Sci Adv：合作必須具備“共享意圖”嗎？跨物種研究揭示靈長(zhǎng)類人際協(xié)調(diào)的神經(jīng)基石

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基本信息

Title:An evolutionary conserved neural mechanism for interpersonal coordination in primates

發(fā)表時(shí)間:2026-04-17

發(fā)表期刊:Science Advances

影響因子:12.5

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研究背景

協(xié)同運(yùn)動(dòng)（如共同搬運(yùn)重物、雙人舞蹈）是人類社會(huì)性的核心特征之一。然而，兩個(gè)獨(dú)立的大腦究竟是如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的動(dòng)作協(xié)調(diào)的？這個(gè)問(wèn)題在學(xué)界長(zhǎng)期存在爭(zhēng)議。

一種主流的哲學(xué)與心理學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為，人際協(xié)調(diào)依賴于人類獨(dú)有的高級(jí)認(rèn)知功能，即“共享意圖”（shared intentions）。而另一種偏向還原論的觀點(diǎn)則認(rèn)為，協(xié)調(diào)僅僅是基于低級(jí)的、反應(yīng)性的視覺(jué)運(yùn)動(dòng)追蹤或行為模仿（entrainment），這種機(jī)制在其他動(dòng)物中同樣存在。在這兩極之間，還有一種折中假說(shuō)：人際協(xié)調(diào)可能依賴于前運(yùn)動(dòng)皮層生成的“二元運(yùn)動(dòng)規(guī)劃”（dyadic motor plan）：個(gè)體在規(guī)劃動(dòng)作時(shí)，不僅考慮自己的動(dòng)作，還會(huì)前瞻性地將同伴的動(dòng)作納入計(jì)算，從而主動(dòng)調(diào)整自身的運(yùn)動(dòng)時(shí)空特征。

為了驗(yàn)證這種“二元運(yùn)動(dòng)規(guī)劃”是否真實(shí)存在，以及它是否是靈長(zhǎng)類動(dòng)物在進(jìn)化上保守的共享機(jī)制，研究者開(kāi)展了一項(xiàng)跨物種的多尺度研究。他們讓50名人類參與者和兩只恒河猴完成完全相同的雙人協(xié)作視覺(jué)運(yùn)動(dòng)任務(wù)，并分別使用功能磁共振成像（fMRI）和顱內(nèi)局部場(chǎng)電位（LFP）記錄其神經(jīng)活動(dòng)。這項(xiàng)近日發(fā)表于 Science Advances 的研究，為我們理解社會(huì)協(xié)作的神經(jīng)基石提供了關(guān)鍵證據(jù)。

研究核心總結(jié)

本研究的核心在于證明了人類與獼猴在合作時(shí)，并非僅僅在做“平行的單人動(dòng)作”，而是主動(dòng)重塑了運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。這種行為適應(yīng)在大腦的背側(cè)前運(yùn)動(dòng)皮層（PMd）中找到了明確的跨物種神經(jīng)印記。

一、跨物種的行為共性：合作并非被動(dòng)跟隨，而是主動(dòng)的“二元運(yùn)動(dòng)規(guī)劃”

在實(shí)驗(yàn)中，人類或獼猴需要通過(guò)操縱桿控制屏幕上的光標(biāo)，既可以單人將光標(biāo)移至目標(biāo)（SOLO條件），也可以與同伴共同控制一個(gè)中心光標(biāo)移至目標(biāo)，且兩人的光標(biāo)距離不能超過(guò)特定閾值（JOINT條件）。

行為數(shù)據(jù)表明，在JOINT條件下，人類和獼猴都在主動(dòng)優(yōu)化雙人表現(xiàn)。與單人任務(wù)相比，雙方都改變了原本自然的曲線運(yùn)動(dòng)軌跡，采用了更直線的路徑。這種空間上的調(diào)整使得兩人的光標(biāo)距離（ICD）顯著縮小。更重要的是，通過(guò)將真實(shí)合作數(shù)據(jù)與隨機(jī)打亂重組的“模擬合作”數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，研究者發(fā)現(xiàn)真實(shí)合作中的光標(biāo)距離更小。這直接證明了雙方并非只是碰巧同時(shí)行動(dòng)，而是前瞻性地調(diào)整了自身的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，以促成更好的協(xié)調(diào)。

Fig 1. 跨物種的實(shí)驗(yàn)范式設(shè)計(jì)。圖A和B分別展示了人類（在fMRI掃描儀內(nèi)外配合）與獼猴（并排操作并同步記錄LFP）的實(shí)驗(yàn)環(huán)境；圖C和D說(shuō)明了單人與雙人協(xié)作任務(wù)的核心差異，即協(xié)作時(shí)必須將兩人的光標(biāo)距離（ICD）控制在閾值內(nèi)。

Fig 2. 人類與獼猴在協(xié)作任務(wù)中的行為適應(yīng)。圖表揭示了在雙人協(xié)作（JOINT）中，人類和獼猴都顯著改變了單人任務(wù)（SOLO）時(shí)的反應(yīng)時(shí)間、運(yùn)動(dòng)時(shí)間與軌跡偏差，且軌跡越直，雙人協(xié)調(diào)表現(xiàn)（ICD越?。┰胶谩?/blockquote>二、人類fMRI證據(jù)：背側(cè)前運(yùn)動(dòng)皮層（PMd）是驅(qū)動(dòng)人際協(xié)調(diào)的核心腦區(qū)

在確認(rèn)了行為層面的主動(dòng)適應(yīng)后，研究者利用fMRI考察了人類在執(zhí)行該任務(wù)時(shí)的全腦活動(dòng)。結(jié)果顯示，雖然單人與雙人任務(wù)調(diào)用了相似的廣泛感覺(jué)運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，但在控制了視覺(jué)刺激的基線后，雙人協(xié)作任務(wù)顯著且特異性地增強(qiáng)了雙側(cè)背側(cè)前運(yùn)動(dòng)皮層（PMd）和后頂葉皮層的激活。

進(jìn)一步的腦-行為相關(guān)分析表明，這種神經(jīng)激活并非副產(chǎn)物：在雙人協(xié)作中，參與者雙側(cè)PMd的激活程度越強(qiáng)，他們兩人之間的光標(biāo)距離（ICD）就越小，協(xié)調(diào)表現(xiàn)就越好。這排除了小腦或視覺(jué)運(yùn)動(dòng)區(qū)（負(fù)責(zé)低級(jí)視覺(jué)追蹤）是協(xié)作核心驅(qū)動(dòng)力的可能，將焦點(diǎn)鎖定在了負(fù)責(zé)高級(jí)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的額頂網(wǎng)絡(luò)上。

Fig 3. 人類fMRI揭示的協(xié)作相關(guān)腦區(qū)。黃色區(qū)域顯示了在雙人協(xié)作執(zhí)行期特異性增強(qiáng)的腦區(qū)（主要為PMd和后頂葉皮層），綠色區(qū)域則標(biāo)明了PMd的激活強(qiáng)度與雙人協(xié)調(diào)表現(xiàn)（ICD）直接相關(guān)。

三、獼猴L(fēng)FP解碼：PMd在運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備期與執(zhí)行期動(dòng)態(tài)編碼合作信息

為了彌補(bǔ)fMRI在時(shí)間分辨率上的不足，研究者同步記錄了兩只獼猴PMd區(qū)域的局部場(chǎng)電位（LFP）。時(shí)頻分析顯示，在運(yùn)動(dòng)發(fā)生前約150毫秒，低頻段（Theta和Alpha波）的LFP振幅在雙人協(xié)作條件下顯著增加。

更關(guān)鍵的是，通過(guò)支持向量機(jī)（SVM）進(jìn)行的時(shí)間分辨解碼分析揭示了PMd信息處理的動(dòng)態(tài)時(shí)序：在接收到行動(dòng)指令后的反應(yīng)期（運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備階段），PMd的低頻LFP首先編碼了“動(dòng)作上下文”（即當(dāng)前是單人還是雙人任務(wù)）；而到了運(yùn)動(dòng)即將開(kāi)始的時(shí)刻（運(yùn)動(dòng)執(zhí)行階段），PMd的信號(hào)則轉(zhuǎn)為編碼“協(xié)調(diào)的質(zhì)量”（即預(yù)測(cè)隨后的ICD大?。?。此外，在雙人協(xié)作時(shí)，兩只獼猴大腦中LFP的關(guān)鍵波峰（P1和N1）出現(xiàn)了顯著的同步現(xiàn)象，這種神經(jīng)節(jié)律的對(duì)齊與它們行為上的默契高度一致。

Fig 4. 獼猴PMd局部場(chǎng)電位對(duì)動(dòng)作上下文的編碼。時(shí)頻圖與解碼矩陣表明，PMd的低頻信號(hào)在運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備期（反應(yīng)時(shí)間內(nèi)）就能準(zhǔn)確區(qū)分即將執(zhí)行的是單人任務(wù)還是雙人協(xié)作任務(wù)。

Fig 5. 獼猴PMd對(duì)人際協(xié)調(diào)質(zhì)量的編碼與腦間同步。解碼分析顯示，關(guān)于“協(xié)調(diào)好壞”的信息在運(yùn)動(dòng)起始點(diǎn)附近達(dá)到峰值；同時(shí)，兩只獼猴的LFP波峰在協(xié)作任務(wù)中表現(xiàn)出高度的時(shí)間同步性。

研究意義

這項(xiàng)研究為理解社會(huì)協(xié)作的演化與神經(jīng)機(jī)制提供了重要突破。首先，它在理論上彌合了“高級(jí)共享意圖”與“低級(jí)動(dòng)作模仿”之間的鴻溝，證明了人際協(xié)調(diào)的核心基石之一是“二元運(yùn)動(dòng)規(guī)劃”。這種將同伴動(dòng)作納入自身運(yùn)動(dòng)計(jì)算的能力，深深植根于靈長(zhǎng)類動(dòng)物共有的前運(yùn)動(dòng)皮層（PMd）中。

其次，該研究展示了跨物種比較的獨(dú)特價(jià)值。雖然人類和獼猴在空間軌跡上都表現(xiàn)出相似的協(xié)作適應(yīng)，但在時(shí)間策略上卻存在有趣的差異：人類傾向于延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，以分配更多認(rèn)知資源來(lái)預(yù)測(cè)同伴；而獼猴則傾向于縮短反應(yīng)時(shí)間，采用一種更簡(jiǎn)單的啟發(fā)式策略來(lái)促成同步。這表明，盡管合作的底層神經(jīng)硬件（前運(yùn)動(dòng)皮層機(jī)制）在進(jìn)化上是保守的，但人類在此基礎(chǔ)上演化出了更精細(xì)、更復(fù)雜的同伴建模能力。這一發(fā)現(xiàn)為未來(lái)探索更復(fù)雜的社會(huì)互動(dòng)障礙（如孤獨(dú)癥譜系障礙中的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)異常）提供了堅(jiān)實(shí)的生理學(xué)參照。

分享人：飯鴿兒

審核：PsyBrain 腦心前沿編輯部

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