记忆编码在协作大脑间的实现是日常社会行为的基础。例如，当两位年轻音乐家排练协奏曲时，他们必须在同步节拍与时间的同时，编码保守的音乐结构。与独立编码相比，协作记忆编码施加了更高的认知需求，需要支持信息共享与跨脑协调处理的神经机制，并涉及额外的时空神经模式。

尽管其重要性不言而喻，协作记忆编码的神经基础仍未得到充分理解。一个核心挑战在于刻画交互大脑间的连接性，这种连接并非通过任何有形的物理介质介导，因此常被类比为量子纠缠——即空间分离粒子间出现的非局域关联。

神经同步性指标，包括锁相值（PLV）、加权相位滞后指数（WPLI）以及相位-振幅耦合，被广泛用于量化单个大脑内的功能连接性。然而，当这些指标应用于两个大脑间的交互作用时，可能会产生误导，因为即使在不同时间或地点独立执行任务时，也可能出现同步性。正如Holroyd所指出的，两个神经时间序列可能仅因共享一个共同的振荡频率而表现出稳定的相位或振幅关系，这与真实的脑间耦合无关。

因此，外部刺激可以在非协作的大脑间诱发明显的同步性，例如当个体分别记忆相同的音乐材料时。尽管同步性指标在刻画大脑间的时间对齐方面仍有价值，包括颞顶叶连接区与杏仁核间的高伽马协调，但其本身无法区分真实的人际连接性与刺激驱动的同步性。

在此，作者旨在寻找能够刻画两个协作大脑间真实连接性的指标，而非仅仅依赖于神经同步性测量。这一研究背景是神经活动在缺乏可观测信号传输介质的情况下发生交互作用。这种交互作用模式可与量子纠缠进行类比，后者描述了空间分离粒子间出现的、其状态无法独立描述的非局域关联。

值得注意的是，玻尔曾提出量子原理可能超越物理学，延伸至人类知识的更广泛领域，这推动了量子形式体系在认知建模中的应用。先前研究表明，量子概率论能够解释违背经典假设的认知现象，包括决策中的析取效应、知觉判断中的量子干涉、知觉决策任务中的量子随机游走优势，以及基于价值学习过程中内侧前额叶皮层的类量子内部状态表征。

用于建模记忆编码过程中脑间纠缠的量子认知框架（图片源自PNAS）

在人类记忆研究中，结合了叠加与纠缠的量子数学模型已被用于解释违背经典概率论的现象。例如，识别记忆的量子模型将检索形式化为潜在状态的叠加，该叠加在提示呈现时坍缩，从而为模糊痕迹理论提供了概率性解释。

类似地，基于纠缠的记忆模型已被应用于语义启动研究，其中语义关联间的并行激活产生了依赖于上下文的记忆促进效应。基于这些进展，作者提出，两人之间的协作记忆编码或许能更有效地用量子启发的形式体系（尤其是纠缠表征）来描述，其表现为对齐或未对齐的脑间状态（例如 |对齐⟩, |未对齐⟩），其中保守的信息处理与记忆编码是动态相互依赖的。

尽管先前研究已提出量子启发的框架来模拟认知现象，或在纠缠与人类行为之间进行类比，但这些方法主要依赖于行为模拟、关于意识连接性的推测性假设，或涉及特殊人群（如同卵双胞胎）的实验范式。与之不同，作者引入了一种神经生理学建模框架，该框架直接从实时协作期间记录的双脑脑电图（EEG）中构建有效的纠缠表征。

作者并非从行为异常或概念类比中推断纠缠，而是通过将脑间同步性测量映射到一个量子启发的双量子比特密度矩阵表征上，从而对其进行经验性操作化。该框架能够动态刻画对齐与未对齐的脑间状态，并将这些神经状态与行为表现及共情情境联系起来，从而将量子形式体系锚定在社会认知的可检验神经机制之中。

本研究记录了成对参与者在协作记忆与独立记忆编码任务期间的脑电图。相对于作为基线的独立编码，协作编码在成对参与者内部表现出更高的对齐状态，而未对齐状态则在独立编码期间占主导。基于这些发现，作者提出了量子对齐-未对齐纠缠模型（QAEM），该模型捕捉到协作期间相对于独立编码更强（或更稳定）的对齐状态和更弱（或更不稳定）的未对齐状态。

脑间纠缠进一步与共情反应共变，并且其与协作效率及记忆表现的关系取决于人际情境而非稳定的人格特质。总之，这些结果表明，量子启发的纠缠测量为刻画协作大脑间的连接性提供了一个神经指标，并建立了一个神经生理学基础框架，将社会神经科学与量子信息理论联系起来。

原文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2520834123