Scientific Data | fNIRS超扫描技术揭示亲子关系中的脑同步活动

在现代神经科学研究中，近红外脑功能成像（fNIRS）技术因其非侵入性、便携性以及对儿童友好的特性，广泛应用于探索人类大脑的功能活动。尤其在社交互动的研究中，fNIRS技术通过检测大脑血流的变化，帮助研究人员揭示了复杂的人际交往过程中的神经机制。在fNIRS技术应用中，超扫描技术可将多台设备连用，将多个被试置于同一环境中监测脑功能状态，尽可能贴合真实场景避免模拟实验环境中出现的变量，在合作、竞争、社会交互、儿童游戏以及社会认知等方面，有着极具前景的应用优势。

参与者

研究招募了共62对母子和父子参与者，参与者通过在线论坛和社交媒体群体招募。母子和父子分别为33对和29对，孩子的年龄在34到60个月之间。所有参与者均居住在新加坡，并符合研究的纳入标准，包括无认知、视觉或听觉障碍，以及父母和孩子同住一个家庭。

研究参与者的人口统计学信息

实验设计

实验分为两部分：视频观看任务和自由玩耍任务。在视频观看任务中，亲子二人坐在一起观看三段不同情绪价值的视频，以探讨在共同注意的情况下，大脑活动的同步性。而在自由玩耍任务中，父母和孩子在规定的时间内进行互动游戏，研究者通过fNIRS设备记录他们在互动中的脑活动变化。

在游戏过程中的实验设置示意图

设备与数据收集

设备介绍：研究使用了NIRSport设备（由NIRx Medical Technologies LLC制造），该设备以其高精度和便携性著称，适合于需要高质量数据采集的复杂实验环境。NIRSport设备配置了8个光源和7个探测器，能够在两个不同的波长（760 nm和850 nm）下同时采集脑活动数据。

超扫描技术：该研究应用了fNIRS超扫描技术，通过同时记录父母和孩子的脑活动，研究他们之间的神经同步性。特别是在前额叶皮层区域，超扫描技术能够揭示父母与孩子在共同任务中的协作和互动程度。

数据采集流程：在数据采集过程中，研究者对fNIRS设备进行了严格的信号校准和质量检查，确保数据的准确性和可靠性。实验数据包括视频观看时的大脑活动记录和自由玩耍时的互动行为视频，以便进行进一步的行为和神经分析。

相对于额上回（SFG）、额中回（MFG）、额下回（IFG）和前额叶皮层（aPFC）的光源和检测器以及生成的通道的位置的图示

2.研究结果

主要发现：研究发现，在视频观看和自由玩耍任务中，父母与孩子之间的前额叶皮层活动存在显著的同步性。这种同步性与父母的压力水平和情绪调节能力密切相关。特别是在自由玩耍任务中，亲子之间的脑活动同步性较高，表明互动强度对大脑协同工作的影响。

数据分析：为了更好地理解这些同步性，研究者使用了一系列复杂的计算工具和算法，量化了亲子之间的脑同步性。通过将这些神经数据与行为观察结果相结合，研究进一步揭示了父母在互动中的角色对孩子脑发育和情绪调节的影响。

3.研究意义与应用

研究意义：这项研究对于理解亲子关系中的神经机制具有重要意义。通过fNIRS超扫描技术，研究者能够更深入地探讨亲子互动对孩子大脑发育和情感控制的长期影响。这不仅有助于心理学和教育学领域的理论发展，也为未来亲子教育和干预策略提供了科学依据。

实际应用：fNIRS双脑同步技术不仅在亲子关系研究中具有应用前景，还可以推广到教育、心理健康和家庭研究的其他领域。NIRSport设备的高精度数据采集能力和便携性，使其成为探索复杂社交互动中的神经机制的理想工具。

未来的研究可以通过技术改进，进一步推动fNIRS技术的发展。例如，开发更精确的同步分析工具、丰富数据集成，以及探索更多样化的社交互动场景。此外，将fNIRS技术应用于其他人际关系研究，如师生互动、同伴关系等，也具有广阔的前景。

参考文献：Bizzego A, Gabrieli G, Azhari A, Lim M, Esposito G. Dataset of parent-child hyperscanning functional near-infrared spectroscopy recordings. Sci Data. 2022;9(1):625. Published 2022 Oct 15. doi:10.1038/s41597-022-01751-2