在一场自然主义的在线研讨会上，本科生之间的脑电同步性更高，这预示着他们的人际关系满意度与任务表现也会更好

《Frontiers in Neuroscience》：Inter-brain synchrony between undergraduate students during a naturalistic online seminar predicted greater relational satisfaction and task performance

在线协作学习中的神经同步性对关系满意度与任务表现的影响研究。采用fNIRS hyperscanning技术，分析30对大学生在Zoom研讨会三个阶段（讲座、讨论、报告）的神经同步性（IBS）。结果显示：IBS主要出现在讨论和报告阶段，且与关系满意度正相关，并显著提升问题解决类任务表现。证实神经耦合可作为远程教育协作效果的生物标记，强调主动互动的重要性。

　　随着高等教育逐步向线上平台转型，如Zoom等虚拟会议工具的广泛应用，理解有效的虚拟协作机制变得尤为重要。近年来，研究发现人际关系质量、信任和沟通在在线协作学习中起着关键作用，但关于这些互动背后实时认知和情感动态的机制仍然缺乏深入探讨。本研究旨在填补这一空白，通过分析大脑间的同步性（Inter-Brain Synchrony, IBS）——即个体之间神经活动的匹配程度——来评估虚拟协作的成功与否。IBS被认为是合作过程中认知和注意力状态协调的体现，能够反映个体在人际互动中的神经耦合情况。本研究采用功能性近红外光谱（fNIRS）进行超扫描，对30对本科生在一次自然情境下的三阶段Zoom研讨会中进行观察，该研讨会包括讲座观看、互动讨论和展示三个部分。研究通过计算前额叶皮层（Prefrontal Cortex, PFC）之间的IBS，并结合人际关系满意度问卷和标准化的展示评分，探讨IBS对协作效果和关系满意度的影响。

研究结果表明，IBS主要出现在互动讨论阶段，而非被动的讲座观看阶段，这强调了主动参与在生成神经同步性中的关键作用。更进一步，研究发现，在讨论过程中较高的IBS水平与更高的小组关系满意度和更好的任务表现显著相关。这些发现扩展了以往关于IBS支持合作的证据，表明即使在没有物理共处的情况下，神经同步性依然能够发生，并且与虚拟教育环境中的表现和满意度密切相关。

本研究的背景可以追溯到社会文化学习理论，如维果茨基（Vygotsky, 1978）提出的观点，强调社会互动在知识建构中的作用。自20世纪70年代以来，协作学习通常在面对面的环境中实施，通过有意义的对话和相互支持促进问题解决和知识共建。然而，随着新冠疫情的爆发以及Zoom等平台的普及，线上协作学习的实施逐渐加速。传统以面对面互动为特征的本科生研讨会，现在更多地转向虚拟形式。随着教育机构持续采用远程学习平台，研究线上环境如何影响小组动态和协作任务成果，对于优化教育策略和提升学生参与度具有重要意义。

已有研究表明，影响线上协作学习效果的关键因素包括小组动态、满意度和情感安全。例如，Ku等人（2013）发现，团队动态和成员间的熟悉程度与学生的线上团队合作满意度密切相关，解释了超过一半的满意度变异。Bach和Thiel（2024）则指出，数字互动的质量，尤其是营造社区感，对小组氛围、参与度和满意度有显著影响。Cheng等人（2023）补充道，感知到的信任、互动和来自同伴及教师的社会支持，有助于降低在线协作中的认知负荷。这些研究均表明，人际关系质量、沟通和情感安全是线上协作学习成功的关键因素。然而，大多数现有研究依赖于自我报告或观察数据，限制了我们对在线协作中实时认知和情感动态的理解。

近年来，神经科学领域的进展，特别是超扫描技术的应用，为研究群体互动提供了新的视角。超扫描技术通过测量个体间的神经同步性，揭示了在人际互动中协调的认知和注意力状态。IBS指的是个体在合作过程中神经活动趋于一致的现象，通常在涉及社会认知和执行功能的大脑区域，如前额叶皮层中出现。例如，Zhang等人（2021）发现，当团队在涉及奖励激励的决策任务中合作时，下额叶皮层（Inferior Frontal Gyrus, IFG）中出现了显著的同步性。Zhou等人（2022）则发现，在时间估计任务中，进行合作的双人组在背外侧前额叶皮层（Dorsolateral Prefrontal Cortex, DLPFC）中表现出更高的同步性。这些研究强调了IBS在人际互动和协作环境中的重要性。

先前的研究已经表明，IBS与协作结果，特别是任务表现和小组关系满意度之间存在明确的联系。任务表现通常指通过协作所实现的任务质量和效率，已有研究显示，IBS水平与任务表现呈正相关。例如，在团队问题解决任务中，IBS而非自我报告的群体归属感，被证明是任务表现的预测因素（Reinero等人，2021）。此外，IBS也出现在没有物理共处的在线合作游戏中，这表明神经耦合可以在数字互动中发生（Wikstr?m等人，2022）。这些发现进一步支持了IBS作为在线协作中更紧密认知过程的指标的可能性。

小组关系满意度则是另一个关键变量，指小组成员对互动和人际关系的积极感知和满意程度。虽然关于IBS与小组关系满意度的文献较少，但已有研究指出，IBS在社会联系中起着重要作用。例如，Hinvest等人（2025）发现，自然对话中报告共享身份感的双人组表现出更高的IBS。Algumaei等人（2023）和Hoehl等人（2021）则指出，IBS在社会情感脑区支持信任和社会联系的形成，从而影响小组成员之间的关系满意度。

然而，专门研究在线教育环境中IBS与任务表现和小组关系满意度之间关系的研究仍较为有限。本研究旨在填补这一空白，通过fNIRS技术测量参与自然情境下Zoom研讨会的本科生之间的IBS，探讨其是否能预测小组关系满意度和任务表现。本研究是更大项目的一部分，该项目旨在研究支持协作的在线学习活动的神经、生理和行为特征。

本研究围绕两个核心研究问题展开：（1）IBS是否在讲座（被动观看）和讨论（主动互动）阶段中出现？（2）IBS是否能够预测双人组的小组关系满意度和任务表现？对于第一个问题，我们假设IBS会在讨论阶段（涉及参与者之间的主动互动）中出现，但不会在讲座阶段（参与者共同观看预录制视频）中出现。对于第二个问题，我们假设IBS能够预测小组关系满意度和任务表现，这与先前的研究一致。

在方法部分，本研究招募了30对本科生，但由于数据质量不佳，有7对被排除，最终样本为23对（共46人）。参与者年龄在21至30岁之间，平均年龄为24.41岁，标准差为2.8。性别构成包括13对混合性别（男-女，共26人）、7对男性（共14人）和3对女性（共6人）。参与者来自不同的学术领域，主要包括社会科学（56.5%）、商业与管理（28.3%）、STEM（8.7%）和健康科学（6.5%）。所有参与者均确认在课程中具有使用Zoom等在线学习平台的经验。为了确保fNIRS数据的准确性，参与者被要求在实验前至少2小时避免摄入咖啡因或进行剧烈运动。此外，参与者被赋予匿名标识，以防止已有的熟悉度影响结果。本研究已通过新加坡国立大学社会科学院的伦理审查，批准编号为APL-0184-2022-EXP-07。

本研究的参与者流失率为23.3%，主要由于fNIRS信号中检测到的噪声。这一现象在其他fNIRS研究中也较为常见，因为参与者自然头发和大气噪声可能干扰数据采集。此外，由于研究涉及双人组之间的同步性，任何一个参与者数据的丢失都会影响对双人组同步性的分析。

研究采用fNIRS超扫描技术，该技术相较于其他超扫描方法，具有更高的生态效度和空间敏感性。尽管fMRI和MEG在空间分辨率方面更强，但fNIRS允许参与者自由移动、说话和进行自然互动，这对研究实时的社会交流至关重要。此外，虽然EEG在时间分辨率上具有优势，但fNIRS在监测前额叶活动方面具有更好的空间分辨率，并且对运动和肌肉伪影的敏感度较低。这使得fNIRS成为同时测量两人在自然情境下（无论是面对面还是在线）前额叶皮层活动的理想工具。

实验任务分为三个阶段：观看（10分钟）、讨论（20分钟）和展示（10分钟）。所有协作活动均通过Zoom远程进行，以模拟现实中的混合学习和工作环境。参与者被分配到不同的房间，每对参与者完成结构化的任务序列。研究人员在另一个房间内通过Zoom监控参与者的活动。

在观看阶段，参与者共同观看一段关于青少年社交媒体使用的讲座，为后续任务提供共同背景。接下来，在讨论阶段，参与者被随机分配到三种不同的任务条件：头脑风暴、问题解决和认知冲突。他们通过实时对话讨论问题陈述，以解决分配的任务。最后，在展示阶段，参与者基于各自任务的特定问题陈述进行联合展示。在整个实验过程中，参与者需保持视频摄像头开启，以确保实时互动的记录。

为了测量前额叶皮层的血氧变化，研究使用了NIRSport2（NIRx Medical Technology LLC）连续波fNIRS设备。该设备包含8个光源和8个探测器，能够记录多通道数据（80个数据通道）。光源和探测器的排列依据制造商的定制化前额叶皮层布局，共设置20个通道。光源发射的光波长为760和850纳米，数据以10赫兹的频率采样。数据采集后，通过Aurora软件（版本1.4）无线传输到本地计算机，并以共享近红外光谱格式（SNIRF）保存。

数据预处理在Python（版本3.13.1）中进行，使用MNE-Python库。通过计算各活动阶段和源-探测器通道的变异系数（CV）值，对原始信号进行筛选。原始信号经过对数变换转换为光学密度（OD），并使用小波滤波进行运动校正，该方法在MNE-Python中优于默认的时间导数修复方法。OD信号通过离散小波变换（Daubechies 5小波）进行分解，以最大分解级别进行信号处理。去噪过程涉及将细节系数超过阈值的部分设为零，其中阈值设定为α=0.10（Brigadoi等人，2014；Molavi和Dumont，2012）。

经过滤波的OD信号通过改进的Beer-Lambert定律转换为血氧饱和度（HbO）和脱氧血红蛋白（HHb）浓度。最终，通过计算所有滞后（≤±5秒）之间同源通道对的最大归一化互相关值，得出IBS的测量结果。互相关分析已被证明在自然情境的神经科学研究中具有优势，并且相较于其他计算方法（如小波相干性）能产生更稳健和可重复的结果（Bizzego等人，2022）。

实验数据被划分为三个阶段：观看（VIEW）、讨论（DISC）和展示（PRES），通过从结构化事件日志中提取的时间标记进行分割。研究发现，IBS主要出现在讨论阶段，而非观看阶段，这表明主动互动在生成神经同步性中起着关键作用。此外，研究还发现，IBS在讨论阶段的高水平与更高的小组关系满意度和更好的任务表现显著相关。这些结果进一步支持了IBS作为在线协作中有效认知过程的指标的可能性。

研究还探讨了IBS在不同任务条件下的表现差异。例如，在头脑风暴任务中，IBS在展示阶段显著高于观看和讨论阶段。这表明，小组在展示过程中需要协调更多的语音和时间同步，以及共同的执行控制和实时监控彼此的言语和非言语线索。相比之下，认知冲突和问题解决任务由于其结构化、目标导向和评估性互动的特点，在讨论阶段表现出较低的同步性，但在展示阶段则出现更显著的上升。这可能是因为在达成共识的过程中，同步性才得以加强。此外，研究还发现，不同性别配对（如男-女）在小组关系满意度上表现出显著差异，这可能与性别之间的互动模式和沟通方式有关。

本研究的发现具有重要的现实意义，尤其是在虚拟教育环境中。它们表明，促进神经同步性的互动方式（如结构化的协作、开放的对话和共享的注意力）有助于优化人际关系动态和协作成果。此外，研究还指出，即使在没有物理共处的情况下，远程互动也能促进有意义的神经耦合，这为未来在虚拟学习环境中设计更有效的协作策略提供了理论依据。

尽管本研究取得了初步成果，但仍存在一些局限性。首先，样本量相对较小，且仅限于Zoom平台上的本科生研讨会，这可能限制了研究结果的普遍适用性。未来的研究应包括更大且更具多样性的样本，以验证这些发现。其次，本研究仅评估了单次实验中的神经同步性，未来纵向研究可以更深入地了解神经同步性如何随时间演变，并与持续的协作和关系成果相关联。最后，本研究仅测量了前额叶皮层的IBS，未来可以扩展测量范围，包括其他与社会认知和情感处理相关的大脑区域，以获得更全面的协作和关系满意度的神经基础。

本研究的结论强调了神经同步性在虚拟协作中的重要性。结果表明，IBS主要出现在主动互动的讨论阶段，且与更高的小组关系满意度和更好的任务表现显著相关。这些发现凸显了在远程学习环境中促进主动互动的重要性，同时也展示了fNIRS等超扫描技术在探索协作和人际关系动态神经基础方面的潜力。未来的研究应进一步拓展这一领域，以更全面地理解神经同步性在不同教育情境中的作用，并为提升在线协作学习的效果提供科学依据。