同步性联合运动中对他人的运动预测：反馈线索的关键作用*

陈怡馨 张琪涵,3 夏依旦 赵冰洁 白学军,3

(1 教育部人文社 会科学重点研究基 地天津师范大学心 理与行为研究院，天津 300387) (2 天津师范大 学心理学部，天津 300387) (3 学生心理发展 与学习天津市高校 社会科学实验室，天津 300387)

1 引言

同步性联合运动作为联合运动的类型之一，是社会互动过程中个体间为实现动作在时间上同步的一种合作性运动，在日常生活中发挥着重要作用（Heggli,Konvalinka,Cabral et al.,2021;Hove & Risen,2009）。个体间动作同步的实现需要对他人进行运动预测（Sebanz & Knoblich,2009）。适应-预测模型（adaptation and anticipation model,ADAM）认为，同步性联合运动主要包括两条预测路径：其一，通过个体对他人的先验知识，尤其是他人的任务线索预测他人的动作，产生基于目标对他人未来状态的预测；其二，通过个体对他人动作的感知，即他人的反馈线索估计他人当前的状态，产生对他人的运动预测（Keller,Novembre,& Hove,2014）。而近期由Heggli，Konvalinka，Kringelbach 和Vuust（2021）提出的亚稳态自我-他人整合模型（metastable attractor model of selfother integration,MEAMSO）则认为，同步的实现需要个体实时感知彼此，不断地比较、整合自我与他人的动作，基于反馈线索的预测路径在同步性联合运动中有关键作用。综上，适应-预测模型虽然提出了任务线索和反馈线索两条预测路径，但未考虑二者之间的比较。另一方面，亚稳态自我-他人整合模型虽然主张了反馈线索是实现同步的关键，但该理论未考虑任务线索的可能影响。

研究发现，基于反馈线索的预测路径在同步性联合运动中有一定的影响作用。例如，联合手指敲击任务中，两名被试能够根据听到的他人动作的声音信息进行同步（Konvalinka,Vuust,Roepstorff,& Frith,2010）。“镜像游戏”中，两名被试通过他人动作的视觉信息进行实时模仿，可创建出同步且新颖的运动模式（Varlet,Nozaradan,Nijhuis,& Keller,2020）。研究者认为，反馈线索提供了对个体间动作在时间上的差异的感知，可以被用来对动作进行修正（Repp & Su,2013）。

此外，基于任务线索的预测路径也能够促进同步性联合运动。Vesper，van der Wel，Knoblich和Sebanz（2013）采用联合跳跃任务，要求两名被试完成单腿跳跃动作并尽可能地与他人同时落地。运动执行前，向被试提供自我和他人的任务线索。结果发现，当他人运动距离远时，被试降低自己的运动速度以实现同步。Ragert，Schroeder 和Keller（2013）发现，在钢琴二重奏中，对他人任务线索（曲谱）的熟悉性也有利于对他人的运动预测。然而，以上研究还通过灯光信号和按键声音向被试提供了他人动作的反馈线索，这可能会与任务线索的影响作用发生混淆。因此，任务线索在同步性联合运动中对他人运动预测的单独影响尚不明确。

根据亚稳态自我-他人整合模型，同步性联合运动中基于感知的加工方式是达成个体间动作同步的关键（Heggli,Konvalinka,Kringelbach et al.,2021）。Schultz 和Palmer（2019）的研究也发现，联合手指敲击任务中，与不提供他人动作的声音反馈线索相比，提供他人动作的声音反馈线索条件下成对被试的同步表现更好。值得注意的是，该理论及研究均没有对任务线索与反馈线索的作用进行比较。结合上述内容可知，相比于任务线索，反馈线索能够基于对他人的实时感知预测他人的动作，进行个体间的动作修正，可能会更有利于同步性联合运动的实现。

综上所述，任务线索、反馈线索均参与了同步性联合运动中个体对他人的运动预测。但前人研究仍存在以下问题亟待解决：（1）任务线索相关研究的控制不足，无法说明其在同步性联合运动中对他人运动预测的单独影响；（2）反馈线索在同步性联合运动中对他人运动预测的关键作用有待证实。尤其是对现有理论观点的验证及补充，还需要通过对任务线索、反馈线索在同步性联合运动中的贡献大小的进一步比较来揭示。对以上问题的探讨，可应用于人-机器协同交互的推进以及对自闭症儿童的社会功能的调节。

为解决以上问题，本研究在联合触点任务的基础上进行了改编（Schmitz,Vesper,Sebanz,& Knoblich,2017,2018），以无线索条件为基线设置两种线索条件，即任务线索条件（不提供他人动作的反馈信息但提供他人动作的任务信息）和反馈线索条件（不提供他人动作的任务信息但提供他人动作的反馈信息）。另外，本研究还设置了自我与他人动作之间的距离差以考察不同预测难度下任务线索与反馈线索对同步性联合运动的促进作用。自我与他人之间在运动距离上的距离差越大，代表个体对他人运动预测的难度越大。通过任务线索、反馈线索条件与无线索条件的比较，考察不同类型的线索在同步性联合运动中对他人运动预测的独立影响作用。相比于无线索，若任务线索和反馈线索均能促进个体间的同步表现，则表明上述预测路径均参与了同步性联合运动中对他人的运动预测。通过任务线索与反馈线索条件的比较，考察反馈线索在同步性联合运动中对他人运动预测的关键作用。若反馈线索条件下个体间的同步表现优于任务线索条件，则表明反馈线索更有利于个体间的动作同步，基于反馈线索对他人动作的预测是实现同步性联合运动的关键。

2 研究方法

2.1 被试

从天津师范大学招募48 名被试（男16 名，平均年龄21.33±1.96 岁）。所有被试视力或矫正视力正常，均为右利手。按照相同性别、相同性取向、较少日常锻炼等进行配对后，确保被试彼此互不相识。正式实验前签署知情同意书。

2.2 实验设计

实验采用3（线索：无线索、任务线索、反馈线索）×4（距离差：Δ0、Δ1、Δ2、Δ3）被试内设计。因变量指标包括：（1）平均反应时间（response time,RT），即单个被试从注视点呈现后按下特定远处目标按键的平均反应时间。（2）绝对异步性（mean absolute asynchrony,Maa）指成对被试的平均反应时间之差的绝对值。绝对异步性越小，同步表现越好（Chen et al.,2020）。

2.3 实验设备

实验程序的编写和刺激的呈现均采用EPrime（3.0.3.9）。实验刺激呈现在DELL（型号为U2417H）液晶显示器上，可视尺寸24 英寸，分辨率为1920×1080 像素，反应设备为Lenovo（型号为KM4800）键盘。被试眼睛距屏幕中心约60 cm。实验刺激的字体大小为60 pt。

2.4 实验设置

实验要求被试完成按键形式的触点任务，将键盘竖直放置在被试前方，以食指按下特定按键视为触点。按键摆放的位置如图1 所示。成对被试（S 代表自我，O 代表他人；成对被试互为自我与他人，图中的标注为左侧被试的视角）坐在实验台左、右两侧（桌长160 cm，宽64 cm，高72 cm），彼此间距为61cm，属于近体空间距离（Schmitz et al.,2017,2018）。桌面双侧各设置了1 个起始点和3 个远处目标（T2、T3、T4）。

图1 实验设置示例

2.5 实验任务

单人任务。由被试单独完成，以获取不同目标下被试的运动基线。实验要求被试按照任务要求以自然的速度按下目标按键。每种目标（T2/T3/T4）各对应15 个试次，分3 个组块进行。组块顺序随机。

联合任务。要求成对被试共同完成，并尽可能同时按下目标按键。联合任务共包含3 种线索条件。每种线索任务各由72 个试次组成，含四种类型的个体间距离差，分别是相差0 cm（Δ0）、10.5 cm（Δ1）、20.5 cm（Δ2），以及31 cm（Δ3），可见表1。为避免出现的任务/反馈线索干扰被试在无线索时的运动表现，不同线索条件的完成顺序如下：一半被试为无线索、反馈线索和任务线索；另一半被试为无线索、任务线索和反馈线索。个体间距离差的排列顺序依照拉丁方平衡设计。

表1 各距离差条件下的刺激类型及相应的运动距离（cm）

2.6 实验流程

首先，实验开始前，成对被试轮流进入实验室练习，熟悉实验任务要求。

其次，成对被试轮流完成单人任务，分3 个组块进行，间隔时间为16～24 s 随机。每个试次的流程同图2 的无线索和反馈线索条件：被试将右手食指的指腹放置在起始目标的中心（起始姿势）。每个试次开始时，屏幕中央先呈现任务信息（例如，“自己：T2”），1.5 s 后消失。随后呈现白色的“+”注视点（4 s）。要求被试在看到注视点后立刻以自然的速度按下相应目标按键，然后回到起始姿势，试次间的间隔为2～4 s。

图2 实验流程图

随后，完成联合任务，分3 部分进行（对应3 种线索条件），每部分包含4 个组块，间隔时间同单人任务。其中，任务线索时向被试提供自我和他人的目标信息；反馈线索时提供自我与他人按键的声音反馈（“di”声，音量固定）。实验过程中禁止言语交流，并对被试获取他人线索的知觉过程进行了严格控制，确保线索操纵的有效性。主要包括：通过挡板（厚1 cm，宽110 cm，高80 cm）控制视觉反馈；轻轻按键，全程播放背景白噪音（20 db）以控制听觉反馈与动觉反馈等。事后调查显示，所有被试在任务线索及无线索条件下均报告未感受到他人的动作。

2.7 数据分析

在反应时间指标上。联合任务中，由于反应时间体现的是被试按下不同远处目标的反应速度，它受到目标在物理空间上运动距离的内在限制。而距离差的定义为自我与他人运动距离的差异，不代表运动目标的固定。因此，平均反应时间的分析按照两种标准：（1）固定自我运动距离，变化他人运动距离，即以目标为基准，对线索与距离差进行重复测量方差分析；（2）变化自我运动距离，固定他人运动距离，即将距离差不同条件下（Δ1、Δ2 和Δ3）个体的运动距离划分为更近（比他人运动距离近）、更远（比他人运动距离更远）。对线索与运动距离关系进行重复测量方差分析。

在绝对异步性指标上，对线索与距离差进行重复测量方差分析。

3 结果

3.1 数据整理

剔除未按照实验要求完成的试次，包括：（1）未按照显示屏呈现的目标信息进行按键；（2）在注视点出现前按下目标按键。在联合任务中，有一对被试在任务线索条件下，错误试次超过5%，未纳入后续分析。因此，单人任务的有效数据为24 对。联合任务的有效数据为23 对。

3.2 平均反应时间（RT）

（1）单人任务

在单人任务中，对反应时间进行单因素（远处目标：T2、T3、T4）重复测量方差分析，结果发现：远处目标的主效应显著，F(2,94)=160.49，p＜0.001，=0.77。事后比较发现，不同远处目标上的反应时间两两差异显著，差异变化表现为T2＜T3＜T4（ps＜0.001），表明本实验对远处目标的设置有效。

（2）联合任务

在联合任务中，对不同目标的平均反应时间进行分析，每种实验条件下平均反应时间的均值和标准差见表2。结果见图3（单人基线分别表示所有被试在单人任务中T2、T3、T4 上的平均反应时间）。

图3 不同目标时各实验条件下的平均反应时间

表2 不同目标上各实验条件下平均反应时间的均值及标准差（M±SD）（ms）

目标为T2 时，3（线索：无线索、任务线索、反馈线索）×3（距离差：Δ0、Δ1、Δ3）重复测量方差分析表明，线索主效应显著，F(2,90)=3.34，p=0.04，=0.07；距离差主效应显著，F(2,90)=29.25，p＜0.001，=0.39；线索和距离差交互作用显著，F(4,180)=18.71，p＜0.001，=0.29。进一步分析发现，无线索时，Δ0 的反应时间显著短于Δ3（p＜0.01）；任务线索时，距离差的差异显著，距离差越大，反应时间越长（ps＜0.001）；反馈线索时，距离差的差异不显著。

目标为T3 时，3（线索：无线索、任务线索、反馈线索）×3（距离差：Δ0、Δ1、Δ2）重复测量方差分析表明，线索主效应显著，F(2,90)=27.15，p＜0.001，=0.37；距离差主效应显著，F(2,90)=4.83，p=0.01，=0.10；线索和距离差交互作用显著，F(4,180)=6.79，p＜0.001，=0.13。进一步分析发现，无线索时，距离差的差异不显著；任务线索时，Δ0、Δ1 的反应时间显著短于Δ2（ps＜0.01）。反馈线索时，Δ1 的反应时间显著短于Δ2（p＜0.05）。

远处目标为T4 时，3（线索：无线索、任务线索、反馈线索）×3（距离差：Δ0、Δ2、Δ3）重复测量方差分析表明，线索主效应显著，F(2,90)=30.87，p＜0.001，=0.41，无线索的反应时间长于任务线索、反馈线索（ps＜0.001），任务线索的反应时间长于反馈线索（p＜0.001）。距离差主效应不显著。线索和距离差交互作用不显著。

根据上述结果可知，相比于无线索和反馈线索，任务线索下能够观测到个体在同一目标上的反应时间受他人运动距离调节的稳定现象。

为进一步观察不同线索对完成同步性联合运动的影响，根据自我和他人的运动距离关系进行分类，如S-T2/O-T3 表示运动距离更近，S-T3/OT2 表示运动距离更远。对平均反应时间进行3（线索：无线索、任务线索、反馈线索）×2（运动距离关系：更近、更远）重复测量方差分析，结果显示：线索主效应显著，F(2,90)=28.85，p＜0.001，=0.39；运动距离关系主效应显著，F(1,45)=28.40，p＜0.001，=0.39；线索和运动距离关系交互作用显著，F(2,90)=19.61，p＜0.001，=0.30。进一步分析发现，无线索和反馈线索时，运动距离更近的反应时间显著短于运动距离更远条件（ps＜0.001）；任务线索时，运动距离更近和更远的差异不显著。表明相对于无线索和反馈线索，任务线索下个体可基于他人的运动距离进行运动预测，从而避免了个体间的运动距离关系（远、近）对反应时间的物理影响。而无线索和反馈线索下由于个体没有获得他人的任务信息，不能根据他人的运动距离来预测他人的运动时间，进而调整自己的运动速度。因此，运动距离对反应时间的物理影响仍旧存在。结果见图4。

图4 不同运动距离关系下不同线索下的平均反应时间

3.3 绝对异步性（Maa）

每种实验条件下绝对异步性的均值，标准差见表3。对绝对异步性进行3（线索：无线索、任务线索、反馈线索）×4（距离差：Δ0、Δ1、Δ2、Δ3）重复测量方差分析，结果显示：线索主效应显著，F(2,44)=14.93，p＜0.001，=0.40，无线索的绝对异步性高于任务线索、反馈线索（ps＜0.05），任务线索的绝对异步性高于反馈线索（p＜0.01）。距离差主效应显著，F(3,66)=10.78，p＜0.001，=0.33，Δ0、Δ1、Δ2 的绝对异步性均低于Δ3（ps＜0.05）。表明同步表现随着距离差的变化而变化，表现出随距离差的增大而同步表现变差的趋势。线索和距离差交互作用不显著。以上结果可见图5。

表3 不同实验条件下绝对异步性的均值及标准差（M±SD）（ms）

图5 各实验条件下的绝对异步性

4 讨论

本研究采用联合触点任务，考察任务线索在同步性联合运动中对他人运动预测的单独影响，比较了任务线索、反馈线索在同步性联合运动中对他人运动预测的作用。结果发现：（1）线索影响个体间动作同步。任务线索、反馈线索在同步性联合运动中均有独立的影响作用，且二者的内在加工模式不同；（2）反馈线索在同步性联合运动中具有关键作用。

4.1 线索影响个体间动作同步

任务线索对个体间动作同步的影响。在个体运动表现上，提供任务线索时，个体的运动表现与无线索下存在不同的反应模式。一方面，相比于无线索，任务线索下个体在固定运动距离上的反应时间会因他人运动距离的变化而发生改变。另一方面，相比于无线索，任务线索下，以他人的运动距离为基准时，自我运动距离比他人更近、更远的反应时间之间无明显差异，表明任务线索消除了来自运动距离的物理影响（Vesper et al.,2013;Vesper,Knoblich,& Sebanz,2014）。任务线索更倾向于以一种自上而下（基于获得的运动目标）的运动预测的方式实现同步性联合运动。在个体间同步表现上，提供任务线索时，个体间的绝对异步性比无线索更低，同步表现更好。表明任务线索中他人的运动目标可以用来预测他人的动作，证实了基于任务线索的自上而下预测加工在同步性联合运动中的作用（Keller et al.,2014）。

反馈线索对个体间动作同步的影响。在个体运动表现上，提供反馈线索时，个体的运动表现与无线索下存在相似的反应模式。一方面，在反馈线索与无线索条件下，他人的运动距离在大部分情况下不会对个体在固定运动距离上的反应时间产生影响。但上述效应存在一定的波动，这可能是由于数据的变异性较大；另一方面，在反馈线索与无线索条件下，以他人的运动距离为基准时，自我运动距离比他人更近时个体的反应时间较短，自我运动距离比他人更远时个体的反应时间较长。这表明反馈线索与无线索下，个体的反应时间受其感知到的运动距离的物理影响。因此，反馈线索与无线索更倾向于以自下而上（基于感知到的运动特征）感知的方式进行同步性联合运动。在个体间同步表现上，提供反馈线索时，个体间的绝对异步性比无线索更低，同步表现更好。表明反馈线索参与同步性联合运动中对他人的预测，与Schultz 和Palmer（2019）的研究结果一致。证实了基于反馈线索的自下而上预测加工在同步性联合运动中的作用（Keller et al.,2014）。

4.2 反馈线索在同步性联合运动中具有关键作用

在个体运动表现上，反馈线索与任务线索的内在加工模式存在一定差异。提供反馈线索时，个体在触点运动上的反应时间不受他人的运动距离的影响，但会受到自身运动距离的物理影响。而任务线索则表现出相反的效应，即个体的运动表现受到他人的运动距离的影响，但不会受到自身运动距离的物理影响。以上结果从固定自身运动距离-变化他人运动距离以及变化自身运动距离-固定他人运动距离的角度均得到证实，反馈线索、任务线索的内在加工模式不同，反馈线索更倾向于通过感知个体间的运动异步，以自下而上的方式参与同步性联合运动中对他人的预测；而任务线索更倾向于根据他人的运动目标，以自上而下的方式预测他人动作。

在个体间同步表现上，反馈线索要比任务线索更有利于个体间的动作同步。虽然相比于无线索，任务线索、反馈线索都能够产生对他人动作的预测，且在其作用下个体运动表现发生了一定的调整，并实现了同步。但任务线索对同步表现的促进作用要明显弱于反馈线索。同步作为社会互动的一种常见现象，它要求的是个体间动作在时间上的重叠（Hoehl,Fairhurst,& Schirmer,2021）。而个体间的运动节奏要保持一致，需要对动作进行实时的修正，这更多地来自于对同步结果的感知。因此，同步性联合运动与自下而上的感知有着密切关系（Knoblich,Butterfill,& Sebanz,2011）。不同个体在同步性联合运动的协调过程中，反馈线索以自下而上的方式感知到的个体间动作在时间上的异步性（Repp & Keller,2008;Varlet et al.,2020），能够直观地体现个体间动作的共同影响（Sebanz & Knoblich,2009）。而任务线索下个体无法感知到彼此动作的协调效果，仅依靠他人运动距离对他人动作进行预测，无法在同步性联合运动中提供彼此运动的异步性，其预测效果不能得到实时的修正。因此，基于反馈线索的预测路径上形成的对他人动作的预测要比基于任务线索的预测路径更加准确，反馈线索在同步性联合运动中有着不可替代的作用。

综上，本研究采用联合触点任务操纵不同类型的线索发现，任务线索、反馈线索倾向于以不同的加工方式作用于同步性联合运动。这一结论对已有的适应-预测模型进行了验证。此外，本研究的结果还进一步支持并扩展了Heggli，Konvalinka，Kringelbach 等人（2021）所提出的亚稳态自我-他人整合模型。该模型只强调了通过反馈线索对彼此的实时感知在同步性联合运动中的关键作用，而适应-预测模型中又不涉及任务线索、反馈线索的加工方式之间的比较。本研究在此基础上，进一步考虑了任务线索相关的自上而下的预测对同步性联合运动的影响，并比较了基于任务线索与反馈线索的运动预测在同步效果上的差异，对现有的理论进行了完善和补充。

由于本研究采用的是行为实验，对不同预测路径的加工方式的解释停留在认知机制层面，未来研究可以从神经基础层面进一步验证。其中，任务线索更倾向于以自上而下的加工方式参与同步性联合运动。这可能与个体根据已有的运动经验，进行的运动计划、运动预测有关，更多地涉及额-顶网络，包括镜像神经系统、心智化系统等（Balser et al.,2014;Ptak,Schnider,& Fellrath,2017）；反馈线索更倾向于以自下而上感知的方式进行同步性联合运动，它更依赖于感知觉通道上信息的获取所形成的运动-知觉耦合，可能会涉及不同个体间的感觉皮层（如听觉皮层）和运动计划、预测相关脑区的交互（Heggli,Cabral,Konvalinka,Vuust,& Kringelbach,2019）。

5 结论

本实验条件下得出如下结论：（1）任务线索与反馈线索以不同的方式参与同步性联合运动中对他人的运动预测；（2）任务线索、反馈线索均能有效促进个体间运动协调，但反馈线索的促进效果更佳。