人与人之间脑电波同步是如何实现的？

　　由于将一个大脑嵌入到一个社会结构中会改变它和其他大脑的表现，所以只孤立地研究个体的大脑是没有意义的，因为它不能提供动物的社会性的全貌。

　　人类并不是唯一一种会严格遵守社会规范的生物。如果一群成年雄性恒河猴发现自己坐在一个摆满食物的旋转桌子旁，它们会表现出“我挠你的背，你挠我的背”的互惠精神。一只猴子会给另一只猴子一块水果，更重要的是，它会期望得到回报。如果对方没有主动回报，第一只猴子很可能会报复，也就是在下一次轮到它的时候拒绝放弃任何东西。猴子们也喜欢结成小团体——如果它们看到一只猴子对另一只猴子很好，它们就会集体对第一只猴子表现出友好。如果你仔细观察的话，你会发现，这看起来就像一群朋友在酒吧里互相买酒。

　　尽管几十年来的动物研究已经打破了“社会性是我们人类所独有的”这一神话，但科学家们仍然不清楚个体动物是如何保留它们所处的“社会”结构的信息的。猴子们仅仅是通过一种复杂的镜像方式互相模仿并分享食物吗?或者他们真的在时刻留意自己和他人的行为，以便在更广泛的社会动态中做出决定吗?

　　多年来，生物学家通过不同的视角来尝试回答这类问题。尽管19世纪的博物学家关注的是动物行为的心理和生理方面，但直到20世纪30年代，出现了尼古拉·丁伯根(Nikolaas Tinbergen)和卡尔·冯·弗里施(Karl von Frisch)等动物学家的开创性工作之后，该领域才重新聚焦于如何从进化的角度解释社会行为。

　　随着动物行为学这门现代学科的出现，我们就有了两种主要的研究动物的社会生活的方式。一种是从对野外动物的观察中获取数据，试图从“外向内”的角度来理解群体动态。然而，这必然会使我们很难知晓个体生物的大脑内部在发生什么。相比之下，第二种方法则是基于检测个体的大脑活动，然后试图绘制神经元峰值或放电(产生脑电波的振荡电活动)模式与动物行为之间的地图。然而，由于这些数据是“内而外”的，所以往往难以理解群体动态。这两种框架都只能捕捉不完整的图像。

　　现在，新一代科学家正在推动第三种方法，也是一种更微妙的范式来研究动物的社会性。这个被称为“集体神经科学”（ collective neuroscience）的研究项目正是源于这样一种观点:大脑的进化主要是为了帮助动物作为社会群体的一部分而存在，而不是为了解决自身的问题，因此大脑应该作为社会群体的一部分来进行研究。由于将一个大脑嵌入到一个社会结构中会改变它和其他大脑的表现，所以只孤立地研究个体的大脑是没有意义的，因为它不能提供动物的社会性的全貌。

　　基于“智力是多个大脑之间因果循环的动态”这一概念，研究人员正在利用最新的神经成像技术，试图更详细地了解多个动物在参与各种社会活动时的大脑状态。我们希望这样的研究能让我们最终回答这两个问题：动物是如何感知它们的社会世界的？以及这种感知又是如何被神经编码的？

　　除了非人类动物，集体神经科学也可以帮助我们解读人类社会的一些复杂性。由于大脑在与他人的关系中表现出不同的工作方式，我们开始认识到，为了改善心理健康，有必要根据更广泛的社会环境调整干预措施，而不是专注于个别的病理。而且，在一个完全不同的领域，如果社会性是通往智力的必要步骤，那么对于机器学习算法来说，关于如何才能接近人类的智力这个问题，也许把它们嵌入到其他算法组成的丰富的社会中是一个有潜力的方向。

　　在研究动物认知神经科学的主流方法中，大脑被标记为与感知、行动、记忆、注意力、决策和社交有关的不同部分。佛罗里达大西洋大学复杂系统和脑科学中心的研究员、已故的Emmanuelle Tognoli在接受我们的采访后不久就去世了。据她说，当我们从更集体的角度来审视动物行为时，我们开始看到，复杂大脑的很大一部分渴望与其他大脑和谐共处。和其他许多人一样，Tognoli相信，大脑的进化可能是为了处理和协调社会关系的信息复杂性。如果这是真的，她说，忽视社会性的认知神经科学可能是毫无意义的。

　　认知科学的许多研究都考察了大脑对基本刺激的反应，比如我们如何解决朋友讲述的问题，或者我们如何在几周后记住同一段对话。但Julia Sliwa说，即使是一项着眼于两个人之间动态的研究，也缺乏有机的、更复杂的社会群体中自然出现的互动多样性的某些方面——包括注意力分配、创建子群体和招募盟友。Julia Sliwa是巴黎大脑研究所的一名神经系统研究员，她写了一篇关于动物研究中需要更多集体神经科学的开创性论文。

　　她说，她和其他人试图颠覆的是“智力，在这种情况下，一个物种的社会智力，完全来自单一大脑的运作”这一正统观念。到目前为止，人们研究的是单个大脑中的神经元群如何在大脑中创造信息;不过，我们还需要研究的是，这些信息是如何在多个大脑之间被处理以及合作的。

　　到目前为止，试图证明这一想法的困难，在很大程度上是一个技术问题，尤其是对非人类动物的研究来说。动物神经科学研究在很大程度上依赖于将动物与实验室里笨重的机器相连，并鼓励它们两两互动。但是，这些人为的参数当然会扭曲野外的社会动态。然而，现在，新的便携式技术，如无线神经生理记录设备，已经使观察生物在自然环境中，以及在更大的群体中的有机互动成为可能。

　　回想一下我们的好朋友猕猴，它们是哈佛大学神经外科的一篇发表在《科学》杂志上的文章中的研究对象。研究人员用记录头盔观察了猕猴的大脑，这种头盔可以非常精确地追踪特定神经元的大脑活动。他们观察到，每一种互动似乎都涉及到背内侧前额叶皮层的几个标志性神经元“激活”，这部分大脑被认为在社交互动中发挥作用。不同的神经元会根据不同的环境做出不同的反应——当有人不给水果时，一些神经元会放电，当有人给水果时，一些神经元会沉默，而另一些神经元则相反。还有一些神经元似乎编码了关于选择、结果和其他只是在被观察的猴子之间相互作用的信息。换句话说，似乎有神经元负责记录朋友复杂的社会行为。

　　哈佛大学的研究人员将这些观察结果纳入到一个神经元地图中，这使他们能够预测猕猴是否会在现实生活中做出回报或报复的举动。这些预测非常准确，这表明特定的神经元可以代表特定的社会信息片段。为了证实这一点，研究人员还反过来进行了研究。他们用非常小的电流暂时扰乱猴子大脑特定部位的神经元活动，以观察这是否会阻止猕猴进行社会行为。这样的电流干扰仍能让它们执行其他认知功能，如记忆或做决定。结果表明，猴子的社会行为能力下降了，它们没有像预期的那样做出回报的举动。

　　Sliwa的第二个实验专注于“脑对脑同步”。在2010年的一项关键研究中，蒙特利尔大学计算精神病学助理教授纪尧姆·杜马(Guillaume Dumas)表明，当人类参与者一起参与活动时，比如在互相注视时用手做有趣的、无意义的手势，他们的大脑在神经层面上是相互镜像的。

　　另一项研究是给情侣中的一人一个痛苦的刺激——这个人要么单独在一个房间里，要么和他们的伴侣在一个房间里，要么和他们的伴侣在一个房间里牵手——并同步监测对大脑的影响。不出所料，牵手的伴侣的大脑信号最相似，并且疼痛的人报告说，和伴侣牵着手也减轻了疼痛。(其他研究已经表明，如果你和陌生人牵手，止痛效果会低得多。)

　　这项工作已扩展到其他领域。普林斯顿神经科学研究所的研究员乌里·哈森(Uri Hasson)已经证明，一个优秀的讲故事者可以诱导她和听者的大脑产生同步(如果有共同的基础、经历和信仰);纽约大学马克斯·普朗克语言、音乐和情感中心的高级研究科学家Suzanne Dikker的研究表明，在课堂环境中，学生的脑电波与同龄人的同步程度可以很好地预测他们的投入程度，以及他们觉得自己与团队相处得如何。

　　这种现象在非人类动物中也存在吗?加州大学伯克利分校的神经科学家也在《科学》杂志上发表了一篇论文，他们用集体神经科学的视角来观察果蝠是否也会发生同样的情况。果蝠是一种群居动物，一生中大部分时间都是群居的，白天一起挤在小角落里，晚上则成群觅食。

　　当这些蝙蝠在笼子里自由飞行，用它们标志性的高音尖叫彼此交谈的时候，研究人员使用无线神经生理学记录设备跟踪他们的大脑活动。就像对恒河猴的研究一样，当蝙蝠在识别和区分群体中不同成员的叫声时，神经元具有明显不同的放电模式。一只蝙蝠的叫声会刺激听者体内一组神经元的活动，而另一只蝙蝠的叫声则会刺激另一组神经元。这种映射是如此清晰，以至于当研究人员在一个安静的房间里，只在屏幕上观察蝙蝠的大脑活动时，可以识别出哪些蝙蝠发出了叫声。

　　此外，研究还发现，在进行交流时，整个群体的大脑状态是同步的。它们的神经元以相似的方式出现峰值和振荡，使它们的大脑处于相同的“波长”上。如果蝙蝠彼此之间是“友好的”，也就是说它们在一起待了很长时间，它们的大脑同步性就会更强。这种效果，可能与杜马对牵手情侣的研究结果相似。在社会亚群体中也观察到了同样的效果;当其中一人发声时，这些小团体的成员也有更清晰的神经元表征。

　　神经科学家们还对一些蝙蝠单独进行了播放蝙蝠声音的实验，但这未能激发相关大脑区域的活动——也许这表明蝙蝠知道，这不是真正的社会互动。这种影响可能部分源于动物如何同时利用视觉和嗅觉以及听觉来处理彼此的存在。这也可能表明，一个人的神经元甚至也需要另一个大脑在场，才能记录社会动态的存在。也就是说，社会环境调节着大脑内部和大脑之间的活动。

　　还有很多我们不知道的。是的，当两只蝙蝠“朋友”相互呼叫时，特定的神经元会被激活并同步，当两只猴子分享食物时，特定的神经元也会被激活。但是，这些神经元是否在同步、识别或编码关于被通信内容的信息还有待确定。我们也不知道随着时间的推移，有多少社交信息被保留了下来，或者它是否只存在于社交活动的持续时间内。尽管如此，神经科学的集体议程无疑已经取得了进展。Sliwa说，在之前的大多数研究中，研究人员甚至无法检测到神经元为什么会放电，也无法知道这是因为动物意识到它是在与自己的“朋友”互动，还是因为它根本就在与另一种动物互动。

　　Sliwa说，这些初步研究是一个更大谜团的重要组成部分。他们的研究结果证实了这样一个观点，即当科学家们对大脑进行全面观察时，有可能发现大脑全新的能力。至关重要的是，这也意味着放弃刺激和“输入”与行为和“输出”之间的清晰区分;相反，集体神经科学涉及复杂系统的科学，其中因果关系不是线性的，而是循环的，社会和神经元结构以不可预测的方式交织在一起。

　　以运动队为例。每个球员的数据可以告诉你他们是否会成为球队的好帮手，但团队是否“合拍”，他们是否具有同步性，他们是否能在团队中合作，这些都不能通过他们的得分或助攻数量来量化。然而，这种集体的“X因素”却可以使一支优秀的团队成为“梦之队”。

　　在社会动物神经科学的背景下，这意味着观察个体的大脑如何影响社会环境，以及如何受社会环境的影响，而不是从单个大脑的角度出发。根据Tognoli的说法，一个复杂系统的视角将要求我们跨越多个相互关联的尺度来研究动物神经科学:从神经元开始，移动到大脑和具身生物体，然后跨越到成对和群体，持续观察所有这些层次是如何相互关联的。这种观点认为，认知是一个动态的过程，不仅发生在大脑内部和大脑之间，而且发生在组织的各种生物、行为和社会层面。

　　绘制神经元活动与特定社会互动的关系图，了解群体社会动态对大脑生物学的影响，也可以揭示人类社会的方方面面。例如，集体神经科学提供了一种看待神经精神疾病的不同方式，如抑郁症和精神分裂症。这并不是大脑中个体“功能障碍”的实例，而是多重生理动态和社会过程中出现的现象。如果我们本质上是社会生物，文化对我们的进化产生了深远的影响，那么我们如何深入了解人类的认知呢?对猕猴的研究等实验有助于识别与异常或正常社会行为相关的大脑区域；在人体上的相关研究可能产生新的疗法或干预的可能性。

　　在人工智能领域，接受集体神经科学范式可能意味着真正的智能和有用但有限的算法之间的区别。如果人类复杂的认知结构源于他们参与社会和文化学习的能力，计算机科学家应该注意到这一点。例如，牵手研究的计算精神病学家杜马表示，人工智能中的社交互动就像物理学领域中的暗物质:“我们很清楚它的存在，但我们还不知道如何直接研究它。”

　　杜马说：“到目前为止，人工智能在把社会认知看作是一项潜在的任务，而不是复杂认知的组成部分方面，多少有些唯我主义和个人主义。”他现在正致力于创建框架，将这种多维形式的社会智能包括在人工智能的编码中，利用我们对社会学习的理解来帮助机器向人类水平的认知发展。

　　Sliwa提醒我，要解决未来的挑战，并不是完全抛弃单脑神经科学。我们在非人类动物身上看到的社交智能中，网络中的互动可能占了很大一部分，但这也是由于它们的大脑能够独立分析社交互动。继续研究单个大脑如何拥有这种高级认知能力，以及这些个体大脑如何在群体中工作，仍然至关重要。Sliwa指出，如果智力是多个大脑之间的动态反馈循环，那么我们研究它的方式也需要是一个由不同的循环框架相互补充的系统——“许多不同层次的调查循环”。

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