共享注意力促进信任:行为与双脑EEG超扫描的神经证据

【字体: 时间:2026年03月13日 来源:Human Brain Mapping 3.3

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  信任是人类合作的基石,但其形成的认知与神经机制尚不明确。本研究通过联合侧翼任务操纵注意对齐,并利用多轮信任游戏结合双脑EEG(Electroencephalogram)超扫描技术,发现共享注意力能显著提升信任投资行为(投资额更高、反应更快)。神经层面,共享注意与额前叶振荡功率(theta, alpha, beta频段)增强、额叶-后部脑区beta频段功能连接(Functional Connectivity, FC)增强,以及右额叶脑间theta同步性增强相关。结果表明,共享注意力通过跨越局部振荡、脑内连接和脑间耦合的多层级机制促进信任形成,为超越深思熟虑或经验依赖的信任产生途径提供了最小而稳健的路径。

  
引言
信任是人类互动的基础,它使合作成为可能,支撑社会凝聚力,并维系广泛的人际与制度关系。信任被定义为在保持对他人行为积极期望的同时,愿意接受脆弱性的意愿。为研究这一构念,研究者采用了信任游戏、投资游戏、囚徒困境和公共物品游戏等行为范式。其中,信任游戏已成为广泛使用的工具:一名玩家(信任方)决定向另一名玩家(受托方)发送多少钱,受托方则决定返还多少。尽管存在不确定性,信任方通常仍会发送超过一半的初始资金,这表明人类普遍具有信任倾向。
经典的理论框架试图解释信任如何产生。社会交换理论认为,信任通过重复互动发展,个体在其中学会期待互惠的结果。社会认同理论认为,共享的群体成员身份通过减少心理距离和激活内群体偏见来培养信任。从进化角度看,互惠利他主义认为,当合作能提升长期适应度时,信任会受到青睐。尽管视角不同,这些解释都有一个共同假设:信任是通过互动历史、社会类别或结构性激励所积累的经验塑造的。例如,互惠已被确定为基于经验的信任形成的行为标记。
除了基于经验的解释,信任也可以从启发式过程中快速产生。启发式模型表明,个体通常依赖最少的线索来高效地做出信任决策,而无需进行审慎推理。例如,人们更可能信任高地位来源认可的信息,即使内容相同;并且能在100毫秒内基于面部外观形成可信度判断。其他线索,如亲和性启动、视线方向或语调,同样可以触发与信任相关的反应。这些发现共同表明,信任可以在信息极少的情况下快速产生,凸显了识别支持这种快速信任形成的知觉和认知机制的重要性。
基于信任可以在最少信息下快速产生的证据,社会和认知神经科学的最新研究表明,早期的信任反应反映了支持合作性社会决策的直觉机制。有研究证明,合作选择通常由直觉过程驱动,其行为和神经特征与快速价值整合而非审慎推理一致。互补地,另一项研究显示,信任决策依赖于对他人可信度的一般化期望,表明直觉倾向和内化的社会期望共同塑造了初始信任形成。
同时,双人神经科学的进展引入了超扫描方法,可同时记录互动个体的神经活动,使研究者能够量化脑间同步性(Inter-Brain Synchrony, IBS),作为实时人际对齐的神经标记。IBS已在多种社会情境中被记录,包括合作、沟通、教学互动和亲子互动,表明神经耦合反映了个体在社会互动过程中协调认知状态的通用机制。超越个体层面的行为模型,超扫描研究强调,信任和其他合作决策利用了在互动伙伴之间展开的人际神经过程。在合作和信任相关任务期间,额叶区域始终观察到增强的脑间连接,反映了共享的评估过程和对伙伴行为的互惠预测。当代的第二人称神经科学框架同样强调,社会决策依赖于大脑之间的动态耦合,使个体能够形成共享表征并实时协调期望。这些观点共同将信任定位为一个从直觉评估和成对水平神经协调之间的互动中产生的决策过程。
一个有前景的机制是注意力。许多影响信任的线索,如面部外观、凝视和声音,都受注意力过程的调控。注意力决定了哪些刺激被感知、优先处理并编码为社会评价。因此,个体之间微妙的注意力对齐形式,例如共同追踪一个物体或共享视觉焦点,可能会影响人际信任。在社会情境中,注意力可大致分为共享和分离状态。当两个人将注意力集中在同一刺激上,并且相互意识到对方的参与时,就发生了共享注意。这种状态不需要言语沟通或明确的协调;相反,它源于认识到另一个人也在关注同一事件。相比之下,分离注意指的是个体在无此意识的情况下注意不同刺激的情境。先前的大多数研究都集中在个体注意力线索或对自动化系统的反应上,共享注意状态是否影响信任仍然悬而未决。
联合侧翼任务为检验共享注意的认知效应提供了一个成熟的研究范式。在该任务中,两名参与者同时执行侧翼范式,各自对特定的目标字母做出反应,同时忽略干扰项。当参与者意识到其伙伴的任务时,他们对与伙伴目标字母相对应的干扰项反应更慢,这被称为联合侧翼效应。这种效应被解释为自动处理伙伴任务相关信息的证据,表明共享注意参与了诸如目标归因和观点采择等社会认知过程。尽管这些发现表明注意对齐可以影响认知处理,但尚不清楚这种对齐是否会延伸到诸如信任等下游社会决策。
共享注意和信任在前额叶皮层交汇,该区域同时支持注意力控制和社会评价。通过灵活分配注意力同时评估他人意图,前额叶皮层使个体能够将其注意焦点与社会伙伴对齐并评估可信度。该区域的神经振荡为将注意力与社会决策联系起来提供了时间基础。Alpha节律通过过滤不相关信息并优先处理有社会意义的线索来增强选择性注意,而theta节律则支持社会互动期间的冲突监控、学习和适应性调整。这些节律模式不仅反映了局部前额叶计算,还促进了与社会认知相关的其他区域的功能连接,促进了跨互动伙伴的知觉和评估信息的整合。这些脑内机制为人际对齐的出现提供了基础。
EEG超扫描工作表明,不同的振荡频率支持人际对齐的不同组成部分。Theta频段同步性与共享的认知控制、对他人行为的预测以及联合行为的协调有关。Alpha频段同步性通常与联合注意参与和伙伴之间的知觉处理对齐相关,而Beta频段同步性则涉及更高级的社会协调,包括维持共享目标和整合社会情境信息。这些频率特异性机制为检验共享注意是否以影响后续信任决策的方式调节脑内和脑间耦合提供了功能基础。除了脑内过程,超扫描研究表明,在联合注意和合作决策期间,额叶区域的脑间同步性会增加,并能预测信任行为。
关于联合注意的研究表明,当两个人注意同一刺激时,会出现Alpha频段抑制和凝视相关耦合等神经特征,这反映了对他人注意状态的增强处理。行为证据同样表明,同步参与增强了对伙伴行动的知觉敏感性,并改善了联合表现,表明共享参与增强了协调互动所需的知觉系统。这些注意力和知觉调整使个体能够更有效地监控和解释伙伴的行为,建立了一个支持快速社会评价的共享参照框架。因此,联合注意可能作为一种知觉机制,个体可以通过它以最少的信息快速形成与信任相关的印象。总之,这些证据表明,共享注意可能通过跨越局部振荡、脑内连接和跨脑耦合的多层神经系统来促进信任。
本研究检验了共享注意是否为信任的产生提供了一个核心机制。超越基于线索的解释,我们结合了行为和超扫描EEG测量,以检验注意对齐如何塑造信任行为及其神经基础。我们假设,处于共享注意条件下的参与者会比处于分离条件下的参与者投资更多,并且这些行为效应将伴随着前额叶振荡活动的增强。鉴于大脑动力学的复杂性,我们进一步探讨了脑内功能连接和脑间同步是否促进了注意对齐对信任的影响。
材料与方法
参与者
本研究由中国科学技术大学研究伦理委员会批准(批准号:2023-ky087)。共招募了118名参与者。所有参与者在参与前均提供了书面知情同意书;18岁以下的参与者额外提供了父母同意。只有没有信任游戏经验的参与者才有资格参加。参与者被随机分配到两种注意条件(共享或分离)之一内的信任方或受托方角色。每对由彼此陌生的人组成。初始样本中,62名参与者被分配到共享注意条件,56名被分配到分离条件。由于一对中一名成员EEG数据大量缺失,排除了9对,剩下50对有效配对,每种条件各25对。数据清理后,各条件之间在人口统计学特征(如年龄、教育水平)上没有显著差异。所有参与者都获得了90元人民币的报酬。
流程
参与者配对并被随机分配到两种注意条件(共享或分离)之一。在每个配对中,一名参与者被指定为信任方,另一名为受托方,产生四个实验组。为避免熟悉度或非语言沟通等潜在混杂因素,配对由陌生人组成,并坐在屏蔽室内,由不透光的窗帘隔开,消除了视觉和语言接触。每名参与者坐在距离电脑显示器约60厘米处。
在提供知情同意后,参与者完成了普遍信任量表(General Trust Scale, GTS)以测量基线信任信念。在填写问卷期间,实验者为参与者佩戴EEG帽以记录神经活动。
联合侧翼任务
联合侧翼范式通过引入相互意识扩展了经典的侧翼任务:成对参与者同时执行该任务,同时了解彼此指定的目标字母。在会话开始时,参与者完成了20个练习试次以熟悉任务。每个试次以呈现600-1800毫秒的中央注视十字开始,然后是刺激显示。刺激由水平排列的五个字母组成,中央字母作为目标。
不同的目标字母被分配以对应后续信任游戏中的角色:信任方对“H”和“K”做出反应,受托方对“S”和“C”做出反应。当中央字母与其指定的目标之一匹配时,参与者被要求尽可能快速准确地按下指定的键做出反应。当中央字母不是其目标时,他们需保持不反应直到下一个试次。每个试次持续4秒,如果在时间限制内没有做出反应,则自动前进。该任务包括4个区块,每个区块80个试次。
刺激以四种形式出现:相同、一致、中性和不一致。在相同条件下,所有五个字母都与目标匹配。在一致条件下,中央目标被参与者自己的目标字母包围。在中性条件下,目标被与任一参与者目标无关的字母包围。在不一致条件下,中央目标被伙伴的目标字母包围。
流程在注意条件之间是相同的,只有一个关键区别。在共享注意条件下,任务开始时的说明包括一个额外的句子,指定了伙伴的目标字母,以确保相互了解。在分离注意条件下,此信息被省略,因此参与者不了解伙伴的目标。重要的是,在所有条件下,参与者只被要求对自己的目标做出反应,从未被要求监控伙伴的字母。
信任游戏
在联合侧翼任务之后,参与者完成了一个多轮信任游戏以评估信任行为。在每一轮中,信任方收到10元的初始资金,并决定投资给受托方多少百分比,可选择0%、30%、50%、70%或100%。投资金额自动变为三倍并转移给受托方,然后受托方决定使用相同的百分比选项返还多少给信任方。每个决策阶段持续4秒。如果在时间限制内未做出选择,则试次自动前进,决策被编码为缺失。参与者总共玩了九轮。每轮后更新收益,但参与者不会被告知其累积收益或伙伴的决策。为确保决策反映与信任相关的偏好而非策略优化,任务说明并未强调最大化个人或共同收益。
数据分析
联合侧翼任务
所有分析均在MATLAB R2018a中进行。超出参与者平均值三个标准差的反应时(Reaction Times, RTs)被排除。对于每位参与者,分别计算四种刺激形式的平均RTs。然后进行配对样本t检验,以比较不同实验组和刺激形式之间的RTs。
信任游戏
为验证参与者在信任游戏前具有可比较的基线信任水平,使用独立样本t检验比较了共享和分离注意条件之间的GTS信任分数。在每个注意条件内,分别计算了信任方和受托方在所有轮次中的平均投资额和RTs。
为检验注意条件、角色和试次进程的影响,对投资额和RTs进行了两次三因素混合ANOVA分析,设计为2(条件:共享 vs. 分离)× 2(角色:信任方 vs. 受托方)× 9(轮次)。通过独立样本t检验比较共享和分离条件之间的首轮投资额来评估初始信任。为探索信任如何跨轮次发展,应用了一个具有3000次bootstrap迭代的分段线性回归模型来减少过拟合。在该模型中,轮次数被视为自变量,投资额被视为因变量,并有一个断点来估计信任建立速率的变化。
最后,计算了九轮后信任方和受托方保留的总金额,以量化总收益。更高的总收益表明配对之间的信任度更高。使用独立样本t检验比较了共享和分离注意条件之间的总收益。
EEG预处理
使用超扫描设备记录EEG信号,采样率为1000 Hz。预处理在EEGLAB中进行。信号在0.1至40 Hz之间进行带通滤波以去除线路噪声。应用自动伪迹去除来识别坏道和坏段;坏道使用相邻电极的平均值进行插值。然后应用独立成分分析(Independent Component Analysis, ICA)去除肌肉、眼动、心电、线路噪声和通道噪声伪迹。清理后,EEG数据被分割为4秒的时段(每个阶段的持续时间),每名参与者每轮有四个阶段,共九轮。
振荡功率
使用具有20%锥形余弦窗的快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)将每个4秒阶段的EEG信号转换到频域,产生0.25 Hz的频率分辨率。频谱在决策阶段跨轮次进行平均,分别针对两种注意条件下的信任方和受托方。
通过平均四个感兴趣区域内每个频段的谱功率来计算theta、alpha和beta振幅。使用单因素ANOVA分别对每个频段、ROI和角色进行组间比较。
脑内功能连接
为每位参与者和角色计算了跨九个轮次的所有通道对之间的皮尔逊相关系数。相关矩阵进行Fisher Z变换,并进行平均以获得稳定的功能连接矩阵。使用经过错误发现率(False Discovery Rate, FDR)校正的独立样本t检验识别条件和角色之间的显著功能连接差异。我们的分析针对振荡振幅在空间分布ROI上的共变,因此选择皮尔逊相关来量化脑内连接。基于振幅的耦合是我们研究问题的核心,而皮尔逊相关是此目的的成熟方法。将显著的通道对使用层次聚类分组为功能一致的簇。然后将电极分组到13个解剖学定义的ROI。对于每个ROI对,计算显著连接的通道比例,并将具有≥90%显著链接的ROI对分类为强连接。将这些连接中的Fisher Z值与参与者跨轮次的平均投资额进行相关分析。
脑间同步
使用相位锁定值(Phase-Locking Value, PLV)量化信任方和受托方之间的脑间连接。选择PLV是因为在超扫描中,零滞后相位耦合不能由共享的偶极子或场扩散引起,因此提供了人际同步性的有效度量。在每个试次的两个维持阶段计算了PLV,并在轮次间平均。PLV地形图的电极选择遵循解剖学约束、数据驱动的方法。基于先前的超扫描文献和PLV值的空间分布定义了ROI。在每个ROI内,选择跨参与者平均PLV最高的电极作为代表通道。此程序确保了通道选择是系统且可重复的,而非任意的。
为评估行为相关性,将PLV值与两个指标进行相关分析:(1)信任方和受托方在九轮中的平均投资总额;(2)配对双方获得的总收益。前者反映了直接的信任行为,后者反映了其经济收益。为改善模型拟合,保留金额进行了对数变换。然后将这些测量值与相关脑区的神经同步值进行相关。
结果
侧翼效应
我们比较了共享和分离注意条件下不同刺激形式的反应时。观察到了强烈的侧翼效应:当中央目标被相同或一致的字母包围时,参与者反应更快。关键的是,在共享注意组中,对不一致刺激的反应时显著长于中性刺激,而这种效应在分离组中不存在。这些发现表明注意条件之间存在不同的行为模式,共享注意增加了参与者对其伙伴目标字母的敏感性,并在不一致条件下产生了更大的干扰。
然而,对组间干扰分数的直接比较并未产生显著差异,这表明组别与一致性之间的交互作用在统计上不可靠。因此,我们对这些组间差异持谨慎解释。尽管如此,共享条件下存在明显的干扰效应,这与先前联合侧翼处理的演示一致,并证实了注意操纵在组内水平上是有效的。
信任游戏的行为结果
参与者的特征在共享和分离注意组之间具有可比性。两组在年龄或性别分布上没有显著差异,所有参与者都是右利手。使用GTS评估的基线倾向性信任在组间也具有可比性,没有观察到显著差异。这些结果证实了后续信任游戏中的行为差异不能归因于人口统计构成或一般信任的预先存在的差异。
进行了三因素ANOVA以检验角色、试次数和注意条件对投资额的影响。发现了组别和试次数显著的主效应,但角色主效应不显著。重要的是,观察到注意和角色之间存在显著的交互作用,表明共享注意对信任行为的影响对信任方更强。共享注意组中的信任方在最初的几轮之后比分离注意组中的信任方投资更多。共享注意条件下的受托方也比分离注意条件下的受托方返还更多,尽管这种差异与信任方相比更小。总投资和返还显示,共享条件下的相互信任高于分离条件。
投资模式在共享和分离注意条件之间随时间显著分化。共享注意条件下的参与者跨轮次持续投资更多,并且相对于分离条件的差距随着重复而增加。在整个实验过程中,共享条件的投资额保持较高水平,初始增长更为陡峭。为评估此效应的稳健性,实施了bootstrap程序。从50对总样本中,有放回地重采样25对,对每个重采样数据集拟合一个分段线性函数,产生3000个斜率估计。随后对这些斜率进行的t检验证实,共享注意条件的早期投资增长显著大于分离条件。
对反应时进行的相应三因素ANOVA揭示了角色、试次数和组别的显著主效应。组别和角色之间的交互作用也显著,与投资发现相平行。如图所示,共享注意对反应时的影响对受托方更为明显,这与受托方角色固有的更大审慎需求一致。总之,这些结果表明,共享注意增强了与信任相关的行为,这种效应对信任方尤为明显。
EEG结果
局部活动分析
第一个EEG分析比较了共享和分离注意条件下关键脑区在theta、alpha和beta频段的神经振荡振幅。在信任游戏的决策阶段,从前额叶、额叶、中央和枕叶电极提取了振幅。这些电极的选择基于地形图结果,该结果显示在两种注意条件下都有较大的振幅。对于信任方,在所有三个频段的前额叶区域发现了显著的组间差异。共享注意条件下的参与者在theta、alpha和beta频段表现出比分离条件更高的谱功率。相比之下,对于受托方,在任何频段均未发现显著差异。这些结果表明,共享注意条件下的信任方在信任决策期间参与了更强的前额叶激活。因此,选择前额叶区域作为后续分析的感兴趣区域。
然后我们检验了神经活动与信任行为之间的关联。对于信任方,所有三个频段的前额叶振幅与跨轮次的平均投资额呈正相关。对于受托方,没有发现显著的相关性。进一步分析表明,这些相关性主要由共享注意组驱动。在该组中,alpha和beta振幅与投资行为显著相关,而theta则不相关。在分离条件下没有发现显著的相关性。这些结果表明,共享注意条件下的前额叶活动与信任决策的联系更为紧密。
为比较这些关联在不同条件间的强度,我们对共享注意组和分离注意组之间的回归斜率差异进行了bootstrap检验。在前额叶theta和beta波段观察到显著的斜率差异,表明在共享注意条件下关联更强。前额叶alpha的差异不显著。因此,前额叶振荡振幅与信任行为之间的关系在共享注意条件下对theta和beta波段活动有选择性地增强。
脑内功能连接
为表征脑内功能连接,我们首先检查了信任方和受托方在theta、alpha和beta波段的整体连接模式。两组在条件之间显示出大致相似的大尺度连接。然而,统计比较揭示了共享和分离注意条件之间的显著差异。对于信任方,共享注意条件在所有三个频率波段引发了更强的功能连接,特别是涉及前额叶的连接。相比之下,受托方显示出相对较少的显著差异。这些发现表明,注意对齐在信任方中更强地调节功能整合,这与其在启动信任行为中的角色一致。
然后我们评估了脑内功能连接强度是否与信任行为相关,将参与者跨注意条件合并进行分析。如图所示,信任方的投资额与beta波段前额叶和右侧中央区域之间的连接呈正相关,也与前额叶和右侧颞叶区域之间的连接呈正相关。因此,这些区域的脑内功能连接与投资金额显著相关。这些结果表明,任务相关脑区之间,特别是涉及前额叶皮层的整合增强,与增加的信任行为相关。
为确定这种合并的相关性反映的是个体水平变异还是组间差异,我们进行了控制注意条件的偏相关分析。当前额叶-右侧中央功能连接和前额叶-右侧颞叶功能连接在控制条件后均不显著,且条件内的相关性也不显著。合并分析旨在通过检查脑内功能连接是否在个体水平预测信任行为来补充条件特异性分析;然而,后续分析表明,这些合并效应应被解释为组间驱动,而非反映个体水平的相关性。
脑间同步
为研究共享注意是否影响配对之间的同步,我们比较了共享和分离注意条件之间的相位锁定值。在共享注意条件下观察到更强的脑间同步,尤其是在theta波段。这种效应在右半球最为明显,包括右额叶、中央、右侧中央、右侧颞叶、顶叶和右侧顶叶区域。
由于EEG数据通常包含大量通道,导致冗余,选择这些区域内相关性最高的通道进行后续分析以减少噪声和冗余信息。在这种情况下,选择了六个通道:F4、Cz、FC6、T8、POz和P4。仅在右额叶区域的theta振荡中观察到了显著差异,共享注意条件下的同步性始终更高。
为评估行为相关性,我们检查了神经同步与信任行为之间的相关性。右额叶theta同步性与合并投资额以及来自共享和分离条件的保留总金额均显著相关。在所有条件下,神经同步性在共享注意条件下始终高于分离注意条件,强化了共享注意在信任行为中的作用。控制注意条件的偏相关不显著,且条件内的相关性也不显著。因此,图中的合并关系主要反映了注意条件之间的组间差异,而非个体水平的关联。
讨论
我们的研究结果表明,与他人的共享注意促进了信任。行为上,处于共享注意条件下的参与者投资和互惠更多,表明注意对齐增加了参与信任决策的意愿。在神经层面,前额叶在theta、alpha和beta波段的振荡跟踪了信任行为的变化,而前额叶与后部区域之间的beta波段功能连接进一步预测了信任投资。超越脑内动态,信任还得到了右额叶区域脑间同步的支持,这反映了从注意对齐中产生的共享神经状态。总之,这些结果表明,共享注意通过三种互补的神经机制增强了信任:提升的前额叶振荡活动、前额叶与后部区域之间增强的beta波段功能连接,以及额叶脑间同步。
启发式解释提出,个体通常依赖最少的信息来高效地做出信任决策,而无需进行审慎推理。例如,人们更可能信任高地位来源认可的信息,即使内容相同;并且能在100毫秒内从面部外观形成可信度判断。扩展这项工作,本研究表明,即使在社会信息极为有限的情况下,信任也可以被启动。处于共享注意条件下的参与者在信任游戏的第一轮就投资更多,尽管缺乏沟通线索、反馈或共享目标。唯一的共同要素是认识到伙伴同时参与和注意对齐。这表明,信任可以在没有熟悉度或互惠的情况下产生,而是源于在共享注意状态下的共同在场。值得注意的是,这种差异在重复轮次中持续存在,共享条件始终显示出更高的投资水平。除了这种整体条件效应外,两个角色涉及不同的认知需求。尽管共享注意对信任方的信任行为影响更大,但反应时效应对受托方更为
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