电子竞技中的脑间活动同步：基于近红外光学脑成像的超扫描研究

【作者】 陈森； 贾曼； 李杰； 张禹；

【机构】 北京体育大学心理学院； 杭州师范大学附属医院认知与脑疾病研究中心； 杭州师范大学心理科学研究院；

【摘要】 研究目的:近些年来随着超扫描技术的发展,研究合作与竞争的多人脑机制成为可能。在体育领域,受限于大部分体育运动需要身体活动这一限制,在真实情境下的进行的体育相关的超扫描研究几乎没有。电子竞技游戏《王者荣耀》已入选2022年杭州亚运会正式竞赛项目,这是电子竞技首次成为亚运会的正式比赛项目,具有重要的历史意义和社会影响。电子竞技游戏是一种高度复杂和动态的社会认知活动,要求团队成员之间实现高效的信息交流、协调和合作。本研究通过近红外脑功能成像技术探讨了电子竞技游戏中合作团队的脑间活动同步现象及其影响因素。研究方法:本研究采用伦敦大学学院(University College London,UCL)研发的LUMO高密度近红外脑功能成像系统进行近红外数据的采集。利用近红外超扫描技术,记录60名王者荣耀玩家(30对)在观看2V2游戏视频和参与2V2合作任务时的前额叶脑间活动同步情况,并分析游戏事件、参与者游戏水平和性别差异。本研究设计中游戏事件包括击杀和被击杀两种情况,分别反映了合作成功和失败的时刻。参与者根据王者荣耀游戏划分为高水平组(即游戏中"王者"段位以上)和低水平组("王者"以下)。性别分为男性组和女性组。近红外脑功能成像数据使用Matlab软件进行预处理。首先通过过滤无关信息和噪声,得到与研究内容相符的血红蛋白浓度数据。然后,本研究参考了"基于内容的数据分析方法",这是一种以分析游戏内容为基础的分析方式,并借鉴了事件相关范式的思想对数据进行分析。具体步骤:(1)在实验进行过程中由主试观察并对发生事件的时间点进行标记;(2)分析游戏录像、并结合游戏自带的事件记录来分析事件发生的具体时间点;(3)根据得到的时间点对近红外数据中的标记点进行适当调整;(4)剔除包含多个事件的数据段后,按照不同的游戏内容对数据段进行叠加平均。本研究定义了以下四种人际脑间同步性(interpersonal brain synchronization,IBS)指标:(1)IBS_V为观看2V2游戏视频时的人际脑间同步性,即被试对在观看2V2游戏视频时平均相干效应值减去静息状态下的平均相干效应值;(2)IBS_B为2V2游戏任务期间的整体人际脑间同步性,即被试对在2V2任务中的平均相干效应值减去被试对在观看2V2游戏视频时平均相干效应值;(3)IBS_W为击杀事件中的人际脑间同步性,即被试对在2V2任务中击杀阶段的平均相干效应值减去在静息状态时的平均相干效应值;(4)IBS_L为被击杀事件中的人际脑间同步性,即被试对在2V2任务中被击杀阶段的平均相干效应值减去在静息状态时的平均相干效应值。对IBS_V、IBS_B、IBS_W、IBS_L均进行Fisher Z转换,并进行单样本t检验。关注的脑区(regions of interest,ROI)分别对应以下通道:RDLPFC(77:80、101:104)、LDLPFC(153:156、177:180)、LVLPFC(229:232、253:256)、RVLPFC(381:384、405:408)、FPA(305:308、329:332),将脑激活水平以及脑间同步性指标r先在每个ROI内进行通道间的平均后再进行统计分析。研究结果:全部30组被试的60局对局单样本t检验发现,在IBS_V指标上,五个ROI中只有背外侧前额叶皮层脑区存在显著的脑间相干性(t(59)=3.409,p=0.001)。在IBS_B指标上,只有背外侧前额叶皮层脑区存在显著的脑间相干性(t(59)=2.855,p=0.006)。在IBS_W指标上,也只有背外侧前额叶皮层脑区存在显著的脑间相干性(t(59)=3.341,p=0.001)。而在IBS_L指标上,五个ROI中的差异均没有统计学意义(ps>0.05)。值得注意的是,在考察IBS_W指标的人群差异时,结果显示五个ROI中,只有在背外侧前额叶皮层脑区上的差异具有统计学意义(F(2,57)=4.799,p=0.012),高水平-高水平组脑间相干性(0.289±0.042)大于高水平-低水平组(0.146±0.028)大于低水平-低水平组(-0.011±0.038)。为避免性别因素的影响,再以性别为组间变量,对IBS_W进行单因素方差分析,结果显示,男-男组(15对)与女-女组(15对)之间并没有显著差异(p>0.05)。以人群为组间变量,对Fisher Z转换后的IBS_L进行单因素方差分析,结果显示,在我们所关注的五个ROI上的差异均没有统计学意义(ps>0.05)。合作任务中被试对的右侧背外侧前额叶皮层出现显著的脑间活动同步,且与游戏事件(击杀和被击杀)相关。这表明该脑区可能参与了合作情境下的认知控制过程,调节了参与者之间的行为协调和目标一致性。进一步的分析发现,高段位组在击杀事件上有更强的脑间活动同步,且脑间活动同步与团队表现呈正相关。此外,性别对脑间活动同步没有显著影响。研究结论:本研究结果表明,高水平玩家在游戏中更能形成默契配合,提高游戏效率和胜率。同时,男性和女性在电子竞技游戏中没有明显的社会认知差异。研究揭示了电子竞技游戏中合作情境下的认知控制一致性,为电子竞技游戏对大脑可塑性的影响提供了新的视角和证据,并为未来进一步探索电子竞技游戏对社会行为和社会认知的神经机制提供了参考。更多还原