Die geteilte Intentionalität moduliert die zwischenmenschliche neuronale Synchronisation beim Aufbau eines Kommunikationssystems

Communications Biology Band 6, Artikelnummer: 832 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Ob und wie die geteilte Intentionalität (Shared Intentionality, SI) die Etablierung eines neuartigen zwischenmenschlichen Kommunikationssystems beeinflusst, ist kaum bekannt. Um dieses Problem zu untersuchen, haben wir ein koordinierendes symbolisches Kommunikationsspiel (CSCG) entwickelt und verhaltensbasierte, auf funktioneller Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS) basierende Hyperscanning- und hypertranskranielle Wechselstromstimulationsmethoden (Hyper-tACS) angewendet. Hier zeigen wir, dass SI einen starken Beitrag zur kommunikativen Genauigkeit leistet. Darüber hinaus sind SI, kommunikative Genauigkeit und interpersonale neuronale Synchronisation (INS) im rechten oberen Temporalgyrus (rSTG) höher, wenn Dyaden erfolgreich ein neues Kommunikationssystem aufbauen. Darüber hinaus beeinflusst der SI die kommunikative Genauigkeit, indem er den INS erhöht. Mithilfe von Zeitreihen und Analysen neuronaler Netzwerke mit Langzeit-Kurzzeitgedächtnis stellen wir außerdem fest, dass das INS die kommunikative Genauigkeit in der frühen Entwicklungsphase des Kommunikationssystems vorhersagen kann. Wichtig ist, dass das INS die Beziehung zwischen dem SI und der kommunikativen Genauigkeit teilweise erst in der Bildungsphase des Kommunikationssystems vermittelt. Wenn dagegen das Kommunikationssystem etabliert ist, tragen SI und INS nicht mehr zur kommunikativen Genauigkeit bei. Schließlich bestätigt das Hyper-tACS-Experiment, dass INS einen kausalen Effekt auf die kommunikative Genauigkeit hat. Diese Ergebnisse deuten auf einen verhaltensbezogenen und neuronalen Mechanismus hin, der von SI und INS unterstützt wird und der Etablierung eines neuartigen zwischenmenschlichen Kommunikationssystems zugrunde liegt.

Kommunikation wird als ein Prozess definiert, bei dem Menschen durch den Austausch von Nachrichten Bedeutung erzeugen1. Es spielt eine wesentliche Rolle bei der Pflege harmonischer zwischenmenschlicher Beziehungen2, der Verbesserung der Arbeitseffizienz3 und der Aufrechterhaltung des sozialen Zusammenhalts4. Wichtig ist, dass Personen mit Autismus-Spektrum-Störung5,6 und Schizophrenie7 durch Kommunikationsschwierigkeiten gekennzeichnet sind. Ein herausragendes Rätsel für Forscher ist jedoch, wie es entsteht: Wie entsteht ein neuartiges zwischenmenschliches Kommunikationssystem?

In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler naturalistische und experimentelle Methoden verwendet, um zu untersuchen, wie Menschen Kommunikationssysteme schaffen. Naturalistische Studien untersuchen die Entstehung menschlicher Kommunikation anhand der von gehörlosen Kindern entwickelten Heimzeichen-Kommunikationssysteme8, des Spracherwerbs durch Kleinkinder9 und der Entstehung der nicaraguanischen Gebärdensprache10. Diesen naturalistischen Studien mangelt es jedoch an experimenteller Kontrolle, und es ist schwierig, die kritischen Variablen zu identifizieren, die die Entstehung menschlicher Kommunikation begünstigen. Daher versuchen experimentelle Forscher, dieses Problem zu überwinden, indem sie das experimentelle Semiotik-Paradigma nutzen, um zu untersuchen, wie unter kontrollierten Laborbedingungen neuartige menschliche Kommunikationssysteme entstehen könnten. Typischerweise fordert das experimentelle Semiotik-Paradigma die Teilnehmer auf, kollaborative Spiele über eine symbolische Modalität zu spielen, beispielsweise durch Zeichnen11,12, Gesten13,14 oder Buchstaben-Figuren-Zuordnungen15. Mithilfe dieser Verhaltensbeobachtungsmethoden konnten in früheren Studien einige Faktoren identifiziert werden, die das Ergebnis der zwischenmenschlichen Kommunikation beeinflussen. Beispielsweise untersucht eine Studie die vermittelnde Rolle von Kommunikationsstörungen im Zusammenhang zwischen Neurotizismus und Lebenszufriedenheit. Es wurde festgestellt, dass Neurotizismus die Kommunikationsstörung von Menschen erheblich beeinflusst16. Darüber hinaus haben einige andere Forscher die entscheidende Rolle des Arbeitsgedächtnisses für semantische Informationen in der menschlichen verbalen Kommunikation betont17,18. Darüber hinaus zeigt eine aktuelle Studie, dass die Perspektivenübernahme die Genauigkeit der Kommunikation in der Erfolgsgruppe im Vergleich zur Misserfolgsgruppe während eines semiotischen Koordinationsspiels verbessern kann19.

Im Gegensatz zu Untersuchungen, die auf traditionellen Verhaltensbeobachtungsmethoden basieren, werden neurowissenschaftliche Methoden auch zur Untersuchung der Entstehung eines Kommunikationssystems eingesetzt. Stolk et al.20 baten jede Teilnehmerdyade, miteinander zu kommunizieren, indem sie geometrische Formen auf einer digitalen Tafel bewegten. Während des Experiments wurde die neuronale Aktivität eines Teilnehmers innerhalb jeder Dyade mittels Magnetenzephalographie (MEG) gemessen. Eine Beamforming-Analyse wurde durchgeführt, um die neuronale Aktivität durch Schätzung der zeitaufgelösten Spektralleistung der MEG-Signale zu bewerten. Eine wichtige Erkenntnis ist, dass die Lösung kommunikativer Probleme vergleichbare Veränderungen der neuronalen Aktivität sowohl bei Kommunikatoren als auch bei Adressaten hervorruft. Darüber hinaus ist dieses gemeinsame neuronale Muster räumlich im rechten Temporallappen (TL) und im ventromedialen präfrontalen Kortex (vmPFC) lokalisiert20. Darüber hinaus verwendeten Stolk et al.21 dasselbe Paradigma, untersuchten jedoch gleichzeitig die Gehirnaktivitäten von zwei Teilnehmern. Sie manipulierten zwei Arten von Kommunikationsproblemen, eines ist der bekannte Zustand und das andere ist der neuartige Zustand. Im bekannten Zustand waren die kommunikativen Probleme, die die Teilnehmer lösen mussten, diejenigen, denen sie während der Trainingssitzung vor dem formellen Experiment begegnet waren. Im neuartigen Zustand mussten die kommunikativen Probleme, die die Teilnehmer lösen mussten, den Dyaden jedoch zuvor noch präsentiert werden. Sie stellen fest, dass die Kreuzkorrelation zwischen der Aktivität des rechten oberen Temporalgyrus (rSTG) in echten Dyaden bei Episoden mit neuartigen als bei bekannten Problemen stärker ist21. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Annäherung an konzeptionelle Räume zu einer zwischenmenschlichen neuronalen Synchronisation (INS) zwischen Kommunikatoren führen kann. Einige andere Studien haben durchweg gezeigt, dass die INS-Verstärkung zwischen Sprechern und Zuhörern während der verbalen Kommunikation in einigen Gehirnregionen der Theory of Mind (ToM) erfolgt, darunter Gyrus temporalis superior/Sulcus (STG/STS), Gyrus temporalis media (MTG), A1+ und inferior Frontalgyrus (IFG)22,23.

Aus der obigen Übersicht geht hervor, dass die Schaffung eines Kommunikationssystems unter zwei Aspekten untersucht wird, nämlich der Verhaltenswissenschaft und der Neurowissenschaft. Die auf Verhaltenswissenschaften basierenden Studien zeigen, dass das Persönlichkeitsmerkmal16, die Interaktionsebene13, die Perspektivenübernahme19 und das Arbeitsgedächtnis17,18 des Kommunikators zum Kommunikationsergebnis beitragen. Die auf Neurowissenschaften basierende Forschung zeigt, dass das gemeinsame neuronale Muster (d. h. INS) bei der Schaffung des Kommunikationssystems existiert20,21,22,23.

Während beide oben genannten Aspekte die Verhaltensfaktoren und neuronalen Phänomene untersuchen, die mit der Etablierung des Kommunikationssystems verbunden sind, sind diese beiden Arten der Forschung im Wesentlichen getrennt. Die Beziehungen zwischen den Faktoren (basierend auf Verhaltenswissenschaften), dem gemeinsamen neuronalen Muster (basierend auf Neurowissenschaften) und der Wirksamkeit der Kommunikation werden nicht untersucht. Daher kann es den Mechanismus hinter den Verhaltensfaktoren, dem gemeinsamen neuronalen Muster und dem primären Motivationsfaktor, der zum Aufbau eines Kommunikationssystems beiträgt, nicht herausfinden. Darüber hinaus kann es nicht gewährleisten, wie ein neuartiges zwischenmenschliches Kommunikationssystem aufgebaut wird.

Gemäß der „Shared Intentionality Hypothesis“ ist menschliche Kommunikation ein kooperatives Verhalten von Menschen, das auf einer gemeinsamen Intentionalität oder „Wir“-Intentionalität beruhen kann24. Geteilte Intentionalität kann als die kognitive Fähigkeit beschrieben werden, mentale Zustände wie Absichten, Überzeugungen und Emotionen mit anderen zu teilen25. Mehrere Studien haben gezeigt, dass die gemeinsame Intentionalität ein Schlüsselmerkmal des gemeinsamen Handelns26, der Zusammenarbeit27,28 und der verbalen Kommunikation29 beim Menschen ist. Allerdings ist die Zahl der verfügbaren Studien über den Einfluss geteilter Intentionalität auf die Etablierung eines neuartigen Kommunikationssystems begrenzt und das Wissen unvollständig.

Um die oben genannten Probleme anzugehen und den Mechanismus der Einrichtung eines Kommunikationssystems aufzuklären, wird ein experimentelles Paradigma namens Coordinating Symbolic Communication Game (CSCG) entworfen und durchgeführt. Zwei Teilnehmer nutzen beliebige Symbole und Figuren, um miteinander zu kommunizieren, ihre psychologischen Zustände zu teilen und nach und nach ein neuartiges zwischenmenschliches symbolisches Kommunikationssystem ohne ein vorher festgelegtes System aufzubauen.

Die vorliegende Studie untersucht die psychologischen und neuronalen Mechanismen der Etablierung eines neuartigen Kommunikationssystems. Zu diesem Zweck kombinierten wir das CSCG mit Verhaltensforschung (Experiment 1), fNIRS-basierter Hyperscanning-Technik (Experiment 2) und Hyper-tACS-Stimulation (Experiment 3). Erstens geht die Hypothese der gemeinsamen Intentionalität zwar gegenseitig davon aus, dass zwei Kommunikatoren bereits über ein vorab etabliertes gemeinsames System verfügen24,29, sie veranlasst uns jedoch dennoch zu der Hypothese, dass ein hoher SI auch eine entscheidende Rolle bei der Einrichtung eines neuartigen Kommunikationssystems spielt. Zweitens deuten frühere Studien darauf hin, dass die INS zunimmt, wenn ein Rätsel gemeinsam gelöst wird (mit SI), im Gegensatz zu einem Zustand, in dem Probanden identische, aber einzelne Rätsel lösen (ohne SI)30. Darüber hinaus haben frühere Studien gezeigt, dass die INS-Verstärkung in den ToM-Regionen zu einer erfolgreichen Kommunikation beiträgt20,21,22,23. Somit wird SI INS in den ToM-Regionen verbessern, was letztendlich die kommunikative Genauigkeit beim Aufbau eines neuartigen Kommunikationssystems erhöhen wird. Drittens untersuchte Experiment 3 basierend auf den fNIRS-Ergebnissen, die mit den obigen Vorhersagen übereinstimmen, den kausalen Zusammenhang zwischen INS und kommunikativer Genauigkeit weiter, indem eine Hyper-tACS-Stimulation eingeführt wurde. Vor dem CSCG erhielten zwei Teilnehmer einer Dyade nach dem Zufallsprinzip eine In-Phase-, Anti-Phase- oder Scheinstimulation; Wir würden erwarten, dass dieser Effekt die INS und die Kommunikationsgenauigkeit während der Koordinationsperiode (COP) unter der In-Phase-Stimulation im Vergleich zur Anti-Phase-Stimulation und Scheinstimulation verbessert.

Zusammengenommen zeigten unsere Ergebnisse zu Verhalten und Bildgebung des Gehirns, dass der SI den INS moduliert, was zur Etablierung eines neuartigen Kommunikationssystems beiträgt. Darüber hinaus tragen SI und INS aufgrund der unterschiedlichen Phasen der Einrichtung des Kommunikationssystems unterschiedlich zum Kommunikationsergebnis bei. Wenn das Kommunikationssystem eingerichtet ist, tragen SI und INS zur Kommunikationseffektivität bei. Wenn das Kommunikationssystem jedoch bereits etabliert ist, tragen SI und INS nicht mehr zur Kommunikationseffektivität bei. Abschließend werden In-Phase-, Anti-Phase- und Scheinsimulationen durchgeführt, um zu überprüfen, ob das INS kausal zur Kommunikationseffektivität beiträgt.

Experiment 1: Gemeinsame Intentionalität ist der psychologische Schlüsselprozess zur Schaffung eines neuartigen zwischenmenschlichen Kommunikationssystems

In Experiment 1 nahmen insgesamt dreißig Teilnehmerdyaden am CSCG teil. Zwei Teilnehmer saßen sich gegenüber, zwischen ihnen waren zwei Computerbildschirme platziert und durch eine Schallwand getrennt (Abb. 1a). Während der Aufgabe wechselten die Teilnehmer zwischen den Rollen des Senders und des Empfängers (Abb. 1b). Einzelheiten zum CSCG-Verfahren finden Sie in Abb. 1c.

a Zwei Kommunikatoren saßen hinter separaten Computerbildschirmen am Tisch, jeder ausgestattet mit einer Maus bzw. einer Tastatur. Die beiden Dyaden konnten sich während der Aufgabe nicht gegenseitig sehen. b Zwei Teilnehmer wechselten sich als Sender bzw. Empfänger ab. c Zeitleiste für die gesamten Aufgabenperioden und die Aufgabenversuchssequenz für COP und CTP. Die gelben und grünen quadratischen Kästchen zeigen, was der Sender bzw. der Empfänger gesehen hat. COP-Koordinationszeitraum, CTP-Kommunikationstestzeitraum.

Korrelationen zwischen kommunikativer Genauigkeit und den Big Five-Persönlichkeitsmerkmalen, Arbeitsgedächtnisspanne, SI, Kooperation, wahrgenommener Ähnlichkeit, zwischenmenschlichem Reaktivitätsindex und Erkenntnisbedürfnis. Der SI (r = 0,67, p < 0,001), die Zusammenarbeit (r = 0,41, p = 0,026) und die wahrgenommene Ähnlichkeit (r = 0,40, p = 0,027) zwischen zwei Kommunikatoren korrelierten signifikant positiv mit der kommunikativen Genauigkeit während der COP (Tabelle 1). ).

Wir haben eine automatisierte schrittweise lineare Regression unter Verwendung aller statistisch signifikanten univariaten Variablen durchgeführt, die in jedem Schritt Standardeinschlusskriterien aufweist (p von F für Einschluss ≤ 0,05; p von F für Ausschluss ≥ 0,1). Es zeigte sich, dass die gemeinsame Intentionalität (standardisiertes β = 0,67, p ≤ 0,001) signifikant mit der kommunikativen Genauigkeit während des COP verbunden war (Tabelle 2). Das Modell impliziert, dass unter diesen Variablen die gemeinsame Intentionalität der einzige signifikante Prädiktor für die kommunikative Genauigkeit während der COP war, was 43,5 % der Varianz der kommunikativen Genauigkeit während der COP erklären könnte (Tabelle 2). Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die gemeinsame Intentionalität eine wichtige prädiktive Rolle bei der Schaffung eines neuartigen zwischenmenschlichen Kommunikationssystems spielt.

Experiment 2: INS vermittelt teilweise Beziehungen zwischen gemeinsamer Intentionalität und kommunikativer Genauigkeit während des COP

In Experiment 1 wurde die gemeinsame Intentionalität nach dem CSCG getestet, was von den endgültigen experimentellen Ergebnissen beeinflusst werden kann. Darüber hinaus haben wir die Unterschiede in der gemeinsamen Intentionalität und Veränderungen in neuronalen Prozessen zwischen der Erfolgs- und der Misserfolgsgruppe nicht untersucht. In Experiment 2 haben wir den SI bewertet und gleichzeitig die Gehirnaktivitäten (Abb. 2a, b) der Sender und Empfänger von 46 Dyaden gemessen. Um den Grad der gemeinsamen Intentionalität zwischen den Dyaden zu manipulieren, verwendeten wir verschiedene experimentelle Einstellungen. Insbesondere haben wir die experimentelle Bedingung (höherer SI, Abb. 2c, d) und die Kontrollbedingung (niedrigerer SI, Abb. 2c, e) implementiert. Darüber hinaus haben wir die 43 Dyaden (drei wurden aufgrund schlechter Signalqualität entfernt) in die Erfolgsgruppe und die Misserfolgsgruppe unterteilt. Die Bedingungen von Experiment 2 und der Aufbau der Optodensonden werden im Detail unter „Stimuli und Ablauf“ beschrieben. Eine Dyade wurde nur dann der Erfolgsgruppe zugeordnet, wenn zwei Kommunikatoren genau die gleichen Figur-Charakter-Zuordnungen aufwiesen (Nsuccess = 21, Nfailure = 22).

a Die fNIRS-Hyperscanning-Umgebung. Die Gehirnaktivitäten von zwei Kommunikatoren in einer Dyade wurden gleichzeitig mit fNIRS aufgezeichnet. b Die Optodensonden wurden im rechten temporal-parietalen Bereich platziert. Als Referenzstandorte dienten T4 (orangefarbene Kreise) im internationalen 10-20-System. c Zahlen, die unter den Versuchs- und Kontrollbedingungen verwendet wurden. d Zeichen, die unter experimentellen Bedingungen verwendet werden. e Zeichen, die unter der Kontrollbedingung verwendet werden.

Um die experimentellen Manipulationen zu validieren, wurden die SI der experimentellen und der Kontrollbedingungen mithilfe eines t-Tests für gepaarte Stichproben verglichen. Die experimentelle Bedingung (M ± SE, 23,70 ± 0,66) zeigte signifikant höhere SI-Werte als die Kontrollbedingung (M ± SE, 21,12 ± 0,57), t(42) = 3,46, p = 0,001, Cohens d = 0,58 (Abb. 3a). In Experiment 2 interessieren wir uns mehr für die Unterschiede zwischen der Erfolgsgruppe und der Misserfolgsgruppe während des Prozesses der Etablierung eines neuartigen Kommunikationssystems (experimentelle Bedingung). Um die Kommunikationsergebnisse zu ermitteln, führten wir während des COP den T-Test bei unabhängigen Stichproben zur kommunikativen Genauigkeit durch. Die Ergebnisse zeigten einen signifikanten Gruppenunterschied (t(41) = 5,73, p < 0,001, Cohen's d = 1,74), was darauf hindeutet, dass die kommunikative Genauigkeit der Erfolgsgruppe (M ± SE, 0,63 ± 0,03) höher war als die der Misserfolgsgruppe Gruppe (M ± SE, 0,41 ± 0,02; Abb. 3b). Außerdem wurde die gemeinsame Absicht zwischen der Erfolgs- und der Misserfolgsgruppe verglichen. Der T-Test bei unabhängigen Stichproben ergab eine größere gemeinsame Absicht in der Erfolgsgruppe (M ± SE, 26,14 ± 0,77) als in der Misserfolgsgruppe (M ± SE, 21,36 ± 0,81), t(41) = 4,29, p ≤ 0,001 , Cohens d = 1,31 (Abb. 3c). Darüber hinaus zeigte die Korrelationsanalyse von Pearson eine signifikante positive Korrelation zwischen gemeinsamer Intentionalität und kommunikativer Genauigkeit während des COP in der Erfolgsgruppe (r = 0,60, p = 0,004), nicht jedoch in der Misserfolgsgruppe (r = 0,36, p = 0,101; Abb. 3d). ). Die z-Analyse von Silver31 zeigte jedoch, dass diese beiden Korrelationen zwischen den beiden Gruppen nicht signifikant unterschiedlich waren, z = 0,97, p = 0,332.

ein SI-Score-Unterschied zwischen der Versuchsbedingung und den Kontrollbedingungen. b Kommunikationsgenauigkeit während des COP-Unterschieds zwischen der Erfolgs- und der Misserfolgsgruppe unter experimentellen Bedingungen. c SI-Score-Differenz zwischen der Erfolgsgruppe und der Misserfolgsgruppe unter den experimentellen Bedingungen. d Pearsons Korrelationsanalysen zwischen SI und kommunikativer Genauigkeit während des COP unter experimentellen Bedingungen. Die Daten werden als Violin- und Box-Plots für jede Gruppe dargestellt, wobei weiße Punkte die Medianwerte, Boxen die 25 %- und 75 %-Quartile und Whiskers den Perzentilbereich von 2,5–97,5 % angeben. Gemeinsame SI-Intentionalität, COP-Koordinierungszeitraum. **p < 0,01, ***p < 0,001.

Es ist zu beachten, dass die Kontrollbedingung in der aktuellen Studie mit zwei Hauptzielen angewendet wurde. Einerseits fragten wir uns, ob eine INS-Verbesserung nur dann zu finden wäre, wenn ein neuartiges symbolisches Kommunikationssystem auftauchte, nicht aber, wenn zwei Teilnehmer über das bestehende Figur-Zeichen-System kommunizierten. Andererseits wollten wir auch sicherstellen, dass der INS nicht teilweise erhöht war, weil die Teilnehmer denselben Reizen und derselben Versuchsumgebung ausgesetzt waren. Tatsächlich stellten wir fest, dass der INS während des COP im Frequenzband im Bereich von 0,09 bis 0,14 Hz (dh im Zeitraum von 7,04 bis 11,10 s) nur unter experimentellen Bedingungen (ergänzende Abbildung 1a), jedoch nicht im Frequenzband signifikant höher als der Ausgangswert war Kontrollbedingung (Ergänzende Abbildung 1b). Innerhalb dieses FOI ergab der t-Test mit einer Stichprobe, dass INS bei CH15 (t(42) = 4,76, p < 0,001, FDR-Korrektur; rechter Gyrus temporalis superior, rSTG) und CH20 (t(42) = 3,82) signifikant erhöht war , p = 0,005, FDR-Korrektur; rechter mittlerer Temporalgyrus, rMTG), unter der experimentellen Bedingung (Abb. 4a), aber unter der Kontrollbedingung (T-Test mit einer Stichprobe, ps ≥ 0,05, FDR-Korrektur) wurde kein signifikanter Kanal gefunden ; Abb. 4b).

eine Ein-Stichproben-t-Test-Karte von INS in den rechten temporal-parietalen Bereichen unter den experimentellen Bedingungen (zweiseitig, korrigiert durch FDR). b Einstichproben-t-Test-Karte von INS in den rechten temporal-parietalen Regionen unter der Kontrollbedingung (zweiseitig, FDR-Korrektur). c Eine Beispiel-t-Test-Karte von INS für die permutierte Zeitreihe basierend auf den Originaldaten (zweiseitig, FDR-Korrektur). d Die gepaarten Proben t-testen INS bei CH15 unter verschiedenen Bedingungen (Experiment vs. Kontrolle). e Die gepaarten Stichproben testen INS bei CH15 unter verschiedenen Bedingungen (Experiment vs. Zufall). Die Daten werden als Violin- und Box-Plots für jede Gruppe dargestellt, wobei weiße Punkte die Medianwerte, Kästchen die 25 %- und 75 %-Quartile und Whiskers den Perzentilbereich von 2,5–97,5 % angeben. INS zwischenmenschliche neuronale Synchronisation, COP-Koordinationsperiode. ***p < 0,001.

Darüber hinaus wurde der T-Test für gepaarte Proben am INS bei CH15 während des COP mit der Bedingung (experimentell vs. Kontrolle) durchgeführt. Wir fanden einen signifikanten Gruppenunterschied (t(42) = 4,17, p < 0,001, Cohens d = 0,87), der darauf hinweist, dass der INS bei CH15 unter den experimentellen Bedingungen (M ± SE, 0,06 ± 0,01) signifikant höher war als der in Kontrollbedingung (M ± SE, –0, 01 ± 0, 01; Abb. 4d). Außerdem führten wir während des COP die gleiche Analyse für den INS bei CH20 durch und stellten fest, dass die experimentelle Bedingung (M ± SE, 0,04 ± 0,01) einen signifikant stärkeren INS aufwies als die Kontrollbedingung (M ± SE, −0,01 ± 0,01). t(42) = 2,78, p = 0,008, Cohens d = 0,66 (Ergänzende Abbildung 2a).

Um weiter zu verifizieren, dass die INS-Verstärkung nicht zufällig erzielt wurde, haben wir eine Zeitreihe jedes Kommunikators für jede Dyade permutiert. Anschließend haben wir die INS anhand der erhaltenen randomisierten Zeitreihe erneut analysiert (Zufallsbedingung). Der t-Test bei einer Stichprobe ergab keine signifikante INS-Verstärkung unter der Zufallsbedingung (ts < 0,85, ps > 0,960; Abb. 4c). Anschließend wurde der T-Test für gepaarte Stichproben auch am INS von CH15 unter der Bedingung (experimentell vs. zufällig) durchgeführt. Wir beobachteten einen signifikant höheren INS bei CH15 unter experimentellen Bedingungen (M ± SE, 0,06 ± 0,01) als unter zufälligen Bedingungen (M ± SE, 0,01 ± 0,01), t(42) = 2,72, p = 0,010, Cohens d = 0,61 (Abb. 4e). Darüber hinaus fanden wir während des COP unter experimentellen Bedingungen (M ± SE, 0,04 ± 0,01) einen größeren INS bei CH20 als unter zufälligen Bedingungen (M ± SE, 0,01 ± 0,01), t(42) = 2,37, p = 0,023, Cohens d = 0,46 (Ergänzende Abbildung 2b).

Wir haben während des COP auch den T-Test bei unabhängigen Stichproben zur kommunikativen Genauigkeit durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten einen signifikanten Gruppenunterschied (t(41) = 2,65, p = 0,012, Cohen's d = 0,81), was darauf hindeutet, dass INS bei CH15 während des COP in der Erfolgsgruppe (M ± SE, 0,09 ± 0,02) höher war in der Ausfallgruppe (M ± SE, 0,03 ± 0,01; Abb. 5a) unter experimentellen Bedingungen. Darüber hinaus wurde der INS bei CH20 während der COP mithilfe derselben Analyse auch zwischen der Erfolgs- und der Misserfolgsgruppe verglichen. Es wurde jedoch kein signifikanter Unterschied zwischen der Erfolgsgruppe (M ± SE, 0,05 ± 0,01) und der Misserfolgsgruppe (M ± SE, 0,03 ± 0,02) gefunden, t(41) = 0,80, p = 0,426, Cohen's d = 0,24 ( Abb. 5b).

ein INS bei CH15 während des COP-Unterschieds zwischen der Erfolgs- und der Misserfolgsgruppe unter den experimentellen Bedingungen. b INS bei CH20 während des COP-Unterschieds zwischen der Erfolgs- und der Misserfolgsgruppe unter experimentellen Bedingungen. c Pearsons Korrelation zwischen INS bei CH15 und kommunikativer Genauigkeit während des COP in verschiedenen Gruppen (Erfolg vs. Misserfolg) unter experimentellen Bedingungen. d Pearson-Korrelation zwischen INS bei CH15 und SI in verschiedenen Gruppen (Erfolg vs. Misserfolg) unter experimentellen Bedingungen. e Das INS bei CH15 vermittelte die Wirkung von SI auf die Kommunikationsgenauigkeit während des COP unter experimentellen Bedingungen. Die Daten werden als Violin- und Box-Plots für jede Gruppe dargestellt, wobei weiße Punkte die Medianwerte, Boxen die 25 %- und 75 %-Quartile und Whiskers den Perzentilbereich von 2,5–97,5 % angeben. SI geteilte Intentionalität, INS zwischenmenschliche neuronale Synchronisation, COP-Koordinationsperiode. *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001 und NS nicht signifikant.

Die Korrelationsanalyse von Pearson zeigte, dass die INS-Verstärkung bei CH15 während des COP in der Erfolgsgruppe (r = 0,60, p = 0,004) signifikant mit der kommunikativen Genauigkeit korrelierte, nicht jedoch in der Misserfolgsgruppe (r = 0,01, p = 0,985). Versuchsbedingung (Abb. 5c). Silvers Z-Test31 zeigte auch einen signifikanten Unterschied zwischen diesen beiden Korrelationen (Erfolgsgruppe vs. Misserfolgsgruppe), z = 2,07, p = 0,039. Darüber hinaus beobachteten wir auch eine positive Korrelation zwischen dem INS bei CH15 und der gemeinsamen Absicht in der Erfolgsgruppe (r = 0,57, p = 0,006), jedoch nicht in der Misserfolgsgruppe (r = −0,03, p = 0,892; Abb. 5d). . Der Unterschied zwischen den Korrelationen in der Erfolgsgruppe und den Misserfolgsgruppen war signifikant (z = 2,08, p = 0,038). Allerdings korrelierte die INS-Verstärkung bei CH20 während der COP weder signifikant mit der kommunikativen Genauigkeit (ergänzende Abbildung 3a) noch mit der gemeinsamen Absicht, weder in der Erfolgsgruppe noch in der Misserfolgsgruppe unter den experimentellen Bedingungen (rs < 0,08, ps > 0,05; ergänzende Abbildung). . 3b).

Basierend auf diesen Erkenntnissen war es plausibel, eine vermittelnde Rolle einer erhöhten INS im Zusammenhang zwischen SI und kommunikativer Genauigkeit anzunehmen. Um diese Hypothese zu untersuchen, wurde eine Mediationsanalyse durchgeführt. Abbildung 5e zeigt den Gesamteffekt der gemeinsamen Intentionalität auf die Kommunikationsgenauigkeit während des COP (Gesamteffekt = 0,67, 95 %-KI = [0,017, 0,035]). Und ein erhöhter INS bei CH15 während des COP war positiv mit der gemeinsamen Absicht verbunden (β = 0,43, p = 0,004). Darüber hinaus war die gemeinsame Intentionalität nach Kontrolle der Wirkung von INS immer noch ein signifikanter Prädiktor für die kommunikative Genauigkeit (β = 0,55, p ≤ 0,001), was darauf hindeutet, dass die Wirkung von erhöhtem INS als teilweiser Vermittler der gemeinsamen Intentionalität auf die kommunikative Genauigkeit fungierte ( ab = 0,13, 95 % CI = [0,001, 0,011], erhalten aus dem Bootstrapping-Test; Abb. 5e).

Um den frühesten Versuch zu untersuchen, dessen INS-Verbesserung bei CH15 zwischen der Erfolgs- und der Misserfolgsgruppe differenzierte und mit der kommunikativen Genauigkeit korrelierte, führten wir den Wilcoxon-Signed-Rang-Test zur kumulativen Genauigkeit des Versuchs und zum zeitlich kumulativen INS entlang des Versuchs zwischen der Erfolgs- und der Misserfolgsgruppe durch unter der experimentellen Bedingung. Was die versuchskumulative Genauigkeit betrifft, war die versuchskumulative Genauigkeit der Erfolgsgruppe nach dem 10. Versuch höher als die der Misserfolgsgruppe (ps < 0,05, FDR-Korrektur; Abb. 6a). Unterdessen zeigten die Ergebnisse, dass die zeitlich kumulative INS während des COP in der Erfolgsgruppe nach dem 9. Versuch im Vergleich zur Misserfolgsgruppe unter experimentellen Bedingungen zunahm (ps < 0,05, FDR-Korrektur; Abb. 6b). Darüber hinaus zeigten die Rangkorrelationsergebnisse von Spearman, dass die zeitkumulative INS nach dem 8. Versuch in der Erfolgsgruppe unter der experimentellen Bedingung (rs > 0,52, ps < 0,021, FDR-Korrektur) signifikant mit der versuchskumulativen Genauigkeit korrelierte, nicht jedoch in der Fehlergruppe (Abb. 6c).

a Die kumulative Genauigkeit des Versuchs während des COP in den Erfolgs- und Misserfolgsgruppen unter den experimentellen Bedingungen. b Die zeitlich kumulative INS bei CH15 während des COP in den Erfolgs- und Misserfolgsgruppen unter den experimentellen Bedingungen. Bemerkenswert ist, dass die schwarze vertikale Linie mit einem Sternchen in A und B den frühesten Versuch anzeigt, in dem ein signifikanter Unterschied zwischen diesen beiden Gruppen getrennt festgestellt wurde (Wilcoxon-Signed-Rang-Test, p < 0,05, FDR-Korrektur). c Dynamische Korrelationen zwischen der zeitkumulierten INS und der versuchskumulativen Genauigkeit während des COP in den Erfolgs- und Misserfolgsgruppen unter den experimentellen Bedingungen. Die rote vertikale Linie mit einem Sternchen zeigt den frühesten Versuch an, bei dem die Korrelationen in der Erfolgsgruppe statistische Signifikanz erreichten (Rangkorrelation nach Spearman, p < 0,05, FDR-Korrektur). INS zwischenmenschliche neuronale Synchronisation, COP-Koordinationsperiode. *p < 0,05.

Um zu untersuchen, ob die Korrelation zwischen zeitkumulativem INS und versuchskumulativer Genauigkeit neue Dyaden vorhersagen kann, wurde in dieser Studie das neuronale LSTM-Netzwerk angewendet. Es wurde festgestellt, dass der INS von CH15 die kommunikative Genauigkeit während des COP aus dem 7. Versuch in der Erfolgsgruppe gut vorhersagen konnte (Rangkorrelation nach Spearman, rs > 0,41, ps < 0,05; Abb. 7a, c), jedoch nicht in der Misserfolgsgruppe Gruppe (Rangkorrelation nach Spearman, ps > 0,05; Abb. 7b, d).

a Die prognostizierte versuchskommunikative Genauigkeit und die beobachteten versuchskommunikativen Genauigkeitswerte werden für eine Dyade (Untergruppe 4) in der Erfolgsgruppe angezeigt. b Die prognostizierte versuchskommunikative Genauigkeit und die beobachtete versuchskommunikative Genauigkeit werden für eine Dyade (Untergruppe 9) in der Fehlergruppe angezeigt. c Spearmans Rangkorrelation zwischen der vorhergesagten versuchskommunikativen Genauigkeit und der beobachteten versuchskommunikativen Genauigkeit im Testdatensatz in der Erfolgsgruppe. d Spearmans Rangkorrelation zwischen der vorhergesagten versuchskommunikativen Genauigkeit und der beobachteten versuchskommunikativen Genauigkeit im Testdatensatz in der Fehlergruppe. Die rote vertikale Linie mit einem Sternchen zeigt den frühesten Versuch an, bei dem die Korrelationen in der Erfolgsgruppe statistische Signifikanz erreichten (Rangkorrelation nach Spearman, p < 0,05, FDR-Korrektur).

Experiment 3: Manipulation des INS durch transkranielle Wechselstromstimulation

Experiment 2 unterstützt die Idee, dass das INS am rSTG an der Schaffung eines neuartigen zwischenmenschlichen Kommunikationssystems beteiligt war. Diese Schlussfolgerung ist jedoch vorläufig und basiert ausschließlich auf Korrelationsdaten. In Experiment 3 haben wir Hyper-tACS verwendet, um zu überprüfen, ob INS eine kausale Rolle bei der Entstehung eines neuartigen Kommunikationssystems spielt. Siebzig Dyaden wurden für die Durchführung des CSCG rekrutiert und vor Beginn des CSCG gleichzeitig über Hyper-tACS stimuliert (Abb. 8a). Die relative Phase der induzierten Schwingungen wurde durch gleichzeitiges tACS (Abb. 8c) so gesteuert, dass sie perfekt gleichphasig oder gegenphasig war (Abb. 8b). Als Kontrollbedingung wurde auch eine Scheinstimulation eingesetzt, um den Placeboeffekt auszuschließen.

a Versuchsaufbau der Hirnstimulationsmontage. Die Elektroden wurden gemäß dem internationalen 10/10-System über CP6 (Anode) und FP1 (Kathode) platziert. b Die relative Stimulationsphase zwischen den Gehirnen wurde so manipuliert, dass sie entweder in Phase (0 relative Phase) oder gegenphasig (180 relative Phase) war. c Duale Hirnstimulation wurde durch gleichzeitiges tACS an Teilnehmerdyaden vor der CSCG mit der fNIRS-Aufzeichnung verabreicht.

Die tACS-Montage wurde auf der Grundlage einer Computermodellierung unter Verwendung eines Finite-Elemente-Modells des Gehirnstromflusses während Hyper-tACS bestimmt. Zur Bestimmung und Anzeige der Elektrodenposition und der Stromstärke wurde die HD-Explore-Software (Version 2.3, Soterix Medical, New York, NY) verwendet. Wie in Abb. 9a gezeigt, erzeugte die tACS-Stimulation höhere Stromintensitäten im rechten oberen Temporalgyrusbereich des Kommunikators. Um die Wirksamkeit des Stimulus zu überprüfen, analysierten wir zunächst die Gruppenunterschiede von INS im Basiszeitraum zwischen In-Phase-, Anti-Phase- und Schein-Bedingungen mithilfe eines einfaktoriellen ANOVA-Tests. Der Haupteffekt der experimentellen Reizbedingung erwies sich als signifikant, F(2, 68) = 6,56, p = 0,003, \({\eta }_{{{{{{\rm{partial}}}}}} }^{2}=0,17\). Eine Post-hoc-Analyse mit Tukey-Korrektur zeigte, dass die INS während der Basisperiode höher war, wenn die beiden Gehirne in Phase stimuliert wurden (M ± SE: 0,33 ± 0,01), im Gegensatz zu Schein- (M ± SE: 0,27 ± 0,01) und Anti- Phase (M ± SE: 0,27 ± 0,01). Es gab jedoch keinen signifikanten Unterschied zwischen der Anti-Phasen-Stimulation und der Scheinbedingung. Dieses Ergebnis bestätigte in gewissem Maße auch die Wirksamkeit des Reizes (Abb. 9b).

a Elektrische Feldverteilung im Gehirn. b Unterschiede im INS während der Ruhephase zwischen den drei Bedingungen wurden durch eine einfaktorielle Varianzanalyse (ANOVA) verglichen. c Einstichproben-t-Test-Karte von INS in den rechten temporal-parietalen Regionen unter der Inphase-Bedingung (zweiseitig, FDR-Korrektur). d Ein-Stichproben-t-Test-Karte von INS in den rechten temporal-parietalen Regionen unter der Scheinbedingung (zweiseitig, FDR-Korrektur). e Einstichproben-t-Test-Karte von INS in den rechten temporal-parietalen Bereichen unter der Anti-Phasen-Bedingung (zweiseitig, FDR-Korrektur). f Unterschiede im INS während des COP zwischen den drei Bedingungen wurden mithilfe einer einfaktoriellen Varianzanalyse (ANOVA) verglichen. Die Daten werden als Violin- und Box-Plots für jede Gruppe dargestellt, wobei weiße Punkte die Medianwerte, Boxen die 25 %- und 75 %-Quartile und Whiskers den Perzentilbereich von 2,5–97,5 % angeben. INS zwischenmenschliche neuronale Synchronisation, COP-Koordinationsperiode; *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001 und NS nicht signifikant.

Anschließend wollten wir bestätigen, ob tACS die INS im Aufgabenzeitraum im Vergleich zum Basiszeitraum signifikant beeinflusste. Die in Experiment 3 ausgewählte interessierende Frequenz beträgt 0,09 ~ 0,14 Hz (7,04 ~ 11,1 s) und ist damit dieselbe wie in Experiment 2. Innerhalb dieses FOI haben wir die aufgabenbezogene INS berechnet, die als die durch Subtraktion erhaltene INS definiert wurde die INS der Basislinie vom COP. Anschließend verwendeten wir den T-Test bei einer Stichprobe, um die Wirkung des Reizes während der Aufgabe zu überprüfen. Die Ergebnisse zeigten, dass der INS bei CH15 während des COP unter der In-Phase-Bedingung (t = 7,84, p < 0,001, FDR-Korrektur; Abb. 9c) und der Schein-Bedingung (t = 4,30, p = 0,006, FDR) signifikant erhöht war Korrektur; Abb. 9d). Außerdem stellten wir fest, dass INS bei CH15 während des COP unter der Antiphasenbedingung signifikant abnahm (t = –3,98, p = 0,014, FDR-Korrektur; Abb. 9e).

Darüber hinaus wurde eine einfache ANOVA mit dem aufgabenbezogenen INS verwendet, um die Variabilität zwischen den drei Bedingungen zu vergleichen. Die Ergebnisse zeigten signifikante Unterschiede zwischen den Versuchsbedingungen (F(2, 68) = 41,45, p < 0,001, \({\eta }_{{{{{\rm{partial}}}}}}}^{2 }=0,56\); Abb. 9f), wobei Tukey-korrigierte Post-hoc-Tests zeigten, dass der aufgabenbezogene INS für die In-Phase-Bedingung signifikant höher war (M ± SE: 0,09 ± 0,01) im Vergleich zur Schein-Bedingung (M). ± SE: 0,04 ± 0,01) und Anti-Phase-Bedingung (M ± SE: −0,04 ± 0,01), aber nicht zwischen Schein-Bedingung und Anti-Phase-Bedingung (p > 0,05). Diese Ergebnisse legen nahe, dass die In-Phase-Stimulation das INS im rSTG während der COP verstärkte.

Unser Hauptinteresse an Experiment 3 bestand darin, zu untersuchen, wie die Hyper-tACS-Stimulation die Kommunikationsleistung von Menschen beeinflusst. In ähnlicher Weise führten wir während des COP eine einfaktorielle ANOVA mit kommunikativer Genauigkeit durch und fanden signifikante Unterschiede zwischen den experimentellen Bedingungen (F(2, 68) = 13,12, p < 0,001, \({\eta }_{{{{{{ \rm{partial}}}}}}}^{2}=0,29\)), wobei Tukey-korrigierte Post-hoc-Tests zeigten, dass die kommunikative Genauigkeit für die In-Phase-Bedingung signifikant höher war (M ± SE: 0,68 ± 0,04), im Vergleich zur Scheinbedingung (M ± SE: 0,43 ± 0,04) und der Antiphasenbedingung (M ± SE: 0,48 ± 0,04), jedoch nicht zwischen der Scheinbedingung und den Antiphasenbedingungen (p > 0,9, Abb. 10a). ). Darüber hinaus führten wir die Kruskal-Wallis-ANOVA mit kommunikativer Genauigkeit während des CTP durch und fanden signifikante Unterschiede zwischen den Versuchsbedingungen (H = 13,73, p = 0,001), wobei Tukey-korrigierte Post-hoc-Tests ergaben, dass die kommunikative Genauigkeit für die In- Phasenbedingung (M ± SE: 0,96 ± 0,05) im Vergleich zur Scheinbedingung (M ± SE: 0,78 ± 0,05) und Antiphasenbedingung (M ± SE: 0,77 ± 0,05), jedoch nicht zwischen Scheinbedingung und Anti -Phasenzustand (Abb. 10b).

a Unterschiede in der kommunikativen Genauigkeit während des COP zwischen drei Bedingungen wurden mithilfe einer einfaktoriellen Varianzanalyse (ANOVA) verglichen. b Unterschiede in der Kommunikationsgenauigkeit während des CTP zwischen drei Bedingungen wurden mithilfe einer einfaktoriellen Varianzanalyse (ANOVA) verglichen. c Pearsons Korrelationsanalysen zwischen INS und kommunikativer Genauigkeit während des COP. Die Daten werden als Violin- und Box-Plots für jede Gruppe dargestellt, wobei weiße Punkte die Medianwerte, Boxen die 25 %- und 75 %-Quartile und Whiskers den Perzentilbereich von 2,5–97,5 % angeben. COP-Koordinationszeitraum, CTP-Kommunikationstestzeitraum. *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001 und NS nicht signifikant.

Schließlich verwendeten wir die Pearson-Korrelationsanalyse, um die Korrelation zwischen INS bei CH15 und der Kommunikationsgenauigkeit während des COP zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass es eine signifikante positive Korrelation zwischen INS bei CH15 und der kommunikativen Genauigkeit während des COP im In-Phase-Zustand (r = 0,59, p = 0,003) und im Schein-Zustand (r = 0,45, p = 0,031) gab, aber nicht im gegenphasigen Zustand (r = −0,24, p = 0,266, siehe Abb. 10c).

Diese Studie untersuchte anhand von drei Experimenten die psychologischen und neuronalen Prozesse, die Menschen bei der Schaffung eines neuartigen symbolischen Kommunikationssystems unterstützen. In Experiment 2 manipulierten wir den Grad der gemeinsamen Intentionalität der Dyaden, indem wir die Teilnehmer aufforderten, ein neues symbolisches Kommunikationssystem zu schaffen (Experimentalbedingung) und unter Verwendung eines vorab festgelegten Kommunikationssystems (Kontrollbedingung) miteinander zu kommunizieren. Wir manipulierten auch den INS-Spiegel der Dyaden durch In-Phase-, Anti-Phase- und Scheinstimulation. Unsere Verhaltens- und Neuroimaging-Ergebnisse zeigten, dass eine höhere kommunikative Genauigkeit mit einem höheren Grad an gemeinsamer Intentionalität und einem stärkeren INS im rSTG verbunden war. Darüber hinaus stieg der INS im rSTG in der Erfolgsgruppe im Vergleich zur Misserfolgsgruppe unter den experimentellen Bedingungen signifikant an, nicht jedoch unter den Kontrollbedingungen. Wir fanden positive Korrelationen zwischen INS, geteilter Absicht und kommunikativer Genauigkeit. Interessanterweise vermittelte eine solche INS-Verbesserung teilweise die Beziehung zwischen gemeinsamer Intentionalität und kommunikativer Genauigkeit. Darüber hinaus zeigten Zeitreihenanalysen, dass INS im rSTG die Erfolgs- und Misserfolgsgruppen unterscheiden und die kumulative Genauigkeit des Versuchs in der frühen Phase der Kommunikation vorhersagen konnte. Schließlich verwendeten wir Hyper-tACS-Stimulation, um die kausale Rolle der INS-Verstärkung im rSTG bei der Erzielung einer höheren Kommunikationsgenauigkeit zu untersuchen. Zusammengenommen legen diese Ergebnisse nahe, dass eine gemeinsame Intentionalität die Entstehung eines neuartigen symbolischen Kommunikationssystems von Grund auf durch verbesserte INS modulieren kann. Diese Ergebnisse werden im Folgenden erörtert.

Unsere Ergebnisse erweitern die „Hypothese der geteilten Intentionalität“, die besagt, dass die kooperative Kommunikation des Menschen entscheidend auf der gemeinsamen Intentionalität beruht24. Frühere Studien haben gezeigt, dass gemeinsame Absichten ein Schlüsselmerkmal menschlichen gemeinsamen Handelns sind, einschließlich Zusammenarbeit29, gegenseitiger Unterstützung und gegenseitiger Reaktionsfähigkeit30. Es wurde jedoch keine Studie konzipiert, um die Auswirkung gemeinsamer Intentionalität auf die Entstehung zwischenmenschlicher symbolischer Kommunikationssysteme direkt zu untersuchen. Mithilfe eines koordinierenden symbolischen Kommunikationsspiels zeigte diese Studie, dass die gemeinsame Intentionalität zwischen zwei Kommunikatoren entscheidend für die Entstehung eines neuartigen symbolischen Kommunikationssystems ist. Dies wurde durch unsere Ergebnisse der schrittweisen Regression gezeigt, bei denen die gemeinsame Intentionalität der einzige signifikante Prädiktor für die kommunikative Genauigkeit während des COP war und 43,5 % der Varianz der kommunikativen Genauigkeit während des COP in Experiment 1 erklärte. Darüber hinaus auch die Verhaltensergebnisse von Experiment 2 zeigten, dass eine höhere kommunikative Genauigkeit in der Erfolgsgruppe im Vergleich zur Misserfolgsgruppe unter experimentellen Bedingungen signifikant mit höheren gemeinsamen Intentionalitätswerten korrelierte.

Mit der Entwicklung des neurowissenschaftlichen Ansatzes der „zweiten Person“ wurde INS als potenzieller neuronaler Mechanismus im Kontext sozialer Echtzeitinteraktion32 sowie zwischenmenschlicher Kommunikation22,33 erkannt. Daher wollen wir untersuchen, wie INS die Entstehung eines neuartigen symbolischen Kommunikationssystems und seine Beziehung zur gemeinsamen Intentionalität beeinflusst. In dieser Studie wurde eine INS-Verstärkung im rSTG nur unter experimentellen Bedingungen festgestellt, als Dyaden ein neuartiges symbolisches Kommunikationssystem schufen, nicht jedoch unter Kontrollbedingungen, als die Kommunikatoren die Figuren-Charakter-Zuordnungen bereits kannten. Dieser Befund stimmt teilweise mit dem von Stolk et al.21 überein. Sie beobachteten eine stärkere Kreuzkorrelation zwischen rSTG-Aktivitäten während des Romans als bekannte Wechselwirkungen in realen Paaren. Unsere Kontrollbedingung ähnelte diesen „bekannten“ Wechselwirkungen. Ziel war es jedoch, die möglichen störenden Auswirkungen derselben visuellen und motorischen Eingaben auf die INS-Verstärkung auszuschließen21. Unsere Daten erweiterten diese früheren Erkenntnisse, indem sie zeigten, dass INS die Erfolgsgruppe erfolgreich von der Misserfolgsgruppe unterscheiden konnte, wenn Dyaden ein neuartiges symbolisches Kommunikationssystem von Grund auf entwickelten.

Angesichts des gut etablierten Zusammenhangs zwischen gemeinsamer Intentionalität, INS-Verstärkung und kooperativen Ergebnissen30,34,35 stellten wir die Hypothese auf, dass Dyaden mit höherer gemeinsamer Intentionalität mit größerer Wahrscheinlichkeit stärkere INS hervorrufen würden, was für den Kommunikationserfolg notwendig ist. Wie erwartet bestätigte diese Studie, dass die INS-Verstärkung im rSTG unter experimentellen Bedingungen signifikant mit der kommunikativen Genauigkeit und der gemeinsamen Absicht in der Erfolgsgruppe im Gegensatz zur Misserfolgsgruppe korrelierte. Unsere Studie lieferte ergänzende Belege für die Verstärkung von INS bei sozialen Interaktionen, wie etwa der verbalen Kommunikation36, der Lehrer-Schüler-Interaktion37 sowie der Zusammenarbeit35, die eine entscheidende Rolle von INS bei der Entstehung eines neuartigen symbolischen Kommunikationssystems identifizierten. Darüber hinaus beobachteten wir auch eine positive Korrelation zwischen INS und geteilter Intentionalität. Dieses Ergebnis stimmte mit den vorhandenen Studien überein, die darauf hindeuteten, dass eine gemeinsame Intentionalität die INS bei der Problemlösung mit geteilter Intentionalität30 und Koordinationsaufgaben38 steigern könnte. Am wichtigsten ist, dass wir herausfanden, dass INS unter experimentellen Bedingungen ein Vermittler der Beziehung zwischen gemeinsamer Intentionalität und kommunikativer Genauigkeit in der Erfolgsgruppe war.

Bemerkenswert ist, dass in dieser Studie eine INS-Verstärkung im rSTG festgestellt wurde, der sich weitgehend mit dem rechten temporoparietalen Übergang (rTPJ) überschneidet. Das rTPJ gilt als zentraler Knotenpunkt in den ToM-Prozessen39, beispielsweise beim Rückschluss auf die Absichten und Gedanken anderer. Unsere Ergebnisse bestätigten frühere Studien, dass INS, die sich aus dem rSTG ergeben, nachweislich zum gegenseitigen Verständnis bei kommunikativen Interaktionen beitragen21,33. Unsere Ergebnisse stimmen mit früheren Erkenntnissen überein, dass während der verbalen Kommunikation INS sowohl in Hirnregionen niedriger Ordnung (A1+) als auch in Hirnregionen hoher Ordnung (STG/STS und MTG) auftritt23,40. Allerdings korrelierte ein erhöhter INS zwischen Sprecher und Zuhörer nur im STG/STS und nicht im A1+22 mit den Sprachverständniswerten. Zusammengenommen stützen diese Ergebnisse unsere Hypothese, dass eine gemeinsame Intentionalität die INS-Verstärkung zwischen zwei Kommunikatoren verbessern und folglich zu einer erfolgreichen Kommunikation führen kann.

Zwischenmenschliche Kommunikation ist ein dynamischer und fortlaufender Prozess. Wir haben Zeitreihenanalysen durchgeführt, um zu untersuchen, wie frühe INS die Erfolgs- oder Misserfolgsgruppe unterscheiden und mit der Kommunikationsgenauigkeit korrelieren können. Unsere Ergebnisse zeigten, dass der Unterschied im zeitlich kumulativen INS zwischen der Erfolgsgruppe und der Misserfolgsgruppe signifikant wurde, beim 9. Versuch begann und bis zum Ende des COP-Zeitraums anhielt. Darüber hinaus korrelierte die zeitkumulative INS in der Erfolgsgruppe ab dem 8. Versuch positiv mit der studienkumulierten Kommunikationsgenauigkeit. Diese Ergebnisse stimmten mit früheren Studien zur Lehrer-Schüler-Interaktion überein37,41, die darauf hindeuteten, dass INS bereits in einem sehr frühen Stadium der Unterrichtsaufgabe Bedeutung erlangte und mit den Unterrichtsergebnissen in Zusammenhang stand. Darüber hinaus legen unsere Ergebnisse nahe, dass die INS-Verstärkung im rSTG die kommunikativen Ergebnisse zu Beginn des Kommunikationsprozesses markieren könnte.

Die aktuellen Ergebnisse haben einen signifikanten Zusammenhang zwischen erhöhtem INS und kommunikativer Genauigkeit gezeigt, aber wie sich der kausale Zusammenhang zwischen ihnen ableiten lässt, ist einer eingehenden Untersuchung wert. Es wird davon ausgegangen, dass zwischenmenschliche Kommunikation ein zeitveränderlicher Prozess ist, bei dem Kommunikatoren ihre Zuordnungen und Entscheidungen anhand aktueller und früherer Rückmeldungen anpassen sollten. Auf dieser Grundlage kann das LSTM-Netzwerk mit den zeitlich variierenden Eigenschaften zwischenmenschlicher Kommunikation umgehen. Daher sollte das LSTM eine ausgezeichnete Wahl für die Vorhersage der kumulativen Kommunikationsgenauigkeit auf der Grundlage zeitkumulativer INS sein. Unsere Ergebnisse zeigten, dass das zeitkumulative INS die studienkumulative Kommunikationsgenauigkeit erfolgreich vorhersagte. Die Korrelation zwischen den beobachteten und den vorhergesagten Werten war signifikant und der Random-Label-Permutationstest bestätigte dieses Ergebnis ebenfalls. Dieser Befund steht im Einklang mit früheren Studien, die zeigten, dass INS als neuronaler Marker in der Lage war, die Anführer-Follower-Paare während einer Gruppendiskussion ohne Anführer zuverlässig von den Anhänger-Follower-Paaren zu unterscheiden42.

Entscheidend ist, dass wir die Hyper-tACS-Stimulation angewendet haben, um die kausale Rolle der INS-Verstärkung im rSTG zu untersuchen, die zu einer höheren kommunikativen Genauigkeit führt. Insbesondere verbesserte die In-Phase-Stimulation nicht nur die INS im rSTG, sondern verbesserte auch die Kommunikationsgenauigkeit im Vergleich zur Schein- oder Anti-Phase-Stimulation. Dies liefert kausale Beweise, die teilweise mit früheren Studien übereinstimmen43,44. Wir verwendeten das tACS-Protokoll, um zu testen, ob die Synchronisierung der Stimulationsphase auf den motorischen Kortizes (M1) zweier Personen ausreicht, um die zwischenmenschliche Verhaltenssynchronisation zu verbessern. Es wurde berichtet, dass eine phasengleiche 20-Hz-Stimulation die Etablierung einer synchronen Bewegung erleichterte. Darüber hinaus44 haben Pan et al. zielte auf den unteren Frontalkortex (IFC) von Dyaden ab, die aus einem Ausbilder und einem Lernenden bestanden und ein duales Hirnstimulationsprotokoll verwendeten. Sie fanden heraus, dass die 6-Hz-In-Phase-Stimulation die Lernleistung stärker verbesserte als eine Scheinstimulation. Es ist jedoch zu beachten, dass frühere Studien die Auswirkungen von tACS auf die neuronale Verarbeitung nicht direkt gemessen haben. In der aktuellen Studie haben wir auch die Gehirnaktivität von zwei Kommunikatoren in den Dyaden nach dem Hyper-tACS-Protokoll aufgezeichnet. Um die Wirksamkeit des Stimulus zu überprüfen, analysierten wir zunächst die Gruppenunterschiede im INS während des Basiszeitraums zwischen den drei Bedingungen mithilfe eines einfaktoriellen ANOVA-Tests. Wir beobachteten, dass die INS während der Basisperiode höher war, wenn die beiden Gehirne in der Phase stimuliert wurden, als bei Schein- und Antiphase-Stimulation. Unsere Ergebnisse lieferten zusätzliche Belege für frühere Studien, indem sie die Auswirkungen von tACS auf INS in rSTG während der Basislinien- und CSCG-Zeiträume im vorliegenden Experiment direkt maßen.

Mehrere Einschränkungen dieser Studie sollten erwähnt werden. Erstens: Obwohl die Gestaltung unserer Aufgabe wichtige Einblicke in die Entstehung einer neuartigen symbolischen Kommunikation im Labor lieferte, schränkte das computergestützte Paradigma die Interaktionen der Kommunikatoren in gewissem Maße ein. Unsere tägliche Kommunikation ist reich an gegenseitigem kommunikativem Austausch über Sprache, Blick, Gestik und Emotionen45. Zukünftige Forschungen sollten diese nonverbalen Interaktionen (z. B. Augenkontakt und Gesten) berücksichtigen, die am eigentlichen Prozess der zwischenmenschlichen Kommunikation beteiligt sind. Zweitens konzentrierten wir uns aufgrund der begrenzten Kanäle von fNIRS hauptsächlich auf die rechten Schläfenregionen, einschließlich rPFC und rSTG/rTPJ, und nicht auf die gesamten Gehirnregionen, die am ToM beteiligt sind (z. B. vmPFC), sowie auf einige linke Gehirnregionen Bereiche. Wir haben diese Entscheidung auf der Grundlage der ähnlichen experimentellen semiotischen Erkenntnisse von Referenzen getroffen. 20,21. Mehrere relevante Studien haben auch signifikante INS-Anstiege vor allem im rTPJ in verschiedenen Kontexten menschlicher Interaktion festgestellt, wie etwa verbaler Kommunikation46, sozialer Entscheidungsfindung47 und gegenseitigem Verständnis21. Insbesondere sind vmPFC48, IFG49 und die linke temporoparietale Region42,50 alle am Verständnis der Absichten anderer beteiligt. Zukünftige Studien werden ermutigt, unsere Ergebnisse mithilfe des MEG zu konsolidieren, das sowohl über geeignete räumliche als auch zeitliche Auflösungen verfügt. Schließlich konnten wir aufgrund der begrenzten Teilnehmerzahl die Verhaltens- und Gehirnergebnisse zwischen den Erfolgs- und Misserfolgsgruppen in Experiment 3 nicht vergleichen. In zukünftigen Studien werden wir die Stichprobengröße erhöhen und eine detailliertere Analyse der Unterschiede zwischen ihnen durchführen die Erfolgs- und Misserfolgsgruppen unter verschiedenen Reizbedingungen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die vorliegende Studie durch die Kombination von CSCG, Verhaltensforschung, fNIRS-basiertem Hyperscanning und Hyper-tACS-Techniken die psychologischen und neuronalen Prozesse aufdeckte, die die Entstehung eines neuartigen symbolischen Kommunikationssystems von Grund auf unterstrichen. Während der Entstehungsphase (COP) erhöhte die gemeinsame Intentionalität die INS im rSTG, was zur erfolgreichen Einrichtung des Kommunikationssystems führte. Unsere Ergebnisse erweiterten die „Hypothese der geteilten Intentionalität“, indem sie zeigten, dass die geteilte Intentionalität die Entstehung eines neuartigen symbolischen Kommunikationssystems durch INS-Verbesserung modulierte. Darüber hinaus lieferten die Zeitreihen-, LSTM- und Hyper-tACS-Ergebnisse zuverlässige Beweise dafür, dass INS als potenzieller neuronaler Marker für die Vorhersage von Kommunikationsergebnissen während des dynamischen Prozesses dienen kann.

Insgesamt wurden 232 Teilnehmer für eines von drei verschiedenen Experimenten rekrutiert. Experiment 1 testete die psychologischen Prozesse, die die Entstehung eines neuartigen zwischenmenschlichen Kommunikationssystems untermauern (n = 60, 38 Frauen, Alter 18–25 Jahre, M = 20,98, SD = 2,29). Experiment 2 sollte die neuronalen Prozesse (INS) untersuchen, die die Entstehung eines neuartigen zwischenmenschlichen Kommunikationssystems unterstreichen (n = 92, 58 Frauen, Alter 18–30 Jahre, M = 22,05, SD = 2,39; 6 Teilnehmer wurden aufgrund von entfernt). schlechte Signalqualität). Experiment 3 wurde entwickelt, um die kausale Rolle des INS bei der Entstehung eines neuartigen zwischenmenschlichen Kommunikationssystems zu testen (n = 140, 99 Frauen, Alter 18–30 Jahre, M = 22,41, SD = 2,77; 2 Teilnehmer wurden wegen mangelnder Leistung ausgeschlossen Signalqualität). Alle Teilnehmer hatten ein normales oder auf Normalwert korrigiertes Sehvermögen. Keiner von ihnen hatte in der Vorgeschichte neurologische oder psychische Störungen. Die Teilnehmer wurden nach dem Zufallsprinzip in gleichgeschlechtliche Dyaden eingeteilt und hatten sich vor dem Experiment noch nie getroffen. Diese Studie wurde vom Universitätsausschuss für den Schutz menschlicher Forschung an der East China Normal University genehmigt und gemäß den Richtlinien durchgeführt. Alle Teilnehmer gaben eine schriftliche Einverständniserklärung für das Experiment ab.

Experiment 1: Gemeinsame Intentionalität ist der psychologische Schlüsselprozess zur Schaffung eines neuartigen zwischenmenschlichen Kommunikationssystems

In der aktuellen Studie haben wir das vorherige experimentelle Semiotikparadigma verbessert und ein koordinierendes symbolisches Kommunikationsparadigma (CSCG) entworfen. Zwei Kommunikatoren waren erforderlich, um mithilfe einer Liste von Figuren und Charakteren ein neuartiges zwischenmenschliches Kommunikationssystem zu erstellen. Diese Figuren variierten in drei Dimensionen: Formen (Dreieck, Quadrat, Fünfeck), Farben (Rot, Gelb, Grün) und Einsätze (Herz, Stern, Kreuz), was dem Artikel 51 (ergänzende Abbildung 4a) ähnelt. Jeder Figur auf dem Bildschirm müssen die Teilnehmer ein Zeichen aus neun zweisilbigen Zeichen zuordnen (ergänzende Abbildung 4b). Die Aufgabe besteht aus zwei Perioden. Die erste Periode ist die Koordinierungsperiode (COP). Die Kommunikationsziele ergeben sich aus der Kombination zweier Dimensionen (Form-Farbe, Form-Einsatz oder Farbe-Einsatz; insgesamt 27, ergänzende Abbildung 4c). Der zweite Zeitraum ist der Kommunikationstestzeitraum (CTP), der die Kombination von drei Dimensionen darstellt (Form-Farbe-Einsatz, insgesamt 27, ergänzende Abbildung 4d). Die Figuren und Charaktere wurden den beiden Kommunikatoren in der Denkphase und in jedem Versuch in unterschiedlicher Reihenfolge vorgestellt, wodurch sichergestellt wurde, dass die räumliche Anordnung während der Aufgabe nicht als Hinweis für Figuren-Charakter-Assoziationen verwendet werden konnte.

Im Allgemeinen bestand das gesamte CSCG aus sechs Perioden, darunter eine anfängliche Pause (3 Minuten), eine Denkphase (1 Minute), eine Koordinationsphase (COP, 27 Versuche, etwa 30–45 Minuten) und eine mittlere Pause (1 Minute). , eine Kommunikationstestphase (CTP, 18 Versuche, etwa 10–20 Minuten) und eine letzte Pause (30 Sekunden). Während der Denkphase wurden Sender und Empfänger angewiesen, sich mit den im Experiment verwendeten Zeichen und Figuren vertraut zu machen. Es waren nicht zwei Kommunikatoren erforderlich, um sich alle Zeichen und Figuren zu merken. Die Zuordnungsbeziehungen zwischen Figuren und Zeichen wurden dem Sender und dem Empfänger unterschiedlich dargestellt.

Konkret wechselten zwei Kommunikatoren in pseudozufälliger Reihenfolge als Sender und Empfänger ab. Jeder COP-Prozess verlief wie folgt. Zu Beginn des Prozesses wurde jedem Kommunikator eine Rolle zugewiesen. Nach der Rollenzuweisung wurde dem Absender privat eine Zielfigur gezeigt, die zufällig aus siebenundzwanzig möglichen Kombinationen von Form-Farbe, Form-Einsatz und Farbe-Einsatz ausgewählt wurde. Als nächstes wählte der Absender zwei Zeichen aus neun Zeichen aus, die auf einem Bildschirm in einem 3-mal-3-Raster angezeigt wurden (Dauer: unbegrenzte Zeit, siehe ergänzende Abbildung 4b). Den Teilnehmern wurde im Vorfeld mitgeteilt, dass jeder Charakter nur eine Figur darstellen könne und dass er denselben Charakter nicht mehr als einmal auswählen dürfe. Wenn der Absender auf die Schaltfläche „OK“ klickte, sahen Absender und Empfänger gleichzeitig die Zeichen auf dem Bildschirm. Als nächstes dekodierte der Empfänger die empfangenen Zeichen in Figuren, indem er eine Form, Farbe oder Einfügung auswählte, die in einem 3-mal-3-Raster angeordnet waren (Dauer: unbegrenzte Zeit, siehe ergänzende Abbildung 4a). Danach wurde sowohl dem Sender als auch dem Empfänger das gleiche Feedback präsentiert. Das Feedback gab an, ob die Teilnehmer in diesem Versuch separat eine übereinstimmende Figur-Charakter-Zuordnung (grünes Häkchen) oder keine übereinstimmende Zuordnung (rotes Kreuz) hatten. Schließlich gab es eine Pause zwischen den beiden Versuchen des COP. Die COP endete, als eine Dyade 27 Versuche absolviert hatte.

Der Hauptzweck des COP bestand darin, durch Zusammenarbeit ein neuartiges Kommunikationssystem zu etablieren. Der Hauptzweck des CTP bestand jedoch darin, zu testen, ob es den beiden Teilnehmern des COP gelungen war, ein neuartiges Kommunikationssystem zu etablieren. Daher wurde jeder Versuch des CTP ähnlich wie der COP konzipiert. Die dem Absender präsentierte Zielscheibe bestand aus drei Figuren unterschiedlicher Größe, die als Form-Farben-Einsätze in aufeinanderfolgender Reihenfolge angeordnet waren. Noch wichtiger ist, dass es für jeden Versuch keine Rückmeldung an den Sender und den Empfänger gibt. Nach dem Experiment wurden die Teilnehmer angewiesen, aufzuschreiben, was ihrer Meinung nach die Figuren-Charakter-Zuordnungen waren, abhängig von ihren Interaktionen während der Aufgabe (ergänzende Abbildung 5).

Drei wesentliche Merkmale dieser Aufgabe sollten hervorgehoben werden. Erstens wussten sowohl Sender als auch Empfänger, dass ihnen für die Kodierungs- und Dekodierungsphase unbegrenzte Zeit zur Verfügung stand. Zweitens konnten Kommunikatoren in der Kodierungsphase nicht dasselbe Zeichen oder in der Dekodierungsphase die genaue Zahl auswählen. Drittens wurden dem Sender und dem Empfänger bei jedem Versuch Charaktere und Figuren in zufälliger Reihenfolge präsentiert, wodurch die Verwendung räumlicher Anordnung als Hinweis für Figur-Charakter-Assoziationen während der Aufgabe vermieden wurde.

Allgemeine Merkmale: Vor dem Experiment füllte jeder Teilnehmer demografische Fragebögen aus, einschließlich Alter, Geschlecht, Bildungsniveau usw.

Big-Five-Persönlichkeitsskalen: Die Persönlichkeitsfaktoren wurden anhand des von Morrison52 entwickelten NEO-Five-Faktoren-Inventars (NEO-FFI) bewertet, das aus 60 Aussagen mit 12 Items für jeden der Big-Five-Faktoren Extraversion, Verträglichkeit, Gewissenhaftigkeit und Offenheit besteht und Neurotizismus52. Die Teilnehmer wurden gebeten, jede Aussage zu lesen und sie auf einer Fünf-Punkte-Skala danach zu bewerten, wie gut sie ihrer Meinung nach sie beschreibt (1: sehr ungenau bis 5: sehr genau). Die Alpha-Zuverlässigkeiten für NEO-FFI liegen zwischen 0,66 und 0,84.

Interpersonaler Reaktivitätsindex: Der Interpersonal Reactivity Index (IRI) (Davis53) wurde verwendet, um mehrere kognitive und affektive Komponenten der Empathie der Teilnehmer zu messen, darunter Perspektivenübernahme, Fantasieren, empathische Besorgnis und persönliche Belastung53.

Skala „Need for Cognition“: Die verkürzte 18-Punkte-Version der Skala „Need for Cognition“ wurde verwendet, um die Freude der Teilnehmer am Denken zu messen54.

Arbeitsgedächtnistest: Die Operation Span Task (OSPAN) ist eine Arbeitsgedächtnisaufgabe, bei der die Teilnehmer für eine spätere Erinnerungsaufgabe zwischen einer Reihe von Rechenaufgaben und Buchstaben wechseln müssen55. Den Teilnehmern wird jede Gleichung vorgelegt und sie werden gebeten, zu beurteilen, ob sie wahr oder falsch ist, und dann einen Buchstaben zu sehen. Diese Gleichungs-Buchstaben-Folge wird bei jedem Versuch drei- bis siebenmal wiederholt. Am Ende jedes Versuchs wurden die Teilnehmer gebeten, sich in der richtigen Reihenfolge an die Briefe zu erinnern, die ihnen während des Versuchs vorausgegangen waren. Während der Aufgabe erhielten die Teilnehmer Feedback zur Genauigkeit jedes Testbriefabrufs, zur Genauigkeit der Überprüfung jeder Testgleichung und zur Genauigkeit der kumulativen Gleichungsüberprüfung. Die Teilnehmer wurden gebeten, eine kumulative Gleichungsüberprüfungsgenauigkeit von mindestens 85 % korrekt einzuhalten.

Skala zur gemeinsamen Intentionalität: Die Teilnehmer füllten eine Skala zur gemeinsamen Intentionalität mit fünf Fragen aus, die aus dem Rapport-Fragebogen entnommen wurden56. Zum Beispiel: „Als ich mit meinem Partner interagierte, gab es einen gemeinsamen Gedanken- und Gefühlsfluss“ (Ergänzungstabelle 1). Die Items werden auf einer siebenstufigen Likert-Skala von eins („überhaupt nicht“) bis sieben („extrem“) bewertet.

Verhaltensdaten wurden mit SPSS 26 (IBM Corp., Armonk, NY, USA) analysiert. Zunächst wurde der Durchschnittswert einer Dyade berechnet, indem die Bewertungswerte zweier Teilnehmer gemittelt wurden. Darüber hinaus wurde die kommunikative Genauigkeit als die Anzahl der übereinstimmenden Abbildungen-Charakter-Zuordnungen geteilt durch die Anzahl aller Zuordnungen im COP und CTP separat definiert. Anschließend wurden Korrelationen zwischen der Big-Five-Persönlichkeit, dem zwischenmenschlichen Reaktivitätsindex, dem Bedürfnis nach Kognition, dem Arbeitsgedächtnis, der gemeinsamen Absicht und der kommunikativen Genauigkeit während des COP mithilfe des Pearson-Korrelationskoeffizienten identifiziert. Abschließend führten wir schrittweise Regressionsanalysen durch, um die Faktoren zu identifizieren, die die kommunikative Genauigkeit beeinflussen. Wir haben ein Regressionsmodell mit den Variablen erstellt, die in der Korrelationsanalyse signifikant mit der kommunikativen Genauigkeit verbunden waren. Alle statistischen Analysen waren zweiseitig; p-Werte < 0,05 wurden als statistisch signifikant angesehen.

Experiment 2: INS vermittelt teilweise Beziehungen zwischen gemeinsamer Intentionalität und kommunikativer Genauigkeit während des COP

Die Reize und der Versuchsablauf waren die gleichen wie in Experiment 1. Die Teilnehmer einer Dyade saßen sich einander gegenüber an einem Tisch mit zwei Computerbildschirmen, auf denen die Reize angezeigt wurden. Wir platzierten eine Tafel zwischen den beiden Computerbildschirmen, damit sich jeder während der Sitzung nicht sehen konnte.

Gemäß der operativen Definition der geteilten Intentionalität gibt es drei Dimensionen: gemeinsame Ziele, kollaborative Interaktion und gemeinsame mentale Zustände. Unter experimentellen Bedingungen sind die angegebenen Zeichen bedeutungslos und es gibt keine vorgegebenen Entsprechungen zwischen den Zeichen und den Figuren. Daher müssen die beiden Kommunikatoren mithilfe von Figuren und Charakteren miteinander interagieren und zusammenarbeiten und durch Feedback-Informationen die Gedanken des anderen erraten. Der Zweck der experimentellen Bedingung bestand darin, ein neuartiges zwischenmenschliches symbolisches Kommunikationssystem von Grund auf aufzubauen. In der Kontrollbedingung wurde den Kommunikatoren im Voraus mitgeteilt, welcher Charakter jeder Figur entsprach. Insbesondere wurden die neun englischen Zeichen in der Kontrollbedingung zu Abkürzungen, die den verwandten englischen Wörtern entsprachen, die vor der Kontrollbedingung für diese neun Figuren bequem auswendig gelernt wurden: Dreieck-th (drei), Viereck-fo (vier), Fünfeck-fi ( fünf), Rot-Re, Gelb-Gelb, Grün-Gr, Herz-Er, Kreuz-Cr, Stern-St. Der Experimentator erklärte beiden Kommunikatoren ausdrücklich die Entsprechungen zwischen diesen Figuren und Charakteren und stellte während der Übungsphase sicher, dass jeder Kommunikator die Entsprechungen zwischen diesen Figuren und Charakteren vollständig beherrschte. Insgesamt waren die drei Dimensionen der gemeinsamen Intentionalität im experimentellen Zustand vorhanden und daher sollte der Grad der gemeinsamen Intentionalität höher sein. Allerdings sollte der Grad der geteilten Intentionalität auch in der Kontrollbedingung geringer sein, in der zwei Kommunikatoren ein gemeinsames Ziel hatten und kollaborativ interagieren mussten, ihre mentalen Zustände jedoch nicht miteinander teilen mussten. Wir haben auch die Zuverlässigkeit der Manipulation getestet, indem wir mithilfe des Fragebogens den Grad der gemeinsamen Absicht in jeder der beiden Bedingungen gemessen haben.

Die Erfolgs- und Misserfolgsgruppen werden gemäß dem postexperimentellen Fragebogen definiert. Wenn sich zwei Kommunikatoren in einer Dyade auf eine Eins-zu-eins-Korrespondenz für alle diese 9 Ziffern und 9 Zeichen einigen und die kommunikative Genauigkeit des CTP 80 % oder mehr erreicht, definieren wir sie als Erfolgsgruppe. Andernfalls definieren wir sie als Fehlergruppe.

Die Signale des sauerstoffhaltigen Hämoglobins (Hbo) und des sauerstofffreien Hämoglobins (Hbr) wurden mit einem kontinuierlichen fNIRS-System (LABNIRS, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan) erfasst. Für jeden Teilnehmer wurden 15 Optoden im rechten temporal-parietalen Bereich platziert, wobei ein „3 × 5“-Sondenpflaster 22 Kanäle bildete. Der Abstand zwischen den Emitter-Optoden und den Detektor-Optoden wurde auf 3 cm eingestellt. Als Referenzstandort befand sich die mittlere Optode in der untersten Zeile am T4 im internationalen 10-20-System. Die Sondenreihe wurde entlang der sagittalen Referenzebene ausgerichtet. Mit dem 3D-Digitalisierer wurden fünf anatomische kraniale Referenzpositionen (Nz, Cz, Iz, links und rechts präaurikulär), 15 Sonden und 22 Kanäle im realen Raum erfasst. Um die anatomische Position jedes Kanals in unserer Studie zu identifizieren, wurden die Koordinaten des Montreal Neurological Institute (MNI) für jeden Emitter, jeden Detektor und jede Kanalposition mithilfe der NIRS_SPM-Software berechnet57. Strukturbezeichnungen für die Brodmann-Bereichskoordinaten (BA) jedes Kanals sind in der Ergänzungstabelle 2 aufgeführt.

Die Verhaltensdaten wurden mit SPSS 26 (IBM Corp., Armonk, NY, USA) analysiert, was mit Experiment 1 übereinstimmte. Vor der Analyse überprüften wir, ob die Datenverteilung normal war oder nicht. Wenn die Datenverteilung normal war, wurden der zweiseitige Student-t-Test und die Pearson-Korrelation verwendet. Wenn dies nicht der Fall war, wurden der vorzeichenbehaftete Wilcoxon-Rangtest und die Rangkorrelation nach Spearman verwendet.

In der vorliegenden Studie wurden die während der Aufgabe und im Ruhezustand gesammelten fNIRS-Daten auf Basis der Plattform Matlab 2020b (Mathworks Inc., Natick, MA, USA) analysiert. Bei der Vorverarbeitung wurden die Daten mit dem Homer2-Paket in MATLAB verarbeitet. Zunächst wurden die Bewegungsartefakte mithilfe der Funktion hmrMotionArtifactByChannel erkannt. Danach wurden die Rohintensitätsdaten in Änderungen der optischen Dichte (OD) umgewandelt. Anschließend wurde eine auf Kurtosis basierende Wavelet-Filterung angewendet, um Bewegungsartefakte mit einem Schwellenwert von 3,3 zu entfernen, wie in der Originalarbeit vorgeschlagen58. Nach diesem Schritt wurde ein Bandpassfilter (0,01 bis 1 Hz) durchgeführt, um Niederfrequenzdrifts und Hochfrequenzrauschen zu reduzieren. Anschließend wurden die OD-Daten unter Verwendung des modifizierten Beer-Lambert-Gesetzes in die Hbo-Konzentration umgerechnet.

Nach diesen Vorverarbeitungsschritten wurde Wavelet Transforms Coherence (WTC) verwendet, um den Korrelationskoeffizienten von zwei Hbo-Zeitreihen zu bewerten, die von jeder Dyade59 generiert wurden. In der aktuellen Studie haben wir den INS in den mittleren 2 Minuten der ersten Ruhephase als Basislinie gewählt. Zuerst haben wir den durchschnittlichen INS aller Dyaden für jeden Kanal im Frequenzband von 0,01 bis 1 Hz berechnet. Zweitens wurde der INS der Basislinie von dem des Aufgabenzeitraums (vom Anfang bis zum Ende jedes Versuchs) abgezogen und mithilfe der Fisher-Z-Statistik in Z-Scores umgewandelt. Drittens wurde eine Reihe von t-Tests mit einer Stichprobe für alle Frequenzbänder der Kanäle durchgeführt und die Frequenz 0,10–0,12 Hz mit einem Schwellenwert bei p < 0,05 mit FDR-Korrektur ausgewählt. Danach wurden auch die Frequenzen um diese Frequenz herum berücksichtigt, deren p-Werte <0,05 waren. Schließlich lag die endgültige interessierende Frequenz (FOI) im Bereich von 0,09 bis 0,14 Hz (7,04–11,10 s).

Der aufgabenbezogene INS wurde in dieser Studie als der INS definiert, der durch Subtrahieren des Basis-INS vom COP erhalten wurde. Anschließend wurde der versuchsgemittelte INS für den Aufgabenzeitraum relativ zum Ausgangswert innerhalb des FOI berechnet und mithilfe der Fisher-Z-Statistik in Z-Scores umgewandelt. Danach wurde erneut ein Ein-Stichproben-t-Test mit FDR-Korrektur (p < 0,05) für die aufgabenbezogenen INS für jeden Kanal durchgeführt, um diejenigen Kanäle zu identifizieren, die während der Aufgabe eine Bedeutung zeigten. Alle nachfolgenden statistischen Tests wurden mit der aufgabenbezogenen INS-Verbesserung durchgeführt. Um zu überprüfen, dass die INS-Verstärkung nicht zufällig erzielt wurde, haben wir die Zeitreihen von zwei Teilnehmern jeder Dyade permutiert. Als Kontrollanalyse wurde eine erneute Analyse des INS anhand der erhaltenen randomisierten Zeitreihen durchgeführt. Erwähnenswert ist auch, dass für eine erfolgreiche Kommunikation jede Dyade die Figuren-Charakter-Zuordnungen teilen und durch Feedback ableiten musste, was nur während der COP existierte. Daher konzentrierte sich unsere anschließende Analyse hauptsächlich auf das INS und die kommunikative Genauigkeit während des COP.

Um die mögliche Vermittlung der INS-Verbesserung auf den Zusammenhang zwischen gemeinsamer Intentionalität und kommunikativer Genauigkeit zu untersuchen, führten wir eine Vermittlungsanalyse60 durch. Diese Analyse geht davon aus, dass die unabhängige Variable (X) den Mediator (M) beeinflusst, der dann die abhängige Variable (Y) beeinflusst. Es handelt sich um eine Erweiterung der einfachen linearen Regression, bei der eine oder mehrere Variablen zur Regressionsgleichung hinzugefügt werden. In der aktuellen Studie wurde der einfache Mediationseffekt durch PROCESS-Modell 4 unter Verwendung der Bootstrapping-Methode mit 5000 Bootstraps-Resamples61 getestet. In die Analyse wurden die gemeinsame Intentionalität und die kommunikative Genauigkeit als Eingabe- bzw. Ausgabevariablen und die INS als vermittelnde Variable eingegeben. Eine Reihe linearer Regressionen wurde verwendet, um (1) die Auswirkung der gemeinsamen Absicht auf INS (dargestellt durch a) zu bewerten; (2) die Auswirkung von INS auf die kommunikative Genauigkeit nach Entfernung der Auswirkung der gemeinsamen Intentionalität (dargestellt durch b); und (3) die Gesamtwirkung der gemeinsamen Intentionalität auf die kommunikative Genauigkeit (dargestellt durch c). Der indirekte Effekt, also ab, war statistisch signifikant, wenn das Konfidenzintervall nicht Null enthielt.

Wir führten Zeitreihenanalysen durch, um den frühesten Versuch zu identifizieren, dessen INS-Verbesserung mit der kommunikativen Genauigkeit korrelierte. Für diese Kanäle wurde zunächst ein zeitlich kumulierter INS während des COP berechnet. Der zeitkumulative INS bei Versuch n wurde als Durchschnitt der INS vom ersten Versuch bis zum n-ten Versuch berechnet. Zweitens wurde die kumulative Genauigkeit des Versuchs berechnet, indem die Anzahl der übereinstimmenden Zuordnungen durch die Anzahl aller Zuordnungen vom Beginn bis zum Ende des n-ten Versuchs dividiert wurde. Drittens wurden t-Tests mit zwei Stichproben zur zeitlich kumulativen INS-Verbesserung und zur versuchskumulativen Genauigkeit zwischen der Erfolgs- bzw. der Misserfolgsgruppe durchgeführt. Viertens wurden für jeden Versuch Korrelationsanalysen zwischen der zeitlich kumulativen INS und der kumulativen Genauigkeit des Versuchs durchgeführt. Für die Analysen des dritten und vierten Schritts wurden die resultierenden p-Werte durch FDR korrigiert. Die gleichen Analysen wurden auch für die Kontrollbedingung und die randomisierten Zeitreihen-Hbo-Daten durchgeführt.

Die obige Analyse wurde verwendet, um zu untersuchen, ob das INS mit der kommunikativen Genauigkeit korreliert. Der kausale Zusammenhang zwischen ihnen bedarf jedoch einer weiteren Analyse. Um die Möglichkeit zu untersuchen, dass die INS-Verbesserung die Kommunikationsgenauigkeit signifikant vorhersagen könnte, haben wir in dieser Studie ein neuronales Netzwerk mit langem Kurzzeitgedächtnis (LSTM) durchgeführt. LSTM ist ein spezieller Typ eines wiederkehrenden neuronalen Netzwerks (RNN), das 1997 von Hochreiter und Schmidhuber vorgeschlagen wurde der Daten.

Jede LSTM-Einheit enthält einen Zellzustand ct und einen verborgenen Zustand ht. Der erste Schritt besteht darin, auszuwählen, was aus dem Eingang xt und dem vorherigen verborgenen Zustand ht−1 entfernt werden soll, was durch das Vergessensgatter ft erzeugt wird. Der zweite Schritt wird durch das Eingangsgatter in zwei Schritten ausgeführt, bestehend aus einer Sigmoidschicht und eine Tanh-Schicht. Es bestimmt, welche Informationen im Zellzustand gespeichert werden. Der dritte Schritt besteht darin, den Zellstatus zu aktualisieren. Das heißt, Ct−1 wird auf Ct aktualisiert. Schließlich entscheidet das Ausgangsgatter über ot, was die Ausgangsinformation ht für den neuen Zustand ist. Der Prozess basiert auf vier vollständig verbundenen Neuronen und die Gleichungen, die jede LSTM-Zelle regeln, sind unten dargestellt:

Hier stellen wir die entsprechenden Gewichte jeder Eingabe xt und jedes vorherigen Zustands ht−1 dar. b sind die entsprechenden Vorurteile. Das „*“ bezeichnet die elementweise Multiplikation (Hadamard-Produkt). Das „+“ bezeichnet die elementweise Addition.

Ergänzende Abbildung 6 zeigt den gesamten schematischen Vorhersagefluss und die detaillierte Struktur der LSTM-Einheit. Die Eingabe ist die zeitlich kumulierte INS und die Ausgabe ist die kumulierte Genauigkeit des Versuchs. Zunächst wurden die gleichen Vorverarbeitungs- und WTC-Analyseverfahren angewendet (siehe Abschnitt zur fNIRS-Datenanalyse). Zweitens wurden die Dyaden zufällig in zwei Unterdatensätze zu 90 % (Trainingsdatensatz) und 10 % (Testdatensatz) aufgeteilt. Drittens wurde das neuronale LSTM-Netzwerk mithilfe des Trainingsdatensatzes trainiert, was ein Vorhersagemodell ergab. Viertens wurde dieses Modell auf den Testdatensatz angewendet, um die kumulative Genauigkeit des Versuchs vorherzusagen. Zuletzt wird der Rangkorrelationskoeffizient nach Spearman zwischen den vorhergesagten und den wahren Werten berechnet, um die Vorhersagegenauigkeit zu quantifizieren63.

Experiment 3: Manipulation des INS durch transkranielle Wechselstromstimulation

Diese waren bis auf Folgendes dieselben wie in Experiment 2. Vor dem formellen Experiment durchliefen die Teilnehmer das Hyper-tACS-Protokoll. Hyper-tACS wurde über zwei batteriebetriebene Stimulatoren verabreicht (Modell: 2001; Soterix Medical Inc., New York, USA). Die Elektrodenplatzierung basierte auf Experiment 2 und wurde mit dem EEG 10-20 International System bestimmt. Konkret wurde für die Stimulation des rechten STG die Mitte der Anode auf Cp6 zentriert, während die Kathode auf Fp164 positioniert war. Mit Stimulationselektroden (5 × 5 cm) in mit Kochsalzlösung getränkten Schwammhüllen (5 × 7 cm) wurde ein konstanter Strom mit einer Intensität von 1 mA abgegeben. Basierend auf unserer vorherigen Studie betrug die Frequenz 40 Hz (dh Gammaband).

Die beiden Stimulatoren wurden durch das Data Acquisition Toolbox Support Package für NI-DAQmx-Geräte von National Instruments in MATLAB (MathWorks Inc., Natick, MA) über zwei USB/parallele 24-Bit-Digital-I/O-Schnittstellen (Modell: SD-MSTCPUA; Cortech) gesteuert Solutions Inc., North Carolina, USA). Der externe Trigger wurde gleichzeitig vom Computer an die digitalen I/O-Schnittstellen gesendet, um die beiden Stimulatoren zu synchronisieren.

Die Teilnehmer wurden zufällig einer von drei Versuchsbedingungen zugeordnet (23 Dyaden für jede Gruppe): (1) In-Phase-Bedingung, beide Probanden erhielten eine Stimulation mit einer Phasendifferenz von Null; (2) Anti-Phasen-Zustand, beide Probanden erhielten eine Stimulation mit einer Phasendifferenz von 180 Grad; und (3) Scheinzustand, beide Probanden erhielten eine 30-sekündige Ein- und Ausblendung der Stimulation. Unter den beiden realen Stimulationsbedingungen wurde tACS 20 Minuten lang angewendet. Wir haben eine Doppelblindstudie durchgeführt. Daher waren sowohl Experimentatoren als auch Teilnehmer durch die experimentellen Bedingungen geblendet. Nach dem Hyper-tACS-Protokoll mussten zwei Teilnehmer das gleiche CSCG-Verfahren wie in Experiment 2 durchführen.

Nach dem Hyper-tACS-Protokoll beendeten zwei Teilnehmer das CSCG. Änderungen der Konzentrationen von sauerstoffhaltigem Hämoglobin (Hbo) und deoxygeniertem Hämoglobin (Hbr) wurden während der CSCG mit einem NIRS-System (ETG-7100, Hitachi Medical Corporation, Tokio, Japan) gemessen. Die fNIRS-Datenerfassung und -analyse entsprach denen in Experiment 2.

Wir führten eine einfaktorielle ANOVA der Auswirkungen der Stimulation (In-Phase, Anti-Phase und Schein) auf den Basis-INS, den aufgabenbezogenen INS bzw. die kommunikative Genauigkeit durch. Korrelationen zwischen geteilter Intentionalität und kommunikativer Genauigkeit während des COP wurden mithilfe des Pearson-Korrelationskoeffizienten identifiziert.

Verhaltensdaten und INS wurden mit SPSS 26 (IBM Corp., Armonk, NY, USA) analysiert. Der zweiseitige Student-t-Test (in Experiment 2) und die einfaktorielle ANOVA (in Experiment 3) wurden verwendet, um die Signifikanz des Unterschieds zwischen den verschiedenen Bedingungen und Gruppen zu bestimmen. p < 0,05 wurden als statistisch signifikant angesehen. Korrelationen zwischen Verhaltensindizes INS und kommunikativer Genauigkeit während des COP wurden mithilfe der Pearson-Korrelation oder der Spearman-Rangkorrelation bestimmt. Einzelheiten zur Verhaltens- und fNIRS-Datenanalyse finden Sie im Abschnitt „Datenanalyse“.

Weitere Informationen zum Forschungsdesign finden Sie in der mit diesem Artikel verlinkten Nature Portfolio Reporting Summary.

Die wichtigsten Daten, die zur Generierung aller Zahlen und Analysen in diesem Artikel verwendet werden, sind auf GitHub verfügbar: (https://github.com/Joan8912/shared-intentionality-INS-interpersonal-communication-data). Individuelle Verhaltens- und fNIRS-Rohdaten sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

In der vorliegenden Studie wurden die während der Aufgabe und im Ruhezustand gesammelten fNIRS-Daten mithilfe der Matlab 2020b-Plattform (Mathworks Inc., Natick, MA, USA) analysiert. Alle in dieser Studie verwendeten benutzerdefinierten Skripte wurden in Matlab 2020b geschrieben und sind auf Anfrage erhältlich.

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Referenzen herunterladen

Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China (32071082, 71942001 und 82071493), dem Shanghai Pujiang Program (22PJC074), den Key Specialist Projects der Shanghai Municipal Commission of Health and Family Planning (ZK2015B01) und der Programs Foundation der Shanghai Municipal Commission gesponsert of Health and Family Planning (201540114) und das innovative Forschungsteam hochrangiger lokaler Universitäten in Shanghai (SHSMU-ZDCX20211100). Die Autoren danken Yang Yu, Yi Zhu, Nan Zhao und Yingying Hou für ihre wertvolle Unterstützung bei der Arbeit.

Shanghai Key Laboratory of Mental Health and Psychological Crisis Intervention, Affiliated Mental Health Center (ECNU), School of Psychology and Cognitive Science, East China Normal University, Shanghai, China

Jieqiong Liu, Ruqian Zhang, Enhui Xie, Yixuan Lin, Danni Chen, Yang Liu, Keshuang Li, Mei Chen, Yangzhuo Li und Xianchun Li

Institut für pädiatrische translationale Medizin, Abteilung für Entwicklungs- und Verhaltenspädiatrie, Shanghai Children's Medical Center, School of Medicine, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China

Jieqiong Liu & Guanghai Wang

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JL entwarf die Studie, sammelte die Daten, führte die Analysen durch und verfasste das Manuskript. Das RZ war am Studiendesign beteiligt, koordinierte die Datenerhebung und diskutierte die Analyseideen. EX, Y. Lin und DC trugen zu den Datenanalysemethoden bei, diskutierten die Ergebnisse und verfassten das Manuskript. Y. Liu, KL, MC und Y. Li interpretierten die Daten und leisteten technische Unterstützung. GW betreute die Studie und verfasste das Manuskript. XL betreute die Studie, trug zum Studiendesign bei und verfasste das Manuskript. Alle Autoren haben das Manuskript überarbeitet.

Korrespondenz mit Guanghai Wang oder Xianchun Li.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Communications Biology dankt Randall Barbour und den anderen, anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit. Hauptredakteure: Christian Beste und Anam Akhtar.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Liu, J., Zhang, R., Xie, E. et al. Die geteilte Intentionalität moduliert die zwischenmenschliche neuronale Synchronisation beim Aufbau eines Kommunikationssystems. Commun Biol 6, 832 (2023). https://doi.org/10.1038/s42003-023-05197-z

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Eingegangen: 17. November 2022

Angenommen: 31. Juli 2023

Veröffentlicht: 10. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s42003-023-05197-z

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