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人類的合作依賴于社會交互以實現共同的目標，而人機交互的效果也可能受到各種社會交互因素的影響和增強。最新研究通過社會交互誘發受試者間的腦-腦耦合調制，從而顯著提高了腦機接口系統的性能表現。該成果由清華大學智能與仿生機械實驗室的研究團隊完成，發表在了期刊《Cyborg and Bionic Systems》上。

1、研究背景

腦機接口（BCI）系統將神經活動與外部設備連接起來，繞過了傳統的神經肌肉通路，將人類從物理肢體的限制中解放出來，并為運動增強提供了一種很有前途的方法。然而，BCI解碼準確率在不同個體之間存在較大的變異性，這限制了其進一步的應用。

已有研究表明，從觸覺、前庭覺和視覺反饋中獲得的多層神經信息的感知，可以顯著影響BCI系統的性能表現。因此，社會互動過程中多感覺感知的作用可能類似，對BCI系統的性能提升具有積極意義。

這項研究旨在探索雙人協作的BCI訓練中的腦-腦耦合現象，通過對腦電圖的超掃描數據分析，發現社會交互可以調制受試者的事件相關去同步（ERD）和大腦功能連接，并且顯著提升了BCI系統的分類性能。

2、研究概述

實驗裝置和超掃描數據分析概述

本研究共招募了12對朋友作為實驗組，10 對陌生人作為對照組。每一對受試者中一人被分配為領導者，另一人被分配為追隨者（如果需要手部接觸，領導者角色握住中間握把）。兩人被要求在4 種不同的條件下執行運動想象任務：無社會交互、眼神交互、觸摸交互和眼神-觸摸交互。受試者被要求想象用右手將機器人從預設一側移動到另一側。本研究采集了受試者的64導腦電圖超掃描數據，并分析評估了皮質激活程度、腦間功能連接和BCI系統性能表現。

實驗設計概述

皮質激活

研究者對比了實驗組和對照組在不同交互條件下的皮質激活調制情況，結果表明，觸摸交互和眼神-觸摸交互顯著增強了實驗組對側感覺運動皮層的皮質激活程度，而對照組無顯著差異。

皮質激活程度對比

腦間耦合網絡

研究者進一步探索了實驗組中領導者和追隨者之間的腦間耦合網絡模式。在眼神交互條件下，theta波段腦間耦合網絡主要涉及領導者的額葉、頂葉和枕葉區域，以及追隨者的額中央和頂葉區域。在觸摸交互條件下，alpha波段腦間耦合網絡主要涉及領導者的頂枕葉和額中央區域，以及追隨者的額葉和頂葉區域。

腦間耦合網絡模式

BCI系統性能提升

與無社會交互條件相比，實驗組眼神交互條件和眼神-觸摸交互的BCI系統解碼性能顯著提升，而觸摸交互條件無顯著差異。相比之下，對照組的BCI系統解碼性能均無顯著差異。

BCI系統解碼性能比較

3、研究意義

論文研究了社交交互對基于運動想象的BCI訓練期間神經振蕩和腦間耦合的影響。研究發現，多模態感覺反饋能夠增強皮質激活，并促進腦區間的耦合。作者指出，在基于BCI的機器人控制中引入社交交互可以進一步提升BCI的性能，同時增強受試者彼此間的神經同步。

內容來源：Enhancing Brain-Computer Interface Performance by Incorporating Brain-to-Brain Coupling | Cyborg and Bionic Systems 2024