《Behavioural Brain Research》：Resilient hubs, shifting links: The brain’s network architecture during deceptive behavior
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本研究采用EEG信号分析22名参与者在视觉任务中的欺骗行为，通过相位延迟索引构建功能连接矩阵，并建立不同阈值的二进制网络。结果表明，脑网络的核心枢纽区域保持稳定，而欺骗行为导致边缘连接（Feeder和Local）减少，表明认知资源的重新分配。诚实条件下的核心枢纽连接效率更高，且不同阈值和富节点百分比下的连接动态模式显示欺骗初期影响局部处理，随着网络参与度增加影响核心枢纽。这些发现揭示了脑网络架构在复杂社会行为中的重要性。
阿里·拉希米·萨里亚兹迪（Ali Rahimi Saryazdi）|法尔纳兹·加塞米（Farnaz Ghassemi）|戈尔纳兹·巴格达迪（Golnaz Baghdadi）
伊朗德黑兰阿米尔卡比尔理工大学（Tehran Polytechnic）生物医学工程系
摘要
欺骗是人类行为中最神秘的现象之一，理解其神经机制仍是神经科学领域的核心挑战。研究欺骗过程中的大脑动态有助于我们深入了解认知控制和社会处理机制。在本研究中，我们分析了大脑区域之间的连接结构，重点关注了丰富的连接、馈线连接（feeder links）和局部连接（local links），使用了22名参与者在执行欺骗任务时的大脑电图（EEG）数据。我们利用相位滞后指数（phase lag index）计算了功能连接矩阵，并根据不同的阈值构建了二进制网络（binary networks）。结果表明，大脑网络围绕稳定的枢纽区域（hub regions）组织，这些区域在欺骗过程中基本保持不变。然而，欺骗行为会破坏外围连接，馈线连接和局部连接的强度相对于诚实反应有所减弱，这表明认知资源发生了重新分配。尽管枢纽区域保持稳定，但在诚实反应条件下，枢纽节点在二进制网络和加权网络中的连接强度都高于欺骗状态（p < 10^-6），表明在诚实处理过程中枢纽节点之间的整合更为高效。通过对不同阈值和丰富节点比例下的连接变化进行分析，我们发现了一个动态模式：在低节点比例时，丰富的连接最为稳定，而局部连接变化最大；随着节点比例的增加，丰富的连接变化最大，局部连接变化最小，馈线连接的变化介于两者之间。这些结果表明，欺骗行为最初会干扰局部处理，而随着网络参与度的提高，核心枢纽之间的通信也会受到影响。这些发现强调了在复杂社会行为中研究大脑区域连接结构的重要性，揭示了稳定枢纽和灵活的外围连接如何支持认知处理。
引言
欺骗是一种复杂且普遍存在的人类行为，在历史上一直存在于社会互动中[1]。人们经常利用欺骗来隐藏信息、保护自己或获得个人或群体优势[2]。由于欺骗涉及对真相和社会认知的操控，因此它与执行控制、工作记忆和社会认知等高级认知功能密切相关[3]。对于神经科学而言，理解欺骗尤为重要，因为它为我们提供了了解大脑在复杂社会和认知任务中如何分配和重新配置资源的窗口[4]。因此，研究人员长期以来一直试图通过行为学[5]、电生理学[6]和神经影像学[7][8]等多种方法来揭示欺骗行为背后的神经机制，以区分欺骗和说实话时的大脑活动及连接变化。
为了以可控的方式研究欺骗背后的神经机制，许多实验采用了“指令性欺骗”（instructed deception）范式[9][10]。在这些任务中，参与者会被明确指示何时应该诚实回答，何时应该提供欺骗性回答，从而能够在最小化混淆因素的情况下系统地比较诚实和欺骗行为。与自发或现实世界中的欺骗不同，在后者中意图、情绪状态和潜在后果难以进行实验控制，而“指令性欺骗”范式允许精确操控欺骗意图和反应时机。因此，这类范式在电生理学研究中被广泛采用，用于隔离与欺骗相关的核心认知过程，包括反应抑制、冲突监控和执行控制[10][11]。
检测欺骗行为的努力可以追溯到几个世纪前，这反映了它在社会、法律和法医领域的重要性。至今仍在使用的一种最著名的方法是测谎仪，它测量心率、血压、皮肤电导率和血氧饱和度（SpO?）等生理指标[12]。尽管测谎仪已在多种场合得到应用，但其可靠性仍存在争议。有罪者可能会调节自己的生理反应以掩盖欺骗行为，而无辜者可能仅因审讯压力而表现出应激和生理反应增强。这些局限性凸显了需要更直接和可靠的欺骗指标。神经影像技术通过捕捉大脑活动提供了一个有前景的替代方案，因为根据欺骗意图调节大脑过程要困难得多。其中，功能性磁共振成像（fMRI）和脑电图（EEG）被广泛使用。fMRI具有较高的空间分辨率，能够识别参与欺骗的大脑区域；然而，其高昂的成本、有限的时间分辨率和患者的不活动性限制了其实际应用[13]。相比之下，EEG具有出色的时间分辨率，相对便宜，并能实时捕捉与欺骗相关的快速神经动态[14]。因此，EEG特别适合用于研究欺骗行为背后的神经机制。
越来越多的证据表明，欺骗行为是由分布式神经系统而非孤立的大脑区域支持的。功能神经影像学研究一致指出，欺骗行为期间与社交认知、执行控制和注意力处理相关的区域会被激活。特别是，额叶和顶叶区域的激活增强，这反映了与说实话相比更高的认知控制需求[3][15]。奥芬等人[16]进一步证明，这些额叶和顶叶区域在准备和执行谎言时都会被激活，而颞极（temporal pole）、楔前叶（precuneus）和杏仁核（amygdala）的参与程度则取决于欺骗内容。热尔泰亚科娃等人[11]报告称，在产生欺骗意图时，双侧颞顶交界处、楔前叶和上颞沟（superior temporal sulcus）的激活增强，突显了心理理论（theory-of-mind）和社会认知过程的作用。克雷格等人[17]也发现，在处理欺骗性广告信息时，楔前叶和颞顶区域的活动具有情境依赖性，表明欺骗相关决策涉及多阶段认知机制。除了区域激活外，姜等人[18]还发现，欺骗行为特征是特定且动态变化的大脑状态，某些状态更倾向于欺骗或说实话，强调了大规模大脑活动的时间重组。丁等人[19]的研究表明，无论是指令性欺骗还是自发欺骗，都会导致前额叶区域的激活增强，进一步支持了欺骗相关神经机制的普遍性。此外，张等人[20]发现，个体在欺骗行为上的差异受到人格特质的影响，这进一步强调了相互作用的心理和情感系统的作用。综上所述，这些研究表明欺骗行为源于多个大脑区域之间的协调和动态互动，促使人们采用基于网络的方法来研究欺骗过程中的大脑功能连接组织和整合。
越来越多的研究关注欺骗行为期间的大脑功能，其中一种捕捉这些变化的重要方法是大脑网络分析。在这种框架下，EEG中的每个大脑区域或电极都被视为一个节点，而区域间的相互作用（如同步、相关性或互信息）则被建模为连接这些节点的链接[21]。利用这种方法，多项研究比较了欺骗和诚实状态下的大脑网络连接，为理解神经活动的组织和协调提供了宝贵见解[8][22][23]。最新研究表明，大脑围绕枢纽区域组织，这些枢纽节点具有高度连接性，能够跨分布式系统整合信息并促进高效通信[24][25]。鉴于枢纽区域在维持大脑协调功能中的核心作用，枢纽区域与其他区域之间的连接在塑造欺骗行为方面尤为重要。虽然现有的基于网络的研究已经揭示了欺骗过程中的连接变化，但这些连接的具体结构以及枢纽相关链接与外围链接的差异仍不甚清楚。
网络科学的一个最新进展是“丰富俱乐部”（rich club）的概念。在复杂网络中，丰富节点（rich nodes）通常指的是与其他节点相比连接度更高的节点，这意味着它们能够更有效地在系统中共享信息[26][27]。当这些高度连接的节点之间也相互强烈连接时，就会形成一个支持全局通信的骨架。分析丰富俱乐部的组织结构可以为大脑结构和功能提供重要见解，因为枢纽节点之间的连接被认为有助于跨子系统的整合[27]。在神经科学中，这一框架已被越来越多地应用于研究健康大脑组织和病理变化。赫维尔等人[28]发现，精神分裂症患者的额叶、顶叶和岛叶枢纽区域之间的丰富俱乐部连接性降低，这与全球通信能力受损有关。格雷森等人[29]表明，成人和儿童都表现出稳健的丰富俱乐部组织结构，而成人的功能丰富俱乐部连接性更强，这可能对注意力缺陷多动障碍（ADHD）和自闭症（ASD）等疾病的发病机制具有重要意义。同样，雷等人[30]报告了ADHD和ASD儿童中丰富俱乐部连接的差异模式，ASD组在丰富俱乐部网络内的连接性增强，而ADHD组在丰富俱乐部内的连接性降低但外部连接性增强。这些研究共同强调了丰富俱乐部组织在塑造大脑通信中的核心作用，并突显了其作为非典型神经过程标志物的潜力。
鉴于丰富节点及其与其他枢纽和外围区域的连接的重要性，以及认知处理过程中非丰富节点之间连接的变化，分析欺骗和说实话时的大脑网络结构至关重要。据我们所知，目前还没有研究系统地探讨过丰富节点之间的连接类型和动态变化，以及丰富节点与非丰富节点之间、非丰富节点之间的连接类型和动态变化。为填补这一空白，本研究首先使用相位滞后指数（PLI）方法为这两种情况构建了大脑功能连接矩阵，并生成了相应的二进制网络。通过分析不同阈值水平和丰富节点比例下各区域的连接变化，我们可以揭示大脑网络结构的底层框架，并识别诚实和欺骗行为之间的差异。
材料与方法
在本节中，我们描述了本研究使用的数据以及数据处理的方法和途径。
结果
本节展示了网络层面和行为分析的结果。
讨论
欺骗是一种复杂且要求很高的认知行为，涉及多种神经过程，包括注意力、记忆、抑制和执行控制[15]。理解其神经基础在神经科学中具有重要意义，因为欺骗代表了社会认知和认知控制机制之间的独特相互作用[35]。尽管欺骗行为非常重要，但以往的研究大多集中在局部大脑激活上，而较少关注分布式大脑网络的作用。
结论
欺骗是一种复杂的行为，在这种行为中，大脑会动态重组其功能连接以形成欺骗性反应。深入理解不同大脑区域在欺骗过程中的相互作用可以揭示其背后的神经机制。本研究首次系统地研究了诚实和欺骗状态下大脑区域之间的连接类型。我们的发现表明，大脑的组织结构……
作者贡献声明
阿里·拉希米·萨里亚兹迪（Ali Rahimi Saryazdi）：撰写初稿、数据可视化、软件开发、方法设计、概念构建。法尔纳兹·加塞米（Farnaz Ghassemi）：审稿与编辑、项目监督、资源管理、概念构思。戈尔纳兹·巴格达迪（Golnaz Baghdadi）：审稿与编辑、数据验证、实验设计、数据分析、概念构建。
