跨模态生理同步的方法学探索：个体内与个体间多模态同步及领先-跟随动态

《Psychophysiology》：Physiological Synchrony Across Modalities Within and Between Individuals: A Methodological Exploration of Crossmodality

　　

本方法学研究旨在探索生理同步（physiological synchrony）的若干扩展。迄今，同步通常在同一生理模态内以及不同人之间进行分析，而本项目特别关注人与人之间的跨模态同步（crossmodal synchrony，个体间）以及同一个体内部的跨模态同步（个体内）。近年来，在社交互动具有关键作用的各种学科中，个体间同步作为研究领域和方法学受到越来越多的关注。同步通常在数秒时间尺度上计算，主要基于生理测量或运动行为。系统综述和元分析显示，个体间同步是在不同情境中表征人们社交互动的一种现象。同步在社会系统中自发产生，常常处于互动者意识之外，并常被视为关系质量的标志。同步也被证明可由显著的刺激情境诱发，例如音乐使音乐会观众同步。为探索此类同步，研究人员使用了一个大型数据集，包含703名在音乐会场景中聆听古典音乐的参与者。所有参与者同时记录了心率（HR）、心率变异性（HRV）、皮肤电活动（EDA）、呼吸行为（RESP）和呼吸频率（RR）。使用基于互相关的替代同步算法（R package SUSY），研究人员确定了参与者在这5种模态全部10种组合上的跨模态同步。生理同步的心理意义是经验美学的研究目标，相关发现此前已发表。然而，本研究关注多模态同步的方法学问题：跨模态同步是否在个体内和个体间出现？以替代检验作为控制条件，研究人员发现此类同步中约有一半在数据集中显著存在，且效应量可观。研究人员还探索了潜在互相关的滞后结构，以描述同步化生理模态之间的领先-跟随动态。研究人员预期，代表交感激活的模态的跨模态同步应显著正相同步（in-phase synchrony）。然而，情况并非总是如此，因为也发现了交感与副交感信号的共激活。总之，当前关于跨模态同步的发现提供了新信息，并为同步研究提示了新测量，这对诱发同步和社会互动同步均具有相关性。

研究背景与问题：生理同步研究近年来在临床心理学与心理治疗研究、社会心理学、发展心理学及若干社会科学中受到关注。同步通常被界定为共享同一刺激环境或参与交流行为的个体之间的协调、耦合、 entrainment、调谐或感染等，常在数秒时间尺度上基于生理测量或运动行为时间序列计算。系统综述和元分析表明，个体间同步是在不同情境中表征人们社交互动的一种现象，常自发出现、处于互动者意识之外，并常被视为关系质量的标志；同步也可由音乐、电影或仪式等外部显著刺激诱发。既有同步研究几乎集中于同一生理模态内部以及人与人之间，即同模态个体间同步；跨模态（不同生理模态之间）同步以及同一个体内（个体内）同步的秒级方法学可行性尚缺乏检验。该文因此开展探索性方法学研究，以奠定后续心理研究基础，并考察跨模态同步在个体内与个体间是否显著存在及其领先-跟随动态。研究使用“ECR—Experimental Concert Research”项目11场公开音乐会中703名听众的数据；参与者在现场聆听Ludwig van Beethoven的String Quintet Op. 104 in C minor第一乐章，同时记录HR、HRV、EDA、RESP、RR五种模态。研究人员采用基于互相关的替代同步算法（SUSY）计算三类同步：跨模态个体内同步、跨模态个体间同步和同模态个体间同步，并以替代检验作为控制、以效应量ES_noabs评估同步强度。研究问题包括：RQ1，代表交感激活的模态应与其他交感信号正相同步、与副交感信号反相同步；RQ2，跨模态同步在个体内与个体间是否一致；RQ3，跨模态同步中何种模态具有领先作用。结论是跨模态同步可在该数据集中计算，约一半显著且效应量可观，但预期并非全部成立，出现交感与副交感信号共激活，提示需扩展同步测量。其意义在于为同步研究提供新测量，尤其与诱发同步和社会互动同步相关，并可适配可穿戴设备带来的多变量时间序列。

关键技术方法：样本队列来自“ECR—Experimental Concert Research”项目，2022年4—5月德国柏林Pierre Boulez Saal与Radialsystem的11场公开音乐会，分析703名听众；音乐为Beethoven String Quintet Op. 104 C小调第一乐章（约10 min）。用biosignalsplux设备以1000 Hz采集血容量脉搏、皮肤电和胸带呼吸。HR/HRV由血容量脉搏提取，HRV用RMSSD（相邻心搏间期差值的均方根）在30 s移动窗估计并以1 Hz输出；EDA经Ledalab提取相位成分后降采样至1 Hz；RESP低通滤波（0.6 Hz）并降采样至1 Hz，RR由RESP峰间期移动窗转换为1 Hz。采用R包SUSY，以互相关（最大滞后±5 s、30 s非重叠分段、替代检验）计算同步及领先-跟随。

3.1 同步性：经替代检验与单样本t检验（Bonferroni校正），个体间同模态分析复制既往结果：EDA-EDA、HR-HR、RR-RR显著，HRV-HRV不显著，RESP-RESP不显著，提示共享音乐刺激可使部分生理信号共振，而呼吸行为未在听众间同步。跨模态个体间分析显示，EDA-HR、EDA-HRV、EDA-RR、HR-RR显著正相，HR-HRV显著反相；涉及RESP的组合均不显著，HRV-RR不显著。跨模态个体内分析显示，EDA-HR、EDA-HRV显著正相；HR-HRV、HRV-RR、RESP-RR显著反相；其余不显著。就RQ1而言，个体间相关6项中4项符合预期，EDA-HRV显著不符，HRV-RR不显著；个体内6项中3项符合预期，EDA-HRV不符，2项不显著。RQ2在10项跨模态同步中6项一致。领先-跟随分析发现，个体间四个显著正相同步中第二变量领先：HR领先EDA，HRV领先EDA，RR领先EDA和HR；HR-HRV反相中HR领先HRV。个体内EDA-HR中HR领先EDA，与个体间一致；EDA-HRV中EDA领先HRV，与个体间不一致；HRV-RR中RR反相领先HRV；RESP-RR中RR反相领先RESP；HR-HRV领先不显著；EDA-RESP中EDA领先RESP，HR-RESP中RESP领先HR。领先变量在个体内与个体间一致者见于EDA-HR和HRV-RR（五例中两例）。

讨论总结：作者强调跨模态同步计算的方法学可行性与现场音乐会的生态效度，大样本、五种同时记录模态以及个体内与个体间同步的联合考察构成优势。个体间同步仅能由共享音乐刺激导致，而个体内同步还可反映个体体内的生理关联，故RQ2并非全部一致；涉及RESP的人际跨模态同步不显著可由RESP-RESP未同步解释。原文讨论对EDA-HRV正相及RESP-RR反相给出推测性解释，如交感-副交感共激活、放松警觉或吸气时呼吸频率下降等，但这些不作为确定性结论。局限包括信号异质性和预处理差异，部分同步可能反映信号构建、时间平滑与有效时间分辨率；RR由RESP峰间期推导，EDA与HRV的时间尺度不同。应用上，跨模态同步为同步研究提供新测量，适用于社会互动同步及可穿戴多变量时间序列，并有助于心理生理学研究。研究结论（译）：总之，当前关于跨模态同步的发现提供了新信息，并为同步研究提示了新测量，这对诱发同步和社会互动同步均具有相关性。