本研究由Andrew Chang, Steven R. Livingstone, Dan J. Bosnyak, 和 Laurel J. Trainor共同完成，他们分别来自加拿大麦克马斯特大学的心理学、神经科学与行为学系、麦克马斯特音乐与心智研究所以及Baycrest医院的Rotman研究所。这项研究以论文“Body sway reflects leadership in joint music performance”为题，于2017年5月8日在线发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。
学术背景
本研究属于心理学、认知科学和音乐认知神经科学的交叉领域。研究的核心动机是理解人类复杂社会互动中的非言语协调机制。人类的文化与技术成就高度依赖于复杂的社会互动，其中非言语的人际协调，或称联合行动，是一个关键要素。然而，关于多人之间非言语信息流动的动态过程，科学界尚缺乏深入理解。研究者选择弦乐四重奏这一复杂、自然的非言语行为作为模型系统，因为它体现了在没有明确言语指导的情况下，个体为实现共同的美学目标（演奏音乐）而进行的高度感觉运动、社会和动机参与。音乐存在于所有人类文化中，其群体协调原则被认为与行走、舞蹈、交谈等其他形式的联合行动共享心理机制，因此研究音乐表演中的协调动力学具有普遍的启示意义。
在音乐合奏中，个体常扮演领导者与追随者的角色，但社会角色如何影响群体协调，以及领导者-追随者信息通过哪些非言语机制传递，特别是在涉及超过两名参与者的生态真实情境中，此前研究并不充分。先前关于音乐协调的研究大多聚焦于音符到音符的时间同步性，或使用相关性分析来描述运动相似性，这些方法难以揭示信息流动的方向性，也无法在实验控制下区分运动副产品与高阶社会沟通。因此，本研究旨在通过实验操控领导角色和视觉信息，在生态真实的四重奏表演情境中，探究非言语信息流的动态，并检验身体摇摆是否反映了领导者-追随者沟通这一高阶联合行动层面。
本研究的具体目标包括：1）检验被指定为领导者的演奏者是否对追随者施加更大的影响（通过身体摇摆的预测性关系衡量）；2）探究视觉信息（能否看到彼此）如何调节这种领导者-追随者动态；3）考察身体摇摆耦合程度是否与演奏者自我评价的表演成功度相关；4）在两种不同音乐风格（巴洛克与古典）中复现这些效应，以检验音乐结构本身是否影响协调策略。
详细工作流程
本研究包含实验设计、数据采集、数据处理与分析、统计检验等多个严谨步骤，研究对象为两个国际知名的专业弦乐四重奏团体。
1. 参与者与实验设置： 研究招募了两个专业四重奏：Cecilia弦乐四重奏（演奏巴洛克时期音乐，四名女性）和Af iara弦乐四重奏（演奏古典时期音乐，三男一女）。实验在麦克马斯特大学的大型交互虚拟环境实验室进行。使用光学动作捕捉系统（Qualisys，24台Oqus 5+相机）以179赫兹的频率同步记录四位演奏者头部的运动。每位演奏者额头上佩戴一个装有四个反光标记的头带，以此作为反映全身性身体摇摆的指标。演奏者呈半圆形就坐。
2. 实验设计与刺激材料： 实验采用全因子设计，包含两个主要自变量：角色 和 视觉。 * 角色：包含6个水平。其中4个为“单一领导者角色”条件：分别指定第一小提琴、第二小提琴、中提琴或大提琴为领导者，其余三人为追随者。另外2个为“模糊角色”条件：指定四人均为领导者，或四人均为追随者。至关重要的是，在每次试验中，只有被指定为领导者的人知道自己是指定的领导者，追随者并不知道谁是领导者，他们需要在表演中自行判断。 * 视觉：包含2个水平。“视觉呈现”条件下，演奏者面对面朝向四重奏中心；“视觉缺失”条件下，每位演奏者背对中心，彼此无法看到对方。 * 音乐材料：每个四重奏演奏12首不同的乐曲片段。Cecilia四重奏演奏J.S.巴赫的巴洛克时期众赞歌（各声部相对平等），Af iara四重奏演奏海顿和莫扎特的古典时期作品（通常第一小提琴声部更具主导性）。每首乐曲在两种视觉条件下各演奏一次，共24次试验。角色条件在试验间平衡分配，确保同一首乐曲不会在完全相同的条件下重复演奏。
3. 实验流程： 每次试验前，演奏者会收到保密指示，告知其在该次试验中被分配的角色（领导者或追随者）。他们被要求在表演中尽力扮演好被分配的角色。试验以三声节拍器提示音开始，演奏者需在最后一个提示音后的第一拍进入，以此避免领导者主动发起演奏。每次表演持续约2-2.5分钟。表演结束后，每位演奏者需使用五点李克特量表对本次合奏的三个方面进行主观评分：整体表现“优秀”程度、时间同步性水平、以及协调的难易程度。此外，未被指定为领导者的演奏者还需通过迫选法猜测本次试验中谁是“秘密”领导者。
4. 数据处理与关键分析方法： * 身体摇摆时间序列提取：对采集到的运动轨迹数据进行去噪、空间平均、降采样和z分数标准化，并投影到身体前后方向，最终为每位演奏者生成一条代表前-后身体摇摆的时间序列。 * 格兰杰因果分析：这是本研究的核心创新分析方法。研究者使用了MATLAB多元格兰杰因果工具箱。格兰杰因果关系是一种统计方法，用于评估一个时间序列的历史数据能在多大程度上预测另一个时间序列的当前状态，同时排除了后者自身历史数据的预测作用。其计算结果是一个对数似然比，值越大，表示从前一个时间序列到后一个时间序列的信息流越强，预测性越好。在本研究中，对于每次试验四位演奏者的身体摇摆时间序列，研究者计算了所有12对可能的方向性配对（如小提琴1->小提琴2，小提琴2->小提琴1等）的格兰杰因果值。重要的是，此分析是“条件性”的，即在计算每对关系时，将另外两位演奏者的时间序列作为条件变量纳入模型，从而排除了共同外部因素的影响，更纯粹地揭示两两之间的定向影响。 * 数据分析策略：将12个方向性配对视为重复测量因素进行统计分析。对于单一领导者角色条件，将配对关系归类为三种“配对角色”：领导者对追随者、追随者对领导者、追随者对追随者。通过重复测量方差分析检验配对角色和视觉条件对格兰杰因果值的影响。对于模糊角色条件，则分析格兰杰因果值在乐曲开始30秒与结束30秒之间是否发生变化，以考察协调模式是否随时间建立。此外，还计算了“因果密度”，即一次表演中12个配对格兰杰因果值的平均值，用以代表整个四重奏的整体耦合强度，并将其与演奏者的主观评分进行斯皮尔曼等级相关分析。
主要结果
1. 领导者识别准确性： 在单一领导者角色试验中，追随者能高度准确地识别出被秘密指定的领导者（两个四重奏的平均正确识别人数均显著高于随机水平）。这表明实验操控成功地建立了可感知的领导者-追随者关系。
2. 身体摇摆耦合反映领导力（单一领导者角色条件）： 格兰杰因果分析清晰地揭示了领导力的动态。在两个四重奏中都发现了一个一致的显著模式：配对角色与视觉条件存在交互作用。 * 当演奏者能看见彼此时，领导者对追随者方向的格兰杰因果值显著高于追随者对领导者和追随者对追随者方向的值。这意味着领导者的身体摇摆最能预测追随者的身体摇摆，而追随者对领导者的影响则小得多。 * 当演奏者不能看见彼此时，上述模式仍然存在（领导者对追随者的影响依然最大），但效应有所减弱。特别是，领导者对追随者的格兰杰因果值在“视觉呈现”条件下显著高于“视觉缺失”条件。 * 结果总结：领导者的身体摇摆对追随者施加了显著更大的影响，且领导者受他人的影响小于追随者。视觉信息特别强化了从领导者到追随者的信息流，表明追随者利用视觉线索来预测和协调自己的行动以配合领导者。
3. 模糊角色条件下的协调建立： 仅在演奏巴洛克音乐（声部平等）的Cecilia四重奏中发现了学习效应。当四人均被指定为追随者且能看见彼此时，从乐曲开始到结束，身体摇摆的整体耦合（格兰杰因果值）显著增强。这表明在没有预设领导结构的情况下，视觉信息有助于演奏者在表演过程中实时建立协调模式。而在“全为领导者”条件或古典音乐中未发现显著变化，可能因为古典音乐固有的声部主次关系或时间不足阻碍了新模式的形成。
4. 身体摇摆耦合与表演成功度相关： 在两个四重奏中，整体因果密度（即所有配对格兰杰因果值的平均值）与演奏者对表演整体优秀程度的主观评分均呈显著正相关。在Cecilia四重奏中，因果密度还与时间同步性评分正相关。这表明，四重奏成员间身体摇摆的总体互动程度越高，他们自我感知的表演就越成功。这强有力地证明身体摇摆耦合并非无关的运动副产品，而是反映了对实现联合美学目标至关重要的信息沟通。
5. 音乐风格的影响： 比较两个四重奏的结果发现，音乐风格调节了协调动态： * 在声部更平等的巴洛克音乐中，追随者识别秘密领导者的准确率更高，且不同乐器对之间的基线格兰杰因果值更均衡。 * 在声部主次分明的古典音乐中，基线影响模式更不均衡，且整体耦合仅与“优秀”评分相关，与“同步性”评分无关。这表明不同音乐风格可能改变了协调的侧重点（如从时间同步转向音色、力度等其它美学参数的协调）。
结论与价值
本研究得出结论：弦乐四重奏演奏者前-后身体摇摆的耦合反映了非言语的人际协调和领导角色。被指定的领导者对追随者施加更大的影响，且这种影响在视觉信息存在时增强。身体摇摆的整体耦合程度与感知到的表演成功度正相关。这些发现证实，在非言语联合行动任务中，信息共享通过听觉和视觉线索共同发生，且信息流的动态受群体关系变化的影响。
研究的科学价值在于： 1. 方法学创新：成功将格兰杰因果分析应用于生态真实的多人复杂协调任务，提供了量化“谁领导谁”的强大工具，克服了传统相关分析在方向性和自相关问题上的局限。 2. 理论贡献：首次通过实验操控领导角色，证明了身体摇摆是联合行动中高阶社会沟通（领导力传递）的反映，而不仅仅是执行乐谱的运动副产品。深化了对非言语协调机制的理解，明确了视觉信息在强化领导者影响力方面的特定作用。 3. 普遍性启示：以音乐合奏为模型，其发现可推广至其他需要联合行动的领域（如团队运动、协同工作、紧急疏散），为理解群体行为动力学提供了新视角。
研究亮点
其他有价值内容
研究还讨论了潜在的神经机制，指出脑震荡（如β波段）在时间预测和意图理解中的作用，可能为未来探索人际协调的神经基础提供了方向。此外，研究者排除了角色操控本身会扭曲个体身体摇摆幅度（如领导者动作更夸张）的可能性，确保了所观察到的效应确实源于互动关系的变化而非个体运动特征的改变。文末也指出了未来可探索的方向，如将身体摇摆耦合与表演的客观声学分析或观众评价相关联。