人际协调增强了脑间同步性并影响社会合作中的责任归因和奖励分配

摘要

在社会合作过程中，资源的公平分配是影响个人利益和群体和谐的关键。不同的分配规则，比如公平和平等原则，已经在奖励分配研究中得到了广泛的讨论，然而个人的合作方式，如人际协调，是否影响其后续的责任归因和奖励分配尚不清楚。在这里，46对双人进行了一项时间估计任务，分为合作（协同组）和单独（对照组）两种操作，同时使用功能性近红外进行超扫描。与对照组相比，协调组的背侧前额叶皮层（DLPFC）表现出更高的行为同步性和更高的人际脑同步性（IBS）。他们还表现出了对任务结果的责任归因的更平等的倾向。更重要的是，在背内侧前额叶皮层（DMPFC）IBS较高的协调组更倾向于进行平等的奖赏分配，且受责任归因中介，我们的研究结果阐明了人际协调对奖励分配的影响，以及前额叶皮层的关键作用。

1. 引言

公正评价和公平感影响即时的情绪和行为反应，以及未来的社会行为/倾向。公平规则认为个人奖励应该与工作的努力或贡献相匹配，而平等规则认为人们在资源分配方面具有平等的动机，并倾向于在群体成员之间不管他们的努力或贡献平均分配奖励。以往的研究实证表明生产阶段的个人工作努力影响在奖励分配过程中的公平评价，而任务特征也影响小组表现中的个人工作努力。那么，合作方式—比如是否是人际协调—是否调节了奖励分配的决定？先前的研究报道，人际协调可能会促进个体之间的亲社会性，例如，同步行走、唱歌和敲击可以增加亲社会行为/倾向，如群体关系、隶属关系和帮助性。此外，保持群体和谐的目标可导致在资源分配中更多地使用平等原则。因此，在人际协调之后，个人可能会倾向于做出亲社会的决定，并在所有的贡献者之间平等地分享奖励，而不是最大化他们的自身利益。然而，人际协调也可能导致自我服务的分配。“自私的偏见”是一种普遍存在的现象，即人们倾向于相信积极的结果，并把消极的结果归因于外部，这种偏见往往发生在对个人表现没有明确的反馈的模糊人际环境中，同时当身份和事件之间的联系缺失时，个人责任不明确。在协调任务中，为个人表现提供精确的反馈相对困难，那么协调合作就可能导致自私的偏见以及自私的奖励分配。

为了更好地分析亲社会或自我服务行为的倾向，我们测量了个体在人际协调后的责任意识。我们提出，责任归因，即对个人贡献的主观评价，在对个人贡献的反馈不明确的模糊情况下更重要。我们之前的研究表明，对责任的主观评价不同于客观贡献，并影响了某些参与者的合作行为调整。另一项研究也表明，在奖励再分配过程中对个人责任的关注影响公平性。因此，我们在本研究中测量了责任归因，并预测责任归因在任务相关心理活动和决策中起重要的中介作用。

采用超扫描技术（即同时测量两个或多个个体的大脑活动），即功能近红外光谱（fNIRS），来研究社会协调过程中的人际脑同步（IBS）。利用IBS数据作为两个伙伴在社会互动过程中相互协调程度的神经指数。感兴趣的大脑区域是右侧颞顶叶连接区（rTPJ）和前额叶皮层，包括背内侧前额叶皮层（DMPFC）皮层、额叶和背外侧前额叶皮层（DLPFC）。选择这些区域是因为它们在社会协调方面具有独特而互补的功能。DMPFC、额叶皮层和rTPJ与心理化（心理理论）、社会注意系统和共享以及合作所必需的自我－其他表征有关。此外，DLPFC是执行功能系统的一部分，在自上而下的认知和情绪过程的控制中也起着重要的作用。

研究首先假设与对照组相比，人际协调在协调组的两个参与者中诱发了更高水平的行为协调和IBS。第二个假设是，人际协调会影响参与者的责任归因和奖励分配。以往的研究也发现，人际协调过程中的IBS可以预测后续的相互帮助，并介导人际协调的亲社会效应。因此，我们使用相关分析、中介分析和多变量模式分析（MVPA）来探讨行为决策与神经同步化的单变量/多变量模式之间的相关性。

2. 材料和方法

2.1 被试

研究人员招募了92名健康大学生（46名男性，46名女性）作为参与者，参与者间互不相识。他们被随机分配为46组，协调组23对，对照组23对，性别和年龄在两组间相匹配，

2.2 实验程序和任务

实验环境如图1A所示，所有的参与者都戴着耳机来阻止按键的声音，并防止彼此之间的口头或非语言交流。对于每个两人小组，参与者首先进行3 min静息状态来收集基线fNIRS数据。在正式的实验任务阶段，参与者被要求执行一个时间估计任务，并报告他们的责任归因和资源分配（图1B）。

图1 实验设计。(A)fNIRS记录设置。(B)实验任务和程序。给出了时间估计任务试验中的事件序列和时间流。反馈屏幕上的红色和绿条表示两个参与者的计数时间。控制组的黄色条表示计算机生成的目标时间。(C)探测器的配置。大脑皮层上的整数表示记录通道（CHs）。红点是发射器，蓝点是探测器。

时间估计任务：对于协调组，参与者被要求在计算完他们脑海中的一段时间后，与他们的伴侣同时按下按键。具体来说，在每次试验开始时，一个整数（范围6-10）被显示在屏幕中央，以500 ms作为提示，代表参与者估计的目标时间（以秒为单位）。随后出现一个红色的注视点，提醒参与者根据所显示的目标时间计算时间。当参与者完成计数后，他们按下响应键（两个参与者分别为“1″和“2″）。参与者被要求通过缩小他们的计数时间（即反应时间、RT）的差异来与他们的伴侣进行协调，两个参与者之间的RTs差异越小，他们的协调能力就越好。如果RTs的差异为< 700 ms，参与者获得10分；否则，他们只获得1分。一旦回答被输入，一个包含两个参与者的计数时间（即他们的RTs，由两条图的高度表示）的反馈屏幕将显示2秒，以帮助参与者直观地调整他们的速度，并与他们的伙伴同步。接下来显示1秒参与者获得的奖励结果（“10″或“1″）。对于对照组，虽然这两名参与者是作为一个团队来完成任务的，但他们被要求与电脑同步。在每次试验中，启动提示所指示的时间与协调组的时间相同，但在第一个反馈屏幕上出现了四条，显示了两个参与者和相应计算机的反应时间。接下来，第二个呈现1s反馈屏幕（奖励结果）。

责任归因和资源分配：在时间估计任务的每次试验结束后，协调组和对照组的参与者都被问到两个问题：“你认为谁应该对结果负责？”（“1″表示完全参与者，“7″表示完全他们的伴侣）；“你认为获得的奖励应该如何分配？”（“1″完全分发给参与者”，“9″完全分发给他们的伴侣”）。这两个问题采用了不同的量表，以避免参与者倾向于对两个问题给出相同的回答。参与者最多有3秒的时间来回答每个问题。如果他们在这段时间内没有做出反应，他们就会失去了在实验结束时选择自己喜欢的试验分配作为奖励的机会。试验间隔随机为2-4s。正式的实验任务包括总共4个区块，每个区块有31次试验，区块之间有30秒的休息时间。在正式的实验之前，参与者完成了9次练习试验，以确保他们理解规则。

2.3 近红外数据采集

使用两个相同的NirSmart便携式近红外脑功能成像系统（NirSmart，hcmedx，中国）同时收集了每个配对条件下两个参与者的大脑活动。使用了两种探测器安置范式。一个光电管探头放置在PFC上（图1C），8个发射器和5个探测器形成16个记录通道。另一个光电极探针放置在右侧TPJ（rTPJ）上，3个发射器和3个检测器形成7个记录通道。发射器和探测器按照10-20系统放置，以Fz和C6为参考。发射器和探测器之间的距离约为3厘米。用10 Hz采样率测量两个波长（760和850 nm）的血氧合变化。

2.4 数据分析

2.4.1 操作检查

计算了两个参与者之间RTs的绝对差异（RTpp-diff）。

，我们还计算了两个参与者之间的绝对RT差异的平均值和估计由计算机随机生成的目标时间（RTpc-diff）。在等式中，RTp1和RTp2分别代表参与者1和参与者2的RTs，RTC是两组估计的目标时间。

对每个试验计算这两个行为指标，然后在每个参与者的所有试验中取平均值。然后采用独立样本t检验来检验协调组和对照组之间是否存在显著差异。此外，我们还比较了两组之间的原始RT评分，以排除其对IBS数据的潜在影响。

2.4.2 责任归属和奖励分配

我们要求参与者在一个直接的尺度上提供他们对责任归因的主观评价，即，1″将责任归因于自己，7″将责任归因于伴侣。为了评估协调如何影响集体和后续行为，我们通过将责任归因标准化，转化为从共享责任/平等分配到个人责任/独立分配。具体来说，我们从原来的评分分数中减去4分，并将量表从原来的1-7转换为-3-3，由此一来，“0″对应“我们对结果同样负责”，越大的值意味着一个个体（参与者1或2）对结果的贡献更大。奖励分配得分的处理与责任归因得分的处理相似，最终分数范围从0到4，值越小，分担责任越高，货币奖励分配越相等；值越大，表明个人责任越大，共享资金分配越弱。

2.4.3 IBS数据分析

主要利用氧血红蛋白（HbO）信号，在数据预处理过程中，我们首先丢弃了3 min静息状态会话的初始和最后30秒，并将静息状态活动作为任务的基线，采用小波滤波（0.02-0.5Hz）和基于相关的信号改进技术去除运动伪影，提高信号质量，最后，采用主成分分析的方法去除全局成分，经过数据预处理后，使用小波变换相干性（WTC）函数来检验两信号间在每个配对组的时间和频率上的相关性。然后，使用数据驱动的方法来定义兴趣频率和兴趣通道，并使用cluster-based permutation test来确认IBS效应，具体步骤如下：

1）丢弃了通常与噪声相关的频带，并使用剩余的频段（0.015 Hz−1Hz）进行数据分析

2）使用一种数据驱动的方法来定义感兴趣的频率。首先将协调组和对照组的任务阶段和休息阶段的所有试验和所有通道的IBS数据分别平均，并使用单样本t检验比较每个频率（0.015 Hz∼1 Hz，73个频率）的任务IBS和休息IBS，得到73 p值。使用FDR方法矫正。在任务阶段显示IBS值大于休息阶段的频带和在FDR校正后保留的频带被认为是感兴趣的频率。

3）采用相同的数据驱动的方法来定义感兴趣的通道。首先分别对任务阶段和休息阶段的所有试验和所有频段的IBS数据进行平均，并使用单样本t检验对每个通道的任务IBS和休息IBS进行比较，得到23 p值。在任务阶段显示比其他阶段更大的通道簇（≥2），并通过FDR校正的被认为是感兴趣的通道。

4）基于感兴趣的频率和感兴趣的通道，将IBS数据从两组中分离出来，并对组间独立的t检验。

5）为了确认在协调组中测量的IBS是否为真实的实验效果，我们从一个实验对中选择一个参与者，并随机匹配另一个不相关的参与者，计算他们之间的IBS。然后进行单样本t检验，比较随机组23对的任务相关IBS和休息相关IBS（设置23对是匹配真实对的数量）。该随机排列测试重复了1000次。最后，我们将观察到的聚类统计数据（t值）与1000种置换结果进行了比较。置换检验分别在协调组和对照组中进行，控制两组参与者随机配对时的任务差异。

2.4.4 IBS与行为间关系

采用一种数据分割方法来检测任一频率和任一通道的IBS和行为数据之间的相关性，并通过FDR方法校正，只报告了两组之间在不同分析中存在的一致性差异的频带范围内的相关性结果。当我们观察到模式时，我们进一步检验了使用cocor工具在两组中这些行为得分和IBS数据之间不同的相关性之间是否存在显著差异。此外，还对两组学生进行了中介分析，以检验责任归因是否中介了IBS和奖励分配。为了解码参与者对IBS的责任归因和奖励分配的评级，我们还使用决策解码工具箱对单次试验水平的所有渠道和时段使用了MVPA分析。

3. 结果

3.1 操作检查：行为协调

独立t检验表明，在协调组中，两个参与者之间的RTs的差异（RTpp-diff）显著小于对照组，此外，协调组中两个参与者之间RTs与由计算机生成的目标时间（RTpc-diff）绝对差异显著大于对照组，说明操作有效。此外，协调组和对照组的原始RT之间没有显著性差异。协调组（484.64 ms）和对照组（50.52 ms）原始RT数据之间观察到大标准误差，表明协调组有很大偏离目标时间设定的程序变化，因为他们需要与合作伙伴保持同步。

3.2 行为数据：责任归因和奖励分配

转化责任归因得分中，协调组（0.53 ± 0.10）低于对照组（0.95 ± 0.11，t[44]=-2.90，p=0.006，Cohen‘s=-0.87），表明协调组比对照组更有可能将结果归因于共同责任。奖励分配分析显示，协调组（0.87 ± 0.20）得分低于对照组（1.10± 0.17；t [44] = -0.88，p = 0.38），但差异无统计学意义。比较了两组在总试验（成功率）中获得良好反馈的比例（10分），发现协调组（0.76 ±0.02）与对照组（0.76 ± 0.04；t [44] = 0.02，p = 0.987）之间无显著差异。结果见图2.

图2 行为评分。(A)两组患者的责任归因得分。(B)两组学生的奖励分配得分。(C)两组在总试验中获得良好反馈的比例（成功率）∗∗p<0.01，n.s，表示不显著。

3.3 人际协调过程中的人际脑间同步

基于数据驱动的IBS分析，选择一个频带（0.1-0.2Hz）作为感兴趣频率，感兴趣通道簇一个由CH1、2、3组成和另一个包含CH9、10、11（图3A）。独立样本t检验显示，协调组CH9-CH11的平均IBS（0.04±0.0.01）高于对照组（0.01± 0.01；t [44] = 2.53，p = 0.015，Cohens d = 0.76，图3B）。相反，两组间CH1-CH4簇的平均IBS值无显著性差异。重要的是，在CH9-CH11集群中，IBS（t [22] = 5.57）通过置换检验（p = 0.001），而在对照组（t [22] = 1.49）中不显著（p=0.46）（图3C）。

图3 人际关系间的大脑同步化（IBS）

3.4 IBS与责任归属和奖励分配的关联

在协调组中，数据驱动相关检验显示，DMPFC中CH13和CH14的平均IBS频率（0.11–0.16 Hz）与责任归因呈负相关（r [44] = -0.53，p < 0.001），但在对照组中未发现显著相关性（图4A）。同样，平均IBS与奖励分配呈负相关（r [44] = -0.65，p < 0.001），但在对照组中没有发现显著相关（图4B）。结果表明，协调组的IBS与责任归因的相关性与对照组不同（z = -2.95，p = 0.003），协调组的奖励分配与对照组也不同（z = -3.47，p < 0.001）。此外，责任归因得分与奖励分配显著相关（r [46] = 0.689，p < 0.001）。此外，中介分析检验责任归因是否中介了IBS和奖励分配。将0.11-0.16Hz的CH13和CH14之间的平均IBS、责任归因和奖励分配分别作为自变量、中介变量和因变量。协调组的分析表明，显著的总中介效应为-9.36（95% CI：[-12.63，-6.10]），（图4C）。此外，MVPA发现，从两组的IBS数据中都可以解码责任归因和奖励分配得分，两组间低频率IBS分配得分的解码精度存在差异。

图4 DMPFC中IBS与行为评估的相关性

4. 讨论

本研究采用基于fnirs的超扫描技术来研究人际协调过程中的IBS及其对社会合作中后续责任归因和奖励分配的影响。DLPFC的行为结果和任务相关IBS分析证实，协调组的参与者比对照组表现出人际协调和更高的IBS，协调组更有可能将责任归因于集体，金钱分配的个体差异明显。具体来说，协调组中在DMPFC中IBS水平较高的奖励分配越公平，而这种效应是由责任归因所介导的，也进一步证明了个体贡献的主观评价中介了任务相关神经活动与奖励分配。综上所述，这些证据表明，当前的资源分配理论应该考虑个人自己对其贡献的评价，而不是客观和公开的投入。此外，MVPA还证明了责任归因和奖励分配可以从所有渠道的IBS的多元模式中解码出来，从一个新的角度支持了IBS-行为的关联。

在合作任务中，协调组DLPFC的IBS高于对照组，这一结果与之前的fNIRS超扫描研究一致，当参与者与伴侣协调时，DLPFC中更大的IBS是因为该区域常与自上而下的认知和情绪过程控制有关。此外，DLPFC还与对手上任务进行认知控制有关。因此本研究中DLPFC中IBS的增加可能反映了在任务执行过程中保持协调的同步控制。社会认知的另一个关键区域rTPJ在本研究中并没有发现显著的IBS效应，以往研究表示rTPJ中的IBS与合作伙伴之间更强的共享意图有关，而PFC与积极的人际交往结果有关，包括有效的沟通和成功的合作，因此，rTPJ和DMPFC皮层在协同合作过程中可能发挥不同的作用。

5. 总结

本研究表明，合作的方式，如人际协调，影响个人对资源分配的评级。此外，fNIRS和MVPA的研究结果阐明了DLPFC和DMPFC的不同功能作用：前者可能有助于维持人际协调，后者可能通过考虑当前社会背景下的其他因素来参与规划分配决策。