《Physiologia》：Inter-Brain Synchronization via Hyperscanning and Frontoparietal Network Modulation During Social Cooperation in Healthy Adults: A Systematic Review
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背景/目的：脑间同步（IBS）已成为社会认知的关键指标，反映了个体间神经活动的时间对齐。本系统综述旨在确定健康成人社会合作任务中脑间同步的神经生理学标记以及额顶网络（FPN）的调节。方法：遵循PRISMA 2020指南，在Scopus、Web of Scien
背景/目的：脑间同步（IBS）已成为社会认知的关键指标，反映了个体间神经活动的时间对齐。本系统综述旨在确定健康成人社会合作任务中脑间同步的神经生理学标记以及额顶网络（FPN）的调节。方法：遵循PRISMA 2020指南，在Scopus、Web of Science、PubMed和APA PsycInfo中进行检索。选择使用脑电图（EEG）、功能性近红外光谱（fNIRS）或双功能磁共振成像（dual fMRI）并评估合作情境下双人组（dyads）的超扫描研究，基于PICO框架，并通过混合方法评估工具（MMAT）严格评估方法学质量。结果：纳入11项研究，主要采用fNIRS（72.7%）和非定向统计耦合指标。数据揭示，在社会合作条件下，额顶网络（FPN）、镜像神经元系统（MNS）和心智理论（ToM）网络的关键节点（IFG、dlPFC、rTPJ和楔前叶）存在重复出现的空间汇聚。尽管证据表明在社会合作期间这些网络内存在初步的脑间耦合，但研究的方法学异质性较高，无法建立明确的因果机制。结论：因此，脑间同步应被解释为一种关联性相关物和共享的计算任务状态，未来研究需要更大的实验和仪器标准化。
2. 结果
2.1 研究选择
根据PRISMA 2020流程图，通过数据库检索共识别256条记录，去除33篇重复文献后，对223篇进行标题和摘要筛选，排除145篇。随后尝试获取78篇报告，成功获得65篇全文，13篇因无法获取被排除。根据纳入标准详细评估全文后，排除54篇，原因包括研究设计不当（n=31）、结果未涉及既定目标（n=16）以及超扫描技术不符合纳入标准（n=7）。最终，11项研究被纳入系统综述样本。
2.2 纳入研究的系统化
11项主要研究的样本量较小，范围从18到104名参与者（每项研究9到52个双人组；总样本n=506名个体/253个双人组）。方法学上，功能性近红外光谱（fNIRS）是主要成像技术（n=8，72.7%），其次是双功能磁共振成像（dual fMRI）（n=2，18.2%）和高密度脑电图（EEG）超扫描（n=1，9.1%）。实验任务采用双人组合作范式，涵盖节奏或语言协调、联合游戏（如叠叠乐、俄罗斯方块、拼图）、创造性问题解决和经济决策。为评估脑间同步（IBS），研究应用了小波变换相干性（WTC；n=45.4%）、受试者间相关性（ISC；n=9.1%）、偏定向相干性（PDC；n=9.1%）以及一般信号相干性或延迟测量（n=36.4%）。大多数研究报告了在联合合作条件下统计耦合高于独立、竞争或静息基线，但这些观察来自小规模、方法学异质性的队列，属于初步关联趋势而非统一神经生物学机制的确凿证据。在神经解剖学层面，数据表明在额顶网络（FPN）、心理化网络（MENT）和镜像神经元系统（MNS）的皮层区域中频繁出现空间汇聚。具体而言，在额下皮层/额下回（IFG；n=5项研究）、背外侧前额叶皮层（dlPFC；n=4项研究）、右侧颞顶联合区（rTPJ；n=5项研究）和楔前叶（n=2项研究）中反复观察到神经同步的局部增加。鉴于仅有11项研究且方法学异质性显著，当前证据不足以建立确定性结论，因此以下结果必须严格解释为统计关联的初步观察，而非因果神经生理机制。
2.3 社会合作的实验范式与超扫描模态
所选文献的合成揭示了显著的方法学异质性，使得直接定量比较困难。实验范式与超扫描技术差异显著，引入了不同的任务需求和信号特征。主要模态fNIRS在11项研究中的8项中使用，因其在面对面设置中对运动伪影的耐受性。fNIRS研究中的实验设计差异广泛，从齐声发声任务到身体互动游戏如叠叠乐，以及计算机化环境如俄罗斯方块、回合制矩阵游戏和数字拼图。此外，fNIRS通过结构化头脑风暴会议和虚拟经济交换考察了社会认知互动。双fMRI用于评估盲精细运动同步和实时几何图形再现。最后，一项研究使用高密度EEG检查了在条形平衡游戏中无语言中介的连续运动协调。这种任务设计与成像模态的广泛变异显著限制了综述中发现的普遍性。
2.4 脑间同步指数的比较
在综述的研究中，脑间统计关联主要通过小波变换相干性（WTC）、受试者间相关性（ISC）和偏定向相干性（PDC）评估。需强调这些方法测量的神经生理现象不同，不应完全互换。此外，大多数指标（如WTC、ISC）捕获非定向统计依赖，而非定向因果神经通信。仅少数研究使用了定向方法如PDC。比较合作与基线条件时，多项研究报告了在目标导向联合任务中非定向IBS的显著增加。在一项研究中，更高的同步水平与任务成功统计相关。另一范式通过比较真实互动双人组与计算生成的随机伪双人组来验证IBS，控制了共同输入混淆。对比合作与竞争显示出不同的地形模式：发散思维任务中的合作条件与更高的前额叶相干性相关；而回合制游戏将合作与双侧额下和前额叶通道联系起来。双fMRI数据表明，同时联合动作比顺序回合具有更高的个体间统计耦合。与单独执行或计算机控制条件相比，人际互动始终与平行信号波动相关。然而，由于这些数据主要是相关性的，这些发现反映了共享的功能任务动态，而非经证实的人际信息传递。
2.5 神经解剖学证据的合成：额顶网络招募
神经解剖学合成初步指向涉及额顶网络（FPN）、心理化网络和镜像神经元系统（MNS）的皮层区域。然而，关于完整网络招募的结论必须谨慎。许多纳入研究——特别是使用fNIRS的研究——仅测量了浅层皮层区域，采样了受限的前额叶区域，并使用了不同的通道配置。因此，完整FPN招募的证据仍属间接。
2.5.1 额叶与前额叶区域
在需要联合认知控制和共享目标的任务中，报告了背外侧前额叶皮层（dlPFC）通道的脑间统计相干性增加。在创造性头脑风暴中观察到右侧dlPFC同步性更高，且在个体基线创造力较低的双人组中更明显。覆盖额下回（IFG/Broca区）的通道在运动模仿和联合动作理解中显示出同步信号变化，回合制任务中注意到双侧IFG参与。决策和拼图解决中观察到上额前额叶通道（dmPFC/BA 9/BA 10）的统计关联，而额上回和额中回在经济交易中表现出耦合。
2.5.2 顶叶与颞顶区域
在右侧颞顶联合区（rTPJ）和角回上方的后部通道中，记录了联合注意和社会推理任务中的信号相干性升高。值得注意的是，对rTPJ施加抑制性刺激并未显著影响脑间同步，表明其激活可能并非在所有情境中维持统计耦合所必需。对应左侧顶下小叶（IPL）和楔前叶的区域在同时模式再现、精细时间运动协调和非语言流畅联合动作中表现出升高的相干性。
2.5.3 区域间相关与脑间关联
一些研究探索了配对大脑间的跨区域统计依赖。当应用定向建模（PDC）时，探索性分析表明双人组中额叶与颞顶节点之间存在统计关联。尽管这些初步模式与理论模型一致，但现有证据仍主要是相关性的，无法得出脑间同步作为合作成功直接因果机制的结论。
2.5.4 社会认知中额顶、镜像与心理化网络的整合框架
综述的实证证据初步表明，社会互动不能仅由单个神经系统的孤立功能解释。灵活认知控制和实时适应似乎依赖于额顶网络（FPN）、镜像神经元系统（MNS）和心智理论（ToM）网络之间的持续三方对话。作者提出了一个概念框架，其中FPN内的执行控制节点（dlPFC、IFG、dmPFC、IPS）支持目标导向协调和认知灵活性；MNS支持运动学模拟和实时动作镜像；而ToM网络（锚定于rTPJ、aTPJ/IPL和楔前叶）介导心理状态归因和社会推理。需明确，此整合框架是一种启发式解释性理论综合，而非在所有纳入研究中一致证明的直接实证发现。
3. 讨论
本系统综述综合了健康成人社会合作任务中脑间同步（IBS）和额顶网络（FPN）调节的当前实证证据。通过评估11项超扫描研究（fNIRS、EEG和双fMRI），本综述解决了文献中的一个具体空白：评估区域皮层耦合如何随任务结构和记录模态变化。然而，鉴于符合条件的研究数量有限且方法学异质性显著，此处呈现的合成必须被解释为初步和观察性，而非确定性。
3.1 方法学考虑与脑间同步的解释
评估综述文献的一个关键要求是明确区分实证证据与理论解释。大多数纳入研究使用了非定向统计测量，如小波变换相干性（WTC）、受试者间相关性（ISC）或相位相干性，这些测量捕获共变信号波动而非直接因果神经通信。因此，合作任务中观察到的IBS增加必须严格解释为实证关联性相关物，而非合作成功的因果驱动因素或生物学机制。此外，超扫描中的一个主要方法学争论在于升高的IBS是否源于主动社会认知，或仅仅来自共享感觉输入、相同任务时间、运动共调节或联合注意。尽管几项纳入研究实施了控制条件，如伪随机双人组、单独执行或人机交互，但替代双人组方法在不同研究中仍存在差异。在PC或单独条件下未观察到升高的相干性表明可能存在一定程度的社会特异性，但共同外部刺激的影响无法完全排除。因此，声称合作创造了一个统一的认知实体或作为绝对生物学粘合剂的提法在概念上被夸大了；当前证据支持IBS严格作为与联合行为参与相关的关联性神经生理相关物。
3.2 地形趋势、模态差异与网络解释
在综述的研究中，一个重复出现的模式是合作范式下前额叶、额下和颞顶区域的参与。文献提示一种潜在的功能特化，其中合作目标常与前额叶/额极对齐一致，而竞争互动则倾向于招募与策略监测和威胁预测相关的右侧颞顶结构。然而，关于额顶网络（FPN）作为执行宏观结构的普遍结论必须谨慎。大多数纳入研究依赖功能性近红外光谱（fNIRS），因其运动耐受性和适合面对面范式，符合“第二人称神经科学”原则。然而，这些研究中的fNIRS光极配置通常局限于浅层皮层通道（主要为前额叶或颞顶区域），没有全脑覆盖。因此，完整FPN招募的直接证据仍然有限。此外，跨研究整合受到实质性的技术和分析异质性限制：fNIRS存在空间深度有限、信号受颅外头皮血流污染和系统性血流动力学噪声；EEG提供毫秒级时间精度但易受运动伪影和体积传导影响；双fMRI提供皮层下空间分辨率但生态效度严重受损。分析上的差异，如频段、预处理流程、滤波器阈值和通道配置的不同，意味着不同研究测量了不同的神经生理现象，不能完全互换。
3.3 理论模型与功能假说
整合镜像神经元系统（MNS；如IFG、IPL）和心智理论（ToM；如dlPFC、dmPFC、rTPJ）网络的理论框架提供了有价值的解释视角。已有假说认为，通过MNS进行的早期感觉运动映射可能提供低级运动学对齐，在此基础上通过ToM整合高级心理化过程。类似地，跨脑节点耦合的观察（如一名参与者的右侧dlPFC与同伴的rTPJ同步）或对局部干扰的弹性也引人注目。然而，这些概念模型——包括提出的发送者-接收者动力学、执行-心理化循环和适应性神经补偿——必须明确归类为解释性假说，而非实验证明的结论。由于大多数研究使用了非定向指标，而不是定向连接性方法，同伴之间的方向性信息流无法在数学上确认。
3.4 综述文献与综述方法学的局限性
本综述的解释受到主要文献和综述过程本身若干方法学限制的约束：缺乏定量荟萃分析，因实验范式、成像模态、信号指标和统计报告的高度异质性，无法进行定量荟萃分析，本综述严格为叙述性，限制了量化效应量或系统检验发表偏倚的能力；累积样本量小，仅纳入11项主要研究，严重限制了普遍性，所有结论均为初步；主要关注fNIRS和皮层表面，导致皮层下贡献和精细电生理动力学的盲区；双人组和人口统计学限制，主要研究集中于健康年轻成人双人组在人工实验室环境中，这些神经相关物如何转化到更大群体动态、生命周期或临床人群仍未知。
3.5 未来方向
为推动该领域从相关性观察走向机制清晰性，未来超扫描研究应优先考虑：定向连接性分析，应用定向有效连接模型（如格兰杰因果、动态因果模型）以检验神经领导力、信息流和不对称双人组角色的假说；严格的控制范式，系统纳入替代双人组分析、基线任务时间控制和生理伪影去除（如fNIRS中的短距离通道、系统性生理监测）以隔离真正的神经耦合与共同环境输入；预注册、标准化流程与开放数据共享，鼓励系统采用预注册超扫描协议、实施标准化预处理流程以及开放共享原始超扫描数据集，以增强方法学透明度、减少发表偏倚并促进全球可重复性；多模态与多主体方法，结合同步fNIRS-EEG记录以弥合时间和空间差距，并将范式扩展至更大集体和真实世界生态设置；临床转化，在建立标准化可重复分析流程的前提下，探索基线脑间耦合指标是否可作为社会互动障碍的探索性标记。
4. 材料与方法
4.1 协议注册与合规性
本系统综述严格遵循PRISMA 2020指南，以确保透明、严谨和可重复的报告结构。综述协议已在国际前瞻性系统综述注册库（PROSPERO）注册，注册号：CRD420261428714，确保了方法学透明度并最小化了报告偏倚风险。
4.2 方法学框架（PICO）
为以高影响力文献所需的特异性解决研究问题，选择PICO（人群、干预/暴露、比较、结果）框架作为结构金标准。PICO组成部分定义如下：人群（P）为健康成人受试者双人组或群体；干预/暴露（I）为涉及互动社会合作和人际行为或神经同步的实验任务，同时使用超扫描设置（EEG、fNIRS或双fMRI）评估；比较（C）为竞争性社会互动范式、异步任务或静息状态条件；结果（O）为脑间同步（IBS）指数和额顶网络（FPN）内的差异激活/连接性指标。
4.3 纳入标准
纳入标准包括：研究设计为同行评审索引期刊中的原创实证研究；参与者为完全符合人群标准的健康成人；方法学为实验设计，明确在社交互动任务中使用超扫描；语言为英文或西班牙语；时间范围为2010年1月1日至2026年6月16日。排除标准包括综述、书籍章节、缺乏全文的会议摘要和社论，以及仅关注儿科人群、临床队列或单主体非互动设置的研究。
4.4 信息来源与检索策略
为确保全面、公正且高度可重复的文献检索，在四个顶级高影响力数据库（Scopus、Web of Science、PubMed、APA PsycInfo）中进行了系统性电子检索，开始和结束日期均为2026年6月16日，未进行后续引文检索。
4.5 研究选择与数据提取
检索后，所有记录导出至Excel，手动去除重复。随后，两名评审员独立根据预设纳入和排除标准筛选标题、摘要和全文。评审员间一致性通过Cohen's kappa系数评估，实际一致性较高（k=0.87）。最终通过共识讨论解决分歧。从最终选定的文章中提取以下元数据：研究特征（作者、年份、神经成像模态）、样本元数据（双人组数、年龄分布、性别比例）、实验设计（社会互动范式类型、控制条件）、神经生理变量（特定IBS指标、局部激活图、FPN功能连接值）和主要结果（合作状态相关的神经功能变化统计值）。
4.6 质量与偏倚风险评估
为符合PRISMA 2020声明并评估纳入研究的偏倚风险，使用混合方法评估工具（MMAT，2018版）。MMAT适合评估异质性方法学在同一分析框架内的内部效度和严谨性。对于非随机定量研究（类别3），工具评估了五个领域的偏倚风险：参与者代表性、结果与暴露变量测量的适当性、结果数据完整性、混杂因素控制以及干预或研究条件按预期实施。所有11项纳入研究（Osaka等、Liu等、Tan等、Ciaramidaro等、Xue等、Lu等、Sijben等、Liu等、Zhou等、Kikuchi等、?piláková等）均满意地满足了非随机定量标准，整体方法学质量较高。MMAT是定性评估工具，质量分类基于对Hong等提出标准的严格遵守，无预定义阈值。每项研究由两名盲法评审员独立评估，初始分歧通过共识讨论解决，必要时由第三名评审员仲裁。
5. 结论
从纳入研究中综合的初步证据表明，脑间同步（IBS）可作为社会互动中人际对齐的合理神经生理学相关物，而非经证实的因果机制。关于互动社会认知的一般架构，现有文献初步将额顶网络（FPN）区域，特别是前额叶执行节点如背外侧前额叶皮层（dlPFC）和后部社会认知枢纽如右侧颞顶联合区（rTPJ），与合作状态联系起来。然而，鉴于主要依赖非定向同步指标（如小波变换相干性）以及共享感觉运动混淆的存在，跨脑因果通信或整合镜像-心智理论网络的主张仍是工作假说，需要通过严格实验控制（如替代/伪双人组分析）进行验证。针对第一个具体目标，跨超扫描模态的社会合作实验范式显示出实质性方法学多样性，综述文献高度以fNIRS为主，而高密度EEG和双fMRI在合作范式中代表性不足。针对第二个具体目标，比较脑间同步指数表明合作任务通常比静息状态、单独控制或与非人类主体互动引发更高的统计共注册，但合作一致超过竞争的声称需谨慎解释。针对第三个具体目标，神经解剖学合成表明前额叶区域和后部结构之间存在初步的共激活模式，但当前11项研究中的证据并未正式证明层级性脑间耦合。未来研究需通过实施标准化多模态设计、采用定向连接性指标、常规纳入伪双人组替代控制以及在更大群体结构和临床样本中评估这些范式来应对这些初步限制。
