区、联合区的脑际同步。同时，情绪能增强个体之间对感觉和情绪加工的相似度。成功的言语或非言语交流与个体之间脑际同步的增强相关。那么，带有情绪色彩的交流会增强脑际同步吗？这还有待探究。
近期，芬兰图尔库大学Lauri Nummenmaa领衔的团队在Human Brain Mapping发表题目为《Emotions amplify speaker-listener neural alignment》的研究论文。他们利用伪超扫描(pseudo-hyperscanning)技术探究了双人之间的情绪感染是否和脑际同步的增强有关联。脑际同步采用个体间相位同步(intersubject phase synchrony, ISPS)。研究者的主要假设是讲述者(speakers)-聆听者(listeners)之间情绪状态的相似性和ISPS的大小相关。具体来讲，个体感受到的情绪效价、唤醒度的大小与讲述者-聆听者在听觉、躯体感觉区、边缘系统和注意环路以及和演讲知觉、产出的脑区活动同步性相关。本文对该研究进行详细解读。
研究方法
1.被试：18名被试。年龄处在20~39岁。其中，2名被试为讲述者，16名被试为倾听者。如图1所示。
图1 实验设计及数据分析概览图
2.实验流程：采用伪超扫描技术进行fMRI实验。
对于故事讲述者来讲，在进行fMRI实验之前，研究者给被试提供了35条描述愉悦(pleasant)、不愉悦(unpleasant)、中性(neutral)的故事，并要求被试基于个人经历讲述时长为1min的短片故事。比如，带有愉悦情绪色彩的话题(topic)为：我和恋人躺在树下的毯子上热吻。我觉得自己十分爱他；带有中性情绪色彩的话题为：我一下午都在家里呆着。没有什么特别的事情要做。我走进厨房，打开冰箱，开始琢磨晚饭吃什么；带有不愉悦情绪色彩的话题为：我坐在妈妈的病床前。手术没成功，她术后陷入昏迷。妈妈她不能和我讲话。而且，我知道她再也不会康复了。
要求讲述者生动地想象该故事，并对不同情绪色彩的故事进行演练，从而使得正式实验扫描时讲起故事来毫不费力。讲述者的试次带有提示。具体来讲为，每个试次开始之前有诸如“树下的恋人”的字段提示，随后是讲述该故事时所具备的愉悦的目标情绪。该线索呈现时长为5s，随后是5s的白色十字注视点。该注视点是为了提醒讲述者预备讲故事。接着，注视点变为绿色表示开始讲述故事。同时为了帮助讲述者更好地掌握1min故事的讲述节奏，30s之后，注视点变为黄色。历时45s之后，黄色注视点变成红色，以此提示讲述者时间还剩15s。最后的15s之后，注视点变回白色，以此提示讲述者本次故事讲述结束。12~15s之后，新一轮讲述开始。fMRI正式实验总共采集到2段讲述者的数据。
对于故事聆听者来讲，每个试次的细节呈现顺序与故事讲述者类似。开始之前也有诸如“树下的恋人”的字段提示，随后是该故事所具备的愉悦情绪。该线索呈现时长为5s，随后是5s的白色十字注视点。该注视点是为了提醒聆听者注意听取故事。接下来，注视点一直持续呈现在屏幕上直到故事讲述完毕。要求聆听者要像面对面似的聆听讲述者讲故事，而且尽可能生动地想象故事所描述的情节。总共采集到27段聆听者的数据。其中，11位聆听者听了两位故事讲述者所讲述的故事(N=22)，5位聆听者只听取了其中一位讲述者讲述的故事(N=5)。
扫描任务完成之后，故事的讲述者和聆听者均又各自听了一遍故事，并对他们实时情绪感受的效价(不愉悦-愉悦)和唤醒度(平静-兴奋)进行了0(非常不愉悦/平静)到1(非常愉悦/兴奋)的主观评分。
3.考察的指标
①个体间相位同步(intersubject phase synchrony, ISPS)
研究者使用FUNPSY toolbox计算讲述者-倾听者的脑际同步。ISPS分析可计算个体间脑活动的即时同步性。相位同步是基于信号分析的属性，原始时间序列被扩展为真实的和想象的成分。时间序列被改写为即时的振幅和相位，这样可以集中研究互动的部分。采取0.04-0.07Hz的带通滤波来过滤噪音。对每个体素(voxel)以及每对讲述者-聆听者的ISPS时间序列进行统计分析。
②讲述者-聆听者ISPS平均值
不考虑细致的情绪分类，研究者将扫描得到的讲述者-聆听者的数据段进行了ISPS平均值处理分析。首先，基于体素的ISPS平均值是对每对讲述者-聆听者之间的ISPS时间序列进行了计算。再将所有被试的体素值进行平均，得到了组别水平(group level)的ISPS值。
③基于情绪的讲述者-聆听者ISPS
为了评估情绪如何调节讲述者-聆听者之间的ISPS，研究者使用倾听者的效价、唤醒度时间序列的主观评定平均值来预测基于体素的讲述者-聆听者之间的ISPS时间序列。
④讲述者-聆听者情绪相似性和讲述者-聆听者ISPS之间的关系
为了探究讲述者-倾听者情绪状态相似性和两者脑际同步之间的关系，研究者首先计算了讲述者-倾听者的自我主观报告的唤醒度/效价的时间序列所对应的ISPS。和神经层面的ISPS计算方法类似。然后，研究者使用皮尔逊相关计算了脑际同步时间序列和情绪唤醒度/效价的时间序列两者之间的体素相似性。结果显示的体素强度反映了讲述者-聆听者脑际同步性和他们情绪感受相似性之间的关联程度。
研究结果
①自我报告的情绪感受
在时间维度上，讲述者-聆听者之间情绪关联程度较大。如图2所示，两者在效价(r=.79, p<.001)和唤醒度(r=.59, p<.001)上呈显著正相关。
图2 讲述者-倾听者两者主观报告的效价/唤醒度评价的时间序列
②基于情绪的讲述者-倾听者的脑际同步
为了显示讲述者和倾听者两者脑区神经活动的相似性，研究者首先计算两者基于全部刺激的脑际同步平均值。结果如图3所示，在左额下回(left inferior frontal gyrus)，左颞极(left temporal pole)，双侧颞上听觉皮层(bilateral superior-temporal auditory cortex)，右角回(right angular gyrus)，左V2，V3，V4，左楔前叶(precuneus)和前扣带回(anterior cingulate cortex)，两者脑际同步平均值相关显著。
图3 基于情绪的讲述者-倾听者的脑际同步所在脑区示意图
之后，研究者计算了讲述者-倾听者之间的ISPS和倾听者效价/唤醒度评分时间序列之间的相关关系。如图4所示，唤醒度和左初级躯体感觉运动皮层、第二躯体感觉运动皮层(SI & SII)、左上颞叶(left SPL)、左额中回、右后颞上沟(rightpSTS)、双侧颞上沟、左侧前运动皮层、楔前叶(precuneus)、辅助运动区(SMA)的脑际同步值呈正相关，而和双侧颞极、右角回、丘脑、舌回(lingual gyrus)的脑际同步值呈负相关。
图4 讲述者-倾听者之间的ISPS和倾听者唤醒度评分时间序列之间的相关关系
注：暖色代表正相关，冷色代表负相关
如图5所示，效价和双侧颞极(bilateral TP)、左后颞上沟(left pSTS)、右角回(rightAG)、右额下回(right IFG)/额极、舌回(lingual gyrus)、双侧杏仁核、海马、丘脑、左梭状皮层的脑际同步值呈正相关，而和双侧额上回、左上颞叶(left SPL)、左Heschl回、左侧枕叶皮层、右后颞上沟(right pSTS)的脑际同步值呈负相关。
图5 讲述者-倾听者之间的ISPS和倾听者效价评分时间序列之间的相关关系
注：暖色代表正相关，冷色代表负相关
③讲述者-倾听者的脑际同步和情绪同步的相关
最后，研究者探究了讲述者-倾听者脑际同步是否依赖于两者主观情绪状态的同步。结果如图6所示，唤醒度评分的相似性和V2、感觉运动区皮层、双侧梭状回、右杏仁核/海马(冷色调)的脑际同步的增强相关。效价评分的相似性和前扣带回、左上颞叶(left SPL)、楔前叶(precuneus)、前运动区皮层、双侧角回/辅助运动区皮层、右颞极、右MTG、右杏仁核(暖色调)的脑际同步的增强相关。
图6 讲述者-倾听者的脑际同步和情绪同步的相关
讨论
本研究重点探讨了讲述者-倾听者之间情绪相似性(情绪感染的标志)和两者特定脑区的脑际同步性之间的相关关系。从两者在唤醒度或效价评分的相关系数得知，倾听者能够密切追踪讲述者的情绪状态。唤醒度和躯体感觉区的同步性增强相关。效价的增强和情绪环路(杏仁核、丘脑)的脑际同步增强有关。这些结果均说明了，当人们进行情绪交流时，情绪感染和心理、脑际同步性相关。情绪感染使得交流双方在心理及身体状态上出现同步复制现象。
①情绪效价/唤醒度和讲述者-倾听者两者脑际同步增强有关
效价/唤醒度的主观评价和讲述者-倾听者多个脑区的脑际同步相关。对于在唤醒度上的效应，本研究发现，在带有情绪色彩的谈话作用之后，躯体感觉区、运动区的脑际同步能反应两者在身体层面的相似性。当个体模仿他人情绪或躯体运动状态时，躯体感觉区皮层同步性提高。这表明躯体情绪和讲述引起的情绪存在关联；对于效价上的效应，本研究发现，和情绪加工相关的杏仁核、颞极等脑区的脑际同步和主观评价的效价呈正相关。后颞上沟(pSTS)的同步性指标也实时反映出谈话者们相互之间意图解读的同步性。
②情绪状态的相似性和脑际同步相关
研究者采用“伪超扫描技术”探究了讲述者-倾听者脑际同步性和效价/唤醒度主观评定的相似性相关。这种相关反应了讲述者-倾听者之间情绪相似性以及脑际同步性。讲述者-倾听者效价/唤醒度主观评定的相似性和躯体感觉区、皮层下脑区相关，效价主观评定的相似性还和枕叶同步性相关。
当出现脑际同步时，前扣带回(ACC)和楔前叶(precuneus)的活动增强。对于这一现象的解释，有研究发现，ACC活动和情绪评价、事件的动机显著性、情绪回应的管理相关。同时，带有认知成分的情绪任务要比单纯的情绪任务所诱发的ACC活动更强。此外，当个体回忆或想象带有个人感情色彩的事件时，ACC活动增强。
情绪状态的相似性和中线脑际同步相关说明了倾听者采取讲述者的视角。这种加工决策有助于增强理解以及预测他人感受、目标和意图的能力。
结论与未来研究
在言语交流中的情绪传递(emotional transfer)伴随着讲述者-倾听者在躯体感觉区、边缘系统、注意脑环路上的脑际同步。两者情绪状态的相似性和两者在躯体感觉区、顶叶、皮层下及皮层中线脑区的神经同步相关。这些结果说明了，情绪感染与部分脑区的神经同步(regionally selective neural synchronization)有关。
未来研究可采用时间分辨率较高设备，比如双人MEG来探究神经和情绪同步的实时交互情况。还可探究脑际信息流传递方向、信息传递预测或延迟问题、脑际同步的程度与成功交流之间的关系等，以及面对面实时互动之下的情绪感染问题。
参考文献：
Smirnov, D., Saarimäki, H., Glerean, E., Hari, R.,Sams, M., Nummenmaa, L. (2019). Emotions amplify speaker–listener neural alignment. Human Brain Mapping, 40, 4777–4788.https://doi.org/10.1002/hbm.24736.