同伴互動的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制研究分析與未來展望

王宇 陳晨 楊韻瑩 鄭婭峰 董艷

[摘? ?要] 同伴互動是人類獲取知識的重要途徑，揭示其內(nèi)在學(xué)習(xí)機(jī)制與規(guī)律對優(yōu)化學(xué)習(xí)策略、提升學(xué)習(xí)效果具有積極意義。認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)為大腦交互研究提供了基礎(chǔ)，打破了以往無法解釋互動學(xué)習(xí)模式的認(rèn)知黑箱，為多維視角探究同伴互動的內(nèi)在機(jī)制提供了跨學(xué)科研究的新路徑。研究通過探尋同伴互動的認(rèn)知科學(xué)神經(jīng)基礎(chǔ)與技術(shù)應(yīng)用，揭示出現(xiàn)有研究聚焦于發(fā)現(xiàn)或驗(yàn)證單一互動行為的神經(jīng)指標(biāo)、復(fù)雜互動行為背后人際腦同步指標(biāo)及其影響因素。已有成果為聚焦以學(xué)生為中心的教學(xué)實(shí)踐提供融合生理、心理和行為三者模態(tài)數(shù)據(jù)的有效根據(jù)，為教師優(yōu)化學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)的策略提供科學(xué)、精準(zhǔn)的依據(jù)。最后，作者從數(shù)據(jù)融合、情境聚焦、設(shè)備研發(fā)、方法整合等方面對未來研究進(jìn)行了展望。

[關(guān)鍵詞] 同伴互動; 認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制; 神經(jīng)影像技術(shù); 人際腦交互; 協(xié)作學(xué)習(xí)

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡介] 王宇（1992—），女，新疆烏魯木齊人。博士研究生，主要從事STEM教育、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)研究。E-mail：fergie_w@163.com。董艷為通訊作者，E-mail：98086@bnu.edu.cn。

一、引? ?言

同伴互動是人類獲取知識的重要途徑之一。同伴互動促進(jìn)合作學(xué)習(xí)或協(xié)作學(xué)習(xí)，成為認(rèn)知發(fā)展和知識習(xí)得的重要策略[1]。積極有效的同伴互動可促進(jìn)學(xué)生優(yōu)勢互補(bǔ)、提升合作學(xué)習(xí)效果，消極、低效的同伴互動會產(chǎn)生低效合作，甚至產(chǎn)生小組矛盾[2]。同伴互動發(fā)生機(jī)制，有助于設(shè)計有效的同伴寫作教學(xué)策略。傳統(tǒng)教育學(xué)領(lǐng)域的互動研究主要采用行為分析、問卷調(diào)查、訪談觀察等，其結(jié)果難以反映復(fù)雜環(huán)境下學(xué)習(xí)者認(rèn)知過程和學(xué)習(xí)狀態(tài)，亟須發(fā)掘、整合新的研究視角和技術(shù)方法對其進(jìn)行表征。作為將神經(jīng)科學(xué)與認(rèn)知心理學(xué)相結(jié)合的跨學(xué)科研究領(lǐng)域，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)利用神經(jīng)影像技術(shù)，將互動行為、大腦神經(jīng)活動機(jī)制與影響因素三者聯(lián)系起來，較為完整地描述互動過程，為教育實(shí)踐提供充實(shí)的理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

本研究通過梳理同伴互動的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制相關(guān)研究，從互動中的個體和群體層面闡述主要研究觀點(diǎn)，并從單一互動行為和復(fù)雜互動行為兩個視角總結(jié)當(dāng)下研究的焦點(diǎn)及其主要發(fā)現(xiàn)，并結(jié)合當(dāng)前我國教育發(fā)展的實(shí)際情況，對教育認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)視角下的同伴互動研究的發(fā)展前景進(jìn)行展望，以期促進(jìn)當(dāng)前跨學(xué)科教育研究的發(fā)展。

二、同伴互動神經(jīng)機(jī)制研究的發(fā)展進(jìn)程

本研究基于同伴互動研究從孕育、萌芽再到迅速發(fā)展的過程梳理，發(fā)現(xiàn)社會學(xué)及教育學(xué)領(lǐng)域的互動研究大體經(jīng)歷了“互動行為的研究—互動行為背后的神經(jīng)機(jī)制—群體互動的多腦網(wǎng)絡(luò)”三大發(fā)展階段，如圖1所示。初期互動行為的研究屬于認(rèn)知心理學(xué)范疇。隨后，神經(jīng)科學(xué)進(jìn)一步探索了互動行為背后的神經(jīng)機(jī)制，為認(rèn)知過程增加了生理學(xué)證據(jù)。近年來，神經(jīng)影像科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促使社會神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的研究不僅實(shí)現(xiàn)了同時獲取多人互動的“行為—大腦”數(shù)據(jù)，還能通過構(gòu)建多腦網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步揭示同伴互動背后的大腦神經(jīng)活動機(jī)制及其影響因素。

（一）同伴互動行為研究

早期研究主要聚焦行為層面，是對互動質(zhì)量、影響因素、結(jié)構(gòu)關(guān)系最為直觀的評價和解釋方法。行為層面的研究主要基于簡單的互動任務(wù)，如言語交流、目光交流和合作游戲等。協(xié)作學(xué)習(xí)的核心是互動行為的發(fā)生及其產(chǎn)生的學(xué)習(xí)效果，因此，這類研究主要關(guān)注互動行為和互動效果。互動行為以學(xué)習(xí)者個體的口頭語言、肢體動作或面部表情等為基礎(chǔ)，從而體現(xiàn)同伴互動過程中外顯交互行為的相互關(guān)聯(lián)，其指標(biāo)主要包括次數(shù)、時間和頻率等;互動效果則以任務(wù)完成的時長、正確率、作品質(zhì)量或能力高低為表現(xiàn)載體，其指標(biāo)主要包括測試分?jǐn)?shù)、能力高低、產(chǎn)品質(zhì)量等。在同伴互動過程中，學(xué)習(xí)者為從那里獲得技能和知識，就要協(xié)調(diào)彼此的行為——促進(jìn)彼此行為上的人際行為同步。這種行為層面上的人際同步是一種溝通和相互理解的手段，不僅能夠促進(jìn)群體認(rèn)知過程的協(xié)調(diào)，還有助于增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)凝聚力。多學(xué)科研究范式的整合為教育情境中的相關(guān)研究提供實(shí)驗(yàn)設(shè)計、數(shù)據(jù)采集和分析等支持。

（二）個體互動行為背后的神經(jīng)機(jī)制

行為層面的研究能發(fā)現(xiàn)互動特征和影響因素，但無法歸因。近十多年來，人們開始好奇互動過程中行為發(fā)生和觀點(diǎn)產(chǎn)生是從大腦哪個區(qū)域生成的？人際行為同步背后的神經(jīng)活動是怎樣的，又如何控制的？為打開這一認(rèn)知黑箱，研究者開始運(yùn)用神經(jīng)科學(xué)的手段探索個體與外界發(fā)生互動時大腦內(nèi)部神經(jīng)活動的特性。由于初探時期的技術(shù)水平有限，加之社會互動的復(fù)雜性，研究者大多孤立考察單個被試執(zhí)行互動行為時的神經(jīng)活動。

該層面的研究是為了揭示大腦內(nèi)的神經(jīng)活動與行為之間的關(guān)聯(lián)性，即從個體水平上探究有哪些功能腦區(qū)參與了互動過程。首先，要確定神經(jīng)影像實(shí)驗(yàn)中的自變量和因變量，自變量是個體所發(fā)出的不同行為或接收到的刺激調(diào)控（語言、動作、創(chuàng)造、搭建等），因變量為個體大腦神經(jīng)響應(yīng)。其次，針對研究問題，根據(jù)先前的理論選擇興趣腦區(qū)、設(shè)計互動實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并確定數(shù)據(jù)收集、分析方法。在獲得行為和大腦神經(jīng)活動的數(shù)據(jù)后，可計算得出興趣腦區(qū)的激活狀態(tài)以及功能連接（兩個腦區(qū)信號在時間上存在相關(guān)性），進(jìn)而建立互動行為與神經(jīng)活動之間的關(guān)系，也能夠?yàn)樘剿魍榛酉嚓P(guān)認(rèn)知功能的神經(jīng)基礎(chǔ)提供證據(jù)。

（三）群體互動的多腦網(wǎng)絡(luò)

個體水平的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)研究范式幫助研究者發(fā)掘社交互動學(xué)習(xí)相關(guān)的神經(jīng)標(biāo)記，但對于多個個體而言，有關(guān)大腦活動間動態(tài)聯(lián)系的寶貴信息總是會被忽略。認(rèn)知科學(xué)家通過神經(jīng)影像實(shí)驗(yàn)研究探索不同社會情境下的多個個體間大腦活動的動態(tài)聯(lián)系特征，并發(fā)現(xiàn)互動行為背后的神經(jīng)表征“人際腦同步”——當(dāng)個體間發(fā)生社會互動時，其大腦活動之間會表現(xiàn)出一種腦同步提升的現(xiàn)象[3]。

近年來，多人同步交互掃描（超掃描）應(yīng)運(yùn)而生，即同時記錄兩人或多人互動過程。超掃描技術(shù)由Montague在2002年首次創(chuàng)用，是一種適用于自然教育情境的、高生態(tài)效度的研究范式[3]。不僅可以反映互動雙方的心理、認(rèn)知活動和學(xué)習(xí)策略，還可以探索互動過程中神經(jīng)層面信息的傳輸和交換[4]。

構(gòu)建多腦網(wǎng)絡(luò)主要關(guān)注的指標(biāo)包括相關(guān)性、相干性、空間模式相似性，大致流程如圖2所示。相關(guān)性是指用相關(guān)性分析兩名被試的fNIRS腦活動數(shù)據(jù)，表示兩人在互動過程中大腦活動在時域上的關(guān)聯(lián)程度。相干性有兩種：第一種是雙腦活動的相干性，主要是指互動過程中互動雙方的腦活動在頻域上的關(guān)聯(lián)性;第二種是雙腦活動的小波相干性，即人際腦同步或者人際神經(jīng)同步，是指互動雙方的腦活動在特定時間、頻率范圍內(nèi)的動態(tài)聯(lián)系?？臻g模式相似性是指互動過程中不同個體目標(biāo)腦區(qū)所構(gòu)成的腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的相似性。

三、同伴互動神經(jīng)機(jī)制的研究層次

從上述歷程來看，個體層面研究不僅是神經(jīng)科學(xué)探索大腦內(nèi)部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部功能與外部行為之間聯(lián)系的基本內(nèi)容，也是后續(xù)群體層面及整個互動領(lǐng)域的基石。為深入揭示多人同伴互動過程中行為、神經(jīng)活動以及環(huán)境因素之間的動態(tài)聯(lián)系，群體層面研究利用超掃描、小波變換相干等新穎實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析方法發(fā)掘群體互動行為與腦網(wǎng)絡(luò)活動之間的動態(tài)聯(lián)系。

（一）同伴互動的個體層面

個體層面的研究主要是在同伴互動的過程中，利用設(shè)備分別采集不同個體大腦神經(jīng)活動數(shù)據(jù)，然后將其與行為數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同分析，探究個體與他人發(fā)生互動行為時的認(rèn)知過程、神經(jīng)活動特征的差異以及影響因素，其數(shù)據(jù)收集和分析內(nèi)容主要包括興趣腦區(qū)的激活狀態(tài)和程度、行為表現(xiàn)和任務(wù)績效等。

基于不同實(shí)驗(yàn)方式和互動任務(wù)，先前研究已探索出不同行為受控于不同的大腦結(jié)構(gòu)。例如：個體合作互動時，大腦的獎賞系統(tǒng)和顳頂聯(lián)合區(qū)被激活，當(dāng)進(jìn)一步對互動形式進(jìn)行細(xì)分時，言語互動和非言語互動行為所激活的腦區(qū)則又不盡相同，言語互動時初級聽覺區(qū)、背外側(cè)前額葉、眶額回和內(nèi)側(cè)前額葉會被激活[5]，非言語互動又主要涉及鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)（Mirror Neuron System，MNS）和心理化系統(tǒng)（Mentalizing System，MS） [6]。隨著神經(jīng)影像數(shù)據(jù)獲取和分析技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的研究者進(jìn)一步驗(yàn)證前額葉皮層、顳頂聯(lián)合區(qū)、額極、頂葉、顳葉等區(qū)域在多人互動過程中的激活狀態(tài)及人際腦同步特征[7-10]。

雖然近些年不少研究通過記錄個體大腦活動的研究范式來探討社會互動背后的神經(jīng)機(jī)制，但通過文獻(xiàn)梳理不難發(fā)現(xiàn)，不同任務(wù)下的互動行為所涉及的大腦結(jié)構(gòu)及其活動狀態(tài)也不盡相同。例如：雙人面對面哼唱互動時激活的是右側(cè)額下回[11];合作積木搭建時激活的是右側(cè)前額葉和右側(cè)顳上鉤[12]。甚至稍稍改變同一任務(wù)特征，也會造成大腦活動差異。由此可見，不同互動任務(wù)涉及的大腦活動差異巨大，幾乎難以找到一致性規(guī)律。研究需要探討如何從群體層面展開，從分散個體數(shù)據(jù)提煉共性結(jié)論，發(fā)掘行為、神經(jīng)活動特征和因素之間的動態(tài)聯(lián)系。

（二）同伴互動的群體層面

神經(jīng)影像技術(shù)發(fā)展使我們能從群體層面全面、深入地研究互動機(jī)制、影響因素及干預(yù)策略。認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制研究與人際腦同步的測量有關(guān)。實(shí)證研究結(jié)果表明，人際腦同步是一個可以說明思維交互之間關(guān)系的可靠指標(biāo)[13]。作為社交互動活動的神經(jīng)標(biāo)記，人際腦同步在社交及教育領(lǐng)域的許多研究中已被采用，如互動決策、溝通交流和互動教學(xué)等。

1. 人際腦同步的神經(jīng)指標(biāo)

早期超掃描研究包括發(fā)掘互動過程中人際腦同步的神經(jīng)指標(biāo)并創(chuàng)新多腦數(shù)據(jù)的分析方法。2011年，F(xiàn)unane等人首次利用fNIRS進(jìn)行同伴互動超掃描研究，發(fā)現(xiàn)兩人小組在互動完成合作按鍵任務(wù)過程中，彼此的前額葉皮層發(fā)生神經(jīng)同步現(xiàn)象[14]。隨后，Cui等人通過小波變換相干分析方法進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，額上皮層的人際相干性能追蹤兩個同伴在0.08～0.3Hz（相當(dāng)于周期3.2～12.8s）頻率范圍內(nèi)的合作互動行為[15]。頻率范圍體現(xiàn)互動過程的時間結(jié)構(gòu)，說明互動時的人際腦同步與互動學(xué)習(xí)任務(wù)本身的時間結(jié)構(gòu)有關(guān)。從那時起，小波變換相干逐漸成為量化分析腦間同步性的流行方法。

隨著技術(shù)和研究范式的發(fā)展，更多研究證實(shí)，當(dāng)個體間發(fā)生互動行為時大腦之間會出現(xiàn)人際腦同步。眾多研究提出兩種具有代表性的假說：合作互動假說和相似任務(wù)假說。一方面，不少研究為合作互動假說提供支持，認(rèn)為腦同步的出現(xiàn)可能意味著個體間發(fā)生了合作互動。大量研究發(fā)現(xiàn)合作性互動會發(fā)生腦同步[7]，并且腦同步與教學(xué)效果或?qū)W習(xí)表現(xiàn)密切相關(guān)[16-18]。另一方面，也有研究為相似任務(wù)假說提供證據(jù)，表明當(dāng)不同個體單獨(dú)完成同樣任務(wù)時，個體間腦同步仍有提升現(xiàn)象[19]。

2. 人際腦同步的影響因素

不少研究者探索了人際腦同步的影響因素。首先，小組內(nèi)部的性別結(jié)構(gòu)。例如：前額葉區(qū)域的人際腦同步很大程度上取決于同伴性別，異性同伴互動過程中會出現(xiàn)更高的人際腦同步，指出性別異質(zhì)可能會促進(jìn)雙人同伴的小組合作[20]。其次，不同性別在互動中會影響互動行為和互動效果。例如：研究發(fā)現(xiàn)包含男性的小組互動績效優(yōu)于女性雙人組[21]。最后，同伴關(guān)系的差異也會影響互動過程中的人際腦同步。在對戀人、朋友、陌生人三種關(guān)系的互動研究發(fā)現(xiàn)，戀人組的互動表現(xiàn)比朋友組和陌生人組更好，因?yàn)橹挥袘偃私M的上額皮層在互動過程中出現(xiàn)了人際腦同步，且其互動表現(xiàn)與人際腦同步的增強(qiáng)呈正相關(guān)[13]。這類研究為組內(nèi)性別結(jié)構(gòu)以及人際關(guān)系在同伴互動中的作用提供了重要的依據(jù)。

人際腦同步是探究同伴互動神經(jīng)基礎(chǔ)、互動質(zhì)量及相關(guān)因素的重要指標(biāo)，它與大腦神經(jīng)響應(yīng)的分析結(jié)果能夠彼此補(bǔ)充，從而完善研究結(jié)論。然而，也有不少研究發(fā)現(xiàn)，在同伴互動過程中，個體與同伴發(fā)生人際腦同步的對應(yīng)大腦區(qū)域不一定相同，這也暗示著未來教育研究中僅對學(xué)習(xí)者某一腦區(qū)的激活狀態(tài)進(jìn)行分析仍然無法確定該區(qū)域在整個互動過程中的作用。因此，想要驗(yàn)證“互動是否真實(shí)有效的發(fā)生”，要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步從群體層面分析。只有結(jié)合個體與群體層面的研究，才能構(gòu)成描述同伴互動神經(jīng)機(jī)制的完整畫面。

四、同伴互動神經(jīng)機(jī)制的研究焦點(diǎn)

本研究發(fā)現(xiàn)，同伴互動神經(jīng)機(jī)制的研究焦點(diǎn)總體上可分為單一互動行為和復(fù)雜互動行為兩方面。一方面，單一互動行為是同伴互動的基本元素，包括對話、手勢、眼神等，其主要關(guān)注信息傳遞的認(rèn)知過程及相對應(yīng)的大腦結(jié)構(gòu)及功能;另一方面，復(fù)雜互動行為針對社會和教育情境的復(fù)雜性，往往基于包含多個認(rèn)知過程和互動行為的互動過程來探索其背后的神經(jīng)基礎(chǔ)和影響因素。兩方面研究彼此補(bǔ)充，促進(jìn)教育學(xué)與腦科學(xué)研究在不同情境場域下的深度融合，成為未來研究的熱點(diǎn)和趨勢。

（一）單一互動行為

1. 言語交流

言語交流是同伴互動最重要的形式。研究者大多基于不同的對話任務(wù)，探究不同互動方式、環(huán)境條件下發(fā)生同伴互動時個體大腦中的神經(jīng)機(jī)制。

首先，基于不同互動形式，研究證明了面對面交流相比于遠(yuǎn)距離同伴互動的優(yōu)勢。研究者先通過在同樣時間內(nèi)獲取兩人交流時的腦活動數(shù)據(jù)來監(jiān)控目標(biāo)腦區(qū)的激活狀態(tài)，再通過人際腦同步高低來評價交流的有效性。例如：有研究發(fā)現(xiàn)，只有在面對面對話的過程中，互動雙方的左下額葉皮層的神經(jīng)同步顯著增加，并且這種神經(jīng)同步主要來自伙伴之間的直接互動[22]。這些研究表明，面對面的對話交流具有其他類型的互動交流所沒有的特殊神經(jīng)特征，并且能夠通過互動伙伴之間的人際腦同步反映出來，其研究結(jié)果不僅為項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、跨學(xué)科STEM教育等協(xié)作學(xué)習(xí)新模式所具有的優(yōu)勢提供了腦科學(xué)證據(jù)，更為在線協(xié)作學(xué)習(xí)投入研究提供了新的研究思路。

其次，言語交流的參與人數(shù)也是研究焦點(diǎn)之一。最初的研究受設(shè)備和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的限制，僅通過分析兩人的腦活動數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)相關(guān)腦區(qū)激活及兩人間的人際腦同步[22]。得益于超掃描技術(shù)的發(fā)展，研究者在實(shí)驗(yàn)中增加了研究人數(shù)?；谌诵〗M無領(lǐng)導(dǎo)討論的任務(wù)，研究者針對左側(cè)顳頂聯(lián)合區(qū)（社會思考的重要領(lǐng)域），成功通過人際腦同步指標(biāo)發(fā)現(xiàn)了小組討論中的領(lǐng)導(dǎo)者[23]。四人同伴合作完成日語文字鏈游戲的研究證實(shí)了前額葉皮層在多人同伴互動中的作用[24]。不難發(fā)現(xiàn)，對互動團(tuán)體規(guī)模的研究不僅驗(yàn)證了更多的神經(jīng)指標(biāo)，還能夠幫助研究者識別個體在同伴互動中的不同角色，為課堂中的分組策略提供科學(xué)依據(jù)。

最后，基于不同言語交流任務(wù)的研究在驗(yàn)證相關(guān)腦區(qū)的同時，發(fā)現(xiàn)了更加有效的交流方式。例如：在協(xié)作完成創(chuàng)造性問題解決任務(wù)時，超掃描研究發(fā)現(xiàn)，輪流回答的方式比頭腦風(fēng)暴更能夠激發(fā)學(xué)習(xí)者的互動興趣、個體會表現(xiàn)出更多的換位思考行為，因而其團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)造性表現(xiàn)也更好[10];另一項(xiàng)研究基于面對面的經(jīng)濟(jì)博弈任務(wù)指出，右側(cè)顳定聯(lián)合區(qū)的人際腦同步增強(qiáng)是同伴間積極互動的神經(jīng)標(biāo)志，也意味著面對面能夠增加陌生同伴之間的共同意圖，從而導(dǎo)致更加積極地相信合作決策并在游戲中獲得更多實(shí)際收益[7]。

2. 注意與模仿

注意與模仿是簡單互動行為研究的重要內(nèi)容。注意是模仿行為發(fā)生的前提，是個體捕捉周圍信息的重要行為，聯(lián)合注意是指多人在第三個對象上的共同關(guān)注焦點(diǎn)，既可以由自我發(fā)起，也可以由同伴發(fā)起[25]。同伴發(fā)起的聯(lián)合注意是個體的關(guān)注點(diǎn)能夠跟隨他人的手勢和注視方向的能力，而自我發(fā)起的聯(lián)合注意是指使用手勢或眼神凝視來引導(dǎo)他人注意力的能力[26]。在同伴互動的過程中，主導(dǎo)者也可能會主動發(fā)起共同的注意力以引導(dǎo)學(xué)習(xí)者的注意力，而學(xué)習(xí)者在跟隨主導(dǎo)者的指示時，也可能會接著發(fā)起其他注意請求。

對同伴互動中注意與模仿行為的研究大多是基于合作按鍵任務(wù)。實(shí)施時被試者雙方面對面或并排坐在電腦前，根據(jù)屏幕中的閃光提示共同按鍵，或一人在盡可能短的時間內(nèi)模仿同伴的按鍵行為。這一類研究主要探索了注意與模仿行為的神經(jīng)指標(biāo)，而基于不同模仿任務(wù)的研究發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)人際腦同步的腦區(qū)有所不同，有的研究通過對比被試在獨(dú)自敲擊鍵盤和雙人互動模仿敲擊鍵盤兩種模式下的神經(jīng)活動，確定了前運(yùn)動皮層的人際腦同步可以作為模仿行為的神經(jīng)指標(biāo)[27]，而其他基于按鍵任務(wù)的研究又將前額葉皮層的人際腦同步作為同伴互相模仿的神經(jīng)指標(biāo)，這意味著在教育情境下，學(xué)習(xí)者在不同的學(xué)習(xí)任務(wù)中與同伴進(jìn)行互動時所利用的大腦區(qū)域和認(rèn)知功能也有所不同。

（二）復(fù)雜互動行為

學(xué)習(xí)是一個復(fù)雜的認(rèn)知活動，雖然基于單一互動行為的神經(jīng)機(jī)制研究能夠有效排除實(shí)驗(yàn)中的無關(guān)變量，清晰地揭示其背后的神經(jīng)指標(biāo)和相關(guān)因素，但也忽視了眾多自然互動情境下無法避免的影響因素，限制了研究結(jié)論的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)前對復(fù)雜互動行為的研究主要集中在同伴交流的協(xié)調(diào)與交替、合作與競爭模式對互動效果的影響，下文對相關(guān)研究進(jìn)行介紹，為未來豐富教育認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)研究的研究情境、范式、理論基礎(chǔ)提供參考。

1. 協(xié)調(diào)與交替

行為的協(xié)調(diào)與交替是同伴互動的重要特征，也是感知、理解和情感傳播的重要媒介[28]。在同伴互動中，不同個體所扮演的角色有所不同，例如：在雙人互動學(xué)習(xí)中，往往會存在一名“教師”和一名“學(xué)習(xí)者”。為了從“教師”那里獲得技能和知識，“學(xué)習(xí)者”必須與“教師”協(xié)調(diào)自己的行為。根據(jù)合作互動假說，這種行為協(xié)調(diào)會潛在促進(jìn)二人之間的人際腦同步，進(jìn)而促進(jìn)二者之間認(rèn)知過程的協(xié)調(diào)[17]。此外，同伴互動還需要學(xué)習(xí)者之間的輪流交替行為，例如：在交談的過程中輪流發(fā)表觀點(diǎn)。

腦科學(xué)領(lǐng)域的研究多關(guān)注游戲、討論、唱歌以及樂器合奏等互動過程中的協(xié)調(diào)合作，探索不同互動行為和干預(yù)因素下的神經(jīng)活動特征。例如：有研究通過對比大學(xué)生在互動協(xié)調(diào)或獨(dú)立兩種模式下完成任務(wù)時左中額葉的人際腦同步，發(fā)現(xiàn)其能夠作為同伴互動過程中親社會效應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)[29]。并且相對于獨(dú)立模式，互動協(xié)調(diào)模式下的兩人具有更高的共享意向，因而表現(xiàn)出更優(yōu)的同步行為和更大的后續(xù)互助傾向[13]。還有研究初步探索了社會經(jīng)濟(jì)地位差異影響下親社會交流行為的神經(jīng)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)差異較大的兩人在互動時前額葉皮層的人際腦同步更高，并進(jìn)一步解釋親社會傾向、社會經(jīng)濟(jì)地位與人際腦同步之間的相關(guān)性，從而提出了與共享認(rèn)知相關(guān)的神經(jīng)機(jī)制[29]。這類研究揭示了協(xié)調(diào)與交替在不同影響因素下的神經(jīng)指標(biāo)，為未來協(xié)作學(xué)習(xí)研究中的小組結(jié)構(gòu)策略提供參考。

2. 合作與競爭

在同伴互動學(xué)習(xí)過程中，教師或指導(dǎo)者需要設(shè)計有效的干預(yù)策略以更高效地實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)，其中，合作與競爭就是教育研究者和腦科學(xué)研究者常采用的干預(yù)策略。在該類實(shí)驗(yàn)中，被試往往會被告知將與同伴分別在合作或競爭情境下完成任務(wù)。

首先，探索合作與競爭模式下同伴互動行為的神經(jīng)指標(biāo)是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。相互理解和心智理論是合作的重要前提，所涉及腦區(qū)有額葉、顳葉和杏仁核等，它們在處理社交信息方面的作用互為補(bǔ)充，以促使或阻礙個體間的合作[6]。例如：在合作互動時，兩人的背膜前額葉皮層的人際腦同步增加，表明當(dāng)同伴互動合作需要心智理論時，該區(qū)域可能會被激活[12]。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)，合作過程中兩人的右后顳上溝的人際腦同步增加，由于該區(qū)域涉及互動雙方對彼此想法的理解，因此，判斷其可以作為合作投入度增加的神經(jīng)指標(biāo)[7]。

其次，研究合作和競爭的任務(wù)形式非常多樣，所驗(yàn)證的神經(jīng)指標(biāo)也各不相同。例如：基于按鍵任務(wù)的超掃描研究中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示在合作模式下，兩方的額上回皮層的人際腦同步增加[15];當(dāng)兩人小組合作完成基于計算機(jī)的建造游戲時，他們的協(xié)助行為會激活其伙伴的雙側(cè)頂葉下頂葉，而在競爭條件下，該腦區(qū)的激活程度則會受到對手的阻礙行為的影響而減弱[30]。還有研究基于搭積木的互動任務(wù)，發(fā)現(xiàn)雙人同伴在合作和競爭模式下的互動過程中都會出現(xiàn)右側(cè)額中回和額上回區(qū)域人際腦同步的增加，表明該區(qū)域參與了目標(biāo)導(dǎo)向的同伴互動，例如：復(fù)雜的搭建動作和思考決策[12]。除了對腦區(qū)激活和人際腦同步的探討，在任務(wù)績效上，研究發(fā)現(xiàn)在完成創(chuàng)造性任務(wù)時，合作模式的互動效果要比競爭模式更好[31]。

最后，針對團(tuán)體合作過程，不少研究探討了團(tuán)體成員構(gòu)成對互動合作效果的影響，其研究結(jié)論卻不盡相同。有的研究發(fā)現(xiàn)，在解決創(chuàng)造性問題時，創(chuàng)造力較低的兩人的合作績效更優(yōu)，且對神經(jīng)指標(biāo)和行為指標(biāo)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果都表明，當(dāng)兩個較低創(chuàng)造力的人一起解決創(chuàng)造力問題時，他們傾向于相互合作[8]。與其相反，還有一些研究則發(fā)現(xiàn)，同伴的智商與創(chuàng)造性任務(wù)成果的創(chuàng)造性、流暢性和獨(dú)創(chuàng)性正相關(guān)[9]。對于性別因素，研究則認(rèn)為，性別構(gòu)成不會對同伴完成創(chuàng)造性任務(wù)的效果產(chǎn)生影響[32]。

上述研究為探索不同情境、任務(wù)及干預(yù)下互動行為及效果背后的神經(jīng)機(jī)制提供了一些指導(dǎo)和應(yīng)用建議，但對教育研究的啟示還存在局限。首先，由上文可知，人們完成任務(wù)時發(fā)生互動行為所利用的腦區(qū)及其神經(jīng)活動狀態(tài)有很大差異，即使是在完成同一任務(wù)時受不同因素影響也會造成神經(jīng)活動的差異，很難找到其共有的特征和規(guī)律，教育研究應(yīng)當(dāng)采取哪些任務(wù)來探索其普遍機(jī)制呢？其次，無論基于什么設(shè)備，數(shù)據(jù)分析時采用的方法都是將多個被試、多次實(shí)驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均后進(jìn)行“配對成像相減”的方法得出差異值，這種結(jié)果往往只能說明特定腦區(qū)在特定實(shí)驗(yàn)任務(wù)和條件下的激活狀態(tài)，不能說明該指標(biāo)能夠反映所有相似任務(wù)中的互動有效性[33]。最后，大多相關(guān)研究面臨生態(tài)效度問題，fMRI研究僅限于被試兩人平躺在設(shè)備中進(jìn)行話語或小動作的互動交流，而多通道的EEG和fNIRS雖然不會限制被試的手部活動，但多數(shù)需要被試靜坐在椅子上完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。真實(shí)教育場景下的同伴互動是復(fù)雜的、持續(xù)的且受諸多環(huán)境因素影響的，這對神經(jīng)影像技術(shù)的應(yīng)用提出了新挑戰(zhàn)。

五、未來研究展望

隨著研究方法的更新進(jìn)步，神經(jīng)影像技術(shù)在教育神經(jīng)領(lǐng)域的應(yīng)用有巨大潛力。本研究結(jié)合上述分析，提出如下展望：

（一）實(shí)現(xiàn)多維數(shù)據(jù)融合，構(gòu)建同伴互動過程的分析模型

除大腦內(nèi)部的神經(jīng)活動以外，同伴互動過程中還會產(chǎn)生文本、對話、表情、手勢等多樣態(tài)的交互數(shù)據(jù)，多源數(shù)據(jù)有效融合才能精準(zhǔn)反映學(xué)習(xí)者與同伴互動的學(xué)習(xí)效果。因此，將神經(jīng)活動數(shù)據(jù)、行為數(shù)據(jù)以及調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同分析，并科學(xué)解釋其中蘊(yùn)含的實(shí)際教學(xué)意義是研究面臨的重要任務(wù)之一。未來研究需要借助神經(jīng)影像技術(shù)、學(xué)習(xí)分析技術(shù)、觀察訪談、問卷調(diào)查等多種途徑來獲取同伴互動過程中的生理、神經(jīng)、認(rèn)知活動以及社會交互等數(shù)據(jù)，將來自不同時間和空間維度的多模態(tài)數(shù)據(jù)彼此補(bǔ)充、有效融合，構(gòu)建多維分析模型，為后續(xù)研究建立基礎(chǔ)的理論框架，這對于教育認(rèn)知神經(jīng)學(xué)視角下的同伴互動分析研究具有重要的基礎(chǔ)性意義。

（二）聚焦具體教育場景，促進(jìn)認(rèn)知神經(jīng)技術(shù)在教育中的應(yīng)用

本文對研究焦點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)后發(fā)現(xiàn)利用神經(jīng)影像技術(shù)探索同伴互動學(xué)習(xí)的認(rèn)知過程的研究依然有限，缺少真實(shí)的教學(xué)場景和具有教育意義的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，且任務(wù)時長也較短，因而其研究結(jié)論難以被教育研究者借鑒。新冠肺炎疫情時期，在線學(xué)習(xí)的價值迅速凸顯，且STEM教育、創(chuàng)客教育和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)等新型學(xué)習(xí)模式也在教育實(shí)踐中得到越來越多的應(yīng)用，但大量教師卻因缺乏科學(xué)指導(dǎo)而無法選擇有效的協(xié)作模式和互動策略。未來研究需要細(xì)化不同教育情境、教學(xué)方式、學(xué)科任務(wù)等場域下的同伴互動，加強(qiáng)認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)與教育教學(xué)研究者之間的跨領(lǐng)域?qū)υ捙c合作，通過應(yīng)用跨學(xué)科的知識、研究方法和技術(shù)促進(jìn)認(rèn)知神經(jīng)技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，豐富教育認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的理論和知識體系。

（三）關(guān)注個體差異，為個性化互動策略提供依據(jù)

認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制不僅是揭示認(rèn)知過程的有效手段，也可有效證明其對個體學(xué)習(xí)效果和能力提升的作用，可否通過認(rèn)知神經(jīng)技術(shù)對互動過程不同階段中的影響因素進(jìn)行識別，并對表現(xiàn)欠佳的學(xué)習(xí)者進(jìn)行診斷呢？倘若能夠找到大腦結(jié)構(gòu)發(fā)育或認(rèn)知活動障礙的緣由，教師就能有效選擇干預(yù)或治療措施來提升互動水平，從而影響學(xué)習(xí)效果。目前已有研究探討了學(xué)習(xí)者同伴互動心理等因素對個體在團(tuán)隊(duì)中互動行為及情感投入的影響[34]。接著，進(jìn)一步通過腦掃描實(shí)驗(yàn)對比探究同伴互動中大腦活動的個體差異，推斷不同學(xué)習(xí)者的認(rèn)知能力發(fā)展需求，進(jìn)而采取更有針對性的個性化學(xué)習(xí)策略。

（四）積極研發(fā)便攜式神經(jīng)影像設(shè)備，拓展研究情境

雖然當(dāng)前神經(jīng)影像設(shè)備的性能比起若干年前已有很大提升，但其便攜性和生態(tài)效度仍有限。情境認(rèn)知和具身認(rèn)知的研究表明，身體的放松姿態(tài)、自由流暢的手部活動、外部空間的自由等，均對創(chuàng)造力有著顯著影響[33]。實(shí)際上，成本低、易操作、通道數(shù)量較少的便攜式神經(jīng)影像設(shè)備亦可滿足對互動過程中神經(jīng)活動的初步探索。例如：雙通道fNIRS設(shè)備和依托腦機(jī)接口技術(shù)開發(fā)的穿戴式腦電設(shè)備就能夠探索課堂情境下的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)活動的神經(jīng)機(jī)制[35-36]。因此，未來鼓勵教育技術(shù)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)和計算機(jī)工程領(lǐng)域?qū)W者的跨學(xué)科合作，研發(fā)能夠即時、持續(xù)地采集多模態(tài)行為或生理數(shù)據(jù)的設(shè)備和技術(shù)平臺。

（五）以教育理論為主要指導(dǎo)，整合多元化研究方法

教育神經(jīng)科學(xué)視角下的同伴互動研究可獲得關(guān)于該過程的三維數(shù)據(jù)：神經(jīng)活動數(shù)據(jù)、外顯行為數(shù)據(jù)以及內(nèi)隱的情感態(tài)度數(shù)據(jù)。受限于單一學(xué)科研究方法，大多數(shù)研究未能將三類科學(xué)證據(jù)很好關(guān)聯(lián)，因而難以用于建構(gòu)內(nèi)涵豐富、科學(xué)的教育知識和理論，也難以指導(dǎo)教育實(shí)踐。未來研究需要依托相關(guān)理論開展，利用各種神經(jīng)影像技術(shù)、情感分析、行為監(jiān)測以及基于人工智能的數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段，整合神經(jīng)影像實(shí)驗(yàn)法、準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法、行動研究法等多種研究范式，為教育認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的研究提供解決問題、知識創(chuàng)新的新路徑。

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