《Developmental Science》：Automated Quantification of Head Motion Synchrony in Peer Interactions of Autistic and Non-Autistic Youth
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同伴互动对处于童年中期和青春期的青少年而言日益重要。自闭症青少年在与非自闭症同伴互动时面临特殊挑战，因此，理解预测自闭症与非自闭症青少年互动愉悦感的因素至关重要。一个候选预测因素是人际运动同步性。实验诱导的运动同步性可促进人际喜爱与亲近感，但这些源于实验性同步
同伴互动对处于童年中期和青春期的青少年而言日益重要。自闭症青少年在与非自闭症同伴互动时面临特殊挑战，因此，理解预测自闭症与非自闭症青少年互动愉悦感的因素至关重要。一个候选预测因素是人际运动同步性。实验诱导的运动同步性可促进人际喜爱与亲近感，但这些源于实验性同步的结果可能无法推广至人际互动中自然发生的同步现象。计算机视觉方法能够对发育人群中的同步性进行非侵入性量化，从而为考察自然情境下运动同步性在自闭症与非自闭症青少年同伴互动中的作用提供了契机。研究人员将自闭症与非自闭症青少年配对为三种二人组类型（自闭症-自闭症、自闭症-非自闭症、非自闭症-非自闭症），并完成了一段简短的视频录制的“相识”互动。使用OpenPose从视频录像中逐帧提取头部位置，并计算交叉小波相干性（cross-wavelet coherence）以量化头部运动同步性。研究发现，互动中的二人组（与时间打乱的伪二人组相比）存在显著的头部运动同步性，但同步水平在不同二人组类型间无显著差异。跨二人组类型而言，研究证据表明头部运动同步性负向预测青少年报告的互动愉悦感，正向预测青少年报告的互动不适感。与先前关于同步性与积极结果之间关系的研究发现不同，本研究中同步性预测了消极的对话结果。因此，这些发现为理解同步性在自然互动中的作用增添了细微差别，同时展示了计算机视觉方法在包含自闭症青少年的最小结构化同伴互动中非侵入性量化同步性的应用价值。
论文解读
一、研究背景与问题提出
同伴互动在青少年发展过程中占据日益重要的地位，对个体的心理健康和社会适应具有深远影响。自闭症青少年在与非自闭症同伴互动时面临显著挑战，这种困难直接影响其心理健康和生活质量。因此，识别影响自闭症青少年同伴互动体验的关键因素具有重要的理论和实践意义。
人际运动同步性——即社会互动中发生时序和形态对齐的身体运动——是社会互动的核心组成部分。大量研究表明，实验诱导的同步性（如与同伴同步敲击手指）能够带来积极的人际结果，包括社会认知任务表现提升、积极情绪增加和亲社会行为增强。然而，这些源于实验性同步的发现是否能够推广至自然互动中自发产生的同步现象，尚不明确。在自然对话情境中，互动伙伴确实会同步其身体运动，包括头部运动，但直接考察自然发生的运动同步性与积极人际结果之间关系的研究结果并不一致。
值得注意的是，自闭症与非自闭症个体之间的运动同步性在多种情境和任务中均低于非自闭症个体之间的互动。然而，关于这种不匹配二人组中自然发生的同步性与互动结果之间关系的研究仍然有限。头部运动同步性可能特别相关，因为头部运动传递重要的社会信号，且自闭症与非自闭症个体在展示不同类型的社会相关头部运动（如点头）的频率上存在差异。此外，涉及自闭症青少年的同步性研究主要集中于青少年与父母、临床医生或不熟悉成人之间的互动，而同伴互动在言语和非言语特征上与青少年-成人对话存在本质差异。尽管自闭症青少年报告在同伴互动中面临特殊困难，但针对青少年同伴互动中同步性的研究仍然匮乏。
计算机视觉方法为在发育和神经多样性人群中表征同步性提供了丰富机会。这类方法能够在自然情境中识别和追踪人体位置，无需侵入性标记或传感器，比人工视频编码方法更客观、高效，尤其适用于可能存在感觉敏感性的神经多样性人群。此外，计算机视觉方法还能在不同频率范围内量化头部运动，包括高频快速点头运动和低频缓慢头部移动，这对于表征头部运动同步性尤为重要。
基于上述背景，本研究旨在利用自动化计算机视觉方法，考察自闭症与非自闭症青少年同伴互动中头部运动同步性的存在及其与互动结果的关系。
二、研究设计与主要结论
研究人员从华盛顿特区都会区招募了青少年参与者，涵盖两项独立研究。第一项研究包含33名自闭症和103名典型发育青少年（8-16岁），第二项研究包含31名自闭症和69名非自闭症青少年（11-15岁）。参与者被配对为三种二人组类型：自闭症-自闭症匹配组、自闭症-非自闭症不匹配组和非自闭症-非自闭症匹配组。每对二人组完成一段5分钟的“相识”对话任务，对话过程被视频记录。互动结束后，青少年填写问卷报告对互动的感知质量、再次互动意愿和不适感。
研究的主要发现包括：第一，在自然同伴对话中存在显著的头部运动同步性，具体体现在0.0625-0.125 Hz、0.25-0.5 Hz和1-2 Hz三个频率波段；第二，头部运动同步性水平在三种二人组类型之间无显著差异；第三，头部运动同步性负向预测青少年报告的互动愉悦感和再次互动意愿，正向预测互动不适感。
三、关键技术方法
本研究采用了以下主要技术方法：使用OpenPose计算机视觉算法从视频录像中逐帧提取每位参与者25个身体部位的x和y坐标及置信度，仅使用鼻尖点坐标来量化头部运动。将逐帧坐标数据转换为帧间欧几里得距离变化的时间序列，采用Morlet小波（w=6）进行小波变换，计算交叉小波相干性以量化头部运动同步性，在0.0625-4 Hz频率范围内计算73个频率值，并平均为六个频率波段。通过将真实配对与时间打乱的伪配对进行比较来验证同步性的显著性。统计分析采用线性模型、多水平模型和贝叶斯方差分析。样本来源为华盛顿特区都会区，通过先前研究参与、Facebook广告、当地活动推广和Simons基金会自闭症研究力量项目招募。
四、研究结果
4.1 自然同伴互动中存在显著的头部运动同步性
通过配对t检验比较真实二人组与时间交换的伪二人组在六个频率波段的相干性，发现0.0625-0.125 Hz、0.25-0.5 Hz和1-2 Hz三个频率波段存在显著的头部运动同步性，而0.125-0.25 Hz、0.5-1 Hz和2-4 Hz波段未达到显著水平。
4.2 二人组类型间无头部运动同步性差异
对三个显示显著相干性的频率波段分别构建线性模型，以二人组类型为预测变量，发现匹配自闭症组、不匹配神经类型组和匹配非自闭症组之间在头部运动同步性上无显著差异。贝叶斯分析提供了中等强度的证据支持不存在二人组类型效应。
4.3 头部运动同步性与互动愉悦感的关系
多水平模型分析显示，在0.25-0.5 Hz波段的头部运动同步性显著负向预测青少年再次互动意愿，显著正向预测互动不适感。同步性与互动质量之间无显著关联。探索性分析未发现二人组类型与同步性之间的显著交互作用。
五、讨论与结论
本研究发现自然互动中的头部运动同步性并不总是带来积极结果，这与实验诱导同步性的研究结论形成对比。一种可能的解释是，研究捕捉的同步性指标可能反映了同步化的不适表现，如共同的尴尬反应或同步的目光回避。研究结果也支持“更多同步性并不总是更好”的观点，同步性的作用可能取决于具体情境。在简短的相识互动中，较低的同步性可能意味着对话更轻松、更自然。
研究的主要局限在于匹配自闭症二人组的样本量较小，相关发现应视为初步结果。未来研究可采用更大的匹配自闭症二人组样本，并整合多模态互动特征以更全面地表征对话动态。
综上所述，本研究证明了计算机视觉方法在青少年同伴互动中非侵入性量化头部运动同步性的可行性，发现同步性在不同二人组类型间无差异，并提供了同步性增加与互动愉悦感降低、不适感增加相关的新证据。这些发现强调了将互动特征与青少年主观报告直接关联的重要性，增进了对自然情境中同步性作用的理解。
