《Cognitive Neurodynamics》：Neural synchrony and cognitive map formulation in collaborative navigation: leader-follower couplings revealed by EEG hyperscanning
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本研究旨在解决人们在社会情境中如何形成认知地图的理论空白。认知地图（cognitive map）的概念，即空间关系的心理表征，已被广泛用于解释个体导航。当与他人一起导航时，领导者与跟随者之间空间知识的交换和认知地图的形成是自然且普遍的，但其神经基础尚不充分了解
本研究旨在解决人们在社会情境中如何形成认知地图的理论空白。认知地图（cognitive map）的概念，即空间关系的心理表征，已被广泛用于解释个体导航。当与他人一起导航时，领导者与跟随者之间空间知识的交换和认知地图的形成是自然且普遍的，但其神经基础尚不充分了解。研究人员通过记录70名参与者在虚拟现实环境中进行双人路线规划和导航任务时的超扫描脑电图（hyperscanning EEG），研究了这些机制。使用连接性测量分析了不同频带内的脑内和脑间耦合。研究人员观察到与协作导航表现和角色相关的稳健神经同步模式。脑内连接性分析显示，领导者和跟随者的delta频带（1–3 Hz）耦合均增加，而theta频带（4–7 Hz）连接性在跟随者中尤为增强。alpha频带（8–12 Hz）连接性在角色间显示出不同的模式，表明空间处理的不同神经策略。脑间分析显示，伙伴之间的delta频带因果关系增加，而从跟随者到领导者的theta和gamma频带（31–50 Hz）耦合减少。表现更快的双人组表现出整体减少的脑间耦合，尤其是在theta频带，表明更有效的神经协调。协作导航依赖于频带特异性和角色依赖性的脑内和脑间神经协调，而更有效的双人组可能需要较少持续的脑间耦合。这些发现可为导航辅助设备、训练方案和协作界面的设计提供信息，以更好地支持领导者-跟随者协调，并提高现实世界中的联合空间决策能力。
空间导航是人类基本功能，涉及认知地图（cognitive map，空间关系的心理表征）的形成。个体导航已获广泛研究，但协作情境中领导者与跟随者如何交换空间知识并形成共享认知地图的神经机制尚存理论空白。为填补这一空白，研究人员采用超扫描脑电图（hyperscanning EEG）记录70名参与者（35对双人组）在虚拟现实环境中进行路线规划和导航任务时的脑活动，分析脑内与脑间连接的频带特异性模式。研究发表于《Cognitive Neurodynamics》。结果表明，协作导航依赖于频带特异性和角色依赖的神经同步：领导者在theta频带表现出增强的脑内因果连接，与轨迹规划相关；跟随者在theta频带脑内连接减少，alpha频带脑内连接也减少，反映其整合位置信息与指令的认知需求。高效双人组（完成时间更短）在theta频带脑间耦合显著降低，表明更优化的神经通信。这些发现揭示了协作导航中角色依赖的神经策略，为导航辅助设备、训练方案和协作界面设计提供了神经工效学依据，可提升现实场景中联合空间决策效率。
研究人员采用超扫描技术，使用两个32通道LiveAmp无线放大器（Brain Products GmbH，德国）同步采集脑电图（EEG）信号，采样率1000 Hz。参与者来自台湾清华大学，70名健康志愿者（26男44女，平均年龄21.9±2.8岁），随机配对为35组双人组。在虚拟现实（VR，Unity引擎开发，HTC VIVE Cosmos Elite头显及KAT Walk mini全向跑步机）环境中，一名参与者担任领导者（leader），另一名担任跟随者（follower），进行30轮路线规划任务。数据分析聚焦于15秒讨论阶段：使用修正虚部相位锁定值（ciPLV）评估功能连接，定向传递函数（dDTF）评估有效连接，覆盖delta（1–3 Hz）、theta（4–7 Hz）、alpha（8–12 Hz）、beta（13–30 Hz）、gamma（31–50 Hz）五个频带。预处理包括降采样至250 Hz、带通滤波1–50 Hz、cleanline去除线噪声、伪影子空间重建（ASR）、独立成分分析（ICA）结合ICLabel去除眼动、肌电等伪影，并以共同平均参考重参考。
**行为结果**：通过分析行走轨迹和完成时间，发现Map A与Map B在复杂度（曼哈顿距离和转弯次数）上无显著差异（p>0.05），且双人组随任务重复完成时间逐渐缩短，表明学习效应存在。
**任务完成时间**：根据完成时间将双人组分为快组（平均41.9秒）和慢组（平均59.7秒），两组在人口学特征和地图记忆测试中无显著差异，但快组完成率更高（99.7% vs 98.4%，p=0.006），完成时间差异显著（p<0.001），表明快组任务执行更高效。
**功能脑内和脑间连接**：ciPLV分析显示，delta频带脑内连接在领导者和跟随者中均显著增强（FDR校正p<0.05）；theta频带跟随者脑内连接增强，尤其枕顶区域；alpha频带跟随者脑内连接减弱，领导者增强，呈现角色分化；beta频带连接稀疏；gamma频带跟随者额叶连接增强。脑间连接在所有频带中均稀疏且弱，表明持续相位锁定同步并非突出特征。
**与任务表现相关的脑间和脑内因果关系**：dDTF分析显示，delta频带脑内和脑间因果连接均增强，尤其从领导者到跟随者；theta频带领导者脑内因果连接增强（顶叶），跟随者减弱；gamma频带脑内及脑间（从跟随者到领导者）连接均减少。对比快慢组，快组在theta频带脑内和脑间连接显著降低，尤其从领导者到跟随者顶叶及反向连接，表明更少的神经耦合与更高效的任务完成相关。
讨论部分指出，本研究通过设计不对称地图布局，模拟了领导者与跟随者间的知识不对称，观察了协作导航中认知地图形成及角色依赖的神经动态。delta、theta、gamma频带的增强与注意力、空间记忆和轨迹规划相关，但高效双人组脑间theta耦合降低，可能源于高效沟通和共享心智模型（shared mental model）的形成，减少了对持续脑间同步的需求。Alpha频带角色分化反映了跟随者整合空间信息的认知需求。研究未直接探讨自我中心（egocentric）与异中心（allocentric）参考框架，因任务中参与者动态切换。结论部分翻译如下：本研究使用超扫描EEG考察了协作空间导航中的脑内和脑间连接，提供了可指导神经工效学设计的证据，而不仅限于理论推进。研究人员识别了独特的角色依赖神经策略：领导者展现出更强的额顶连接，与规划和指导一致；跟随者表现出与监测、更新和执行路线指令相关的模式。这些发现表明，在联合驾驶、航空、安全巡逻或应急响应等现实场景中，领导者-跟随者协调可通过差异化支持这些角色的界面和训练方案获益。脑间分析进一步表明，更高效的双人组（完成更快）展现出与更优化神经通信一致的连接模式，尤其在theta频带。因此，theta频带连接可作为有效协作的候选神经标记，可用于自适应系统，例如实时监测团队协调，并在同步下降时触发支持性反馈。
