大脑理解社交互动的基本组成要素

人类的大脑不仅能够记住他人的身份，还会运用被称为基函数的基本数学函数来存储有关人们如何互动的信息，例如他们如何合作或竞争。每个基函数都会明确一种互动模式的一部分，而这些基函数的组合则能够明确复杂的互动情况。

Basis functions for complex social decisions in dorsomedial frontal cortex | Nature

研究问题

大脑是如何追踪涉及多个人的复杂社交情境的呢？先前的研究已经揭示了大脑是如何记住有关个体的信息的，比如他们有多友好或多有能力。当一个人在思考自己的行为或想法，以及他人的行为或想法时，大脑不同区域的神经元细胞会变得活跃起来1-3 。在过去的20年里，大量的数据都支持了大脑对特定个体信息的这种编码方式。然而，当人们在社交群体中行动时，他们会以不同的组合方式进行合作与竞争，而且这些组合还在不断变化。例如，在一场足球比赛中，球员之间相互协助和对抗的具体组合情况会频繁改变。我们推断，在社交情境中，除了记住个体之外，大脑可能会运用一种机制来追踪互动模式。然而，可能存在许多种互动模式，所以这样的一种机制需要将复杂性降至最低，同时还要具备灵活性和特异性。我们想要弄清楚这种机制究竟是什么。

研究发现

我们的数据表明，被称为基函数的数学函数是一种关键机制，它能让大脑更好地处理社交群体中的复杂互动。基函数描述了构成特定问题基础的基本组成要素。这有点像用乐高积木搭建房屋或城堡，我们可以以不同的方式组合基函数，从而构建出复杂的数学表征。我们推断，在社交群体中，每个基函数都可以明确一种模式的一部分，也就是一群人如何合作或相互对抗的某个方面，而这种模式在许多情境中都很常见。它会明确个体之间的关系，而不是有关个体本身的信息。这种对信息进行编码的方式有时被称为组合编码。组合编码在视觉和运动神经科学领域中经常被观察到4,5 。例如，一些神经元只有在即将做出特定的动作组合时才会放电，而当这些动作以不同的顺序出现时则不会放电4 。然而，据我们所知，在社交情境中尚未考虑过组合编码。我们设计了一个实验，以检验社交基函数能够指导群体中复杂决策的这一观点。

在我们的实验中，我们记录了一名参与者的大脑活动，当时他们正在观察有关自己、队友以及两名对手在一场游戏中的表现信息。然后，参与者需要判断哪个队伍可能会获胜。这使我们能够了解大脑是如何存储有关每个人以及他们之间互动的信息的。

我们在内侧前额叶皮层中发现了与这些社交互动的基函数相关的大脑信号（图1），而内侧前额叶皮层是一个对于做出决策和思考社交世界至关重要的大脑区域。大脑运用了一些基本组成要素，这些要素组合在一起，就产生了游戏中所有不同的互动模式。相比之下，大脑忽略了那些与任务无关的互动模式。

图1 | 大脑内侧前额叶皮层中社交互动的基函数。当参与者在一场游戏中观察并判断自己（S）、队友（P）和两名对手（O）之间的关系时（右图），内侧前额叶皮层会运用特定的基本数学函数来描述社交互动（箭头所示），这些函数组合在一起，使我们能够理解复杂的社交情境。来源：Wittmann, M. K. 等人/《自然》

我们的研究表明，大脑可以通过运用一些基本的数学组成要素来对复杂的社交互动进行编码，这些组成要素明确了互动模式的基本方面。它们可以以各种方式组合在一起，从而创建出更复杂的结构。

研究意义

理解社会关系不仅仅需要了解人们的身份，我们还需要知道他们的互动模式。大脑能够快速理解新的、复杂的社交情境，因为它可以通过组合和重新组合那些明确了在许多情境中反复出现的互动模式要素的基本组成要素，来识别这些互动模式。

我们的研究还表明，关于大脑如何存储有关复杂情境信息的基本规则，在视觉、运动和社交领域中是相似的。这种共性可能会让我们从生物学的角度更深入地理解人类的社交行为，但它也引发了许多关于基函数是如何构建和修改的问题。—— 马尔科·K·维特曼任职于英国伦敦大学学院，马修·F·S·拉什沃思任职于英国牛津大学。

专家观点

作者展示了一系列有趣且令人兴奋的实验，旨在探究大脑是如何对他人的行为进行编码的。这不仅是我很长时间以来见过的控制最为严格、设计最为精良的社交研究之一，它还为研究人类群体互动提供了一种新方法，同时也为我们思考大脑如何表征互动性社交行为提供了一种新思路。—— 一位评审人

论文背后的故事

这个项目是我迄今为止参与过的最令人兴奋，同时也是耗时最长的一个项目。它始于我在牛津大学的博士后研究阶段。我曾研究过两个人之间互动的大脑机制，但我想要更深入地了解社交群体。我对这样一个观点很着迷，即群体互动背后的大脑机制可能在本质上与我们在两人互动情境中观察到的机制有所不同。就在这个项目进展顺利的时候，却被新冠疫情打断了。对项目的修改工作贯穿了我在伦敦大学学院的第二个博士后任期，而现在，在我成为那里的一名首席研究员之后，这篇论文终于得以发表。发表这项研究本身意义重大，但更重要的是，它引发了许多问题，并为我提供了一个知识平台，让我能够在自己的实验室中成长并探索新的研究方向。—— 马尔科·K·维特曼