Speaker-listener coupling: a novel neural approach for assessing communication

说话者-听众耦合:一种评估沟通的新颖神经方法

基本信息

  • 批准号:
    9753023
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 113.4万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-09-30 至 2022-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Communication is a dynamic process by which information is transferred across people. For the sake of experimental control, however, most cognitive neuroscience work on communication focus on either language production in the speaker's brain or comprehension in the listener's brain during highly artificial tasks. Communication, which by nature is a joint action embedded in a social context, is paradoxically studied in single individuals in isolation. In this proposal, we advance a new and versatile framework for understanding the neural mechanisms underlying communication in the real world. This framework argues that effective communication emerges when the neural activity of the two interlocutors are “coupled” together. This coupling can take the form of (1) mirroring, when the listener's neural patterns match those of the speaker; (2) conditional transformations, when the listener's patterns reflect a lawful relation to the speaker's neural patterns; or (3) synergies, when the activities of the two brains dynamically influence and constrain each other to optimize information sharing. To test our theoretical framework, we propose developing both stationary and portable dual-brain imaging systems for measuring the neural activity of multiple individuals engaged in dialogue in the laboratory and in clinical settings. Two of the systems, fMRI hyperscanning and ECoG hyperscanning, take advantage of the high spatial and high temporal resolution of the respective methods to precisely characterize coupled neural dynamics during dialogue. For the third system, we propose developing a portable, dual-brain fNIRS system to characterize how two brains interact in real-life settings. Field work measuring the level of brain-to-brain coupling between a caregiver and a child could be used to study the acquisition of a first language; as an early preverbal biomarker for developmental disorder (e.g. lack of caregiver-child coupling as an early biomarker for autism); and as a temporally refined diagnostic tool for evaluating the effectiveness of behavioral and pharmacological interventions aimed at alleviating communication deficits (e.g. in autism, schizophrenia). Although the proposed research is technologically challenging, this laboratory has a track record of developing innovative analysis tools and theoretical frameworks for the study of cognitive functions in real-life contexts. The PI has substantial experience working with ECoG, fMRI and fNIRS, as well as studying both neurotypical and clinical populations. Our proposal is strongly grounded in prior work studying the extent of shared neural responses across subjects during the processing of real-life information. Thus, although ambitious, the research plan is both feasible and grounded, and has the potential to transform the way we understand and assess the neural processes by which we interact with others in everyday contexts. Ultimately, we believe that this work will lead to a novel brain-to-brain coupling biomarker for detecting preverbal communication disorders and assessing interventions in clinical settings.
沟通是一个动态的过程,通过该过程将信息传递到人们之间。为了 但是,实验控制,大多数认知神经科学在沟通上的重点是两种语言 在高度人为的任务中,在听众大脑中的大脑或理解力中生产。 沟通本质上是嵌入社会环境中的联合行动,是矛盾的研究 孤立的单身人士。在此提案中,我们推进了一个新的通用框架来理解 现实世界中沟通的神经机制。这个框架论证有效 当两个对话者的神经活动“耦合”在一起时,就会出现沟通。这个耦合 当听众的神经模式与说话者的神经模式相匹配时,可以采取(1)镜像的形式; (2) 有条件的转换,当听众的模式反映了与说话者中立的合法关系时 模式;或(3)协同作用,当两个大脑的活动动态影响和约束时 优化信息共享。 为了测试我们的理论框架,我们建议开发固定和便携式双脑成像 测量在实验室和中进行对话的多个人的神经活动的系统 临床环境。 FMRI Hyperscanning和Ecog Hyperscanning的两个系统,利用 相应方法的高空间和高临时分辨率精确表征了中性耦合 对话期间的动态。对于第三个系统,我们建议开发一种便携式双脑FNIRS系统 表征两个大脑如何在现实生活中相互作用。测量大脑对脑水平的现场工作 照料者和儿童之间的耦合可以用来研究对第一语言的获取;早点 发育障碍的言语生物标志物(例如,缺乏照顾者 - 儿童耦合作为早期生物标志物 自闭症);作为一种暂时完善的诊断工具,用于评估行为的有效性和 旨在减轻沟通缺陷的药理干预措施(例如自闭症,精神分裂症)。 尽管拟议的研究在技术上具有挑战性,但该实验室有发展的记录 创新分析工具和理论框架,用于研究现实生活中认知功能的研究。 PI具有与ECOG,fMRI和FNIRS合作的丰富经验,并且研究两种神经型 和临床人群。我们的建议在研究共同神经元的程度的先前工作中基于强烈的基础 在处理现实生活信息期间,跨主题的响应。那,尽管雄心勃勃,但 研究计划既可行又扎根,并且有可能改变我们理解和 评估我们每天与他人互动的神经过程。最终,我们相信 这项工作将导致一种新颖的脑对脑耦合生物标志物,用于检测前语言沟通障碍 并评估临床环境中的干预措施。

项目成果

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