双向神经信息流揭示合作学习中的涌现领导力：基于fNIRS超扫描与格兰杰因果分析的研究

本研究通过fNIRS（功能性近红外光谱）超扫描技术和格兰杰因果分析（GCA），首次揭示了合作学习中涌现领导力情境下双向神经信息流的时空特征。团队发现左颞中回（MTG）主导的领导者→追随者信息流与左感觉运动皮层（SMC）主导的追随者→领导者反馈形成空间分离但时间同步的动态耦合，为理解合作学习的神经层级机制提供了新证据。论文发表于《Communications Biology》，对教育神经科学和群体认知研究具有重要启示。

　　

在传统教育理念中，"独学而无友，则孤陋而寡闻"强调了合作学习的重要性。然而，尽管合作学习已被实践70余年，其背后的神经机制尤其是信息流动方向性仍不明确。现有研究表明，学习者大脑间存在同步活动（interbrain synchronization, IBS），但这种同步是由领导者单向主导还是双向互动仍存争议。社会支配假说认为领导者通过自上而下的控制引导群体，而社会互依假说则强调成员间的双向反馈。解决这一争议对优化教育策略、理解群体认知机制至关重要。

浙江大学的研究团队设计了一项创新的诗歌合作学习实验。45对陌生同性大学生在fNIRS超扫描监测下，用6分钟共同分析古诗意境。通过微行为编码确定涌现领导者，结合格兰杰因果分析（Granger causality analysis, GCA）解析神经信息流向。研究发现：行为上，领导者发言时长（p<0.001）和内容质量（p<0.001）显著高于追随者；神经层面，左颞中回（middle temporal gyrus, MTG）呈现更强的领导者→追随者（L2F）信息流，而左感觉运动皮层（sensorimotor cortex, SMC）则显示更显著的追随者→领导者（F2L）反馈。这种双向流动在任务前4分钟达到峰值后衰减，形成独特的"上升-下降"模式。研究首次证实合作学习中存在空间分离但时间耦合的双向神经对话，为教育神经科学提供了量化指标。

关键技术包括：1）fNIRS超扫描技术同步记录双人大脑活动；2）基于微行为编码的涌现领导者识别（ICC=0.79）；3）格兰杰因果分析量化信息流向；4）小波去噪和CBSI（correlation-based signal improvement）信号处理；5）90名大学生组成的45个同性别陌生对队列。

Communicative behaviors in cooperative learning
行为分析显示，领导者的平均发言时长（35.2±3.1秒）显著超过追随者（24.8±2.9秒），且其话语得分（7.2±0.5分）更高（p<0.001）。累积话语得分在4分钟后趋于稳定，表明合作学习效果随时间动态变化。

Bidirectional information flow was spatially dissociated
神经分析发现CH23通道（对应左MTG）的L2F格兰杰因果值显著高于F2L（p=0.04），而CH6通道（左SMC）则呈现相反模式（p=0.04）。这种空间分离在自由对话任务中未出现，证实其合作学习特异性。

Bidirectional information flow was temporally alike
时间动态分析显示，MTG的L2F与SMC的F2L信息流均在4分钟达到峰值（p<0.005），随后下降。这种同步变化提示双向流动存在共同的时间窗口。

Inverse relationship between GC directions
格兰杰因果值在MTG-L2F与SMC-F2L间呈负相关（r=-0.33, p=0.03），表明信息流动存在竞争性资源分配。

Linking to communicative behavior and learning experience
MTG的L2F强度与领导者话语得分正相关（r=0.35），SMC的F2L则与追随者感知的支持度相关（r=0.38），证实神经-行为耦合。

该研究通过多模态方法揭示了合作学习的神经层级机制：左MTG作为语义整合中枢支持领导者主导的内容组织，而左SMC则处理追随者的动作预期和实时协调，二者形成互补的双系统模型。这一发现突破了传统单向领导的理论框架，为"社会互依理论"提供了神经证据。教育实践中，4分钟的关键时间窗口提示合作学习活动设计应注重初期互动质量。研究局限包括未考察右半球参与和文化差异影响，未来可扩展至真实课堂环境。论文创新性地将时间分辨率引入超扫描研究，为理解群体认知的动态本质开辟了新途径。