《Developmental Cognitive Neuroscience》：Developmental Organization of Neural Dynamics Supporting Social Processing: Evidence from Naturalistic fMRI in Children and Adults
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本研究针对社会认知神经发育机制不清的问题，采用自然态fMRI技术，通过分析儿童(n=60)与成人(n=55)观看社会性动画时的脑活动，揭示了支持社会信息处理的动态神经层级组织。研究人员识别出四种功能层级化的共激活模式(CAP)，发现儿童存在不成熟的脑状态转换，表现为绕过中间状态（如突显性过滤，State 3）过早地从感觉编码(State 1)转向内部整合(State 2)，且在心智化(ToM)和疼痛事件处理中表现出感觉与知觉脑状态调制的减弱。结构方程模型进一步揭示了感觉(State 1)、知觉过滤(State 3)和社会认知(State 2)处理状态成熟度的发展级联通路，该通路受心智化理论(ToM)发展的个体差异介导并预测共情能力。该研究为理解社会认知成熟的脑状态重组机制提供了新视角，对神经发育障碍诊疗具有重要启示。
理解人类大脑如何发育以处理复杂的社会信息，是发育认知神经科学的核心问题之一。社会认知（Social Cognition）能力，如理解他人想法（心智化，Theory of Mind, ToM）和感受他人情绪（共情，Empathy），在童年早期迅速发展，其神经基础的成熟过程对于诊断和干预自闭症谱系障碍等神经发育障碍具有重要意义。然而，传统研究多采用离散的、高度控制的实验室任务，这些任务虽然机制明确，但难以捕捉真实世界中社会互动连续、动态的本质。儿童在完成这些任务时，还可能受到理解指令、遵从度和策略使用差异的影响。因此，迫切需要一种更自然、生态效度更高的方法来揭示社会认知大脑系统在发育过程中是如何动态组织和协调的。
为了回答这些问题，由胡婉柔、肖金明等人组成的研究团队在《Developmental Cognitive Neuroscience》上发表了一项研究。他们利用自然态功能磁共振成像（naturalistic fMRI）技术，让60名3-10岁的典型发育儿童和55名成年人观看一部富含社会互动内容的动画短片《Partly Cloudy》，通过追踪他们在真实社会情境下持续的大脑活动，深入探究了支持社会信息处理的神经动力学的发育性组织。
研究人员采用了几项关键的技术方法。核心是共激活模式（Co-Activation Pattern, CAP）分析，这是一种基于帧的聚类方法，能够直接从个体的血氧水平依赖（BOLD）信号时间序列中识别出反复出现的全脑共激活状态，从而量化脑状态的动态组织。研究队列包括60名3-10岁儿童和55名25-50岁成人。此外，通过反向相关分析（reverse correlation analysis）在成人数据中定位了与心智化（ToM事件）和疼痛共情（Pain事件）相关的电影片段，并将其作为锚点来分析儿童和成人在这些特定社会事件下的脑状态调制差异。最后，运用偏最小二乘结构方程模型（PLS-SEM）来整合儿童的脑动态指标与其行为测量（如ToM推理能力和共情能力），以揭示神经发育通路。
脑状态揭示自然态社会处理中的功能层级
分析结果显示，在所有参与者中存在着四种可重复的、具有功能层级结构的CAP状态。State 1（早期感觉编码）以视觉网络（VN）激活为主，同时抑制了边缘网络（LN）和额顶网络（FPN）等跨模态回路，负责处理基础的听觉/视觉信息和面孔感知。State 2（内部导向整合）表现为凸显网络（SAN）、躯体运动网络（SMN）与默认模式网络（DMN）的协同激活，与自传体记忆和工作记忆等功能相关。State 3（突显驱动过滤）结合了强烈的SAN和SMN激活，但DMN参与度较低，主要负责对社会线索（如观察到的动作）进行注意过滤和整合。State 4（认知-情感模式）以FPN和LN的同时激活为特征，支持社会认知、情绪、奖赏评估和道德推理等高级过程。这四种状态共同构成了一个从基础感觉处理到高阶社会认知领域的功能谱系。
儿童与成人在全局CAP配置动力学上存在差异
研究人员比较了儿童和成人在整个电影观看过程中的脑状态转换动力学。他们发现，尽管两组在大约一半的观看时间内表现出相同的共识状态，但在其余时间则存在分歧。关键的差异体现在状态转换概率上：与成人相比，儿童从State 1（感觉编码）直接转换到State 2（内部整合）的概率更高，而从State 1转换到State 3（突显驱动过滤）的概率则显著更低。这表明儿童在自然社会信息处理中，倾向于绕过中间阶段的知觉整合，表现出一种不成熟的、可能更以自我为中心的加工偏向。而成人更频繁地利用State 3，则反映了其对 salient 知觉线索进行注意引导过滤的能力，这是实现精细化社会理解的必要步骤。
社会事件驱动的CAP调制揭示发育中的趋同与分化模式
当研究聚焦于特定的社会事件（ToM事件和Pain事件）时，发现了一些有趣的模式。在ToM场景下，儿童和成人都表现出协调一致的脑状态调制：增加State 2（内部整合）的参与，同时减少State 3（突显过滤）的参与。而在Pain场景下，情况则相反，两组都表现出State 3的增强和State 2的减弱。这显示了儿童已经具备了一定的神经灵活性，能够根据不同的社会情感需求灵活地重新配置神经资源。
然而，发育差异也很明显。在ToM处理中，儿童对State 3的抑制程度显著弱于成人，表明他们在进行心理状态归因时，对知觉整合状态的调制尚不成熟。在Pain处理中，成人能够维持State 1（早期感觉编码）的参与水平，而儿童则表现出明显的下降，暗示他们对他人痛苦情境的 bottom-up（自下而上）感觉反应性减弱。
发育通路模型链接层级CAP组织动力学与社会认知功能
为了深入理解这些脑动态指标与行为能力的联系，研究人员构建了结构方程模型。模型揭示了一个发育级联通路：随着年龄增长，儿童对State 1（感觉编码）的依赖减少，这预测了State 3（突显过滤）参与的增强，而State 3的参与又进一步与State 2（内部整合）的参与呈负相关，反映了知觉整合与高级认知处理之间的动态权衡。重要的是，State 3的调制强度与儿童由家长评定的共情能力呈正相关。此外，ToM能力在儿童年龄与其State 2组织之间起到了部分中介作用，即年龄增长通过提升ToM推理能力，进而促进了内部导向脑处理的成熟。
这项研究通过创新的自然态成像和动态脑状态分析，揭示了社会认知发展的神经动力学基础。其主要结论在于，社会认知的成熟不仅体现在特定脑区的功能专化上，更关键地反映在大尺度脑状态如何根据实时变化的社会需求进行高效、灵活的重组和转换。儿童与成人的差异，特别是他们在衔接感觉输入与内部表征的中间过滤/整合状态（State 3）上的不同利用策略，凸显了神经灵活性在发展中的核心作用。所识别的“感觉编码→突显过滤→内部整合”的发育级联通路，以及其与ToM和共情能力的关联，为理解典型社会认知发展提供了机制性解释。这些发现不仅深化了我们对健康大脑发育的认识，其采用的动态分析框架和生态化范式，也为未来探究自闭症等神经发育障碍中社会功能困难的神经机制提供了可转移的工具和新的视角。
