绝大多数神经科学研究包含三个要素：一个人、一项认知任务和一台能够观察大脑内部的高科技机器。这个简单的配方可以产生强大的科学成果。此类研究现在例行产生神经科学家过去只能梦想的图像。它们使研究人员能够描绘出复杂的神经机制，这些机制可以理解视觉和听觉，处理语言并从经验中获得意义。
但是，这些研究中主要缺少的是：其他人。我们人类天生是社会性的，但即使是社会神经科学这个明确为探索人类互动的神经生物学而创建的领域，也没有您想象的那么社会化。仅举一个例子：还没有人捕捉到两个人一起交谈时丰富复杂的大脑活动。达特茅斯学院的神经科学家塔利亚·惠特利说：“我们一生都在与他人交谈并建立这些联系。” “ [然而]我们对人们实际上是如何联系的知之甚少。我们几乎不了解思维是如何耦合的。”
群体脑纹
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这种情况正在开始改变。越来越多的神经科学家正在使用复杂的技术——以及一些非常复杂的数学——来捕捉当一个大脑、两个大脑甚至 12 或 15 个大脑的所有者进行眼神交流、讲故事、共同关注一个主题或物体或任何其他需要社交互动的活动时会发生什么。尽管互动式社会神经科学领域仍处于起步阶段，但希望仍然存在，即识别真实社交交流的神经基础将改变我们对沟通的基本理解，并最终改善教育或为涉及社交障碍的许多精神疾病的治疗提供信息。
以前的技术限制是研究真实人类互动的主要障碍。脑成像需要静止，而科学的严谨性要求一定程度的实验控制，但这绝非自然。因此，很难生成关于一个大脑的高质量数据。纽约大学的神经科学家大卫·波佩尔说，为两个大脑这样做“不仅仅是难两倍”。 “您必须同步机器、数据和数据采集。”
尽管如此，首次成功同时监测两个大脑的研究发生在近 20 年前。弗吉尼亚理工大学的物理学家里德·蒙塔古和他的同事将两个人放入独立的 功能性磁共振成像 (fMRI) 机器中，并观察他们的大脑活动，因为他们参与了一个简单的竞争性游戏，其中一名玩家（发送者）传输了一个信号，表明他或她刚刚看到的是红色还是绿色，而另一名玩家（接收者）必须决定发送者说的是真话还是谎言。猜对的人会得到奖励。蒙塔古将该技术称为超扫描，他的工作证明可以同时观察两个大脑。
最初，蒙塔古的领先地位主要被其他神经经济学家而不是社会神经科学家所追随。但是，术语超扫描现在适用于任何涉及多个人的脑成像研究。如今，符合要求的技术包括脑电图 (EEG)、脑磁图和功能性近红外光谱学。这些各种技术（其中许多是全新的）的使用扩大了可能的实验范围，并使超扫描不那么繁琐，因此也更受欢迎。
参与很重要
除了互动神经科学的实际挑战之外，还有一个更哲学的问题一直在流传，即从社交互动期间测量人获得的大脑神经信息是否与人在独处或仅充当观察者时进行的扫描有显着不同。当您看着的人也看着您时，这有关系吗？说一句话和对正在听的人说一句话有什么区别吗？
是的，显然是有的。慕尼黑马克斯·普朗克精神病学研究所的精神病学家和社会神经科学家莱昂哈德·希尔巴赫说，越来越多的证据表明，“当您直接与另一个人互动而不是观察另一个人时，社会认知从根本上是不同的。”
证明这些差异不一定需要对多个大脑同时进行研究，但这确实需要相对自然的实验，这些实验在标准实验室协议施加的约束下难以设计。马里兰大学的心理学家伊丽莎白·雷德凯研究自闭症中的社交互动，重点是儿童中期。早在 2010 年，当她还是在麻省理工学院与丽贝卡·萨克斯合作的博士后研究员时，雷德凯设置了一个开创性的实验，其中一名参与者在扫描仪内部，另一名（实际上是一名研究人员）在扫描仪外部通过视频馈送进行实时互动。另一个对话者的录制视频作为对照。在实时互动与录制互动中，雷德凯看到更多参与社会认知和奖励的大脑区域被激活。
她随后的研究继续确立了互动大脑反应方式的差异。在儿童的大脑中，当他们认为自己正在与同伴互动时，比不互动时，更多参与思考他人心理状态的区域（用白话说是心理化）会被激活。在共同注意力的研究中，共同注意力是社交互动的关键组成部分，雷德凯发现，当共享注意力而不是独自查看某物时，大脑的心理化区域（如颞顶交界处）的反应不同。现在她想知道自闭症个体的互动方式是否存在进一步的差异。“人们参与这些心理化区域的程度是否与他们在社交互动中的成功有关？”她想知道。雷德凯说，现在说还为时过早，但显然，“如果您只依赖观察者方法，您就不会获得完整的故事。”
希尔巴赫一直是所谓的第二人称神经科学的最主要倡导者之一。他的研究包括似乎对参与者的目光做出反应的虚拟角色。希尔巴赫说，在这种情况下，“所谓的心理化网络和行动-观察网络似乎比我们以前知道的联系更紧密”。 “它们相互影响，有时以互补的方式，有时以抑制的方式。” 希尔巴赫还发现，即使是非常简单的行为，例如凝视另一个人并相信他们在回望您——一种您感觉到自己的行为对另一个人产生影响的互动——也会刺激大脑奖励回路中的活动，尤其是腹侧纹状体。我们发现一种行为越有回报，我们就越有可能重复它。
眼睛会说话
另一个人的大脑中发生了什么？眼神交流是一个合乎逻辑的观察点。眼神交流激活社交大脑，并向另一个人发出您正在关注的信号。这是我们分享意图和情感的一种方式。日本国立生理科学研究所的佐渡纪宏和他的同事在 2019 年初使用超扫描表明，眼神交流通过同时激活每个人大脑的相同区域来为社交大脑做好移情准备：小脑（有助于预测行为的感官后果）和边缘镜像系统（一组大脑区域，当我们移动身体的任何部位（包括眼睛）以及当我们观察别人的动作时，这些区域都会变得活跃）。一般来说，边缘系统是我们识别和分享情感能力的基础。换句话说，它对于调节我们的同理心能力至关重要。
我们互相讲述的故事是探索将我们联系在一起的社会粘合剂的理想手段。普林斯顿大学的神经科学家尤里·哈森通过讲故事进行了关于大脑耦合的开创性实验。在一项这样的研究中，他将一个人放入扫描仪中，让这个人讲故事。然后，他将一个新人放入扫描仪中，让志愿者听第一个人讲述的故事的录音。哈森比较了说话者和听众随时间推移的大脑处理过程，逐时匹配活动，他发现了两个大脑耦合的证据。哈森说：“听众的大脑变得类似于说话者的大脑。” 而且大脑越aligned，听众报告的理解力就越强。哈森说：“您作为个体的大脑实际上是由您所连接的大脑决定的。”
哈森最近与达特茅斯的惠特利联手，看看他们是否可以测量对话期间的大脑耦合。惠特利说，一次好的对话意味着“共同创造新的想法和您无法独自获得的体验”。她想在大脑中看到这种体验。他们的研究包括连接到在线的不同大学的扫描仪。（大多数心理学系只有一个扫描仪。）每台扫描仪中有一个人，受试者轮流完成一个故事——一个参与者说几句话，另一个参与者从同伴离开的地方继续说下去。惠特利说，如果科学家能够捕捉到这种互动期间的大脑状态，他们或许能够看到在对话过程中，两个大脑是如何交替地靠近，然后再彼此远离的。
超越配对
或许不可避免地，神经科学家已经转向研究不仅是两个，而是多个大脑。这些实验需要使用便携式脑电图。早期的研究表明，当我们参与音乐会或电影等集体活动时，我们的大脑波会同步——观众全神贯注意味着他们以相同的方式处理交响乐的结尾或爱情或打斗场面。这并不是那么令人惊讶，但现在科学家们正在课堂上应用相同的方法，研究结果可能会增加我们对学生最佳学习方式的了解。
在纽约市高中进行的一系列研究中，包括波佩尔、苏珊娜·迪克和伊多·戴维德斯科在内的纽约大学研究团队在一个学期的时间里，从生物课上的每位学生那里重复进行了脑电图记录。他们发现，当学生更投入课堂时，他们的大脑波彼此之间更加同步。大脑到大脑的同步也反映了学生彼此以及老师的喜爱程度——更亲密的关系会导致更多的同步。他们目前的研究正在检查课堂上的大脑同步水平是否可以预测所学材料的保留率。波佩尔说：“我认为我们正在做的事情非常有用。” “ [我们如何] 以有针对性的方式将这些技术用于 STEM 学习？”
希尔巴赫认为，互动神经科学在精神病学中也具有实际应用。例如，它可以预测哪位治疗师最适合哪位患者。而对现实生活情境的关注有助于确保任何发现都对患者有价值。希尔巴赫说：“作为一名精神病医生，我没有兴趣帮助一个人在特定的社会认知任务中变得更好。我试图帮助那个人过上幸福而充实的生活。”